Fisiologia-da-Secreção-Celular

Prévia do material em texto

Fisiologia da Secreção Celular
· Compartimentalização das células
A célula elabora determinado produto e libera para o meio externo (corrente sanguínea ou superfície livre). As secreções podem ser lipídeos (hormônios esteroides), enzimas (proteínas), açúcares (associado a lipídeos ou glicoproteínas) e leite (formado por lipídeos, proteínas e açúcares).
Uma célula eucariótica é subdividida em compartimentos distintos envoltos por membranas. Cada compartimento (organela) contém seu próprio conjunto de enzimas e outras moléculas especializadas e um sistema de distribuição complexo transporta produtos específicos de um compartimento a outro. 
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 de seu interior. Elas também servem como marcadores de superfície organela-específicos que direcionam a entrega de novas proteínas e lipídeos em organelas apropriadas. 
A síntese de moléculas proteicas inicia-se principalmente no citosol. Cada proteína sintetizada é então entregue especificamente ao compartimento celular que a necessite. 
· Vantagens da compartimentalização
- Estabelecimento de um microambiente que concentra enzimas e substratos
- Aumento das taxas de interações moleculares
- Controle das condições físico-químicas
- Autoproteção de atividades potencialmente perigosas
- Permitiu o aumento do tamanho dos eucariotos
- Maior eficiência na captura de energia
- Regulação gênica por vias mais complexas
Cerca de metade da área total de membrana em uma célula eucariótica envolve os espaços do retículo endoplasmático (RE). O RER tem muitos ribossomos aderidos a sua superfície citosólica; eles são encarregados da síntese de proteínas solúveis e integrais de membrana, sendo que a maioria está destinada para secreção ao exterior da célula ou para outras organelas. Regiões que não possuem ribossomos aderidos é o REL. O RE envia muitas de suas proteínas e lipídeos para o aparelho de Golgi, o qual consiste em cisternas. O Golgi recebe lipídeos e proteínas do RE e os envia para vários destinos. 
Estudos recentes demonstram uma função mais ampla para o RE: proteínas citosólicas podem também serem sintetizadas em ribossomos aderidos ao RE. Nem toda proteína sintetizada será excretada e quando for, o destino pode ser a superfície celular, o lisossomo ou a membrana plasmática. Há outros caminhos que não passam pelo retículo, como por exemplo, o próprio citosol, e outros compartimentos, como a mitocôndria, os cloroplastos, peroxissomos e o núcleo. 
mRNA Síntese proteica RE Golgi Superfície celular; lisossomo; membrana plasmática.
mRNA Proteína citosólica Núcleo, mitocôndria, cloroplasto
A síntese de todas as proteínas começa em ribossomos no citosol, sendo que seu destino depende da sua sequência de aminoácidos, a qual pode contem sinais de endereçamento. 
O que induz o caminho é a sequência sinal, a qual é específica de cada molécula. No entanto, esse não é o único direcionador dos diferentes caminhos. Cada proteína recém-sintetizada deve encontrar seu caminho a partir de um ribossomo no citosol, onde a proteína é sintetizada, até a organela que exercerá sua função. A proteína segue uma via específica, guiada por sinais de endereçamento em sua sequência de aminoácidos, que funcionam como sequências-sinal. Os sinais são reconhecidos por receptores que entregam a proteína à organela alvo. 
Algumas proteínas não possuem um sinal de endereçamento, permanecendo no citosol como residentes permanentes. 
· Evolução das endomembranas
Os precursores das primeiras células eucarióticas são organismos simples semelhantes a bactérias, que geralmente possuem membrana plasmática, mas não membranas internas. Em (a) vemos uma possível via para a evlução do núcleo e do RE. Em algumas bactérias, a molécula de DNA única que compreende o cromossomo bacteriano é aderiada a uma invaginação da membrana plasmática. Tal invaginação em uma célula procariótica ancestral poderia ter se rearranjado para formar um envelope em torno do DNA ao citosol da célula. Esse envelope pode ter se separado completamente da membrana, originando um compartimento nuclear envolto por uma membrana dupla. Em (b), as mitocôndrias e os plastídeos parecem ter se originado quando uma bactéria foi engolfada por uma grande célula eucariótica. Isso explica o porque elas possuem seus próprios genomas e por que os lúmens dessas organelas permanecem isolados do tráfego de membranas. 
· Sequência de sinalização para os diferentes destinos
1) Aminoácidos hidrofóbicos
2) Aminoácidos carregados negativamente
3) Aminoácidos carregados positivamente
Na importação para o RE, há predomínio de aminoácidos hidrofóbicos para poder atravessar a membrana do retículo ou uma sequência de aminoácidos que se insere num translocado (canal onde essa proteína pode passar).
· Síntese Proteica
A importação das proteínas ocorre de maneira distinta a depender da organela. Para mitocôndrias, cloroplastos, núcleo e peroxissomos ela ocorre depois da síntese proteica e necessita de diferentes peptídeos-sinal, dessa forma é chamada de pós-traducional. Já com o RE a importação começa antes que a cadeia polipeptídica esteja completamente sintetizada, por isso chamam de co-traducional.
O fato da extremidade da proteína em síntese ser transportada para o RE enquanto está sendo traduzida, impede que a proteína seja liberada para o citosol após a síntese proteica. Na importação co-traducional não é necessário chaperonas citosólicas para manter a proteína desdobrada durante o processo.
A região conhecida como RER é criada pelos ribossomos que ficam ligados à membrana do RE durante a síntese da proteína e acabam cobrindo a superfície do RE. A associação dos ribossomos ao RE é transitória. Ao terminar a leitura do RNAm, o ribossomo é liberado no citoplasma.
· Existem duas populações separadas de ribossomos no citosol: 
- Ribossomos ligados à membrana: ligados à face citosólica da membrana do RE e participam da síntese das proteínas que irão para o RE.
- Ribossomos livres: não estão ligados à membrana e sintetizam todas as outras proteínas. 
Tanto um quanto o outro possuem a mesma estrutura e função, porém diferem no tipo de proteína que sintetizam.
 Ao sintetizar uma proteína que possui um peptídeo-sinal de RE, o ribossomo é direcionado por este sinal para a membrana do RE. Como muitos ribossomos podem ligar-se a uma única molécula de mRNA, forma-se um polirribossomo, que se liga a membrana do RE via peptídeos-sinal de cadeias múltiplas de proteínas em síntese. Cada ribossomo associado a tal mRNA pode retornar ao citosol para terminar a tradução, porém o mRNA permanece ligado a membrana devido a uma troca na população de ribossomos, que também estão presos a membrana por um receptor de ribossomos que auxilia a ligação naquele local. Portanto somente as moléculas de mRNA que codificam proteínas com peptídeo-sinal ligam-se à membrana do RE rugoso.
· A Hipótese do Sinal – PRS
Foram realizados experimentos, onde o RNAm que codifica uma proteína secretada foi traduzido por ribossomos in vitro. Quando uma proteína foi sintetizada na ausência de membranas (microssomos) resultou em um peptídeo com cerca de vinte aminoácidos a mais do que o mesmo peptídeo produzido in vitro, porém na presença dos microssomos.
Existem dois componentes que direcionam o peptídeo-sinal do RE para a membrana do RE são eles:
1. Partícula de Reconhecimento de Sinal (PRS)
2. Receptor de PRS
As partículas de reconhecimento juntamente com seus receptores estão presentes em todas as células eucarióticas e provavelmente em células procarióticas. 
As SRPs ligam-se ao peptídeo-sinal do RE imediatamente após o peptídeo emergir do ribossomo. Quando isso ocorre temos uma pausa na síntese de proteínas, que proporciona ao ribossomo tempo suficiente para se ligar a membrana do RE, antes que a síntese polipeptídica se complete, garantindo então quea proteína não seja liberada para o citosol. 
Com o complexo SRP-ribossomo formado, temos a ligação desse ao receptor PRS, que é uma proteína integral de membrana, exposta na superfície citosólica da membrana do RER. A ligação do receptor à PRS garante o acoplamento do ribossomo e do peptídeo à membrana do RE. A partir desse momento a PRS concluiu o seu papel no direcionamento da síntese proteica para o RE, então através da hidrólise de GTP, têm-se o desligamento da SRP de seu receptor, permitindo a reciclagem de ambos e a continuidade da síntese proteica junto à membrana do RE.
 	Após esse desligamento o peptídeo sinalizador é reconhecido por uma proteína transmembrana e o ribossomo é transferido e se une a um complexo proteico de translocação na membrana do RER. Este complexo denominado translocon possui três ou quatro transmembranas que o mantêm aderido ao ribossomo e também formam um canal por onde inicialmente o peptídeo sinalizador e em seguida, o restante da cadeia peptídica são transferidos até a luz do retículo. 2
· Translocon
Permite o transporte de proteínas para as membranas do RE. 
É um conjunto de proteínas formados por 3 ou 4 cópias do complexo Sec61 – pode estar relacionado à ancoragem de ribossomos. 
Complexo Sec61: Heterodímedo – 3 proteínas: Sec61α, Sec61β, Sec61γ
Altamente conservado desde bactérias.
· Clivagem do peptídeo sinal
Proteína final é desprovida de sequência sinal. 
Citosol Sequência sinal é reconhecida membrana do retículo Translocon faz o reconhecimento Proteína vai para o lúmem ou será transmembrana
O ribossomo se liga à membrana do RE através de receptores ribossômicos. Na fase de associação dos ribossomos à membrana do RE, a cadeia polipeptídica nascente se liga a um poro aquoso. Quando o complexo ribossomo-cadeia nascente se liga a membrana do RE, se forma o poro aquoso.
Existem duas formas diferentes da cadeia polipeptídica nascente se associar ao poro: uma é pela associação lateral, no plano da membrana do RE para as sequências hidrofóbicas e outra no plano perpendicular, para a passagem da porção hidrofílica, que tem como destino a luz do RE. Na associação lateral, existe uma glicoproteína de membrana chamada de TRAM, que vai acoplar a sequência hidrofóbica do peptídeo sinal na membrana, durante a abertura do poro aquoso.
A cadeia polipeptídica nascente que se insere no poro permite o início do transporte dessa para o lúmen do RE. Então, não vai haver mais necessidade do peptídeo sinal, manter-se como parte da proteína, ela vai ser clivada pela enzima sinal peptidase, presente na membrana do RE, mas o peptídeo sinal não é condição necessária para sinalizar a clivagem pela enzima e sim um sítio de clivagem adjacente, que é especificamente reconhecido pela sinal peptidase.
A passagem da cadeia polipeptídica nascente solúvel pela membrana do RE é vetorial, do ribossomo, pelo poro aquoso, até atingir o lúmen do RE. Após completada a síntese da proteína, está é totalmente transferida para a luz do RE, onde estão presentes proteínas de ligação, denominadas de chaperonas (BIP), que se liga a proteína que está sendo sintetizada e assim facilita seu transporte vetorial e seu processamento pós traducional. 
· BIP (binding protein): chaperona – auxilia outras proteínas de ligação. 
- Choperonas que reconhece proteínas enoveladas incorretamente e tentam segurar o direcionamento dessas proteínas até que estejam enoveladas corretamente
- Liga-se a sequência de aminoácidos expostos, impedindo a agregação da proteína e auxiliando na manutenção da proteína no RE. 
- Hidrolisa ATP para fornecer energia necessária ao transporte de proteína pós-traducionalmente no RE. 
	
Como isso ocorre: Liga-se diferentes sequências auxiliando no correto dobramento das proteínas que são formadas, isso não garante que toda proteína vai ser corretamente enovelada.
· Classes topológicas
Nas proteínas transmembrana, o processo de translocação é mais complexo do que aquele destinado para proteínas solúveis, já que partes da cadeia polipeptídica permanecem inseridas na membrana, enquanto que outras partes da cadeia são transportadas através da bicamada lipídica.
· Proteínas transmembrana unipasso
· Peptídeo sinal na região N-terminal: No retículo, cliva a sequência sinalizadora. A translocação ocorre dentro do translocon. 
Um peptídeo sinal N-terminal inicia o transporte, mas um segmento hidrofóbico adicional na cadeia polipeptídica paralisa o processo de transferência, antes que toda a proteína seja transportada. Logo após do peptídeo sinal ter sido clivado pela enzima sinal peptidase e liberado do poro aquoso, vai haver o ancoramento da proteína na membrana (sinal de parada de transporte). O peptídeo de parada de translocação fica com a extremidade amino da proteína voltada para o lúmen do RE, enquanto que a extremidade carboxila fica no lado da membrana, voltada para o citosol, onde forma um segmento único na conformação alfa hélice que permanece inserido na membrana.
· Peptídeo sinal interno: Interrompe a translocação. O peptídeo é inserido e o mesmo que serviu de sinal serve de sequência interna a bicamada. Na face citosólica a porção da proteína que fica foi o que mudou. Existe duas formas: a carboxilar e a amino-terminal.
A localização do peptídeo sinal é interna. O peptídeo interno é reconhecido por uma PRS, que traz para a membrana do RE o ribossomo, que está sintetizando a proteína, e serve como um sinal de início de transferência, que inicia o transporte da proteína. Formando um segmento único em conformação alfa hélice, o peptídeo sinal interno, logo após a sua liberação do poro aquoso permanece inserido na bicamada lipídica do RE. Entretanto, os peptídeos sinal internos, podem se ligar ao poro aquoso em qualquer uma das duas orientações, e a orientação do peptídeo interno é a que determina qual segmento da proteína que é movido para o lúmen do RE através da bicamada lipídica. Em uma das situações, a proteína de membrana resultante fica com o terminal carboxila voltado para o citosol e a outra extremidade amino fica voltada para o lado do lúmen do RE.
· Proteínas transmembrana multipasso
Um peptídeo sinalizador ou peptídeo-sinal deve ser específico da membrana do RE para que o ribossomo se una a esta. Proteínas que se inserem na membrana comumente possuem um peptídeo sinalizador e outros sinais no qual o número vai depender de quantas vezes a proteína transmembrana atravessa a camada. 
· Peptídeo sinal interno e sequência de parada de transferência: Numa proteína multipasso um peptídeo-sinal interno funciona como sinal de início e prossegue até que seja atingido um sinal de parada.
· Alternância entre sequência de início e de parada de transferência: Em proteínas multipasso mais complexas, um segundo peptídeo sinal reinicia o transporte até que o próximo peptídeo-sinal de parada libere o polipeptídeo.
Independente do número e localização dos sinais, apenas o primeiro peptídeo sinalizador que sai do ribossomo é reconhecido pela partícula de reconhecimento de sinal (PRS), que reconhece o primeiro seguimento hidrofóbico e o ajusta a fase de leitura. Se o sinal for iniciado, o próximo seguimento hidrofóbico é reconhecido como peptídeo de parada. A cadeia peptídica fica então atravessada na membrana entre esses dois sinais e o processo de rastreamento prossegue até que todas as regiões hidrofóbicas da proteína multipasso estejam incluídas na membrana.
· Modificações pós-traducionais e dobramento das proteínas
No Retículo endoplasmático (RE) uma das principais funções biosintéticas é a adição covalente de açúcares a proteínas, onde muitas das proteínas solúveis ou ligadas às membranas são produzidas no RE.
Sulfatação: Atuação da PDI (proteína dissulfeto isomerase) presente em todas as células eucarióticas. Catalisa a oxidação de grupos sulfidrila (SH) livres. A PDI é capaz de trocar, tornar-se reduzida permitindo a oxidação das pontes dissulfeto. Atua modificando, favorecendo a aquisição do dobramento. Esse enovelamento depende primeiro da constituição de aminada proteína. 
Glicosilação: É o processo onde ocorre transferência de um oligossacarídeo contendo 14 resíduos de açúcar, dos quais 2 resíduos são de N-acetilglicosamina, 3 de glicoses e 9 de manoses. Esses carboidratos permanecem ancorados à membrana do RE por intermédio de um lipídio chamado dolicol. 
Envolve sempre a ligação desse mesmo carboidrato às diferentes proteínas por uma enzima chamada Oligossacaril-transferase. Pelo fato desse oligossacarídeo ser transferido a um grupo NH2 da cadeia lateral de uma asparagina na proteína, esse processo é chamado glicosilação N-ligada ou asparagina-ligada, onde a enzima reconhece resíduos de asparagina, assim que estes aparecem no polipeptídio nascente catalisando a transferência do oligossacarídeo para o grupo amino-lateral da asparagina. 
 O oligossacarídeo precursor, ligado ao lipídeo, liga-se ao dolicol, a qual impulsiona a reação de glicosilação através de um fornecimento de energia de ativação.
Função do oligossacarídeo: Diversidade modificações posteriores. Rótulo para o estado de dobramento da proteína. Indícios: calnexina e calreticulina. Reconhecimento de uma única glicose terminal. 
Calnexina: Ocorre remoção de duas glicoses, essa proteína transmembrana do retículo, com a remoção da glicose permite o dobramento. Sai do retículo e vai para o Golgi. Se o dobramento não for correto ela pode tentar outras vezes ou ser encaminhada para degradação.
Enzimas na luz do retículo removem duas glicoses, com uma glicose, a calnexina reconhece a enzima que permite a formação de pontes dissulfeto. Ela é corretamente dobrada e segue para o Golgi.