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Retículo Endoplasmático (RE) Proposta EVOLUTIVA – aparecimento do NÚCLEO e do RE DEFINIÇÃO O RE é um conjunto de cavidades organizado, ora como uma rede de labirintos de tubos ramificados, ora como cisternas achatadas que se estendem pelo citosol, podendo ou não, estar recobertas por ribossomos. O espaço interno delimitado pelos tubos e cisternas é denominado de Lumen ou Cisterna do RE. ESTRUTURA Temos dois tipos de RE: 1. Quando os ribossomos estão aderidos ao folheto externo da membrana do RE, ele passa a ser denominado de RER, apresentando um aspecto tubular; 2. À ausência dos ribossomos sobre o folheto externo da membrana do RE, caracteriza o REL, cujo aspecto assemelha-se a cisternas (vesículas). DESCOBERTA e TERMINOLOGIA O RE foi descoberto em 1945, com o advento do microscópio eletrônico de transmissão. O termo “endoplasmático” foi proposto devido ao fato dos túbulos não alcançarem à periferia da célula. SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS O RE (RER, REL e o Envoltório Nuclear) juntamente com o aparelho de Golgi, são os principais com- ponentes do Sistema de Endomembranas. Sua função principal é a segregação de proteínas sintetizadas pelo RER. ASPECTOS MORFOLÓGICOS • O RE representa: 10 a 15% do volume celular 50% em termos de membrana total da célula. • Quantidade – depende do tipo celular / metabolismo celular Ex: fígado – 1/3 = RER e 2/3 = REL. MÉTODOS DE ESTUDOS • Ultracentrifugação diferencial - Microssomos • Microscopia de luz – Ergastoplasma/Corpúsculos de Nissl • Microscopia Eletrônica – RER e REL • Bioquímica.- componentes MICROSSOMOS O que é - as técnicas de Centrifugação diferencial isolam a membrana do RE sob a forma de peque- nas vesículas de 10 nm de diâmetro – os microssomos. Tipos Os microssomos derivados do RER e providos com ribossomos, presentes na superfície externa de sua membrana, são denominados de microssomos RUGOSOS. Aqueles que NÃO possuem ribossomos, sendo derivados do REL (podendo também, advir do apa- relho de Golgi, endossomos e mitocôndrias), são chamados de microssomos LISOS. Importância Devido ao fato de serem purificados em sua forma funcional, os microssomos são especialmente importantes para os estudos de muitos processos realizados pelo RE. Exemplo: RER – síntese de proteínas, glicosilação de proteínas, etc. Ergastoplasma e Corpúsculos de Nissl – regiões basófilas RER e REL – ultraestrutura Composição Química – Análise Bioquímica Membranas do RE Lipídios (30%) • Predomínio de fosfolipídios • Pouquíssimos glicolipídios Colesterol – presente em % menor do que na MP (membrana do RE mais fluida do que a MP). Face citoplasmática – Fosfatidilserina e Fosfatidilcolina / Fosfatidiletanolamina Face luminal – Fosfatidilinositol / Esfingomielina (% muito pequena) Proteínas (70%) Enzimas necessárias para: • Síntese de proteínas; • Metabolismo dos lipídios; • Desintoxicação; • Transferência dos açúcares para as proteínas; • Biossíntese de fosfolipídios; • Outras. Carboidratos Representam muito pouco, em % Importante – o RER possui pelo menos, 20 tipos de proteínas não observados no REL; Importante – Retículo Sarcoplasmático Contém ATPases e pelo menos, outras 7 enzimas específicas, des- critas até o presente. Lumen Variável conforme o tipo celular estudado; Possui enzimas chaperonas, transportadoras, cortadoras, modificadoras, etc. Assimetria Da Membrana A assimetria da membrana do RE é devido a distribuição de suas moléculas, protéicas, lipídicas e glicídicas (glicoproteínas e glicolipídios), estas, preferencialmente, relacionam-se com a face luminal. Al- guns exemplos: 1. A G-6-fosfatase está integrada na face luminal; 2. O citocromo P450 é transmembranário, e; 3. Os citocromos b5 estão situados sobre a face citosólica. Citoquímica Identificação pela G-6-Pase Principais Funções do RE Secreção de Proteínas O papel do RE no processamento e na distribuição de proteínas foi primeiramente demonstrado por Palade e col., nos anos de 1960. Esses experimentos definiram uma via utilizada pelas proteínas secretadas, a via secretora: RER → Golgi → vesículas de secreção → Exterior da célula. Pergunta – Esta via é restrita APENAS para proteínas destinadas à secreção pela célula? 1. Proteínas destinadas à Membrana plasmática e aos lisossomos; 2. Proteínas deslocam-se pelas etapas iniciais da via secretora, mas, são retidas e funcionam dentro do RER ou do aparelho de Golgi. Resumindo – a entrada de proteínas no RER representa assim o principal ponto de ramificação para o trá- fego de proteínas dentro da célula eucariótica. Nas células dos mamíferos: 1. A maioria das proteínas é transferida para dentro do RE enquanto está sendo traduzida nos ri- bossomos ligados à membrana; 2. Proteínas destinadas a permanecer no citosol, ou ser incorporadas no núcleo, na mitocôndria, nos cloroplastos ou peroxissomos, são sintetizadas nos ribossomos livres e liberadas para o citosol quando sua tradução está completa. Pergunta – Como as Proteínas são Transportadas para o Lúmen ou Inseridas na membrana do RE? Transporte de Proteínas Solúveis para o lúmen do RE As proteínas solúveis podem ser transportadas para dentro do lúmen do RE, por duas vias (com gasto de energia)+: Transporte simultâneo à tradução – co-translacional Transporte posterior à tradução – pós-translacional Apenas algumas proteínas em mamíferos são direcionadas para o RE após sua tradução estar com- pleta. Após serem sintetizadas no citosol, sua incorporação no RE NÃO requer SRP. Suas seqüências-sinal são reconhecidas por receptores de proteínas distintos (complexo Sec62/63/71/72 ligado ao Sec61). Inserção de Proteínas na Membrana do RE Proteínas destinadas à incorporação na membrana plasmática, ou nas membranas do RE, do apa- relho de Golgi ou dos lisossomos, são inicialmente inseridas na membrana do RE. Da membrana do RE seguem para seu destino final, pela via secretora: RE → Golgi → vesículas se- creção → MP. Proteínas Transmembrana Unipasso Presença de peptídeo- sinal amino-terminal clivável e de um Sinal de Parada de Transferência Presença de seqüência-sinal interna NÃO clivável Proteínas Transmembrana Multipassos Modificações das Proteínas/Controle De Qualidade Introdução A seqüência de nucleotídeos no DNA é transcrita em RNA e traduzida numa seqüência de aminoá- cidos, formando uma cadeia polipeptídica. A síntese de um polipeptídeo, contudo, não é equivalente à produção de uma Proteína Funcional. O polipeptídeo deve dobrar-se numa conformação tridimensional distinta e, em muitos casos, vá- rias cadeias polipeptídicas devem reunir-se num complexo funcional. Muitas proteínas sofrem modificações, tais como: Clivagem Proteolítica da Seqüência Sinal (peptidase sinalizadora). Dobramento de Proteínas (família das Chaperonas moleculares – BiP). Formação de Ligações (ou Pontes) Dissulfeto (S – S) (proteína dissulfeto isomerase - PDI) Glicolisação de Proteínas – (adição e processamento de carboidratos) Definição A Glicosilação pode ser definida como sendo o conjunto de mecanismos que asseguram a transfor- mação de uma proteína numa glicoproteína. Funções A Glicosilação modifica a solubilidade, a estabilidade e a carga das proteínas. Os grupos glicídicos servem de sinais de reconhecimento: eles participam na clivagem de proteínas e no reconhecimento de outras. Tipos de Glicosilação N-ligado Quando o carboidrato N-acetilglicosamina é ligado ao átomo de Nitrogênio na cadeia lateral de As- pargina, se a seqüência for Asp-X-Thr(onde X pode ser qualquer amoniácido, exceto a Prolina). Esta Glicosilação inicia-se no lúmen do RE e finaliza no aparelho de Golgi. O-ligado O átomo de Oxigênio na cadeia lateral de Serina ou Treonina ou Hidroxilisina, é o sítio de ligação do carboidrato N-acetilgalactosamina. Ocorre no aparelho de Golgi é pós-traducional e não atinge senão proteínas completamente dobra- das. Glicosilação (N-ligado) de proteínas no RE – glicosilação do dolicol e transferência dos resíduos de açúcares para a proteína Glicoproteínas ligadas ao Glicosilfosfatidilinositol (GPI) Algumas proteínas de membrana adquirem uma âncora de Glicosilfosfatidilinositol (GPI) ligada co- valentemente à região C-terminal. Esta ligação é formada no lúmen do RE. Oligossacrídeos: “rótulos” para marcar proteínas Proteínas Mal Enoveladas: Degradadas no citosol Frequentemente são degradadas após sua síntese no RE: 1. As proteínas secretoras e de membrana mutantes com erro de dobramento, e; 2. As subunidades não-montadas de proteínas multiméricas. Mecanismo 1. Uma molécula chaperona do RE via transporte retrógrado, encaminha as proteínas a serem des- truídas, para o citosol, passando através dos translocons; 2. No citosol, essas proteínas sofrem, imediatamente, desglicosilação, pela N-glicanase (localizadas na face luminal da membrana do RE); 3. As proteínas, agora liberadas, são poliubiquitiniladas (complexo localizado na face citosólica do RE); 4. Em seguida, um proteossomo(a) é recrutado até a membrana do RE onde a organela pode de- gradar as proteínas. Recuperação de Proteínas Residentes no RE Muitas proteínas residentes no lúmen do RE são retidas no RE por uma seqüência KDEL (Lys-Asp- Glu-Leu) presente na extremidade C- terminal.(membrana = KKXX – dois resíduos de Lys) Caso essas proteínas escapem em direção ao complexo de Golgi, são recuperadas principalmente na rede cis-Golgi e/ou vesículas transportadoras na rota RE → Golgi, pelo receptor de KDEL, localizados nessas organelas. Biossíntese de Lipídios – RE Liso As membranas das células eucarióticas são compostas principalmente de três lipídios: fosfolipí- dios, glicolipídios e colesterol. Embora alguns lipídios sejam sintetizados em associação com outras membranas, à maioria é sin- tetizada no RE. Após sua síntese, os lipídios são transporta- dos do RE para seus destinos finais em vesículas ou por proteínas transportadoras. Processo A maioria dos fosfolipídios é derivada do glicerol. Eles são sintetizados no lado citosólico da mem- brana do RE, a partir de precursores solúveis em água. Papel das Flipases da Membrana do RE As flipases transportam os lipídios da face citosólica para a face luminal, especialmente o fosfatidilcolina. Essas moléculas translocadoras (flipases) são responsáveis pela distribuição assimétrica dos lipídios. Colesterol e Ceramide O RE também serve como o principal local de síntese de outros dois lipídios: colesterol e ceramida. Células produtoras de esteróides (sintetizados a partir do colesterol, no RE), como aquelas no tes- tículo e ovário são particularmente ricas em REL. O ceramida é convertido em glicoproteínas ou esfingomielina (o único fosfolipídio não derivado do glicerol), no aparelho de Golgi. DESINTOXICAÇÃO PELO REL Enzimas detoxificadoras, presentes no REL, inativam várias drogas potencialmente nocivas (p. ex., fenobarbital), convertendo-as para compostos solúveis em água, sendo eliminados pela urina. O REL é abundante no fígado. Estocagem de Cálcio – Retículo Sarcoplasmático A membrana do Retículo Sarcoplasmático possui uma “bomba de cálcio” – Ca++-ATPase – que bombeia o íon para a luz do RE, estocando-o, ligado a uma proteína. A membrana do RE é provida também, de dois tipos de canais iônicos, que liberam o cálcio para o citosol (InsP3Rs e RyRs). Glicogenólise A degradação de glicogênio acumulado em grânulos no citoplasma, principalmente dos hepatóci- tos, é realizada por regiões do RE pela ação da enzima glicose-6-fosfatase. BIOGÊNESE DO RE Algumas teorias sugerem que o RE se origine a partir de expansões do envoltório nuclear. Além da informação genética a célula, para dar continuidade ao seu sistema de endomembranas, necessita também, da informação epigenética, isto é, a presença de um molde preexistente. Comunicação: RE → Golgi – Via Secretora Proposta EVOLUTIVA – aparecimento do NÚCLEO e do RE DEFINIÇÃO ESTRUTURA DESCOBERTA e TERMINOLOGIA SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS ASPECTOS MORFOLÓGICOS MÉTODOS DE ESTUDOS MICROSSOMOS Tipos Importância Ergastoplasma e Corpúsculos de Nissl – regiões basófilas RER e REL – ultraestrutura Composição Química – Análise Bioquímica Membranas do RE Lipídios (30%) Proteínas (70%) Carboidratos Lumen Assimetria Da Membrana Principais Funções do RE Secreção de Proteínas Transporte de Proteínas Solúveis para o lúmen do RE Transporte simultâneo à tradução – co-translacional Transporte posterior à tradução – pós-translacional Inserção de Proteínas na Membrana do RE Proteínas Transmembrana Unipasso Presença de peptídeo- sinal amino-terminal clivável e de um Sinal de Parada de Transferência Presença de seqüência-sinal interna NÃO clivável Proteínas Transmembrana Multipassos Modificações das Proteínas/Controle De Qualidade Introdução Clivagem Proteolítica da Seqüência Sinal (peptidase sinalizadora). Dobramento de Proteínas (família das Chaperonas moleculares – BiP). Formação de Ligações (ou Pontes) Dissulfeto (S – S) (proteína dissulfeto isomerase - PDI) Glicolisação de Proteínas – (adição e processamento de carboidratos) Definição Funções Tipos de Glicosilação Glicosilação (N-ligado) de proteínas no RE – glicosilação do dolicol e transferência dos resíduos de açúcares para a proteína Glicoproteínas ligadas ao Glicosilfosfatidilinositol (GPI) Oligossacrídeos: “rótulos” para marcar proteínas Proteínas Mal Enoveladas: Degradadas no citosol Mecanismo Recuperação de Proteínas Residentes no RE Biossíntese de Lipídios – RE Liso Processo Papel das Flipases da Membrana do RE Colesterol e Ceramide DESINTOXICAÇÃO PELO REL Estocagem de Cálcio – Retículo Sarcoplasmático Glicogenólise BIOGÊNESE DO RE Comunicação: RE → Golgi – Via Secretora
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