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Medicina 2019.2 Catarina Viterbo e Nathália Oliveira COMPARTIMENTOS INTRACELULARES E TRANSPORTE INTRACELULAR Organelas com endomembranas ou organelas que façam parte do sistema de endomembranas, possuem membrana similar à MP que é uma bicamada fosfolípidicas com proteínas inseridas. Foram originadas da invaginações de uma célula procariótica da MP. Com a exceção da mitocôndria que foi a fagocitose de uma bactéria que começou a viver em endossimbiose, nesse momento a célula já era eucariótica mas era anaeróbica e ao fagocitar uma bactéria aeróbica. Essa teoria é tão bem aceita que a gente sabe que a mitocôndria tem DNA próprio e produzem as suas próprias proteínas, porque as mitocôndrias elas têm DNA próprio, mas a maior parte das proteínas utilizadas pela mitocôndria não é produzida por ela e sim pela célula pelo DNA nuclear. Mecanismo de distribuição das proteínas Uma proteína para ser produzida ela tem a sua informação no gene, existe um gene que tem uma informação para formar um proteína, só que esse gene está no núcleo da célula e não vai saí daí, essa informação do gene é copiada por um RNA que vai para o citosol para ser traduzido em proteína, essa leitura de RNA será feita pelos ribossomos. Essas proteínas que são sintetizadas podem ter tem diferentes finais, por exemplo, proteínas que vão para núcleo, peroxissomo, mitocôndria e retículo endoplasmático elas vão ser diretamente entregues a essas organelas, mas se o destino final for outro que não o citosol ou organelas internas, ela precisa ser produzidas no Retículo Endoplasmático, empacotadas no Golgi para então ir para o seu destino. Por isso que a gente separa esses mecanismos de transporte de proteínas em 3. Transporte singular Transporte singular porque é uma organela que tem poros. Para entrar nessas organelas que não tem poros, peroxissomo, mitocôndria e retículo endoplasmático ela vai ter que fazer o transporte pelas membranas dessas organelas. O transporte singular pelos poros, transporte pelas membranas e há o transporte por vesículas (do RER para o seu destino, e os processos de endocitose). Como é a proteína é formada e sabe para onde ir? Existe uma sequência sinal na proteína que direciona para o seu destino final, a que não tem sequência sinal, ela é citosólica. Existe uma sequência sinal de uma proteína, uma sequência de aminoácidos específicos que direciona a proteína para o seu destino final. Uma proteína que não tem sequencia sinal alguma é uma proteína citosólica. TRANSPORTE ATRAVÉS DOS POROS Carioteca é uma dupla membrana perfurada. O núcleo é responsável por manter o DNA, é onde acontece a duplicação do DNA, local de síntese de DNA ribossômico. A proteína vai para o núcleo: primeiro tem que ter a sequência sinal de importação para ir para o núcleo, faz parte da proteína para sempre, mas às vezes quando chega no seu destino final pode ser clivada, mas só se tiver na parte N-terminal da proteína. No núcleo tem um receptor de transporte nuclear e a proteína receptora só reconhece a sequência sinal de importação para o núcleo. Nenhuma proteína é sintetizada dentro do núcleo. Esse receptor se liga a essa sequência sinal se liga e transloca a proteína para o núcleo – transporte ativo, gasto de energia, mas o que é gasto é o GTP. O ATP e o GTP são moléculas irmãs só que a gente usa muito mais o ATP do que o GTP, mas ás vezes o GTP pode ser usado. Depois que a proteína entra no núcleo, a proteína receptora solta a proteína e volta para o citosol para ser reutilizada. Os poros do núcleo têm diâmetros suficiente para que a proteína não precise ser desdobrada ao entrar, porque a proteína não fica na estrutura primária, lembrem que a proteína se dobra – o dobramento correto é extremamente importante para o funcionamento da proteína. Ás vezes mutações que mudam apenas um aminoácido, como ocorre na anemia falciforme. A proteína quando se forma, vai ser dobrada e vai entrar no núcleo da forma que estiver dobrada. Na mitocôndria não acontece isso, a proteína precisa ser desdobrada para entrar – a proteína está dobrada, vai entrar no canal de translocação, para passar precisa desenrolar e aí ela volta a se enrolar no lado de dentro. Uma proteína para ir para a mitocôndria ela tem que ter uma sequência sinal porque existe uma proteína receptora que vai reconhecer o sinal, agora diferente da proteína do núcleo a proteína receptora que reconhece sinal de mutação para a mitocôndria está localizada na membrana externa da mitocôndria, ela é uma proteína transmembrana. Então a proteína que tem TRANSPORTE NAS ORGANELAS COM MEMBRANA A proteína receptora que reconhece sinal de importação para mitocôndria, ela está localizada a membrana externa da mitocôndria, a proteína com a sequência sinal precisa se encostar no receptor para então ser transportada. A mitocôndria tem membrana externa e membrana interna e tem o espaço intermembrana e tem a matriz mitocondrial., a proteína pode ir para qualquer um desses locais. A proteína que tem a pode ir para a membrana interna, citosol, matriz mitocondrial. O que ajuda a ir para o seu local são as proteínas HSP (chaperonas) são de vários tipos, a que está na mitocôndria vai ter a sua função específica, ela ajuda a puxar a proteína, a dobrar novamente a proteína, e ela também orienta a qual local da mitocôndria precisa ir. A HSP pode estar no espaço intermembranas ou dentro da matriz mitocondrial. Quando não tem nenhuma proteína entrando os canais de translocação da membrana interna e da membrana externa não estão em contato, mas quando há a ligação com o receptor, os canais se difundem lateralmente para formar um canal completo para a matriz mitocondrial. Se for para ficar na membrana interna, precisa de outra sequência sinal, porque a proteína receptora vão entender que essa segunda sequencia sinal está relacionada com a fixação da membra interna, a N-terminal é clivada e ela fica no espaço intermembranas; se for para ficar no espaço intermembranas a segunda sequencia sinal é clivada. O receptor do cortisol é um HSPE Peroxissomos Peroxissomos são bolsas membranosas que contêm alguns tipos de enzimas digestivas. Sua semelhança com os lisossomos fez com que fossem confundidos com eles até bem pouco tempo. Entretanto, hoje se sabe que os peroxissomos diferem dos lisossomos principalmente pelas enzimas que possuem. Durante muito tempo não foi considerado uma organela porque ele era confundido com o lissosomo, acreditava-se que era uma coisa só. Hoje sabe-se que são diferentes porque elas são organelas que desempenham funções completamente diferentes, porque existem enzimas diferentes delas. Oxidases: são responsáveis pela catálise da reação de oxidação de substratos, envolvendo o oxigênio molecular (O₂) como o aceptor final de elétrons, com consequente produção de peróxido de hidrogênio (H₂O₂). Catalases: têm por função catalisar a reação de decomposição do (H₂O₂) (tóxico) numa outra que não seja prejudicial à célula. No caso, a água. Seguindo a reação: 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂ Está mais relacionado com detoxificação, tem duas enzimas que são as oxidases e as catalases, as oxidases participam dos processos de oxidação de determinados substratos e envolvem o oxigênio com aceptor final e produzem no final o peróxido de hidrogênio como produto, que é extremamente tóxico para a célula, porém o próprio peroxissomo possui as catalases que degradam esse peróxido em água e oxigênio. Aspectos Funcionais • Degradação de peróxido de hidrogênio • Desintoxicação • Metabolismo de lipídios (metabolismo de ácidos graxos e • síntese de colesterol) • Ciclo do ácido glioxílico• Foto-respiração Os peroxissomos não apresentam seu próprio genoma. Peroxinas (Pex1, Pex2, etc.) são sintetizadas pelo genoma nuclear (95 genes) Como a proteína entra no peroxissomo A proteína não precisa desdobrar, os peroxissomos reúnem as peroxinas que se reúnem e foram como se fosse um “poro”, essa abertura tem diâmetro suficiente para a proteína entrar dobrada. Não há gasto de energia. A sequência sinal é reconhecida pela Peroxina 5, reconhece a sequência sinal, que se liga e leva para dentro do peroxissomos, sem precisar se dobrar, porque essas peroxinas se reuniram para formar uma abertura para que essa proteína entrasse. Doenças peroxissomais Existem muitas doenças peroxissomais – são doenças que pediatras e neuropediatras têm que saber. Como por exemplo, metabolismo de ácidos graxos de cadeias muito longas, síntese de fosfolipídios, enzimas anti- oxidantes, tudo está relacionado com função peroxissomal. Essas doenças estão envolvendo as funções dos peroxissomos; dois grupos – defeitos de uma única enzima, ou doenças da biogênese dos peroxissomos, então há algo que está alterado e a proteína não consegue entrar no peroxissomos. Metabolismo de AGCML, síntese de fosfolipídios e ácidos biliares, enzimas antioxidantes 2 grupos: • Defeito de uma única enzima : Adrenoleucodistrofia ligada ao X, Doença de Refsum • Doenças da biogênese dos peroxissomos: Síndrome de Zellweger, Condrodisplasia risomélica tipo I, adrenoleucodistrofia neonatal Síndrome de Zellweger (S. cérebrohepato-renal) Defeito na importação de proteínas para os peroxissomos Quadro clínico: • Hepatomegalia • Retardo mental • Perda auditiva • Cegueira • Elevados níveis de minerais no sangue • Ataques epiléticos • Hipotonia muscular • “Rasgos” faciais Retículo Endoplasmático O RER não é o único produtor de proteínas. O ribossomo não fica aderido ao REG; O ribossomo tem duas subunidades que só estão unidas quando está traduzida. Os ribossomos estão no citosol. Quando o RNA-m chega no citosol, e tem sequência sinal para o REG, as subunidades se unem para iniciar a leitura. A proteína que começa a ser formada já tem a sequência sinal (N-terminal), só que já tem a sequência sinal de importação para RER que será reconhecida pela partícula de reconhecimento de sinal, não proteína receptora ainda, a proteína receptora está na membrana do RER e o ribossomo para um pouco de traduzir e a essa partícula que vai ser reconhecida pela proteína receptora, nesse caso não é a sequência sinal, só que ela só vai ser reconhecida se ela estiver liga a sequência sinal. No que se liga, a proteína receptora libera a partícula de reconhecimento de sinal para ser reutilizada e introduz a sequência sinal no canal de translocação e aí o ribossomo continua a tradução. Se chama RER porque sempre vai ter MUITO ribossomo próximo, porque a grande maioria das proteínas passam pelo REG. No que continua a tradução, a proteína vai entrando e a sequência sinal é clivada se for proteína hidrossolúvel, mas se a proteína for lipossolúvel ela não é clivada. A lipossolúvel tem uma segunda sequencia sinal que é interna e hidrofóbica, quando ela passa pela membrana ela fica presa porque ela é hidrofóbica, a sequência N-terminal é clivada e ela fica ali , ela é traduzida para fora – a maioria das proteínas são assim de passagem única, elas passam várias vezes. As de início são as que a partícula reconhece e leva para o canal de translocação e tradução continua indo para dentro e a sequencia de término e a que vai fazer ficar presa dentro da membrana e a tradução ocorre para fora. As proteínas metabotrópicas, que ativam a proteína G, é conhecida como proteína sete passos porque ela faz esse processo 7 vezes. A segunda sequência sinal faz com que a tradução ocorra para fora! A proteína pode ter mais sequência sinal de início (que coloca para dentro) e a uma outra sequência sinal hidrofóbica (que coloca para fora) e assim vai, pode ter várias dobraduras. Às vezes o REG não é o seu destino final. Então ela vai através do transporte de vesículas para o seu destino final. Lembrando que tudo vai para o retículo endoplasmático passa primeiro pelo Golgi e então vai para o seu destino final. A CFTR é uma proteína de membrana, assim como a bomba de sódio e potássio, então ela não é hidrossolúvel, ela é transmembrana ou lipossolúvel. TRANSPORTE POR VESÍCULAS As proteínas que irão para o sistema golgiense, endossomos, lisossomos e superfície celular entram primeiro no RE (vindas do citosol) A partir daí as proteínas serão transportadas por vesículas de transporte. A vesícula é um pedaço da membrana que leva consigo a proteína que se fusiona com a membrana no Golgi, e o Golgi vai modificar, armazenar e secretar, porque vai ser formado novamente a vesícula e a proteína vai para o seu destino final. Vesículas revestidas por clatrina O Brotamento de vesículas: é dirigido por uma montagem de uma capa proteica → Vesículas revestidas: são as que brotam das membranas que tem uma capa proteica distinta no citosol → Clatrina O transporte vesicular, essa via de saída é o processo de exocitose, o processo de endocitose também vai entrar por transporte vesicular. A formação da vesícula se faz através de: são proteínas que se ligam a membrana e puxam a membrana para formar a vesícula, a formação é orientada por uma capa proteica, a principal é a clatrina. Vai entrar uma proteína na célula, se liga a receptoras, as clatrinas vem, puxam a membrana junto com o material e formam a vesícula, vem outra proteína que corta e libera a vesícula, a vesícula perde a capa proteica. Uma vez formada a vesícula, ela precisa ir para o seu destino final. Ela sabe graças às proteínas que tem na superfície da vesícula, as SNAREs, que pode ser v- SNARE ou t-SNARE (T de target, que é o local alvo daquela vesícula). Essas SNAREs são inibidas pela toxina botulínica, por exemplo, porque por exemplo, nas fendas sinápticas há várias vesículas que precisam de t-SNAREs para entrar, se não tiver, não vai acontecer o estímulo. As proteínas transmembrana vão estar sempre na membrana, ou da MP ou da organela, se for uma enzima de lisossomo, ela tem que entrar, mas se for uma enzima de membrana do lisossomo, ela vai fusionar na membrana. Vias secretoras • A maioria das proteínas é quimicamente modificada no RE • No interior do RE ocorre a formação de pontes dissufìdicas, pela oxidação de pares de cadeias laterais de cisteínas. • As pontes dissulfìdicas dão estabilidade para as proteínas quando elas encontram mudanças de pH e enzimas no exterior da célula. • No RE ocorre a glicosilação, formando glicoproteínas • O citosol não tem enzimas de glicolisação Funções dos oligossacarídeos nas proteínas: • Protegem a proteína da degradação • Retêm a proteína no RE até o seu enovelamento • Orientam a proteína para se dirigir à organela correta • Na superfície celular formam o glicocálix Glicolisação no RE As vias secretoras envolvem o REG, Golgi e então destino final. Golgi modifica, mas não só ele. O início da modificação acontece no REG. Uma proteína primeiro entra no REG porque ainda não estão completamente prontas, precisam de modificações pós-traducionais, essas modificações não envolvem modificações de aminoácidos, que começam no REG e continuam no Golgi. No REG recebem pontes dissulfídricas, que conferem estabilidade para mudanças de pH. A glicosilação, o citosol não tem enzimas para a glicolisação, então todas as proteínas que são glicosiladas têm que entrar por meio do Retículo endoplasmático protege a proteínada degradação, retém no RER até ela se dobrar, dirige a proteína corretamente e na superfície celular, forma o glicocálix. Controle de qualidade pelo RE Quando uma proteína é malformada que consegue passar pelo transporte e chega no seu destino final, algumas são destruídas no retículo endoplasmático e são destruidas porque existe um sistema de controle de qualidade no REG promovido pelas chaperonas. Essas HSPs que estão no REG reconhecem proteínas malformadas e marcam as proteínas para serem destruídas, marcadas pela ubiquitina, que é entregue ao proteassomo, que é um sistema proteico que destrói a proteína. É interessante porque na fibrose cística por exemplo, existem várias mutações que geram fenótipos diferentes; tem uma mutação que a proteína é malformada, e as chaperonas implantam ubiquitina, impedindo que ela vá até as membranas. Às vezes o sítio principal está lá, e por isso a chaperona deixa passar, mas pode ainda assim estar danificada. Retículo Endoplasmático Liso • Produção dos hormônios esteroides a partir do colesterol • Armazenamento e regulação dos níveis de cálcio Há uma porção de enzimas que agem sobre a detoxicação da célula, como o metabolismo de álcool e drogas. além disso a glicogenólise, gliconeogênese, produção de hormônios esteroides a partir de colesterol, e armazenam e regulam os níveis de cálcio. O REL tem as bombas de Cálcio, que colocam o cálcio dentro dele. No fígado, por exemplo, tem um REL bem desenvolvido, a quantidade de REL depende da função celular. REL e a detoxicação da célula Drogas e metabólitos insolúveis em água são processados por sistemas enzimáticos presentes na membrana do REL. Complexo de Golgi O Golgi fica próximo ao núcleo e do centrossomo • É composto por uma coleção de sacos achatados e empilhados, denominados cisternas (cerca de 3-20 cisternas) Modifica, armazena e secreta. A face de entrada, cis, e sai pela face trans. Lisossomos Sacos membranosos contendo enzimas hidrolíticias que conduzem a digestão intracelular • Cerca de 40 tipos de enzimas presentes, as hidrolases ácidas que agem em pH ácido, dentro do lisossomo. • Sua membrana contém transportadores que permitem que os produtos finais da digestão de macromoléculas como aminoácidos, açúcares e nucleotídeos, sejam transportados para o citosol. • A membrana mantém uma bomba de H+ dirigida por ATP, que bombeia H+ para dentro do lisossomo mantendo o pH ácido. Digestão intracelular, tem muitas hidrolases que degradem várias substâncias. Essas hidrolases são ácidas que atuam, exclusivamente, em pH ácido, então há nas membranas de lisossomos bombas de H+ que vai bombear hidrogênio ativamente para que haja a manutenção desse pH. Está relacionado com endocitose, autofagia, apoptose, autólise. Tudo isso deve funcionar de maneira perfeita, porque existem doenças lisossomais que são causadas por alterações nas enzimas lisossomais. Tem duas classes: as mucopolissacaridoses e as esfingolipidoses. Doenças de armazenamento nos lisossomos Mutações que resultam na redução da síntese de enzimas lisossomais ou na não segregação desta aos lisossomos • Mais de 40 doenças classificadas; • Incidência de 1 para 7.700 nascimentos Incluem: • Mucopolissacaridose • Esfingolipidoses Nas mucopolissacaridoses há acúmulo de algum glicosaminoglicanos que leva uma desorganização do tecido conjuntivo (fígado, ossos, córnea) Esfingolipidoses há um acúmulo de lipídeos específicos, então as lipases não vão funcionar. Membranas celulares (tecido nervoso) Mucopolissacaridose (MPS) MPS tipo I ou doença de Hurler MPS I – Doença de Hurler, mais comum, doença grave, onde há a vacuolização citoplasmática, com aumento dos tecidos afetados. Vacuolização citoplasmática, com aumento dos tecidos afetados Infecções respiratórias • Hérnia inguinal e umbilical • face grosseira • Hipertrofia dos lábios • Cifose - escoliose • Baixa estatura • Limitação articular • Hepatoesplenomegalia • Surdez moderada • Comprometimento intelectual moderado Esfingolipidoses Doença de Tay-Sacks Acúmulo de gangliosídeo GM2 Deficiência na síntese da hexosaminidase A • Grave degeneração física e mental progressiva (1os. Anos de vida) → acúmulo de gangliosídeos (GM2) em tecido cerebral • Paralisia • Cegueira • Mancha macular vermelho-cereja no olho • Morte na primeira infância A doença de Tay-Sachs entre judeus é bem prevalente, doença neuro degenerativa em que a criança não vive mais do que dois anos. É importante diagnosticar no início da vida pois dá para realizar um tratamento e melhorar o prognóstico. TRIAGEM NEONATAL As quatro doenças de erros inatos de metabolismo. Tem algumas que tem tratamento, tem tratamento de reposição enzimática e tem outras que não tem tratamento mesmo. Via da exocitose via constitutiva x via regulada Via constitutiva ou padrão • Crescimento da membrana antes da divisão celular • Exocitose de proteínas para o exterior (secreção) Proteínas recém-sintetizadas podem: • Aderir a superfície celular • Ficar incorporadas na matriz extracelular • Difundir no líquido extracelular para nutrição ou sinalização de outras células. Via regulada • Só existem em células secretoras onde o material é estocado em vesículas de secreção • As vesículas brotam pela face trans, se acumulam próximo a membrana, para aguardar o sinal que estimulará a liberação do seu conteúdo para o exterior Via de exocitose: envolve duas vias, a via constitutiva e a via regulada. Constitutiva é onde a proteína é produzida e vai para o seu destino final, por exemplo, o turn-over proteico – a proteína funciona e depois vai ser destruída. A via regulada envolve proteínas que ficarão envolvidas em vesículas, até que haja um estímulo de fusionamento dessas vesículas para ação dessas proteínas. A GLUT-4 é insulino dependente porque quando você acaba de comer a glicose precisa entrar na célula e as células beta do pâncreas vão secretar insulina a insulina vai na proteína receptora vai se ligar manda um sinal para que haja o fusionamento das vesículas com GLUT 4 com a membrana para a glicose poder entrar. É uma via regulada. Vias endocíticas • Fagocitose: partículas grandes (> 250 nm de diâmetro), serve para a nutrição e para defesa • Pinocitose: líquido e moléculas pequenas (< 150 nm de diâmetro), serve para a nutrição Lembrando que fagocitose é molécula grande e pinocitose molécula pequena. Entra por um processo de clatrina, transporte vesicular e vai para o lisossomo. Quando a gente está com muito colesterol no sangue, ele não fica de maneira livre, são transportados pelo LDL, e para levar para dentro da célula precisam dos receptores. Esses receptores de LDL, as clatrinas fazem as vesículas que serão fusionadas pelos endossomos é um organela que não se sabe não se sabe se ela vira lisossomo ou se entrega ao lisossomo – que já são mais ácidos, essa mudança de Ph que desassocia o LDL do seu receptor, e quando vai para o lisossomo há a degradação do LDL. Se tiver muito LDL, não vai ter receptor suficiente, se tiver LDL no sangue vai haver a oxidação e formação da placa de ateroma. Há uma condição de hipercolesterolemia familiar, essas pessoas tem mutações o processo de transporte de LDL para dentro da célula, que pode acontecer em diferentes partes desse processo. As proteínas receptoras podem sofrer o processo de reciclagem, mas também podem ser degradas pelo lisossomos ou podem sofrer o processo de transcitose, onde vão ser utilizadas em outros locais da célula. Destino das proteínasreceptoras 1. Reciclagem: a maioria é devolvida ao mesmo domínio da membrana plasmática que vieram 2. Degradação: se movem para os lisossomos onde são degradados 3. Transcitose: alguns prosseguem para um domínio diferente da membrana plasmática, transferindo suas moléculas cargas ligadas de um espaço extracelular para outro. Hipercolesterolemia Familiar Pode ser causada por mutações em vários genes, que codificam proteínas que podem estar envolvidas nesse processo. A mutação mais comum é na proteína receptora; Existem pessoas que tem essa mutação no receptor de LDL que pode ser a forma dominante ou recessiva, tem pessoas que tem mutação na formação do LDL, a apoproteína fica de forma errônea e o receptor não reconhece. Exon é que tem a informação para formar a proteína e tem os códons. Mutações no receptor do LDL • Classe 1 é uma mutação no inicio do gene que gera um códon de parada prematura. Sem síntese • Classe 2: Sem transporte • Classe 6: Direcionamento defeituoso para a membrana basolateral, culmina numa reciclagem do tipo TRANSCITOSE, ao invés de voltar para o mesmo lugar ela vai para outro local. Mutações da apoproteína, que vai fazer a ligação com LDL, o receptor não reconhece ela. • Classe 3: não há ligação com o LDL e o receptor Proteína adaptadora do recetor das LDL 1 (LDLRAP1): A proteína adaptadora faz a junção da clatrina com a membrana. Essas pessoas têm mutação justamente nessa proteína adaptadora e não consegue ter a formação da vesícula. Classe 4 : não há internalização, a proteína não consegue entrar na célula e não fusiona com o lisossomo e não há digestão intracelular. PCSK9 – mutação nesse gene (existem mutações de perda ou ganho de função) – ele tem a capacidade de se ligar com o receptor de LDL, e ele vai para dentro do lisossomo e é destruído. Na mutação tem um ganho de função, então ele não será destruído dentro do lisossomo, mas faz com que os receptores sejam destruídos juntos com LDL e fica com pouco receptor. Na hora da reciclagem ele deveria voltar para membrana e não volta porque é destruída no lisossomo. Classe 5: não há reciclagem do receptor do LDL
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