Endomembrana e Distribuição de Proteinas

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Faculdade de Odontologia – UFBA 
Matéria: Biologia Molecular e Celular – BIO 158 
Mariana Barreto Martinez (2016.1) 
Material Utilizado: ‘’Alberts’’ 
Endomembranas e distribuição de proteínas 
 
Organelas Envoltas por Membrana 
 
As células eucarióticas possuem vários compartimentos intracelulares, enquanto a 
célula procariótica possui apenas o citoplasma. A vantagem da célula eucariótica é que 
as enzimas podem atuar internamente em cada compartimento, sem afetar umas as 
outras. Quando uma célula animal ou vegetal é examinada numa lâmina, observa-se a 
presença de sacos ou bolsas delimitados por membrana, ou tubos, ou estruturas de 
formato irregular que vão exercer funções específicas na célula. 
 
 As células eucarióticas possuem um conjunto básico de organelas envoltas por 
membrana: 
As principais organelas envoltas por membrana numa célula eucariótica vão ser 
descritas a seguir, e estão circundadas por citosol. Primeiramente, o núcleo. O núcleo é 
a organela que vai abrigar o material genético. É envolta por duas camadas de 
membrana, conhecida como envelope nuclear, se comunicando com o citosol através 
dos poros nucleares. Em seguida, próximo ao núcleo, está o reticulo endoplasmático 
(RE) que vai circundar o núcleo, formando sacos e tubos interconectados, e 
geralmente se espalha pelo citosol da célula. O RE Rugoso contém ribossomos 
aderidos à superfície citosólica, que vão produzir proteínas, que podem ser jogadas no 
lúmen do RER ou simples ficarem na membrana do RE. Já o RE Liso, não possui 
ribossomos aderidos. Ele simplesmente é responsável pela produção de lipídios 
(inclusive hormônios esteroides nas células adrenais) e também desentoxificação de 
algumas substâncias (como o álcool em células hepáticas). O RE Liso também 
sequestra Ca2+ do citosol para utilizar em resposta a sinais extracelulares. O aparelho 
de Golgi é a organela que vai receber tudo aquilo que foi produzido no reticulo 
endoplasmático para ser modificado, de acordo com cada necessidade, e por fim, 
encaminhado para seu destino final. Existem também pequenos sacos denominados 
lisossomos que vão conter uma série de enzimas digestivas que vão degradar 
moléculas e partículas endocitadas pela célula. Antes de atingir o lisossomo, precisa 
passar por endossomos que vão distribuir as moléculas endocitadas para um 
determinado lisossomo, ou colocá-la de volta para fora da célula. Os peroxissomos são 
pequenas vesículas que contêm a enzimas responsáveis pela desintoxicação celular. As 
mitocôndrias e cloroplastos são estruturas que são envoltas por uma bicamada 
membranar, e são responsável pela fosforilação e fotossíntese, respectivamente. A 
maioria dessas organelas está mantida em um local fixo ligadas a estruturas do 
citoesqueleto, especialmente ao microtúbulo. 
 As organelas envoltas por membrana evoluíram a partir de maneiras 
diferentes: 
Acredita-se que os precursores das primeiras células eucarióticas tenham sido 
organismos simples semelhantes às bactérias (sem membranas internas). Portanto, 
para uma célula pequena como uma bactéria, a membrana plasmática única seria 
necessária para ceder todo o aparato energético. Porém, uma célula eucariótica possui 
volume de mil a dez mil vezes maiores, sendo, portanto, necessária a presença dessas 
membranas internas. A origem das membranas do núcleo ou de organelas como RE ou 
Golgi parece ser de invaginações da membrana plasmática. Essas membranas fazem 
parte do que será abordado mais a frente, chamado Sistema de Endomembranas. 
Obs.: A origem endossimbiótica das mitocôndrias e cloroplastos. Eles possuem seu 
próprio genoma e suas proteínas. A semelhança com genomas bacterianos sugere que 
essas organelas foram bactérias que, no passado, foram englobadas por uma célula 
especifica. Essas organelas permanecem isoladas do tráfego de vesículas dentro da 
célula. 
Distribuição de Proteínas 
Uma célula eucariótica para se reproduzir e se dividir em duas, ela precisa duplicar as 
organelas intra-membranares. A célula, portanto, precisa de informações das próprias 
organelas existentes, justificando que para o surgimento de uma organela, necessita 
de outra já preexistente. À medida que a célula cresce, ocorre o enlargamento das 
organelas celulares pela incorporação de novas moléculas. As organelas então se 
dividem, e seguem para cada célula-filha formada. Para isso, as novas células formadas 
vão necessitar de lipídeos para formação da membrana, e proteínas, que servirão 
tanto para a membrana quanto para o suprimento das organelas internas da nova 
célula. Mesmo quando a célula não esta em divisão, as proteínas são produzidas 
continuamente, e cada uma deve ser endereçada para o local certo: ou para secreção 
celular, ou para substituir proteínas já degradadas. O direcionamento correto dessas 
proteínas para as organelas é importantíssimo para o crescimento e divisão celular. 
Para as mitocôndrias e cloroplastos as proteínas são entregues a partir do próprio 
citosol, mas para outras organelas, essas proteínas produzidas pelo RE podem ficar 
retidas lá mesmo ou seguirem através de vesículas para o Golgi, para serem então 
modificadas, empacotadas e endereçadas. 
 As proteínas são importadas pelas organelas de três formas diferentes: 
A síntese de proteínas se inicia nos ribossomos do citosol. As exceções são apenas 
algumas proteínas produzidas por ribossomos que estão na matriz intracelular de 
mitocôndrias e cloroplastos. Mesmo assim, a maior parte das proteínas dessas 
organelas é produzida no citosol e importadas por elas. As proteínas, portanto, são 
endereçadas para diferentes organelas ou secretadas devido a sinais de distribuição. 
Se a proteína está no citosol e não possui esse sinal de distribuição, ela ficará sempre 
no citosol, sendo residentes no citosol. Já aquelas que possuem o sinal, se movem no 
citosol para a organela apropriada. Mas como a proteína vai atravessar a membrana 
que geralmente é impermeável para moléculas hidrofílicas? Existem três formas 
diferentes: 
1. As proteínas que vão em direção ao núcleo passam através dos poros 
nucleares que servem como canais seletivos para passagem de 
macromoléculas, mas permitem a passagem de micromoléculas; 
2. O segundo tipo de transporte é através de translocadores proteicos. Ocorre 
no RE, mitocôndrias e cloroplastos. As moléculas devem desdobrar-se de 
forma a ‘’serpentear’’ pela membrana; 
3. O terceiro tipo de transporte é mediado por vesículas e ocorre após a saída do 
RE. Essas proteínas brotam em vesículas que descarregam suas cargas 
proteicas em outro compartimento ou na membrana plasmática se 
fusionando. 
 
 As sequências sinal direcionam as proteínas para os compartimentos corretos: 
A sequência sinal é uma sequência de aminoácidos (entre 15 e 60 aa) que 
determinaram para onde a proteína deve seguir. Geralmente, mas não sempre, essa 
sequência-sinal é removida após a proteína ser endereçada. As sequências-sinais, 
ainda que possuam o mesmo destino, podem ser diferentes. 
 As proteínas entram no núcleo através dos poros nucleares: 
O envelope nuclear é composto de duas membranas concêntricas, sendo que a 
membrana interna vai servir de sítio de ligação para os cromossomos e também 
fornecer sustentação para a lâmina nuclear, que dá suporte para o envelope. A 
membrana externa tem a composição semelhante à membrana do RE. 
Em todo o envelope, existem poros que, como citado, servem de portões seletivos 
para macromoléculas e permitem a passagem de micromoléculas que podem tanto 
entrar como sair do núcleo. Proteínas recém-sintetizadas no citosol entram no núcleo; 
moléculas de RNA e subunidades ribossomais são exportadas do núcleo para o citosol.Obs.: Moléculas de RNA que foram processadas incompletas não saem do poro 
nuclear, isso serve, então, como uma forma de controle para qualidade do 
processamento de RNA. 
Cada poro nuclear contém canais cheios de água, que vão permitir livremente a 
passagem de moléculas hidrofílicas. Acredita-se eu muitas proteínas do canal formem 
uma trança desordenada que preenche o centro do canal e que não vai permitir a 
passagem de macromoléculas, só de algumas micromoléculas. As macromoléculas que 
devem passar no poro nuclear devem carregar uma determinada sequência sinal, 
chamada de sinal de localização nuclear. Existem proteínas citoplasmáticas que são 
receptores de transporte nuclear que vão receber essas proteínas com sinal de 
localização nuclear e vão levar até os poros nucleares através de interações com as 
fibrilas citosólicas que se localizam na borda dos poros. Após ser utilizado, o receptor 
retorna para ao citosol para ser reutilizado. A energia fornecida para esse processo é 
fornecida pela hidrólise de GTP. O que diferencia esse transporte de proteínas e 
ribossomos para o poro nuclear dos transportes para outras organelas é que nesse as 
proteínas podem ser transportadas na sua conformação natural, enoveladas e os 
ribossomos podem ser transportados como partículas montadas. 
 As proteínas se desnovelam para entrar nas mitocôndrias e cloroplastos: 
As proteínas que tem sinal do citosol para seguir para as mitocôndrias ou cloroplastos 
são translocadas através da membrana externa e interna em locais específicos onde há 
contato entre elas. As proteínas então se desnovelam e a sequência-sinal é removida 
no final da translocação. Existem proteínas chamadas chaperomas que estão 
localizadas dentro das organelas e vão ajudar a ‘’puxar’’ as proteínas através dessas 
membranas e depois restituir a forma inicial, quando elas já tiverem internalizadas. 
Além de proteínas, lipídeos também precisam ser importados para manutenção das 
mitocôndrias e cloroplastos. Os fosfolipídios são transportados do RE Liso para as 
respectivas organelas através de proteínas hidrossolúveis, e são retiradas um por um 
de uma das membranas celulares para outras. 
 As proteínas entram no RE enquanto são sintetizadas: 
As proteínas que estavam no citosol vão seguir para o RE para depois irem para seus 
destinos ou ficarem ali mesmo. Essas proteínas vão ser colocadas em vesículas para 
seguirem seu caminho: seja ir para outra organela ou para o meio extracelular. Existem 
dois tipos de proteínas que saem do RE para o citosol: as proteínas hidrossolúveis e as 
transmembranas. As proteínas hidrossolúveis vão ser completamente translocadas 
pela membrana do RE para serem secretadas ou seguirem para uma organela e as 
transmembranas que vão ser parcialmente translocadas permanecendo residente na 
membrana do RE, na membrana de outras organelas ou na membrana plasmática. 
As proteínas que entram no retículo não estão ainda completamente sintetizadas. Isso 
exige que ribossomos fiquem aderidos à membrana do RE e caracteriza, então, o RE 
Rugoso. Há, portanto, proteínas no citosol livres ou aderidas à membrana citosólica do 
RE. Os ribossomos livres vão sintetizar todas as proteínas ligadas ao DNA nuclear. Já os 
ribossomos aderidos à membrana do RE vão sintetizar proteínas que estão 
translocadas na membrana do RE. À medida que os ribossomos são produzidos, eles 
ficarão aderidos uns aos outros formando um complexo chamado polirribossomo. 
 As proteínas solúveis são liberadas no lúmen do RE: 
O ribossomo é guiado para o RE devido a duas estruturas importantes: a partícula de 
reconhecimento de sinal (SRP) e o receptor de SRP que está presente na membrana do 
RE para reconhecer o SRP. A ligação de um SRP a uma sequência-sinal indica atraso na 
síntese de proteína. Quando a SRP se liga ao receptor de membrana, ela é liberada e a 
síntese proteica começa com a cadeia polirribossômica sendo liberada no lúmen do RE. 
Portanto, o receptor de SRP funciona como sítio de posicionamento para ribossomos 
que estão sintetizando proteínas no citosol. Além disso, a sequência-sinal também tem 
função de abrir os canais de translocação. Nesse momento, a sequência-sinal é clivada 
por uma peptidase de sinal, e esse peptídeo é rapidamente degradado no citosol. 
Quando a porção C-terminal passa pela membrana, a proteína é liberada para o lúmen. 
 Sinais de inicio e parada vão determinar arranjo das proteínas transmembrana: 
As proteínas transmembrana possuem uma parte que fica translocada na membrana e 
outra que fica fixa. Para proteínas transmembrana que possui um único segmento, a 
sequência-sinal N-terminal inicia o processo de translocação ao passo que uma 
sequência denominada sequência de parada de transferência interrompe o processo. 
Por fim, proteína fica com a face N-terminal voltada para o lúmen do RE e a face C-
terminal para o citosol da célula. Em algumas proteínas transmembranas existe uma 
sequência que inicia a transferência da proteína, chamada sequência iniciadora de 
transferência. 
Transporte Vesicular 
Inicialmente, o transporte que vem do RE segue para o complexo de Golgi. Esse 
transporte é mediado por vesículas, que se fundem com a membrana da organela 
seguinte. As substâncias que estão no RE se fundem em direção ao citosol formando 
vesículas de transporte, e as moléculas que vêm de fora, se fundem na membrana 
plasmática em direção ao citosol, compondo o lisossomo. À medida que essas 
moléculas seguem pelas estruturas celulares, elas sofrem modificação para estabilizar 
a estrutura proteica. 
 As vesículas de transporte carregam proteínas solúveis e membranas entre 
compartimentos: 
A via secretória principal inicia-se com a síntese de proteínas na membrana do RE, que 
segue para o lúmen do RE e em seguida para o Golgi, sendo secretada para o seu 
destino. A rota lateral conduz através de endossomos até os lisossomos. Já a via 
endocítica principal é o transporte por endossomos de moléculas até os lisossomos. As 
vesículas devem transportar especificamente as proteínas para os locais onde elas são 
endereçadas, não se fusionando com outras estruturas que não são o destino do 
conteúdo vesicular. Para isso ocorrer, devem existir proteínas de reconhecimento 
vesicular que vão identificar o destino para qual a vesícula deve seguir. 
 O brotamento de vesículas é dirigido pela montagem de uma capa proteica: 
As vesículas que brotam das organelas possuem, na sua membrana interna, uma capa 
de revestimento, caracterizando as vesículas revestidas. Essa capa de revestimento 
possui diferentes composições a depender da vesícula formada. Essa capa tem duas 
funções principais: ajudar a captar moléculas para o transporte e dá forma a 
membrana no brotamento. 
As vesículas mais estudadas são as que possuem revestimento de clatrina. Elas estão 
presentes na via secretória (Golgi) e na via endocítica (membrana plasmática). No 
brotamento da membrana plasmática, por exemplo, se inicia com uma fossa revestida 
de clatrina. As moléculas de clatrina começam a montar uma rede em formato de 
cesta na superfície citosólica da membrana e começa a dar forma à futura vesícula. 
Uma proteína de ligação de GTP chamada Dinamina é responsável pela constricção do 
anel, terminando a formação da vesícula. A função de capturar moléculas pertence à 
Adaptina, que é como uma segunda capa de revestimento que seguram a capa de 
clatrina à membrana e ajuda a selecionar moléculas que serão carregadas para o 
transporte. Para serem transportadas na célula, as moléculas carregam sinais de 
transporte específicos, que são reconhecidos por receptores de carga. A adaptina 
consegue, portanto, aprisionar moléculas a partir dos receptores de cargaligados a 
ela. Outra classe de vesículas revestidas, chamadas de vesículas COP revestidas que 
esta envolvida no transporte entre o RE e o Golgi. 
 Ancoramento de vesículas depende do aprisionamento de SNAREs: 
Após sair da organela em direção ao seu destino, as vesículas seguem por estruturas 
do citoesqueleto. Após identificar a organela de destino, a vesícula precisa se ancorar 
para então se fusionar com a membrana-alvo e liberar o conteúdo intravesicular. A 
especificidade do transporte vesicular sugere que cada vesícula possua, na sua 
superfície, marcadores de identificação da origem e do conteúdo interno, para 
direcioná-la corretamente. Essas vesículas devem ser identificadas por receptores 
localizados na membrana-alvo. Esse processo de identificação depende de proteínas 
denominadas proteínas Rab. Essas proteínas Rab da superfície da vesícula são 
reconhecidas pelas proteínas de aprisionamento na superfície citosólica da membrana-
alvo. Cada vesícula carrega uma combinação única de proteínas Rab. Esse sistema 
assegura que as vesículas se fusionem apenas com as membranas corretas. Além disso, 
existe um reconhecimento adicional feito por proteínas transmembrana chamadas 
SNARE. Uma vez que a proteína de aprisionamento tenha capturado a vesícula devido 
à presença de proteínas Rab, o complexo SNARE começa a agir, interagindo a V-SNARE 
(presente na vesícula) e a T-SNARE (presente na membrana da célula–alvo), com o 
propósito de ancorar a vesícula na membrana. Para se fusionar com a membrana, é 
necessário que exista uma distância menor ainda entre a vesícula e a membrana, de 
forma que os lipídeos devem se fusionar. Para isso, a água deve ser removida e para 
isso, se gasta muita energia, o que favorece o não fusionamento de qualquer vesícula. 
V e T-SNARE se enrolam uma na outra e ‘’puxam’’ a membrana da vesícula e a 
membrana-alvo para auxiliar na fusão.