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Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● CITOLOGIA 1 www.medresumos.com.br COMPLEXO DE GOLGI O complexo de Golgi (CG) constitui uma organela citoplasmática presente apenas em organismos eucariontes, que foi descrito pela primeira vez pelo biólogo italiano Camilo Golgi, que pela sua descoberta a organela recebera seu nome. Em 1898 através da coloração de células do sistema nervoso com nitrato de prata utilizando um microscópio óptico, a primeira vista com os recursos da época Camilo Golgi observou um emaranhado de pilhas achatadas de forma côncava, que se localizava próximo ao núcleo. ULTRAESTRUTURA O complexo de Golgi (CG), visto ao microscópio eletrônico, consiste de sáculos achatados também chamados de cisternas. No corte transversal as cisternas aparecem sobrepostas, mantendo uma distancia regular entre si. O número de cisternas varia de acordo com o tipo de célula estudada e até mesmo o estado fisiológico da mesma. Estas cisternas não possuem comunicação física entre si, sendo espaçadas em 20 e 30 ηm por uma matriz proteica. O transporte do complexo de Golgi, a partir do reticulo endoplasmático (RE) e entre as suas cisternas, é feito a partir de vesículas de transporte. Estas cisternas estão organizadas da seguinte forma: As cisternas próximas ao RE são denominadas cisternas cis (mais convexa), as que ocupam a porção central são as cisternas médias, e as cisternas próximas ao sítio de secreção da célula são denominadas cisternas trans (mais côncavas). ESTRUTURA DO COMPLEXO DE GOLGI Existem também os chamados compartimentos especiais chamados rede Golgi cis e rede Golgi trans. Estas são formadas por estruturas membranosas conectadas, em forma de tubos ou na forma de cisternas. A estrutura desses compartimentos fornece uma grande superfície para interação com as cisternas adjacentes ou mesmo para facilitar rearranjos das membranas nos processos de brotamento e fusão das vesículas. A rede Golgi cis, localizada entre o RE e o CG é o sitio é o sitio de entrada do CG, e a rede de Golgi trans segue- se as cisternas trans, sendo o sitio de saída de substancias para outros compartimentos celulares ou para o meio extracelular. A comunicação entre o CG, entre o CG e o RE, e entre o CG e a membrana plasmática se dá por vesículas transportadoras. FUNÇÕES DO COMPLEXO DE GOLGI O complexo de Golgi possui diversas funções, entretanto muitas delas ainda não foram completamente elucidadas. O CG é o principal sitio de seleção, endereçamento e transporte das substancias que foram sintetizadas no RE. Além do transporte, o CG é responsável pelo processamento de lipídios e proteínas sintetizadas no RE, sendo a Glicosilação, sulfatação e fosforilação as principais reações que ocorrem no CG, e síntese de polissacarídeos. O RE controla a qualidade das proteínas que serão enviadas ao aparelho de Golgi. Se uma proteína não tiver as quatro cadeias polipeptídicas formadas será degradada. TRANSPORTE VESICULAR O transporte do retículo endoplasmático para o aparelho de Golgi, e a partir deste para os outros compartimentos do sistema de endomembranas, é conduzido por vesículas de transporte. As vesículas são compartimentos envoltos por uma bicamada lipídica tipicamente pequenos, que armazenam, transportam, digerem e secretam moléculas, organelas e corpos estranhos as células. São formadas a partir de membranas pré-existentes, se destacando delas, e servindo para a organização celular, além de também funcionarem como câmara para reações. Desta maneira, o transporte vesicular é a mais importante atividade celular, responsável pelo trafego molecular entre uma variedade de compartimentos específicos envoltos por membranas. A seletividade de tal transporte é, deste modo, a chave para a manutenção da organização funcional da célula. Arlindo Ugulino Netto. CITOLOGIA 2016 Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● CITOLOGIA 2 www.medresumos.com.br O primeiro passo no transporte vesicular é a formação de vesículas a partir de um compartimento doador se dá através do processo de brotamento. Para que isso ocorra, determinada região da membrana desse compartimento se curva, aproximando-se ate se fundir, liberando, assim, uma vesícula. Geralmente, a curvatura na membrana é imposta pelo agrupamento de proteínas específicas, que permanecem como um revestimento externo nas vesículas liberadas. Tais proteínas são conhecidas como proteínas de cobertura. Além dessa função, as proteínas de cobertura possibilitam a seleção das substâncias a serem transportadas nessas vesículas. Diferentes classes de coberturas vesiculares podem ser reconhecidas ao microscópio eletrônico e cada uma desempenha papeis específicos no transporte vesicular, sendo responsáveis por etapas distintas desse transporte. Atualmente, são facilmente reconhecidas a cobertura de clatrina, a cobertura formada por proteínas de COP I (COat Protein I) e a cobertura de proteínas COP II (COat Protein II). As vesículas cobertas por clatrina têm cerca de 50 a 100nm de diâmetro e aparência de uma bola de futebol. As vesículas cobertas por clatrina são responsáveis pela captação de moléculas extracelulares de membrana plasmática por endocitose, assim como pelo transporte de moléculas da rede de Golgi trans para os lisossomos. As subunidades de clatrina se unem formando uma rede fibrosa, que vista ao microscópio eletrônico apresenta de desenhos de hexágonos e pentágonos. Cada subunidade de clatrina se mantem ancorada a vesícula graças a ação de um complexo proteico conhecido como adaptina, que se liga simultaneamente à clatrina e alguma proteína transmembrana. Várias dessas proteínas transmembrana são receptores que reconhecem substancias especificas que, por isso, acabam fazendo parte do conteúdo da vesícula. Dessa forma a cobertura de clatrina fornece um mecanismo extremamente interessante de seleção de produtos que serão incorporados na vesícula, ainda no momento de sua formação e que, consequentemente, serão transportados por ela, ou seja, a clatrina direciona os produtos desse compartimento do CG ao endossomo tardio, aos vacúolos citoplasmáticos e a membrana plasmática, no caso de produtos de secreção regulada. As proteínas COP são também chamadas de coatômeros e atualmente estão divididas em duas classes, como foi visto, COP I e COP II, dependendo da sua composição proteica. Os revestimentos das vesículas recobertas por COP I e COP II são complexos proteicos distintos, que funcionam semelhantemente à clatrina e às proteínas de adaptação no brotamento das vesículas. As vesículas recobertas por COP I efetuam o transporte retrógrado de substancias dentre os diferentes compartimentos do Golgi e desses para o RE, permitindo a reciclagem de substancias e o retorno de proteínas residentes de algum desses compartimentos, encontradas em outras regiões. O trafego anterógrado de substancias dentre as cisternas do CG é também uma das funções das vesículas com cobertura COP I. O transporte efetuado por essas vesículas é fundamental para a manutenção da correta organização e diferenciação das cisternas do CG e ate pouco tempo era considerado o único mecanismo de transporte retrógrado de substâncias entre os compartimentos citados. Entretanto, trabalhos recentes defendem a ocorrência de transporte retrógrado independente de COP I, embora esse mecanismo ainda está pouco elucidado. As vesículas recobertas por COP II, por sua vez, são responsáveis pelo transporte de substâncias do RE para o CG, possibilitando, assim, o primeiro passo da via biossintética secretora. Além de produtos de secreção, muitas proteínas de membrana também são transportadas por essas vesículas. Desta forma, proteínas responsáveis pelas diferentes atividades típicas do CG podem alcançar tal organela após serem traduzidas no RE. Dentre elas, podemos citar enzimas como as glicosiltransferases. Assim como a clatrina, as proteínas COP I e COP II interagemcom receptores que reconhecem produtos específicos, permitindo a seleção e a concentração desses componentes para futura incorporação de vesículas. Proteínas de cobertura COP I, por exemplo, se ligam a receptores que reconhecem o sinal KDEL, característico de proteínas residentes do RE, selecionando tais proteínas para futura inclusão em vesícula do tipo COP I. Por outro lado, proteínas COP II se associam, por exemplo, a receptores que se ligam na sua face não-citosólica a produtos que poderão ser secretados. Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● CITOLOGIA 3 www.medresumos.com.br GLICOSILAÇÃO Muitas proteínas são modificadas pela adição de carboidratos, um processo chamado de Glicosilação. As proteínas as quais foram adicionadas cadeias de carboidratos, chamadas glicoproteínas, são normalmente secretadas ou localizadas na superfície da célula, embora exista algumas proteínas nucleares ou citosólicas que são glicosiladas. As porções de carboidrato das glicoproteínas têm um papel importante no dobramento proteico no reticulo endoplasmático, na marcação de proteínas para distribuição aos compartimentos intracelulares adequados e como sítios de reconhecimento na interação célula- célula. As glicoproteínas são classificadas como ligadas ao N ou ligadas ao O, dependendo do sitio de ligação da cadeia lateral do carboidrato. Nas glicoproteínas ligadas ao N, o carboidrato é unido ao átomo de nitrogênio na cadeia lateral da asparagina (Asn), enquanto nas glicoproteínas ligadas ao O, o átomo de oxigênio na cadeia lateral da serina ou da treonina é o sitio de ligação do carboidrato. As glicosiltransferases, enzimas responsáveis pelos distintos passos da Glicosilaçao, são proteínas de membrana, com sitio ativo na luz do complexo de Golgi e que se encontram em compartimentos específicos do Golgi. As proteínas são modificadas dentro do RE pela adição de um oligossacarídeo comum, constituído de 14 resíduos de açúcares e um resíduo de Asn. O oligossacarídeo é unido dentro do RE a um transportador lipídico (dolicol fosfato). Desta forma ele é transferido como uma unidade intacta a um resíduo de Asn. Em seguida, o oligossacarídeo comum ligado ao N é modificado, com a remoção de três resíduos de glicose e um de manose, enquanto a glicoproteína está no RE. Seguindo o transporte para o complexo de Golgi, os oligossacarídeos N ligados dessas glicoproteínas são submetidos às modificações adicionais. O processamento dentro do Golgi envolve a modificação e a síntese da porção de carboidrato de glicoproteínas. Essas modificações ocorrem em uma sequência ordenada de reações. A primeira modificação das proteínas destinadas à secreção ou à membrana plasmática é a remoção de três resíduos adicionais de manose. Seguido pela adição de uma N acetilglicosamina, pela remoção de mais duas manoses e pela adição de uma fucose e mais duas N acetilglicosaminas. Finalmente três galactoses e três resíduos de acido siálico são adicionados. Diferentes glicoproteínas podem ser diferentemente modificadas durante a passagem pelo Golgi, dependendo de dois fatores – estrutura da proteína e da quantidade de enzimas processadas que estão presentes dentro dos CG de diferentes tipos celulares. Consequentemente, as proteínas podem sair do Golgi com uma variedade de diferentes oligossacarídeos N ligados. Os oligossacarídeos N ligados formados neste processo são chamados de oligossacarídeos complexos. Há uma correlação entre a posição de uma enzima na cadeia de eventos de processamento e a sua localização na pilha de Golgi. Enzimas que atuam no início são encontradas em cisternas proximais á face cis, enquanto as enzimas que atuam mais tarde são encontradas nas cisternas próximas á face trans. Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● CITOLOGIA 4 www.medresumos.com.br O processamento dos oligossacarídeos N-ligados de proteínas lisossomais difere dos das proteínas secretadas e da membrana plasmática. Ao invés de ocorrer a remoção de três resíduos monoses, as proteínas são inicialmente, modificados pela fosforilação da manose. Fosfatos de N-acetilglicosamina são adicionados a resíduos específicos de manose. Provavelmente enquanto a proteína está na rede de Golgi cis. Esta é seguida pela remoção do grupo N-acetilglicosamina, deixando resíduos de manose 6 fosfato no oligossacarídeo N-ligado. Devido a essa modificação, esses resíduos são reconhecidos especificamente por um receptor de manose 6 fosfato na rede de Golgi trans. Que direciona o transporte dessas proteínas para o lisossomo. Os oligossacarídeos N-ligados formados nesse processo de glicosilação são chamados de oligossacarídeos ricos em manose. No complexo de Golgi também ocorre a glicosilação dos oligossacarídeos O-ligados. Estes são produzidos pela adição de carboidratos na cadeia lateral de um aminoácido serina ou treonina. A tabela abaixo mostra as principais diferenças entre a glicosilaçao N-ligada e a glicosilaçao O-ligada (Tabela 1). Glicosilação N-ligada Glicosilação O-ligada Inicia-se no RE e continua no CG Ocorre exclusivamente no CG Açúcares são ligados ao radical –NH2 de resíduos de Asparagina Açúcares são ligados ao radical –OH de resíduos de Serina e Treonina Adição de oligossacarídeos em bloco no RE e modificações no CG A adição de monossacarídeos é sequencial nas diferentes cisternas do CG Oligossacarídeos grandes, com mais de 4 resíduos Os oligossacarídeos são pequenos A especificidade desse processo é baseada na enzima que catalisa a primeira etapa de uma sequência de reações, essa enzima reconhece o determinante estrutural (presente nas proteínas lisossomais). Esse determinante do reconhecimento que leva a fosforização das manoses, e assim direciona a proteínas para os lisossomos são chamadas regiões sinal. SINTESE DE POLISSACARÍDEOS Na luz do CG, são sintetizados diferentes polissacarídeos. Os principais exemplos em vegetais, são hemicelulose e pectina e, em animais, glicosaminoglicanos. Hemicelulose e pectina são componentes da parede celular, e sintetizados no CG, e pertencem a um grupo de polissacarídeos ramificados. A cadeia principal dos polissacarídeos é longa, linear e é composta por apenas um tipo de açúcar, e é responsável pela ligação da hemicelulose à celulose na parede celular, enquanto nas cadeias laterais são compostas de outros açucares, e estabelecem ligações entre moléculas de hemicelulose com moléculas de pectinas. Os glicosaminoglicanos são cadeias polissacarídeos não ramificados. Caracterizam-se pela repetição de unidades dissacarídecas de um acido urônico (idurônico ou glicurônico) e um carboidrato aminado (glicosamina ou galactosamina), e são ricos em cargas negativas, por apresentarem sulfatação. SÍNTESE DO ACROSSOMO O acrossomo presente no espermatozoide, contem enzimas hidrolíticas, proteases e glicosidases. Estas enzimas são sintetizadas na luz do CG e permanecem no acrossomo, até que haja o contato entre o espermatozoide e óvulo, desencandeando sua liberação. A função dessas enzimas é facilitar a penetração do espermatozoide no óvulo, por digestão da zona pelúcida. FORMAÇÃO DE MEMBRANA CELULARES As vesículas provenientes do CG, tem como destino outras organelas, como o RE, lisossomos e a membrana plasmática. Quando atingem o destino, acontece a liberação do conteúdo destas vesículas e fusão das membranas. Os conteúdos lipídico e proteico das membranas das vesículas são incorporadas às membranas de destino. Dessa forma, o CG atua na formação de membranas celulares. O transporte através do CG é bastante dinâmico e as vesículas provenientes do RE auxiliam na manutenção de sua estrutura. SULFATAÇÃO Esta reação é realizada a partir de um doador de sulfato –PAPS (3-fosfoadenosina-5-fosfosulfato). Este doador é transportado para a luz do CG na rede Golgi trans, onde ocorre esse processo de sulfatação. O sulfato confere carga negativa aos proteoglicanos, quecompõe a matriz extracelulular. Entretanto, o sulfato também pode ser adicionado a proteínas secretadas ou a domínios extracelulares de proteínas e lipídios da membrana plasmática. FOSFORILAÇÃO Esta reação ocorre apenas na face cis do CG. Um importante processo de fosforilação relacionado á formação do resíduo 6-manose-6-fosfato em enzimas lisossomais. Este processo foi descrito durante a glicosilação de proteínas destinadas ao lisossomo. Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● CITOLOGIA 5 www.medresumos.com.br DIABETES MELITTUS O diabetes mellitus clínico é uma síndrome metabólica caracterizada por uma hiperglicemia inadequada, seja devida à deficiência absoluta de secreção de insulina, ou a redução da eficácia biológica desse hormônio, ou mesmo, as duas alterações. Atualmente a diabetes é divida em subtipos que foram endossados pela OMS (Organização Mundial de Saúde) em 1997. A diabetes divide-se em: Tipo I A – deve-se a destruição das células B das ilhotas pancreáticas que em mais de 95% dos casos é causada por um processo autoimune, em geral estes pacientes tendem a desenvolver cetoacidose e cetonúria pelo o qual na ausência de quantidades adequadas de insulina o paciente produz e excreta três corpos cetônicos na urina: ácido β-hidroxibutirato, ácido acetoacético e acetona. A esses pacientes deve-se ser administrada a reposição hormonal de insulina. Tipo I B – os três tecidos-alvos da insulina (fígado, ME e tecido adiposo) não apenas deixam de captar adequadamente os nutrientes absorvidos, como também continuam a liberar glicose, aminoácidos e ácidos graxos para o sangue. As alterações do metabolismo das gorduras levam à produção e acumulação de cetonas. As causas podem ser várias, dentre elas podemos citar o vírus (exemplo: caxumba, rubéola), causas ambientais e idiopáticos. Tipo 2 – Acomete os indivíduos com resistência a insulina, em que há uma deficiência concomitante na resposta da célula para a glicose com a deposição de amiloide dentro da ilhota pancreática, com o envelhecimento e pode ser agravado pela hiperglicemia persistente que impede a sinalização da insulina e a função das células β, que geralmente têm deficiência relativa deste hormônio e é responsável por 80-90% dos casos. Esses pacientes não necessitam inicialmente de insulina e a cetose é rara. Ocorre uma insensibilidade tissular à insulina observada na maioria dos pacientes. A obesidade é um dos fatores que podem desencadear este processo, pois os adipócitos produzem alguns produtos secretórios como TNFα, leptina, adiponectina e resistina que se opõem a insulina e alteram a especificidade de seu receptor se ligando a eles. Outros fatores tais como Genéticos (hipotético), envelhecimento e sedentarismo, podem desencadear esse processo. PATOLOGIAS DAS CÉLULAS β PANCREÁTICAS ASSOCIADA AO CG Amiloide é composto de um peptídeo denominado polipeptídio de amiloide da ilhota, ou amilina que apresenta homologia com o peptídeo relacionado ao gene da calcitonina. Nas ilhotas pancreáticas normais, a amilina é encontrada juntamente com a insulina nos grânulos de células β, entretanto é depositada fora dessas células no DM tipo 2. Há relatos de que prejuízo na secreção de amilina acompanha lesão ou depleção da célula β, muito embora os efeitos da amilina na secreção ou ação de insulina permaneçam controversos, ou seja, quanto maior a quantidade de tecido adiposo, maior será a quantidade de resistência que inibe a insulina. No pâncreas o conteúdo das cisternas do complexo de Golgi varia muito de acordo com o tipo celular nas células acinosas das cavidades apresentam-se constituídas por uma solução aquosa rica em glicoproteínas. Um tipo de diabetes devido a não transformação da pró-insulina (inativa) em insulina ativa, em consequência de uma falha no processo de proteólise que ocorre nos grânulos de secreção de Golgi das células β do pâncreas. O sangue desses doentes contém o pró-hormônio pró-insulina, em vez da insulina, que é o hormônio ativo. A pró-insulina está acondicionada nos grânulos secretores imaturos de Golgi. Nesses grânulos estão presentes duas enzimas conversoras do pró-hormônio PC 1/3 e PC 2, essas enzimas reconhecem e clivam em pares de aminoácidos básicos, desta forma devolvendo a sequência intercalada. Com o resultado temos uma molécula de insulina e uma molécula de peptídeo C. Uma pequena quantidade de pró-insulina produzida pelo pâncreas deixa de ser clivada e é secretada na corrente sanguínea, cerca de 3% a 5%. Como a pró-insulina não é removida pelo fígado, sua meia-vida é de 3-4 vezes a mais do que a insulina, sendo decomposta pelos rins. A pró-insulina tem cerca de 7-8% da atividade biológica da insulina. TRATAMENTO O principal objetivo do tratamento é tentar normalizar os níveis sanguíneos de glicose, visando reduzir o desenvolvimento das complicações vasculares e neuropáticas. A meta terapêutica é atingir níveis normais de glicose (euglicemia), sem hipoglicemia e sem perturbar consideravelmente os padrões usuais de atividade do paciente. Os componentes do tratamento da diabetes incluem: dieta, exercícios, monitorização, educação, medicação (se necessário). Em geral, o tratamento sofre variações durante o curso da doença, devido a mudanças no estilo de vida, nas condições físicas e emocionais, e avanços nos métodos terapêuticos. São os profissionais de saúde que conduzem o tratamento, mas é a pessoa portadora de diabetes que se defronta no dia-a-dia, com os detalhes da implementação de um esquema terapêutico complexo. Por este motivo, a educação do paciente e seus familiares é considerada um componente essencial do tratamento do diabetes.
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