N+¦cleo, Mitoc+¦ndria, Cloroplasto, Peroxissomo e Citoesqueleto

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TRANSPORTE DE MOLÉCULAS ENTRE O NÚCLEO E O CITOSOL
	O núcleo é composto pelo envelope nuclear e pelo compartimento nuclear. O envelope é formado por duas membranas, uma interna e outra externa, as quais são penetradas por complexos de poro nuclear. A membrana externa é contínua com a membrana do RE e é rica em ribossomos, os quais sintetizam proteínas para o espaço compreendido entre as duas membranas (espaço perinuclear). A membrana interna contém proteínas que ancoram tanto a cromatina quanto a lâmina nuclear, ambas localizadas no compartimento nuclear.
	Há um transporte seletivo contínuo de moléculas entre o núcleo e o citoplasma. Proteínas traduzidas no citoplasma, como histonas, DNA e RNA polimerases e reguladores, são transportadas para o núcleo. De forma inversa, moléculas de mRNA maduras são translocadas do núcleo para o citosol para serem traduzidas.
	Componentes estruturais do complexo do poro nuclear: fibrilas citosólicas, subunidades do anel, subunidades da coluna, subunidades do lúmem, subunidades anulares, fibrilas nucleares, cesta nuclear. Todas essas estruturas são formadas por proteínas chamadas nucleoporinas.
	Quanto maior a atividade transcricional de uma célula, maior o número de complexos de poro que seu núcleo exibirá. Esses complexos são formados por proteínas chamadas nucleoporinas, as quais estão organizadas sob um arranjo octogonal. O canal delimitado por um complexo ocupa apenas uma pequena fração do diâmetro total do complexo. Esse canal permite a difusão livre de íons e moléculas pequenas, incluindo algumas proteínas. Permite ainda a passagem seletiva de proteínas grandes através de um processo ativo.
	As proteínas translocadas para o núcleo apresentam o sinal de localização nuclear (SNL), que pode ser uma sequência ou uma região na cadeia polipeptídica. Esse sinal pode estar localizado no início, no meio ou no final da cadeia, não havendo uma regra.
	Experimentos com partículas de ouro envoltas por um SNL indicaram que o complexo do poro aumenta seu diâmetro para permitir a passagem da molécula. Esse aumento é permitido por uma estrutura que se expande como um diafragma, mas os detalhes moleculares não são conhecidos.
	Diferentemente do transporte de proteínas para algumas organelas, aqui a proteína não precisa estar desenovelada. De fato, a proteína permanece em sua conformação funcional na transição núcleo-citoplasma ou citoplasma-núcleo. Caso ela seja muito grande, pode haver algum rearranjo em sua estrutura para permitir sua passagem pelo complexo do poro.
	O transporte é feito por receptores de importação nuclear, proteínas capazes de reconhecer os diferentes SNL. Nesse processo, um receptor se liga à proteína a ser transportada, interage com uma nucleoporina e trafega ao longo do complexo do poro. Esse tráfego é garantido por uma interação sucessiva entre o receptor e sequências específicas das nucleoporinas. Essas sequências são ricas em fenilalanina e em glicina, sendo chamadas de repetições FG. O receptor interage com a proteína, depois com a primeira nucleoporina, trafega através do complexo, libera a proteína no núcleo e retorna ao citosol.
	Um receptor de importação nuclear pode interagir diretamente com a proteína a ser transportada ou através de uma proteína adaptadora. A combinação diversa de receptores e proteínas adaptadoras garante o reconhecimento de diferentes SNLs.
	As proteínas e RNAs transportados do núcleo para o citosol apresentam sinais de exportação nuclear (SEN), os quais são reconhecidos por receptores de exportação nuclear. Estes operam da mesma maneira que os receptores de importação, mas de forma inversa. Ambas as classes de receptores fazem parte de uma mesma família, sendo estruturalmente semelhantes.
	Um mesmo complexo de poro pode transportar duas moléculas em sentidos opostos, sem que haja colisão ou congestionamento.
	O transporte direcional de proteínas entre o núcleo e o citoplasma é garantido por uma GTPase, a Ran monomérica. Essa proteína é encontrada ligada a GDP no citosol e a GTP no núcleo. Isto ocorre porque, no citosol, há uma proteína regulatória que ativa a atividade GTPásica da Ran, a qual hidrolisa seu GTP a GDP e Pi. O GDP permanece ligado e o Pi é liberado. Passando pelo complexo do poro e indo para o núcleo, uma outra proteína regulatória estimula a troca de GDP por GTP. A Ran-GTP retorna ao citosol e o ciclo se repete.
	No transporte de uma proteína do citosol para o núcleo, o receptor se liga a ela e interage com a primeira nucleoporina. Passa pelas repetições FG e, no núcleo, interage com a Ran-GTP, o que promove a liberação da proteína carregada. O complexo receptor-Ran-GTP retorna ao citoplasma, onde a hidrólise do GTP converte Ran-GTP a Ran-GDP e promove o desprendimento do receptor. Este pode ser utilizado novamente e a Ran-GDP retorna ao núcleo.
	No transporte de uma proteína do núcleo para o citosol, o receptor de exportação nuclear interage com a molécula a ser transportada e com a Ran-GTP. Esse complexo carga-receptor-Ran-GTP migra para o citosol, onde a hidrólise do GTP permite a liberação tanto da Ran (agora Ran-GDP) quanto da carga. O receptor e a Ran-GDP retornam ao núcleo de forma independente.
	Existem proteínas que apresentam tanto um SLN quanto um SEN. Algumas dessas proteínas trafegam continuamente entre o núcleo e o citosol, mas outras têm seu transporte controlado. Um exemplo ocorre durante a ativação de linfócitos T. Linfócitos T não ativados contêm uma proteína (NF-TA) no estado fosforilado no citosol, onde os fosfatos estão localizados nos aminoácidos que compõem a SLN da proteína. Durante a ativação da célula, a concentração celular de cálcio aumenta, estimulando a ligação de uma fosfatase na região SEN, mascarando-a. Essa fosfatase retira os fosfatos da proteína, expondo a SNL e direcionando-a ao núcleo. A NF-TA funciona como um regulador de transcrição de citocinas e de genes que codificam para proteínas de membrana importantes para uma resposta imune adequada. Durante o desligamento da resposta imune, os níveis de cálcio retornam ao normal, estimulando o desprendimento da fosfatase e a refosforilação da NF-TA. Uma vez fosforilada, seu SNL está mascarado e seu SEN exposto, havendo transporte da NF-TA do núcleo ao citosol.
	A lâmina nuclear é composta por lâminas nucleares, proteínas que formam uma rede bidimensional de filamentos intermediários, dando forma e estabilidade ao envelope nuclear. As lâminas interagem com proteínas integrais da membrana nuclear interna e com a cromatina, a qual também interage diretamente com essas proteínas integrais.
	Durante a divisão celular, o envelope nuclear é desfeito. Acredita-se que isso seja resultado, pelo menos parcialmente, da fosforilação das lâminas pelas cinases dependentes de ciclina do momento. Uma vez desfeito o envelope, as proteínas com SLN espalham pelo conteúdo do citosol e as nucleoporinas se desorganizam completamente. Num momento posterior, a montagem dos novos envelopes nucleares (um em cada célula-filha) é possível pela defosforilação das lâminas. Ocorre reorganização dos complexos de poro, os quais vão pouco a pouco reimportando as proteínas com SLN.
	Nisto reside uma diferença entre o núcleo e as outras organelas. Enquanto nas organelas ocorre clivagem do peptídio sinal após o translado completo da proteína, no núcleo o SLN permanece intacto. As proteínas herdadas para cada organela-filha derivam diretamente da organela-mãe.
MITOCÔNDRIA
	As mitocôndrias são organelas que desempenharam um papel importante na evolução dos eucariotos por possibilitar a oxidação completa da glicose. Neste processo, o piruvato é convertido a CO2 e H2O pela ação do O2, resultando numa produção total de ATP 15 vezes maior que a quantidade obtida apenas pela via glicolítica.
	São descritas como cilindros alongados e podem mudar de forma, fundir-se umas com as outras e depois se separarem. Sua disposição no citosol segueo arranjo dos feixes de microtúbulos, o qual pode ser peculiar para cada tipo celular. Tendem a se acumular em regiões com maior demanda de ATP, como o local de inserção do flagelo do espermatozóide.
	O estudo de mitocôndrias foi realizado principalmente utilizando-se frações obtidas a partir de fígado, uma vez que um hepatócito contém de 1.000 a 2.000 mitocôndrias.
	Fracionamento bioquímico de mitocôndrias: solução de baixa osmolaridade – membrana interna (MI) intacta + conteúdo do espaço intermembranas + membrana externa (ME) rompida ---> centrifugação – conteúdo do espaço no sobrenadante e o resto no sedimento ---> centrifugação em gradiente de densidade - separa os fragmentos da ME da MI ---> rompimento e centrifugação – separa MI do conteúdo da matriz.
	A ME contém porinas permeáveis a pequenas moléculas, incluindo algumas proteínas, de forma que o conteúdo do espaço intermembranas é relativamente semelhante ao do citosol. Já a MI contém fosfolipídios duplos (com 4 cadeias de ácidos graxos cada), os quais reduzem a permeabilidade a íons, e proteínas transportadoras, permeáveis a moléculas que serão metabolizadas ou necessárias a enzimas da matriz. As pregas da MI são mais numerosas em mitocôndrias de cardiomiócitos por conta da alta demanda de energia dessas células.
	O piruvato, derivado de glicídios, e ácidos graxos, derivados de lipídios, são transportados para a matriz mitocondrial e convertidos em acetil coenzima A (acetil-CoA). Esta entra no ciclo do ácido cítrico e tem seus grupos acetil oxidados a CO2, o que é acompanhado pela liberação de elétrons que são captados pelos cofatores NAD+ e FADH, os quais tornam-se NADH e FADH2. Estes fornecem os elétrons à cadeia respiratória, uma série de enzimas localizada na MI, regenerando NAD+ e FADH e, assim, permitindo a oxidação de mais uma molécula de glicose ou ácido graxo.
	O fornecimento de elétrons à cadeia é feito a partir dos íons hidretos (H-) fornecidos pelos cofatores, cada um separado em 1 próton e 2 elétrons. As proteínas da cadeia são divididas em 3 grandes complexos enzimáticos respiratórios, onde o transportador seguinte tem uma afinidade maior para elétrons que o transportador anterior, garantindo um fluxo de elétrons unidirecional. O O2 ao final tem a maior afinidade e é convertido em H2O.
	O transporte energeticamente favorável de elétrons ao longo da cadeia bombeia íons H+ da matriz para o espaço intermembranas. Isto cria um gradiente de pH, sendo 7,0 no espaço e 8,0 na matriz, e um gradiente de voltagem, com o lado interno da MI negativo e o lado externo positivo. O ΔpH e o ΔV formam o gradiente eletroquímico de prótons, o qual estabelece uma força próton-motriz.
	Essa força próton-motriz direciona o fluxo de prótons para a matriz mitocondrial por meio de um canal hidrofílico estabelecido pela ATP sintase. Esta enzima é composta por uma cabeça formada por 6 subunidades e voltada para a matriz; uma haste, a qual conecta a cabeça a um anel com múltiplas subunidades idênticas entre si e embebido na MI; e um dínamo, que interage com o anel e estabelece um espaço entre ambos. Este espaço é o caminho pelo qual seguem os prótons, e apresenta um canal de entrada e um canal de saída de prótons. Neste processo, o anel gira, girando a haste conectada e, consequentemente, a cabeça. Dessa forma, energia eletroquímica é convertida em energia mecânica. As mudanças conformacionais da cabeça expõem sítios de ligação a ADP e Pi, os quais se unem conforme a cabeça vai girando. A energia mecânica é empregada para a formação de uma ligação covalente entre essas moléculas, formando então ATP.
	Em bactérias, o gradiente de prótons é usado para movimentação flagelar, utilizando a energia mecânica ao invés de convertê-la.
	O potencial de membrana, negativo na parte interna e positivo na parte externa, permite que outras moléculas carregadas sejam co-transportadas. O transporte de H+ para a matriz, por exemplo, é acompanhado do transporte de piruvato e de Pi, ambos com carga negativa. Como o ATP tem uma carga negativa a mais que o ADP, ambos são co-transportados, em sentidos opostos, pela mesma proteína, a qual envia ATP para o espaço intermembranas e ADP para a matriz. Isto resulta em uma carga negativa total sendo movida para fora da mitocôndria, o que está de acordo com a tendência do processo.
	Dessa forma, moléculas de ADP formadas após a hidrólise de ATP no citosol entram na mitocôndria e são convertidas em ATP, o qual é enviado ao citoplasma. Existe, portanto, uma concentração de ATP na célula cerca de 10 vezes superior à de ADP. A hidrólise do ATP é um processo energeticamente favorável, que ocorre de forma acoplada a reações bioquímicas desfavoráveis, as quais garantem o metabolismo celular normal.
	É importante que a concentração celular de ATP seja mantida superior à de ADP. Isto porque, quando [ATP] = [ADP] + [Pi], a variação de energia livre (ΔG) decorrente da hidrólise do ATP continua negativa, sendo ainda um processo favorável, mas tem seu valor reduzido, quando comparado a uma situação onde [ATP] > [ADP] + [Pi]. O valor de ΔG torna-se zero quando [ATP] < [ADP] + [Pi], de forma que a hidrólise do ATP não seja mais um processo favorável. Nessas situações as reações bioquímicas são prejudicadas e, consequentemente, a célula morre.
	O crescimento da mitocôndria é em grande parte devido à importação de proteínas sintetizadas no citosol, e é seguido de fissão da organela, para originar duas mitocôndrias. Essas proteínas são chamadas de proteínas precursoras mitocondriais, porque dentro da organela ocorre uma clivagem das sequências sinalizadoras, originando a forma ativa da proteína. A translocação é pós-traducional.
	Essas sequências sinalizadoras foram uma estrutura em alfa hélice na qual os aminoácidos carregados ficam de um lado da estrutura, enquanto os não-carregados localizam-se predominantemente no lado oposto da hélice. Este tipo de arranjo é passível de reconhecimento pelos complexos transportadores de proteínas localizados nas membranas mitocondriais: TOM, TIM22, TIM23 e OXA. Todos eles possuem subunidades para reconhecimento da proteína a ser transportada e subunidades que formam um canal.
	TOM – membrana externa (ME) – transloca do citosol para o espaço intermembranas.
	TIM23 – membrana interna (MI) mas estende para a ME – transloca do espaço intermembranas para a matriz ou insere a proteína na MI.
	TIM22 – MI – insere uma subclasse específica de proteínas na MI.
	OXA – MI – insere na MI proteínas sintetizadas na mitocôndria.
	Enquanto permanecem no citosol, as proteínas mitocondriais precursoras estão desenoveladas, por meio de interações com outras proteínas, como as chaperonas da família hsp70. A remoção do peptídio sinal na mitocôndria é seguida da formação da estrutura tridimensional final.
	O transporte para a matriz pode ocorrer em 2 etapas ou de uma única vez. Neste caso a sequência sinal interage com um receptor do complexo TOM, o qual direciona a proteína para o complexo TIM23 localizado logo abaixo, e este envia a cadeia à matriz. Como o TIM23 está localizado na MI e na ME, ele forma um sítio de contato que facilita este processo. Uma vez na matriz, o peptídio sinal é clivado e a proteína torna-se funcional.
	Este transporte único pode ser dividido em 3 partes no que diz respeito à fonte de energia para a translocação da proteína. Para que a hsp70 citosólica se desprenda da proteína desenovelada, é necessário fornecimento de energia, o qual ocorre pela hidrólise de ATP. A seguir a proteína é disposta através da ME e da MIM por um efeito causado pelo gradiente de prótons. Conforme ela vai sendo exposta na matriz proteínas hsp70 mitocondriais se ligam à cadeia, sendo posteriormente liberadas pela hidrólise de ATP dentro da mitocôndria.
	Este último passo pode ser explicado por 2 modelos: a catraca térmica e a catraca de ponte. No primeiro, a cadeia polipeptídica é direcionada por um movimento térmico para frente e para trás, deforma que a ligação de sucessivas unidades de hsp70 torna o processo unidirecional. Neste caso a energia proveniente do ATP é empregada no desprendimento das hsp70. Já a catraca de ponte funciona por uma mudança conformacional da hsp70, a qual é dirigida por hidrólise de ATP. Isto puxa a cadeia polipeptídica e disponibiliza uma região para que a próxima hsp70 se ligue e o mesmo processo ocorra.
	Após o translado completo a proteína normalmente interage com a hsp60 mitocondrial, a qual possui uma câmara onde a estrutura tridimensional final é estabelecida por um processo também dependente de hidrólise de ATP.
	O direcionamento de proteínas para a MI ou para o espaço intermembranas pode ocorrer de 4 formas diferentes. Na primeira, a sequência sinalizadora N-terminal da proteína a encaminha para a matriz mitocondrial e é a seguir clivada por uma peptidase de sinal. Isto expõe uma nova sequência, a qual direciona a proteína para o complexo OXA, o qual a insere na MI. Na segunda forma, durante a translocação da proteína do citosol para a matriz por meio do complexo TIM23, este interage diretamente com a segunda sequência da cadeia polipeptídica. O complexo TOM impele a cadeia para a matriz e assim ela fica retida na MI pela sequência hidrofóbica. A terceira forma ocorre de uma das duas maneiras descritas e é seguida de uma clivagem na interface sequência hidrofóbica – restante da cadeia, resultando numa proteína localizada no espaço intermembrana.
	A quarta forma é específica para a inserção de proteínas multipassagem, as quais transportam metabólitos importantes, como fosfato, ADP e ATP. Após passar pelo TOM, uma sequência próxima à região N-terminal interage com o TIM22 e as sequências hidrofóbicas localizadas ao longo da cadeia permitem a inserção em múltipla passagem na MI.
	O transporte de proteínas para a membrana tilacoidal do cloroplasto ou para o espaço tilacoidal inicia-se com a translocação através da ME e da MI em direção ao estroma. Como não há gradiente de prótons na MI do cloroplasto, esse processo é dirigido por hidrólise de ATP ou GTP e os complexos operam de forma semelhante àquela em mitocôndrias. Uma vez no estroma, uma peptidase de sinal cliva a sequência sinalizadora cloroplastídica, expondo a sequência sinalizadora tilacoidal. A proteína então segue uma de quatro vias de transporte possíveis, das quais duas são dirigidas por ATP, uma pelo gradiente de prótons e outra ocorre espontaneamente.
	As sequências N-terminal que destinam a proteína ao cloroplasto são semelhantes às mitocondriais, mas há diferenças capazes de serem distinguidas dentro de uma célula vegetal.
	O genoma do cloroplasto é muito maior que o da mitocôndria, mas mesmo assim ele importa proteínas do citosol (também num mecanismo pós-traducional). Além disso o cloroplasto codifica suas próprias proteínas ribossomais e sua própria ATP sintase.
CADEIAS TRANSPORTADORAS DE ELÉTRONS E SUAS BOMBAS DE PRÓTONS
	Prótons são altamente mobilizáveis, principalmente quando em solução aquosa. A ionização de uma molécula de água resulta em H+ e o OH-, de forma que o H+ pode interagir com outra molécula de água, formando o íon hidrônio (H3O+). Este estabelece pontes de hidrogênio com moléculas de água vizinhas, de forma que o próton pode se mover através dessas interações intermoleculares. O mecanismo de transporte na ATP sintase ocorre de forma semelhante, onde os prótons são transferidos da cadeia lateral de um aminoácido para a cadeia do aminoácido seguinte, seguindo um caminho específico.
	Uma proteína celular, ao receber um elétron (redução), tende a captar um próton com o objetivo de manter a carga inicial. Este próton é disponibilizado por um íon hidrônio da solução do citosol. De forma inversa, quando uma proteína é oxidada, o fornecimento do elétron é acompanhado da liberação do próton anteriormente adquirido, na forma de um íon hidrônio. É basicamente isso que ocorre na cadeia respiratória, onde a captação de elétron por um componente da cadeia é acompanhada da captação de H+. O elétron é então encaminhado para o próximo componente, enquanto o H+ é direcionado para o espaço intermembranas.
	A reação entre O2 e elétron resulta na formação de água e é exotérmica, ou seja, libera grande quantidade de energia. Ela ocorre apenas após o transporte de elétrons na cadeia respiratória, o que permite que grande parte da energia que seria liberada na forma de calor seja conservada como um gradiente eletroquímico.
	Há 3 tipos principais de carreadores de elétrons na cadeia respiratória: citocromos, proteínas ferro-enxofre e quinonas. Os citocromos contêm um anel porfirínico cujo centro apresenta um átomo de ferro sustentado por 4 átomos de nitrogênio. As proteínas ferro-enxofre mostram 2 ou 4 desses átomos e resíduos laterais de cisteína, sendo mais numerosas na cadeia que os citocromos. As quinonas são moléculas hidrofóbicas embebidas na bicamada lipídica.
	 As proteínas ferro-enxofre são encontradas no início da cadeia porque possuem uma afinidade a elétrons menor que os citocromos, encontrados mais adiante.
	O sentido dos elétrons na cadeia é: NADH → complexo da NADH desidrogenase → ubiquinona → complexo do citocromo b-c1 → citocromo c → complexo da citocromo oxidase → O2.
	Na transferência de elétrons entre os 3 complexos principais ocorre uma liberação na energia livre, a qual é empregada para o bombeamento de prótons.
	O O2 permanece associado a um centro bimetálico especial do complexo da citocromo oxidase até ter recebido 4 elétrons, formando duas moléculas de água. Isto é importante para evitar a formação de radicais superóxidos (O2-), altamente reativos e prejudiciais ao organismo.
	Desacopladores são substâncias orgânicas de baixo peso molecular que funcionam como ácidos fracos solúveis em lipídios. Na MI, funcionam como carreadores de H+, estabelecendo uma rota alternativa à ATP sintase. O transporte de elétrons continua ocorrendo, mas não há formação do gradiente de prótons nem síntese de ATP.
	O transporte de elétrons, não estando mais acoplado ao fluxo de prótons, pode ocorrer numa velocidade maior. Isto faz parte do controle respiratório, que opera por mecanismos de retroalimentação negativa. Em condições normais, com um gradiente de prótons máximo formado, a ATP sintase opera num ritmo proporcionalmente alto, e o transporte de elétrons ocorre a uma taxa reduzida. Conforme o fluxo de H+ ocorre para a matriz, o gradiente de prótons é reduzido, diminuindo o ritmo de operação da ATP sintase e aumentando a velocidade do transporte de elétrons na cadeia.
	A gordura marrom de recém-nascidos humanos é importante para protegê-los do frio através da dissipação de energia na forma de calor. Os adipócitos desse tecido têm mitocôndrias com uma proteína transportadora especial na MI (um desacoplador natural), que permite o fluxo de prótons a favor do gradiente eletroquímico, sem ativar a ATP sintase. Como resultado, toda a energia proveniente da redução do O2 em H2O é dissipada na forma de calor.
	Os cloroplastos são muito maiores que as mitocôndrias mas apresentam certas similaridades estruturais, como a presença de uma membrana externa, uma membrana interna e um espaço intermembranas. A MI delimita o estroma do cloroplasto e não apresenta cristas. Há uma terceira membrana, localizada no estroma, chamada membrana tilacóide, a qual delimita um conjunto de sacos achatados semelhantes a discos, os tilacóides.
	Os complexos da cadeia transportadora de elétrons do cloroplasto estão localizados na membrana tilacóide, de forma que os prótons se acumulam dentro dos tilacóides e a ATP sintase está voltada para o estroma. Esse transporte de elétrons é uma das duas categorias de reações fotossintéticas, sendo a outra a fixação de carbono. O elétron é derivado de uma molécula de clorofila, sendo excitado pela luz solar e transferido para os componentes da cadeia. O aceptor de elétrons é o NADP+, que passa para NADPH. A fonte de elétrons da clorofilaé a água, que é convertida a O2.
	Enquanto o potencial de membrana é o principal fator que direciona a síntese de ATP em mitocôndrias, no cloroplasto é o gradiente de prótons.
SISTEMAS GENÉTICOS DE MITOCÔNDRIAS E CLOROPLASTOS
	Mitocôndrias e cloroplastos não podem ser produzidos a partir do zero, podem apenas ser replicados. As proteínas dessas organelas são derivadas de seus próprios genomas e dos genomas nucleares, sendo neste último caso incorporadas a partir do citosol num sentido unidirecional. A transcrição de genes próprios ocorre na matriz ou no estroma e é semelhante ao processo em procariotos, pela iniciação com N-formilmetionina ao invés de metionina. Além disso, os ribossomos são semelhantes e podem ser suscetíveis à ação de alguns antibióticos.
	A fissão e a fusão dessas organelas é um processo topologicamente complexo, por conta das múltiplas membranas presentes e cuja organização deve ser mantida. Em mitocôndrias ele ocorre de acordo com as condições fisiológicas da célula e é regulado por GTPases localizadas na membranas mitocondriais.
	Existe um controle que determina que as mitocôndrias serão replicadas uma vez cada para que as células-filhas recebam o mesmo número dessas organelas. Mas pode acontecer de apenas algumas mitocôndrias selecionadas serem duplicadas, de forma que outras são perdidas. Além disso, a duplicação não necessariamente ocorre durante a fase S. Miócitos esqueléticos, por exemplo, podem ter suas mitocôndrias duplicadas em resposta a uma estimulação de contração muscular contínua e prolongada.
	O DNA mitocondrial existe em múltiplas cópias, as quais são agrupadas nos chamados nucleóides. Pode ser circular ou linear e variar consideravelmente em tamanho de acordo com a espécie. Quanto menor o tamanho, mais extenso foi o processo de transferência de genes entre a mitocôndria e o núcleo da célula no decorrer da evolução. Esse processo é complexo porque devem ocorrer mudanças nos genes transferidos, como a incorporação de uma sequência sinal. Muitas evidências apontam a teoria endossimbiótica, como a alta semelhança entre a superóxido dismutase mitocondrial e a bacteriana.
	O genoma mitocondrial humano apresenta algumas particularidades: pouco “DNA lixo” (sequências reguladoras de DNA); menor quantidade de tipos de tRNA, de forma que um tRNA pode reconhecer um maior número de códons diferentes; e código genético variante, onde 4 dos 64 códons têm significado diferente daqueles mesmos códons em outros genomas.
	A dupla-fita do genoma mitocondrial humano é transcrita em 2 partes, onde as duas moléculas de RNA sintetizadas são processadas por clivagem, originando mRNAs, tRNAs e rRNAs. O genoma mitocondrial de plantas e de fungos tem íntrons, os quais são eliminados por auto-splicing, o que vai contra a teoria endossimbiótica (já que procariotos não realizam splicing).
	Os genes mitocondriais são herdados por um mecanismo não-mendeliano. Isto pode ser entendido ao se considerar duas células haplóides de leveduras. Havendo fusão de ambas as células, o zigoto diplóide se multiplica por mitose, e cada uma das células-filha receberá DNA mitocondrial referente a ambas as células haplóides originais. Após várias rodadas de proliferação e uma rodada de meiose, as células finais poderão conter DNA mitocondrial exclusivo de uma das células iniciais. Isto se chama segregação mitótica.
	No entanto, o citoplasma do zigoto humano é derivado do citoplasma do ovócito, e as mitocôndrias do espermatozóide não se mantêm no novo organismo. Dessa forma, no homem, a herança do DNA mitocondrial é uniparental ou, mais especificamente, maternal.
	As mitocôndrias podem ter proteínas tecido-específicas. As mitocôndrias dos hepatócitos e de outros tecidos, por exemplo, são as únicas a importar do citosol enzimas envolvidas no ciclo da uréia. A citocromo oxidase de miócitos esqueléticos tem uma subunidade específica, sem a qual a enzima é defectiva.
	As mitocôndrias importam a maior parte de seus lipídios durante sua duplicação do retículo endoplasmático, convertendo-os em tipos específicos por enzimas próprias.
PEROXISSOMOS
	Organelas autoreplicativas envoltas por uma única membrana e que não possuem genoma próprio, devendo portanto incorporar do citosol todas as suas proteínas constituintes. Podem exibir núcleos cristalóides em microscopia eletrônica pela presença de altas concentrações de catalase e urato oxidase.
	Os peroxissomos catalisam a reação de moléculas orgânicas com O2, formando H2O2. Este é empregado pela catalase para oxidar outras moléculas, como fenóis e etanol. Cerca de 25% do etanol absorvido é detoxificado pelos peroxissomos do fígado e dos rins.
	Outra função é a oxidação de moléculas de ácido graxo (beta oxidação), obtendo-se acetil-CoA, o qual é exportado para o citosol e utilizado numa variedade de reações biossintéticas. Em leveduras e em células vegetais a beta oxidação ocorre exclusivamente nos peroxissomos.
	Peroxissomos animais participam do processo de síntese de plasmalogenos, os fosfolipídios mais importantes da bainha de mielina.
	São organelas que respondem a condições externas. Ex: uma levedura num meio rico em metanol desenvolve peroxissomos grandes destinados à oxidação de metanol.
	Em sementes em germinação, são importantes por converterem ácidos graxos em açúcares, os quais são empregados no crescimento da plântula. Isso se chama ciclo do glioxilato, sendo esses peroxissomos conhecidos como glioxissomos. Estão localizados próximos aos corpos lipídicos, facilitando a captação de ácidos graxos.
	A sequência sinalizadora de proteínas peroxissomais pode estar localizada nas regiões C ou N-terminal, sendo que o transporte para o peroxissomo envolve proteínas citosólicas e receptores localizados na membrana da organela. Esse processo é movido por hidrólise de ATP.
	A duplicação de um peroxissomo é feita pela incorporação de proteínas e lipídios e pela subsequente fissão da organela aumentada.
ESTRUTURA DINÂMICA DO CITOESQUELETO
	FILAMENTOS DE ACTINA → Polímeros helicoidais dupla-fita da proteína actina. São estruturas flexíveis, com diâmetro de 5 a 9 nm. Podem estar organizadas sob uma variedade de feixes lineares, de redes 2D e de géis 3D. Dispersos pela célula mas abundantes no córtex. Confere forma à celula.
	MICROTÚBULOS → Longos cilindros ocos formados pela proteína tubulina. Diâmetro de 25nm, são bem mais rígidos que os filamentos de actina. Longos e retilíneos. Partem de um centrossomo. Confere uma organização às estruturas celulares.
	FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS → Fibras semelhantes a cabos. Diâmetro de 10nm. Variedade de proteínas e de tipos de filamentos. Um deles é a laminina, localizada abaixo da carioteca. Conferem resistência mecânica.
	O citoesqueleto é composto por subunidades protéicas pequenas, as quais podem se difundir facilmente pelo citoplasma em resposta a um estímulo. Isto permite que a célula reorganize suas estruturas, pela dissociação dessas subunidades numa região e reassociação em outra.
	Há 3 elementos que compõem o citoesqueleto: filamentos de actina, microtúbulos e filamentos intermediários. As subunidades que compõem os dois primeiros são globulares e as que compõem o último são filamentosas. As diferenças de estrutura entre as três classes de proteínas determinam as diferentes propriedades mecânicas desses elementos.
	Enquanto as unidades de um polímero como o DNA são mantidas unidas por ligações covalentes, as subunidades que compõem todos os elementos citados interagem entre si por forças eletrostáticas.
	Além das proteínas constituintes desses filamentos, o comportamento do citoesqueleto é coordenado por proteínas acessórias, as quais operam por sinais e integram a dinâmica do citoesqueleto com o momento no qual a célula se encontra (exemplo: ciclo celular).
	Uma associação linear de subunidades resultaria numa estruturasusceptível ao rompimento, ao passo que, com interações fortes entre cada subunidade, a estrutura seria rígida e não haveria plasticidade para montagem e desmontagem do citoesqueleto. Portanto, este encontra-se organizado como protofilamentos associados lateralmente entre si, de forma que, numa única subunidade, existem ligações longitudinais (a outras subunidades do mesmo protofilamento) e ligações laterais (a outros protofilamentos). Dessa forma, há resistência, mas num nível que permite alterações de acordo com estímulos.
	Os microtúbulos, por exemplo, têm ligações laterais relativamente fracas, sendo mais facilmente rompidos. Os filamentos intermediários, no entanto, apresentam fortes interações entre seus protofilamentos, o que está de acordo com sua função protetora ao estresse mecânico.
	A formação de um protofilamento a partir do zero por simples associação de subunidades não é possível por ser um processo instável, já que as ligações são fracas e uma subunidade interage com, no máximo, duas outras. A fase de nucleação corresponde ao agregamento de subunidades, uma etapa que estabelece um sítio estável para a polimerização. Esta ocorre então num ritmo crescente, caracterizando a fase de alongamento, até que a adição de novas subunidades é compensada pela despolimerização na extremidade oposta (plateau ou fase de equilíbrio).
	Na célula existem proteínas que participam da formação desses núcleos, e elas atuam em regiões específicas do citoplasma, havendo portanto um controle de onde haverá a formação de um filamento do citoesqueleto.
	O microtúbulo é formado por 13 protofilamentos de subunidades de tubulina dispostos de forma helicoidal. A tubulina é um dímero composto por duas cadeias polipeptídicas (a α-tubulina e a β-tubulina) conectadas uma à outra através de fortes interações não-covalentes. Ambas possuem sítios de ligação para GTP, mas apenas o GTP ligado ao monômero β pode ser hidrolisado a GDP, o que é importante para a dinâmica dos microtúbulos.
	Os microtúbulos apresentam uma polaridade, uma vez que cada protofilamento consiste numa série ordenada de dímeros, onde cada monômero está voltado para um pólo da estrutura formada.
	A actina é um monômero que apresenta um sítio de ligação para ATP ou ADP. Os filamentos de actina também são ordenados e são formados por duas cadeias lineares de actina que interagem entre si de modo a formar uma hélice dextrógira. Isto cria uma estrutura relativamente flexível, mas essa flexibilidade, na célula, é reduzida pela interação com diversas proteínas acessórias, tornando os filamentos de actina bastante resistentes.
	Tanto em microtúbulos quanto em filamentos de actina, existe uma extremidade mais, por onde preferencialmente ocorre o crescimento da estrutura, e uma extremidade menos, por onde preferencialmente ocorre a despolimerização. Nos microtúbulos as cadeias de α-tubulina estão voltadas para a extremidade mais, enquanto, nos filamentos de actina, a fenda onde se liga o ATP está voltada para a extremidade menos.
	Quando a concentração de subunidades livres no citosol excede a concentração crítica (onde há um equilíbrio entre polimerização e despolimerização) o crescimento é um processo favorável, que pode ser acoplado a processos celulares desfavoráveis energeticamente. De forma inversa, a despolimerização também pode ser espontânea, e desta forma também acoplada a processos desfavoráveis. Ex: o encurtamento de microtúbulos colabora na separação das cromátides-irmã durante a mitose.
	Quando uma subunidade é adicionada a uma das extremidades, pode ocorre hidrólise do GTP ou ATP, formando GDP ou ADP, que permanece ligado à proteína, e Pi, que é liberado. A energia contida na ligação fosfato-fosfato é estocada no filamento. No entanto, caso a concentração de subunidades livres no citosol seja muito alta, a adição de novas proteínas à extremidade em questão pode ocorrer num ritmo sob o qual “não dá tempo” de haver hidrólise de ATP ou GTP, formando-se uma capa de ATP ou GTP. Inversamente, com uma concentração baixa de subunidades livres, a hidrólise ocorre, e a extremidade está na sua forma D.
	Por conta de diferenças estruturais entre as extremidades mais e menos, a concentração crítica, ou seja, a concentração de subunidades livres na qual a taxa de polimerização é igual à taxa de despolimerização, tem um valor menor para a extremidade mais e maior para a extremidade menos. Isto significa que, considerando-se uma concentração de subunidades livres intermediária, maior que a Cc da extremidade mais e menor que a Cc da extremidade menos, a polimerização prevalecerá sobre a despolimerização na extremidade mais, sendo esta relação invertida para a extremidade menos. O ritmo acelerado na extremidade mais sobrepõe a hidrólise dos nucleotídios trifosfato; assim, a extremidade mais ocorre sob a forma T e a extremidade menos ocorre sob a forma D.
	Esse fenômeno de crescimento preferencial do filamento na extremidade mais é chamado treadmilling. O treadmilling de repouso ocorre quando a concentração de subunidades livres é exatamente intermediária entre os valores das Cc's das extremidades mais e menos. A despolimerização na extremidade menos é contrabalançada pela polimerização na extremidade mais, e o filamento permanece com tamanho constante.
	Numa situação onde a concentração de subunidades livres está apenas levemente acima da Cc da extremidade mais, pode ser que, num dado momento, ocorra a hidrólise do nucleotídio trifosfato. Isto mudaria a forma T para a forma D. No microtúbulo, isto é crítico, porque a hidrólise de GTP altera a conformação da tubulina e, consequentemente, do protofilamento. Os protofilamentos dessa extremidade estabelecem uma curvatura, a qual é mais susceptível à despolimerização. Algum tempo depois, a adição de subunidades pode voltar a ocorrer antes da hidrólise do GTP, retomando o estado anterior.
	Treadmilling – prevalece nos filamentos de actina.
	Instabilidade dinâmica – prevalece nos microtúbulos.
	Essa propriedade dos filamentos de actina e dos microtúbulos é regulada de acordo com a necessidade da célula. Por exemplo, um neurônio em estágio final de diferenciação precisa manter sua estrutura estável, de forma que o treadmilling e a instabilidade dinâmica são cessados por interação com proteínas acessórias. Na construção de uma nova sinapse, no entanto, o citoesqueleto é recrutado a participar do processo.
	Os filamentos de actina se concentram num pólo do neutrófilo quando este está perseguindo uma bactéria.
	Existem análogos de actina e tubulina em bactérias, os quais operam por mecanismos semelhantes.
	A actina e a tubulina apresentam diversas isoformas, sendo que as diferenças entre os tipos de tubulina se concentram em alguns aminoácidos da porção C-terminal. Funcionalmente, isto não altera a polimerização ou a despolimerização, mas a interação com determinadas proteínas acessórias.
	As isoformas de actina encontradas em miócitos são específicas para essas células.
	As proteínas que compõem os filamentos intermediários e as proteínas acessórias não apresentam a conservação evolutiva observada em actina e tubulina. Isto ocorre porque as mudanças conformacionais que se estendem para as estruturas de actina e tubulina são devido a uma interação bastante específica entre estas e as proteínas acessórias. Há apenas mudanças pontuais e restritas para especificar essa interação e caracterizar as diferentes (mas muito aparentadas) isoformas de actina e tubulina.
	
	Enquanto os filamentos de actina e os microtúbulos são encontrados em todas as células eucarióticas, os filamentos intermediários estão presentes apenas em nematódeos, moluscos e vertebrados, e mesmo assim em apenas alguns tecidos. Houve, no decorrer da evolução, uma duplicação do gene da laminina nuclear e modificações posteriores, originando as proteínas que compõem os filamentos intermediários.
	Sua subunidade, análoga à actina e ao dímero de tubulina, consiste num tetrâmeroformado de 4 cadeias polipeptídicas iguais. O tetrâmero é formado por dois dímeros que interagem sequencialmente, sendo que cada dímero é composto por duas proteínas interagindo lateralmente e dispostas de forma antiparalela. As duas extremidades do tetrâmero, são portanto, iguais, cada uma exibindo uma extremidade N-terminal e uma C-terminal.
	Os tetrâmeros são empacotados lateralmente, de forma que o filamento intermediário consiste em 8 protofilamentos paralelos. A estabilização ocorre por fortes interações hidrofóbicas. Os filamentos intermediários são, portanto, maleáveis, mas extremamente resistentes. Não se conhece seus mecanismos de polimerização e despolimerização, mas acredita-se que, assim como na laminina nuclear, a fosforilação induz a fragmentação.
	Os filamentos intermediários variam enormemente entre os tecidos de um organismo. A região de alfa-hélice parece ser conservada, mas há diferenças significativas nos domínios globulares adjacentes. Existem muitos tipos de queratinas, as quais compõem a parte externa da pele, cabelos, unhas e outras estruturas. Cada tetrâmero desse filamento intermediário é composto por 2 queratinas ácidas e 2 queratinas básicas ou neutras. São extremamente resistentes.
	Outra família é a dos neurofilamentos, havendo 3 proteínas principais, sendo que uma está sempre presente e associada com uma das outras duas. No processo de formação de um axônio, as proteínas são adicionadas tanto na extremidade do filamento intermediário em crescimento quando lateralmente. Quanto maior o nível de expressão dessas proteínas, maior o diâmetro do axônio e mais rápida é a transmissão do sinal elétrico.
	Uma terceira família compreende proteínas semelhantes à vimentina, sendo a desmina um exemplo encontrado em miócitos.
	Uma variedade de toxinas pode ter como mecanismo de ação a ligação a subunidades de actina ou de tubulina, podendo estimular a despolimerização de filamentos de actina e de microtúbulos ou a polimerização excessiva. Essas toxinas são produzidas por fungos e esponjas, por exemplo, em resposta ao ataque de um predador.
	O taxol, extraído da casca de uma espécie de conífera, se liga a subunidades de tubulina e estimula a polimerização excessiva dos microtúbulos. É utilizado no tratamento de alguns tipos de cânceres, por afetar as células que estão sob constante divisão. Pode haver efeitos secundários, porque essas células não incluem apenas as cancerosas, mas as dos folículos capilares, por exemplo.
REGULAÇÃO DOS FILAMENTOS DO CITOESQUELETO
	A nucleação das alfa e beta tubulinas ocorre em regiões específicas do citoplasma chamadas centros organizadores de microtúbulos (MTOCs). Ela necessita da gama-tubulina, a qual se associa a outras proteínas e forma anéis que direcionam a polimerização dos microtúbulos, de forma que a extremidade menos fique voltada para o anel.
	Em células animais, esses anéis são encontrados na periferia do centrossomo, dentro do qual se encontra um par de centríolos. O centrossomo localiza-se no centro da célula, próximo ao núcleo, e a partir dele partem filamentos de microtúbulos num sentido radial, em forma de estrela, estabelecendo um tipo de simetria dentro da célula. Essa coordenação é respeitada na disposição das organelas da célula.
	Os centríolos são formados por proteínas de microtúbulos associadas a outras proteínas e direcionam a duplicação do centrossomo como um todo durante a intérfase, para garantir a formação do fuso mitótico necessário na mitose.
	A nucleação dos filamentos de actina ocorre no córtex celular, região adjacente à membrana plasmática. Ela inicia em resposta a um sinal externo, o qual influencia componentes da face citosólica da membrana e proteínas de sinalização intracelular. Proteínas relacionadas à actina formam complexos ARP, que se ligam à extremidade menos do filamento em construção e permitem a polimerização da extremidade mais. Cada complexo pode interagir lateralmente com um segundo filamento em construção, formando-se uma rede ramificada de filamentos de actina.
	Os complexos ARP estão principalmente ativos em regiões especializadas da membrana, como lamelipódios. Assim como a gama-tubulina, os genes que codificam para essas proteínas parecem ter sido duplicados e modificados ao longo da evolução, ressaltando a importância da regulação da dinâmica do citoesqueleto em organismos mais complexos.
	Os monômeros de actina estão presentes em uma concentração no citoplasma muito superior à concentração crítica, mas isto não implica numa polimerização descontrolada porque a maior parte dessas subunidades está associada a uma proteína, a timosina. Esta proteína sequestra a actina e impede que ela seja empregada no crescimento dos filamentos de actina.
	No entanto, uma outra proteína ligadora, a profilina, compete com a timosina na ligação às subunidades livres de actina. O complexo profilina-actina, quando adicionado à extremidade mais de um filamento de actina, resulta numa mudança conformacional da actina adicionada. Isto promove a liberação da profilina, permitindo então o crescimento do filamento. Dessa forma, um aumento na concentração de profilina em relação à de timosina favorece a polimerização dos filamentos de actina. A profilina é encontrada na face citosólica da membrana, interagindo com fosfolipídios ácidos, ligando-se à actina em resposta a um sinal.
	De maneira semelhante, a tubulina livre encontra-se ligada à estatmina, uma proteína que sequestra a tubulina. Dependendo do nível de monômeros de tubulina sequestrados pela estatmina, pode haver uma alteração no esquema adição de subunidades – hidrólise de GTP na extremidade mais dos microtúbulos, causando um encurtamento de seus protofilamentos. A fosforilação de estatmina impede que ela se ligue à tubulina, sendo este então o mecanismo que controla esse balanço.