Endomembrana- Resumo

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Compartimentalização intracelular:
Célula procariótica: Consistem em um compartimento intracelular envolto por uma membrana plasmática.
Célula eucariótica: É subdividida de forma elaborada em compartimentos funcionalmente distintos envoltos por membrana. A importância destes compartimentos está nas diferentes funcionalidades entre eles, cada um contém conjunto próprio característico de enzimas e outras moléculas especializadas e os transportes de produtos de um compartimento a outro são diferentes.
Síntese das proteínas e importância destas nos compartimentos:
As proteínas conferem características estruturais e propriedades funcionais a cada compartimento. Elas catalisam as reações que ocorrem em cada organela e transportam seletivamente pequenas moléculas para dentro ou para fora do seu interior. Elas também servem como marcadoras de superfícies organelas-específicos que direcionam a entrega de novas proteínas e lipídeos em organelas apropriadas.
A síntese de quase todas proteínas ocorrem no citosol e cada proteína sintetizada é direcionada ao compartimento celular que a necessite.
Compartimentalização das células:
Como a bicamada lipídica das membranas de organelas é impermeável a muitas moléculas hidrofílicas, a membrana de cada organela deve conter proteína de transporte de membrana para a importação e a exportação de metabólitos específicos.
	ORGANELA
	FUNÇÃO
	CARACTERÍSTICAS E TRANSPORTE
	Núcleo
	Contém o genoma (além do DNA mitocondrial e de cloroplastos) e é o sítio principal da síntese de DNA e de RNA; transcrição e processamento do RNA.
	*Envelope nuclear (lâminas nucleares externa e interna);
*Poros nucleares (difusão passiva e ativa);
	Retículo Endoplasmático
	RE rugoso: síntese de proteínas solúveis e integrais de membrana, a maioria das quais está destinada a secreção ao exterior da célula ou para outras organelas. Enquanto as proteínas são translocadas para outras organelas após completada sua síntese, elas são translocadas para o RE à medida que são sintetizadas. Isto explica porque o RE é a única organela que tem ribossomos aderidos. O RE ainda funciona como reserva de íons Ca²+.
	*Biossíntese de proteínas (membrana e solúveis) e lipídios
*Formação de ligações dissulfeto (resíduos de cisteína)
*Glicosilação (estágios iniciais)‏
*Adição de âncoras de GPI
*Dobrameto e montagem de proteínas com múltiplas
	Aparelho de Golgi
	Recebe lipídeos e proteínas do RE e os envia para vários destinos.
	
	Citoplasma
	
	Consiste no citosol e nas organelas citoplasmáticas nele imersas.
	Citosol
	Sítio de síntese e de degradação de proteínas.
	Pouco mais do volume total da célula
	Mitocôndrias
	Geram a maior parte de ATP utilizado pelas células para dirigir as reações que necessitam de entrada de energia livre.
	
	Lisossomos
	Contém enzimas digestivas que degradam organelas intracelulares mortas, assim como macromoléculas e partículas englobadas do exterior da célula por endocitose.
	
	Endossomos
	Por onde o material endocitado passa antes de chegar aos lisossomos.
	
	Perioxissomos
	Pequenos compartimentos vesiculares que contém enzimas utilizadas em várias reações oxidativas.
	
As organelas envolvidas por membranas podem variar em abundância ou apresentar propriedades adicionais que diferem de um tipo celular para outro. Os compartimentos envoltos por membranas, juntos, ocupam quase metade do volume celular e uma grande quantidade de membrana intracelular é necessária para compô-los.
Origem evolutiva: 
O esquema evolutivo permite o agrupamento de quatro famílias: 1) núcleo e citosol: se comunicam através de complexos de poro nuclear; 2) RE, Golgi, lisossomos e endossomos (organelas envolvidas em vias secretoras): possuem vesículas de transporte que se comunicam entre elas; 3) Mitocôndrias e 4) plastídeos (em plantas).
Os precursores das primeiras células eucarióticas são organismos simples semelhantes a bactérias, que possuem apenas MP. A abundância de membranas internas pode ser vista, em parte, como uma adaptação ao aumento de tamanho (células eucarióticas são maiores em dimensão linear e volume do que uma bactéria).
A MP da célula eucariótica é pequena para sustentar as várias funções vitais para as quais as membranas são necessárias, portanto seu sistema interno ameniza esse desequilíbrio.
A invaginação da MP para formar membranas intracelulares especializadas pode gerar organelas com um interior que é topologicamente equivalente ao exterior da célula. As organelas envolvidas em vias secretoras e endocíticas como o RE, Golgi, endossomos e lisossomos tem seus interiores em comunicação um com o outro e com o exterior da célula através de vesículas de transporte, portanto são membros da mesma família. Há uma excessão para a mitocôndria, esta carrega seu próprio genoma, a natureza desses genomas e a estreita semelhança das proteínas dessa organela com de alguma bactérias sugerem fortemente que a mitocôndria evoluiu a partir de bactérias que foram engolfadas por células eucarióticas, portanto a membrana interna da mitocôndria corresponde a MP original da bactéria.
Evolução da Mitocôndria
Movimento das proteínas entre os compartimentos:
A síntese de toda proteína começa em ribossomos no citosol. A proteína precisa de uma sequência de aminoácidos (que servem de sinais de endereçamento) para chegar a um destino específico fora do citosol, as que não possuem os sinais de endereçamento permanecem no citosol e são residentes permanentes. As que apresentam sinais de endereçamento específico são direcionadas do citosol ao núcleo, ao RE, as mitocôndrias, plastídeos ou peroxissomos.
Importação de proteínas pelos compartimentos: 
Transporte pelos poros nucleares: As proteínas se movimentam entre o citosol e o núcleo por meio de complexo de poro nuclear no envelope nuclear. Estes complexos atuam como mediadores seletivos que transportam ativamente macromoléculas específicas e complexos macromoleculares, embora também permitam a difusão livre de moléculas menores. Os poros possuem papel fundamental na fisiologia nas células eucarióticas: os RNAs sintetizados no núcleo devem ser eficientemente exportados para o citoplasma, onde eles atuam na síntese proteica. Inversamente, as proteínas necessárias para as funções nucleares (fatores de transcrição, ex.) devem ser transportadas para dentro do núcleo a partir de seus sítios de síntese no citoplasma.
Transporte pelas membranas: Transportam diretamente proteínas específicas através da membrana a partir do citosol para um espaço que é topologicamente distinto, ex: do citosol para o RE ou mitocôndria.
Transporte por vesículas: pequenas vesículas que transportam proteínas de um compartimento a outro. As vesículas e os fragmentos de transporte são carregados com uma leva de moléculas derivadas do lúmen de um compartimento à medida que se desprendem de sua membrana; o conteúdo é descarregado em um segundo compartimento por fusão com a membrana que o envolve. Ex: Transferência de proteínas solúveis do RE ao aparelho de Golgi.
Sequências sinalizadoras típicas:
Cada maneira de transferência de proteínas é guiada por sinais de endereçamento na proteína transportada que são reconhecidos pelas proteínas receptoras complementares. Os receptores funcionam cataliticamente: depois de completar uma rodada de entrega, eles retornam ao seu ponto de origem para serem reutilizados.
Muitos sinais de endereçamento em proteínas residem em uma extensão de sequência de aminoácidos. Frequentemente são encontradas na região N-terminal da proteína (peptídeos sinais) ou são compostos de múltiplas sequencias de aminoácidos que formam um arranjo especifico tridimensional de átomos na superfície proteica (região sinal). 
Transporte de moléculas entre o núcleo e o citosol:
O envelope nuclear consiste em duas membranas concêntricas, penetradas por complexos de poro nuclear que permitem a troca regulada de moléculas entre o núcleo e o citoplasma. Ele separa os componentes do núcleo dos do citoplasma e propiciaestruturação do núcleo. As membranas nucleares, agindo como barreiras que previnem a passagem livre de moléculas entre o núcleo e o citoplasma (função crucial), mantém o núcleo como um compartimento bioquimicamente distinto. 
Embora as membranas interna e externa sejam contínuas, apresentam composições proteicas diferentes. A membrana nuclear interna é circundada pela membrana nuclear externa, e a externa é continua com a membrana do RE e esta apresenta ribossomos envolvidos na síntese de proteínas, as proteínas sintetizadas são transportadas para o espaço entre as membranas externa e interna, já que este espaço é direto conectado ao lúmen do RE. Subjacente à membrana nuclear interna está a lâmina nuclear, uma rede fibrosa que fornece suporte estrutural para o núcleo.
Montagem da lâmina: É composta de uma ou mais proteínas relacionadas chamadas de laminas. As laminas associam-se uma com a outra para formarem filamentos. Primeiramente, duas laminas vão se unir para formar um dímero, onde as regiões centrais de a-hélice de duas cadeias polipeptídicas estão enroladas ao redor da outra. A seguir, esses dímeros de lamina associam-se um ao outro para formar os filamentos que compõe a lâmina nuclear.
O processo de importação e exportação para núcleo e citosol é seletivo. DNA, RNA, proteínas reguladoras de genes e proteínas de processamento de RNA que tem função nuclear são seletivamente importadas do citosol, onde são sintetizadas para o compartimento nuclear. Ao mesmo tempo, os RNAs transportadores e os mRNAs são sintetizados no compartimento nuclear e exportados para o citosol.
Importação de proteínas: GTP e GDP
A importação de proteínas nucleares através dos complexos de poro nuclear concentra proteínas específicas no núcleo, aumentando, portanto, a ordem na célula. A célula obtém a energia necessária para esse processo por meio da hidrólise do GTP pela GTPase Ran monomérica. A Ran é encontrada tanto no citosol como no núcleo e é necessária para a importação e exportação.
Dois tipos de proteínas desempenham papéis críticos na importação de proteínas através dos complexos dos poros nucleares: um receptor de transporte nuclear e uma pequena proteína ligada ao GTP, denominada Ran. Existem dois tipos de receptores de transporte nuclear (carioferinas): As importinas (transportam macromoléculas do citoplasma para o interior do núcleo) e exportinas (do núcleo para o citoplasma). Durante a importação de proteínas, uma importina específica identifica a sequência de localização nuclear nas proteínas de carga.
Assim como outras GTPases, a Ran é um interruptor molecular que pode existir em dois estados conformacionais, dependendo se o GDP ou o GTP está ligado. A conversão entre os dois estados é desencadeada por duas proteínas reguladoras Ran-específicas: uma proteína ativadora de GTPase (GAP) citosólica, que aciona a hidrólise de GTP e, assim, converte Ran-GTP em Ran-GDP, e um fator de troca de guanina (GEF) nuclear que converte Ran-GDP em Ran-GTP. Devido ao fato de Ran-Gap estar localizada no citosol e Ran-Gef estar no núcleo, o citosol contém principalmente Ran-GDP, e o núcleo, Ran- GTP.
*Ran-GDP não se liga a receptores de transporte.
1) O complexo de importina-Ran/GDP liga-se à proteína de carga que contém o sinal de localização nuclear;
2)Esse complexo de carga-receptor liga-se a uma proteína específica que se encontra nos filamentos citoplasmáticos do complexo do poro nuclear. O transporte prossegue depois, por meio da ligação em série a proteínas específicas do poro nuclear localizados em direção ao lado nuclear do complexo de poro;
3) Dentro do núcleo, o GDP ligado a Ran é trocado por GTP devido a GEF, com isto, ocorre uma mudança na conformação da importina e a proteína é liberada no interior do núcleo;
4) O complexo de importina-Ran/GTP é exportado através do complexo de poro nuclear;
5) O passo final ocorre no citoplasma, no qual o GTP é hidrolisado para GDP (devido a Ran-GAP), a fim de regenerar Ran/GDP necessário para outro ciclo de importação nuclear.
Algumas proteínas permanecem dentro do núcleo após sua importação do citoplasma, mas muitas outras circulam entre o núcleo e o citoplasma.
Aas proteínas são marcadas para a exportação a partir do núcleo por sequências específicas de aminoácidos, chamadas de sinais de exportação nuclear. Estes sinais são reconhecidos por receptores dentro do núcleo, as exportinas, que direcionam o conteúdo proteico para o citoplasma. A exportação nuclear ocorre por um mecanismo semelhante, exceto que Ran-GTP no núcleo promove a ligação da carga ao receptor de exportação e a dissociação dele. Uma vez que os receptores de exportação movem-se através do poro para o citosol, sua Ran-GTP encontra Ran-GAP e hidrolisa seu GTP. Como resultado, o receptor da exportação libera sua carga e Ran-GDP no citosol. Os receptores de exportação livres retornam ao núcleo para completar o ciclo.
Quebra e montagem do envelope nuclear (Mitose):
A lâmina nuclear é composta de proteínas fibrosas, laminas, que se associam uma as outras para formar filamentos. A lâmina nuclear dá forma e estabilidade ao envelope nuclear, ao qual está ancorada por adesão aos poros e as proteínas integrais de membrana da membrana nuclear interna.
Uma característica única do núcleo é que ele se desmonta e forma novamente a cada vez que a maioria das células se divide. Quando um núcleo desagrega-se durante a mitose, a lâmina nuclear despolimeriza-se. Ao mesmo tempo, as proteínas da membrana nuclear interna são fosforiladas, e os poros desmontam-se e dispersam-se pelo citosol junto com os componentes do núcleo. Durante a montagem, como os sinais de localização nuclear não são clivados nas proteínas que são importadas para o núcleo, as mesmas proteínas nucleares que foram liberadas dentro do citoplasma, após a desmontagem do envelope nuclear no começo da mitose podem ser importadas novamente para dentro dos novos núcleos formados após a mitose. Quando as proteínas são fosforiladas perdem o arranjo e tudo que estava dentro do núcleo se mistura com o citosol, no final da mitose ocorre reconstituição do envelope nuclear, quando isto ocorre, as proteínas estão espalhadas e os peptídeos sinais ajudam a reconhecer as proteínas nucleares.
Retículo Endoplasmático, Complexo de Golgi e os Lisossomos:
O primeiro passo para a distribuição das proteínas ocorre enquanto a tradução está em andamento. Várias proteínas destinadas para o RE, complexo de Golgi, lisossomos, a membrana plasmática e secreção da célula são sintetizadas nos ribossomos que estão ligadas à membrana do RE. Quase todas as proteínas que serão secretadas para o exterior da célula são destinadas inicialmente ao lúmen do RE. 
O RE está organizado em um labirinto de túbulos ramificados e de vesículas achatadas que se entendem através do citosol. Os túbulos são envolvidos por membranas e sacos (cisternas). Os túbulos e as vesículas se interconectam-se, e suas membranas são contínuas com a membrana nuclear externa.
RE rugoso: Coberto por ribossomos na superfície externa, funciona no processamento de proteína; Re liso: Não tem ribossomos es está envolvido no metabolismo de lipídeos e não no de proteínas; Re transicional: Onde as vesículas saem para o complexo de Golgi, funciona no processamento e proteína.
Via secretora das proteínas: RE rugoso- Golgi- Vesículas secretoras- Exterior da célula/ Lisossomos/ MP/ ou ficam retidas RE ou Golgi. 
Nas células de mamíferos, a maioria das proteínas é transferida para dentro do RE enquanto estão sendo traduzidas nos ribossomos ligados à membrana. Diferentemente, proteínas destinadas a permanecer no citosol ou ser incorporadas no núcleo, na mitocôndria, cloroplastos ou perioxissomos são sintetizados em ribossomos livres e liberadas para o citosol quando sua tradução está completa.
Translocação de proteínas para o RE: 
Translocação cotraducional: É a importação de proteínas para o RE antes da síntese completa da cadeia polipeptídica. Neste transporte, o ribossomo que está sintetizando a proteína estádiretamente aderido à membrana do RE, permitindo que uma ponta da proteína seja translocada para o RE, enquanto o resto da cadeia polipeptídica está sendo montado.
Translocação pós-traducional: 
A síntese da proteína pode ocorrer em que os primeiros aminoácidos representarem os peptídeos sinais, não terminando a síntese da proteína, então a proteína citosólica (receptor) reconhece o peptídeo, a síntese proteica já iniciada para, e a parte sintetizada vai ser levada a membrana do RE e se acopla, e lá continua a síntese, e a medida que a proteína é sintetizada vai caindo no RE, chama-se de translocação cotraducional, a proteína vai entrando no mesmo momento que está sendo traduzida. Outro tipo é que ele vai ser reconhecido no citosol e só depois ele vai entrar no RE, chama-se de translocação pós-traducional.
Direcionamento do ribossomo à membrana do RE
As proteínas podem ser transportadas para dentro do RE durante sua síntese nos ribossomos ligados a membrana (mamíferos) ou após sua tradução ter sido completada em ribossomos livres no citosol (levedura). A primeira etapa na via simultânea de tradução é a associação de ribossomos com o RE. Os ribossomos são direcionados a se ligar à membrana do RE pela sequência de aminoácidos de cadeia polipeptídica que está sendo sintetizada e não por propriedades intrínsecas do próprio ribossomo. Os ribossomos envolvidos na síntese das proteínas que estão destinadas à secreção são então direcionadas para o RE através de uma sequência sinal no amino terminal da cadeia polipeptídica crescente. Essas sequências sinal são sequências curtas de aminoácidos hidrofóbicos que são em geral clivadas da cadeia polipeptídica durante sua transferência para o lúmen do RE.
Quando as proteínas emergem do ribossomo, as sequências sinal são reconhecidas e ligadas através de uma partícula de reconhecimento de sinal (SRP).
A SRP liga-se ao ribossomo, assim como a sequência sinal, inibindo a tradução e direcionando o complexo inteiro (SRP, ribossomo e cadeia polipeptídica crescente) para o RE através da ligação ao receptor de SRP na membrana do RE.
A ligação com o receptor libera a SRP tanto do ribossomo como da sequência sinal.
O ribossomo liga-se então a um complexo de transporte de proteínas na membrana do RE, e a sequência sinal é inserida em um canal de membrana ou translocon.
A transferência do ribossomo da SRP para o translocon permite que a tradução prossiga, e a cadeia polipeptídica crescente é transferida para dentro do canal do translocon e através da membrana do RE conforme ocorre a tradução.
Assim que o transporte inicia, a sequência sinal é clivada por uma peptidase sinal e o polipetídeo sinal é liberado para o lúmen do RE.
As proteínas que são transportadas após a tradução estar completa não necessitam de SRP. Chaperonas citosólicas Hsp70 são necessárias para manter as cadeias polipeptídicas em uma conformação não-dobrada para que assim possam entrar no translocon, e uma outra chaperona Hsp70 dentro do RE (BiP) é necessária para puxar a cadeia poliptídica através do canal e para dentro do RE. Parece que a ligação das cadeias polipeptídicas à BiP é necessária para direcionar o transporte posterior à tradução de proteínas para dentro do RE.
Integração de Proteínas na Membrana do RE
Proteínas destinadas à incorporação da MP ou na membrana desses compartimentos são inicialmente inseridas na membrana do RE ao invés de serem liberadas no RE. As proteínas integrais da membrana estão inseridas na membrana através de regiões hidrofóbicas que atravessam a bicamada fosfolipídica. As porções dessas proteínas que atravessam a membrana são normalmente regiões de a-hélice consistindo em 20 a 25 aminoácidos hidrofóbicos. Diferentes proteínas integrais da membrana diferem na maneira como estão inseridas. Por ex, enquanto algumas proteínas integrais de membrana atravessam somente uma vez a membrana, outras têm múltiplos domínios de passagem. Além disso, algumas proteínas estão orientadas na membrana com seu amino terminal no lado citosólico; outras têm seu carboxil terminal exposto no citosol.
A maneira mais simples de inserção na membrana do RE resulta na síntese de proteínas transmembranas orientadas com seu corboxil terminal exposto para o citosol. Essas proteínas tem uma sequência sinal normal no seu amino terminal, a qual é clivada por uma peptidase sinal durante o transporte da cadeia polipeptídica através da membrana do RE pelo translocon. Assim, o transporte da cadeia polipeptídica através da membrana do RE é bloqueado, sendo que a porção carboxi terminal da cadeia polipeptídica crescente é sintetizada no citosol. As subunidades do translocon agora se separam e o domínio transmembrana da proteína é inserido na bicamada lipídica. A inserção dessas proteínas na membrana envolve, desta maneira, a ação sequencial de dois elementos distintos: uma sequência sinal amino terminal clivável que dá inicio ao transporte através das membranas e uma sequencia transmembrana de parada de transferência que ancora a proteína na membrana.
Dobramento de proteínas:
O RE também é o local de dobramento das proteínas, montagem de proteínas com múltiplas subunidades, formações de ligações dissulfeto, dos estágios iniciais de glicosilação e da adição de âncoras glicolipídicas em algumas proteínas da MP. De fato, o papel principal das proteínas do lúmen do RE é ajudar no dobramento e a montagem de polipeptideos recentemente transportados.Os polipeptídeos dobram na sua conformação tridimensional dentro do RE auxiliados pelas chaoeronas moleculares que facilitam o dobramento de proteínas e da montagem de proteínas com múltuplas subunidades dentro do RE. As proteínas dobradas incorretamente ou unidas impropriamente são alvo de degradação.
A formação de ligações dissulfeto entre as cadeias laterias dos resíduos de cisteína é um aspecto importante no dobramento e na montagem de proteínas dentro do RE. Essas ligações não se formam no citosol.
As proteínas também são glicosildas em resíduos específicos de aspargina dentro do RE enquanro sua tradução está ocorrendo