Cap 12 Compartimentos Intracelulares e Endereçamento de Proteínas

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Bases Biológicas
Compartimentos Intracelulares e Endereçamento de Proteínas
Organelas  mesmas funções em diferentes tipos celulares apenas variam em abundância
Organelas  possuem as mesmas funções em diferentes
tipos celulares apenas variam em abundância
Hipótese da origem evolutiva de algumas organelas
Divisão celular duplicar as organelas
Organelas aumentam de tamanho por incorparação de novas moléculas  Dividem-se e são distribuídas  células filhas
A células não produz tais membranas do zero
RE é sintetizado através de um RE já existente. A membrana do ”novo” RE já deve vir com as proteínas translocadoras de proteínas (proteínas que importam as proteínas do citosol)
Compartimentos intracelulares se dividem em:
núcleo e citosol  comunicação através dos poros nucleares
organelas envolvidas em vias secretoras e endocíticas 
RE, CG, endossomos, lissossomos, vesículas de transporte, peroxissomos
mitocôndrias
plastídeos (somente em plantas)
 Síntese de proteínas ribossomos no citosol e RE
 Poucas proteínas são sintetizadas nos plastídeos e mitocôndrias
Como as proteínas sabem para qual compartimento devem-se	dirigir a locais fora do citosol ou a outros
destinos dentro da célula?
Sinais de endereçamento  sequências de aminoácidos 
reconhecidos por proteínas receptoras
Existem proteínas que não possuem sinais de endereçamento Permanecem no citosol!
Núcleo
Polissomo livre no citosol
Peroxissomo
Enzima livre no citosol
Proteína nuclear
Proteína do citoesqueleto
Cloroplasto
M itocôndria
Proteína
Destinos e os mecanismos pelos quais as proteínas se movem de um compartimento para o outro  Via endocítica e secretora
Transporte Mediado 
 proteínas (citosolnúcleocitosol) através dos poros nucleares
 poros nucleares são mediadores seletivos e ativos de macromoléculas
 poros nucleares permitem a passagem de moléculas menores por difusão simples
Transporte Transmembrana
 proteínas (citosolorganelas) através das proteínas translocadoras
 moléculas devem dobrar-se para passar pelo transportador
Transporte Vesicular
 proteínas (compartimento a outro) através das vesículas
Mapa simplificado do tráfico de proteínas
Sequências sinais  15 – 60 aminoácidos (região N-terminal)
Peptidases sinal  removem a sequência quando a proteína já está no seu destino
Receptores de endereçamento após realizar a entrega da proteína retornam ao seu local de origem.
Receptores  meio de “transporte” das proteínas.
Compartimento: Núcleo
Núcleo
Ocupa uma posição fixa  interação
com filamentos de actina e intermediários
Formato do núcleo acompanha o da célula. As células prismáticas têm núcleos alongados, enquanto as células
poligonais ou esféricas apresentam núcleos esféricos
Há também muitos núcleos comforma irregular
Núcleo interfásico é composto po envoltório nuclear, cromatina, nucléolos e nucleoplasma
A maioria das proteínas da membrana externa é comum às membranas do retículo. Algumas, no entanto, são
específicas, tais como aquelas da família das nesprinas, que interagem com componentes do citoesqueleto e são responsáveis pela ancoragem
e pelo posicionamento do núcleo na célula.
Estrutura da Membrana Nuclear
Membrana Interna proteínas de ancoramento para cromatina e lâmina nuclear ( suporte à membrana)
Externa contínua com o RE
Estrutura da Membrana Nuclear
Características estruturais	dos
Complexos de Poros
São formados por 2 anéis proteícos, estima-se que o complexo seja formado por mais de 100 moléculas proteícas chamadas de nucleoporinas
Contém de 3 -4 mil NPCs
As proteínas passam enoveladas pelos poros
Receptores (carioferinas) que transportam as moléculas interagem com os NPCs
Fluxo bidirecional de moléculas
Cada NPC possue canais aquosos (pequenas moléculas hidrofílicas) difusão simples
Proteínas se arranjam bloqueando a passagem de macromoléculas
Passagem de moléculas nos Poros
Importação e Exportação de grandes moléculas
	proteínas receptoras ativas  Transporte ativo
Importinas  se ligam a proteínas que querem entrar no núcleo
Exportinas se ligam a proteínas que querem sair do núcleo
Quem fornece energia para o transporte é o GTP
Passagem de moléculas nos Poros
Permanece no citosol após a mutação do aa
Transporte Mediado 
 proteínas (citosolnúcleocitosol) através dos poros nucleares
 poros nucleares são mediadores seletivos e ativos de macromoléculas
 poros nucleares permitem a
passagem de moléculas menores por difusão simples
Diferentes sinais de importação
Sinais de exportação receptores de exportação
Importação: citosol núcleo Exportação: núcleo  citosol
Após o transporte para o núcleo os sinais de importação
não são retirados!
A Ran controla o sentido da translocação de moléculas pelos poros
A direção do transporte de moléculas entre o núcleo e o citoplasma é regulada pela 
Ran (do inglês RAs-related nuclear protein) uma proteína de baixo peso molecular pertencente à família das enzimas que quebram GTP ou GTPases.
Os receptores de importação (importinas)/exportação (exportinas)
precisam estar ligados a uma proteína
Ran
RanGTP fica no núcleo e a RanGDP, no citoplasma.
A Ran se liga a importinas e exportinas
1
1
Como regular a importação e
exportação?
Por exemplo a proteína tem a seq. sinal de exportação ou importação mas naquele momento ela não é necessária no núcleo, o que a célula faz?
Mecanismos de regulação
Sinais de exportação podem estar ligados ou desligados por fosforilação de aminoácidos.
Proteínas inibitórias mascaram os sinais de localização e os receptores não conseguem interagir.
Exemplo: Ativação das células T
Sinais de exportação
Sinais de importação
Ca +2
Ativa
Ca +2
Lâmina nuclear  dá forma e estabilidade ao envelope nuclear
NúcleoCitosolNúcleo
Tráfego ocorre entre os complexos de poro nuclear
Pequenas moléculas difundem passivamente
Grandes moléculas  transporte ativoproteínas receptoras  liberam a carga no núcleo por estarem ligadas à RanGTP ( no núcleo há a troca de GDP por GTP).
Grandes moléculas  transporte ativoproteínas receptoras  liberam a carga no citosol por estarem desligadas à RanGTP ( GTP sofre hidrólise  GDP)
NúcleoCitosolNúcleo
RanGTP  direcionalidade e energia
Sinais de localização não são removidos, nas proteínas nucleares pois as proteínas podem ser repetidamente importadas toda vez que o núcleo se reoorganiza após a mitose.
Sinais de importação/exportação podem ser ligados ou desligados por fosforilação e desfosforilação
Dupla membrana
Complexos proteícos (multisubunidades) são translocadores
proteícos através das membranas mitocôndriais
Proteína
Proteína
Proteína
Proteína
Classe específica
ADP, P e ATP  membrana interna
Proteína
Proteína + chaperona
Proteína
Proteína
Proteínas que deixam as proteínas a serem transportadas desenoveladas são as chaperonas
“puxa”a proteína Enovela a proteína desenovelada
Porinas (proteínas formadoras de poros: íons e pequenas moléculas)
 Presentes na membrana externa de bactérias e mitocôndrias
A via conservada de insersão dessas porinas nos mostra uma evidência adicional a origem endossimbiótica das mitocôndrias
Porinas
A membrana interna não tem porinas!
Sequência sinal, clivagem, inserção e fonte de energia
ME (TOM tb add proteína na ME)
MI
Espaço intermembranar
Matriz  TOM
Recebem esse nome por oxidar substratos orgânicos específicos, retirando
átomos de hidrogênio e combinando-os com oxigênio molecular (O2). Essa reação resulta na produção de peróxido de hidrogênio (H2O2),
uma substância oxidante muito prejudicial à célula, sendo imediatamente eliminada pela enzima catalase, também presente no interior dos peroxissomos.
Quebra
A BAINHA DE MIELINA que reveste os neurônios é rica em um tipo de fosfolipídeo chamado plasmalogênio. As primeirasetapas da síntese dessas moléculas ocorre nos peroxissomos. Isso explica por que muitas anomalias que afetam os peroxissomos resultam em doenças neurológicas.
Formação dos peroxissomos
Síntese de lipídeos e fosfolipídeos de membrana e proteínas
Armazenamento de Ca2+
Proteínas que serão secretadas para o exterior celular, ao CG, ou lisossomos são destinadas inicialmente ao lúmen do RE
Translocação de proteínas para o RE envolve processo cotraducional
Translocação de proteínas para o RE simplificada
Acomodam sequências sinais hidrofóbicas
de diferentes sequências
Quem faz transporte pos traducional?
Leveduras e bactérias
Fique atento!
Sinais que determinam o arranjo da
proteína transmembrana
Inserção  seq. parada
Sinais que determinam o arranjo da
proteína transmembrana
Inserção  seq. sinalizadora
Região rica em aa+  fica
voltada para o citosol
Note a região N terminal e C terminal podem se posicionar para fora
ou para dentro
Dupla passagem  seq. inicio e parada
Múltiplas passagens  seq. inicio e parada
Proteínas importantes dentro do RE
Proteínas importantes dentro do RE
Defesa contra o sistema imune
Exportação para fora do RE das proteínas mal enoveladas
Proteínas mal enoveladas são transportadas ao CG e clivadas, retornam
ao núcleo ativando genes
A diminuição desse
fator ativa a tradução
de proteínas ativas na resposta a proteínas mal enoveladas
O aumento da síntese proteica sobrecarrega o RE e as proteínas mal enoveladas se acumulam no RE
As proteínas mal enoveladas se ligam a receptores que estimulam a produção de um regulador de transcrição
O regulador de transcrição vai para o núcleo para ativar genes que codificam para a produção de chaperonas e outros componentes do RE
Utilizam mecanismos diferentes para a importação de proteínas e lipídeos
Modificam alguns lipídeos que importam do RE Não sintetizam lipídeos de novo
Não são bem conhecidos esses mecanismos
CG
precursor
Estudo dirigido Transporte de proteínas
Núcleo
Mitocôndrias
RE
Qual é o mecanismo de importação e exportação de proteínas nucleares e sua fonte de energia? Os sinais de localização são removidos? Qual é a importância?
NPC complexo poro nuclear  nucleoporinas
Pequenas moléculas e íons passam passivamente pelos poros.
Macromoléculas  transporte ativo
Receptores no citosol  se ligam a seq sinais das proteínas citosólicas. No núcleo receptores se ligam a RanGTP e liberam a proteína.
Receptores no núcleo se ligam a seq sinais das proteínas nucleares. No
citosol receptores se ligam a RanGDP e liberam a proteína.
*Ran GTP  direcionalidade e energia
*Ran GAP hidrolisa o GTP RanGDP
*Fator GEF troca o GDP  RanGTP
* Sinais de localização celular não são removidos podendo ser repetidamente importadas no processo de divisão celular.
Estudo dirigido – Transporte de proteínas ao Núcleo
Qual outro mecanismo de controle de importação de proteínas nucleares? Dê um exemplo.
Fosforilação. Exemplo:
ImportaçãoFator de ativação das células T é desfosforilado pela calcineurina, expondo a sua seq. sinal. O fator vai para	núcleo ativando genes.
Exportação  Fator de ativação das células T é fosforilado por quinases. O fator vai para	o citosol.
Estudo dirigido – Transporte de proteínas ao Núcleo
Quais os complexos utilizados para a importação de proteínas na mitocôndria? Como as proteínas são inseridas?
Tim membrana interna
Sam membrana externa  inserção de proteínas transmembranares Tom (receptores [reconhecem a seq. sinal] + canal de translocação [proteínas passam pelo canal]), fica na membrana externa
OXA membrana interna  inserção de proteínas transmembranares
*As proteínas são inseridas na membrana por seq. de parada de
transferência
*As proteínas para passarem pelo translocador precisam estar desenoveladas (chaperonas)
Estudo dirigido – Transporte de proteínas à Mitocôndria
Estudo dirigido – Transporte de proteínas ao Mitocôndria
Qual é a fonte de energia utilizada nesse processo?
Hidrólise de ATP  desligam as chaperonas das proteínas.
Hidrólise de ATP chaperonas da matriz puxam as proteínas para a matriz mitocondrial)
Potencial de membrana (TIM) passagem da proteína
Estudo dirigido – Transporte de proteínas ao RE
Como ocorre a importação de proteínas para o RE?
SRP (partícula reconhecedora de sinal)
Receptor da SRP  forma um complexo SRP+Receptor. Direcionam o ribossomo ao translocador (Sec 61)transporte cotraducional
Complexo adicional de Sec é ligado ao translocador (Sec 61), o qual deposita as BIP (proteínas de ligação que puxam a proteína ao lúmen do RE, num processo dependente de ATP) transporte pós-traducional
Estudo dirigido – Transporte de proteínas ao RE
Descreva a função da N-glicosilação das proteínas no RE.
Os oligossacarídeos são rótulos para marcar o enovelamento das proteínas.
Chaperonas específicas reconhecem a molécula de glicose, após o enovelamento correto a molécula é retirada pela glicosidase.
Caso isso não ocorra uma nova molécula de glicose é adicionada pela glicosil-transferase e o processo continua.
Estudo dirigido – Transporte de proteínas ao RE
Como o RE processa o acúmulo de proteínas mal enoveladas?
Proteínas mal enoveladas exportadas ao
citosolubiquitinação proteossomos (degradação)
O acúmulo das proteínas mal enoveladas ativa 3 sinais mais chaperonas sejam sintetizadas.
IRE1 splicing  proteínas reguladoras de gene síntese de
chaperonas
PERK inativa um fator de transcrição  proteínas reguladoras de gene síntese de chaperonas
ATF6 Proteínas mal enoveladas são transportadas ao CG e clivadas, retornam ao núcleo ativando genes síntese de chaperonas
Mais chaperonas entram no RE.
Estudo dirigido – Transporte de proteínas ao RE
Como as proteínas sabem que ficarão no citosol ou inseridas na membrana?
Por sequência sinal, de parada