Compartimento de Membrana e Endereçamento de Proteínas

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Biocel – Capítulo 12: Compartimentos intracelulares e Endereçamento de proteínas.
Compartimentos intracelulares: 
· Uma célula eucariótica é subdividida de forma elaborada em compartimentos funcionalmente distintos envoltos por membranas. Seus compartimentos internos ocupam aproximadamente 50% do volume celular, enquanto a membrana plasmática ocupa apenas 5%. As organelas têm posições específicas características no citosol, pois dependem das interações das organelas com o citoesqueleto. 
· Organelas: 
· Núcleo: contém o genoma do DNA (além do DNA mitocondrial e dos cloroplastos), e é o sítio de síntese de DNA e RNA. 
· Citoplasma: líquido que ocupa o interior da célula e consome aproximadamente 50% do volume celular, e é sítio de síntese e degradação protéica e metabolismos intermediários. Além disso, é no citosol que a síntese protéica se inicia.
· Retículo Endoplasmático (RE): pode ser do tipo liso ou rugoso (com ribossomos aderidos a sua superfície citosólica), tem papel na síntese de proteínas solúveis e integrais de membrana e lipídeos, servindo também como armazenamento intracelular de Ca+. Envia muitas proteínas e lipídeos ao aparelho de Golgi. 
· Complexo de Golgi: consiste em pilhas organizadas de compartimentos discóides, é um compartimento intermediário da via de secreção, ou seja, recebe lipídeos e proteínas do RE e os envia para outros destinos, com freqüência realizando alterações estruturais nas macromoléculas, principalmente em proteínas. 
· Mitocôndria: responsável pela maioria da produção de ATP da célula e é envolta por uma dupla camada membranosa. 
· Lisossomos: contém enzimas digestivas que degradam organelas intracelulares mortas, bem como as macromoléculas e partículas englobadas no exterior da célula (autofagia).
· Endossomos: ficam a caminho dos lisossomos. 
· Peróxissomos: compartimentos vesiculares que contém enzimas utilizadas em várias reações oxidativas.
· Evolução das células eucarióticas: 
· O precursor das primeiras células eucarióticas provavelmente se assemelhava às células bacterianas típicas. 
· As funções dependentes da membrana foram realizadas pelas proteínas de membrana no plasma.
· A proliferação de membranas internas pode ter ocorrido, em parte, em resposta a um aumento no tamanho das células. 
· A evolução das membranas internas provavelmente ocorreu concomitantemente com a especialização da função da membrana.
· À medida que as células se tornam maiores, a proporção superfície-volume diminui. Como conseqüência, a membrana plasmática não seria mais suficiente para realizar aquelas reações de membrana essenciais para a viabilidade celular. 
· Como solução, aumentou-se a área da membrana acumulando membranas específicas no interior da célula. 
 
Movimento protéico entre os compartimentos: 
· A maioria das proteínas sintetizadas nos ribossomos citoplasmáticos deve ser entregue para seu compartimento final de residência. As proteínas possuem sequências-sinais que direcionam seu movimento através da célula (endereçamento). Essa sequência-sinal é reconhecida por receptores específicos que medeiam a sua entrega para organelas apropriadas. Proteínas que não possuem essa sequência-sinal permanecem no citosol como residentes permanentes. 
· Há três tipos principais de trânsito protéico entre os compartimentos:
· Transporte mediado (gate): proteínas se movimentam entre o citosol e o núcleo (topologicamente equivalentes) por meio de um complexo de poro nuclear no envelope nuclear, havendo o transporte ativo de macromoléculas. Ocorre apenas entre o citosol e o núcleo.
· Transporte transmembrana: proteínas translocadoras transmembrana transportam diretamente proteínas através da membrana do citosol para um espaço topologicamente distinto. A molécula da proteína transportada deve dobrar-se para passar pelo transportador. O transporte inicial das proteínas selecionadas do citosol para o lúmen do RE ou para a mitocôndria ocorre dessa forma. 
· Transporte vesicular: os intermediários desse transporte são pequenas vesículas que transportam proteínas de um compartimento a outro. A vesícula é descarregada em um segundo compartimento por fusão com a membrana que o envolve. Nesse caso os compartimentos têm que ser topologicamente equivalentes. A transferência de proteínas solúveis do RE ao complexo de Golgi ocorre dessa maneira. 
· As sequências-sinal: é o sinal de endereçamento que muitas vezes reside em uma extensão de sequência de aminoácidos, frequentemente encontrado na região N-terminal. Sequências-sinal também podem ser encontradas na extensão interna de aminoácidos. Em alguns casos pode ser composto por múltiplas sequências formando um arranjo específico tridimensional, denominado região-sinal. 
· Via Secretória: é uma via percorrida por proteínas que são sintetizadas no RE rugoso, depois passam pelo complexo de Golgi, podendo, então, ser enviadas para fora da célula (processo de secreção).
· O Retículo Endoplasmático: rede membranosa que se estende pelo citoplasma, organizado em cisternas ou vesículas. Pode ser de dois tipos:
· RE Rugoso: possui ribossomos aderidos à sua superfície, e por possuir ribossomos está envolvido na síntese protéica; além disso, faz modificação/processamento de proteínas (adicionando glicídios/carboidratos). Proteínas denominadas HSP70 são responsáveis pelo dobramento protéico dentro do lúmen do RER. Se a proteína for dobrada incorretamente elas são exportadas do RER e são degradadas via ubiquitina-proteassoma, podendo ser trituradas e virando aminoácidos (podendo ser reutilizado ou descartado). 
· RE Liso: não possui ribossomos; sintetiza lipídeos (ácidos graxos, fosfolipídeos, esteróides...); degrada substâncias potencialmente danosas e medicamentos (através da enzima P450 redutase). É o principal reservatório de Ca2+ da célula (juntamente com a mitocôndria). Faz a biossíntese de lipídeos através da atuação de enzimas específicas presentes em sua membrana. A metade citoplasmática da bicamada do REL é o principal local de síntese de fosfolipídios. As enzimas que catalisam essas reações são proteínas da membrana do REL, cujos sítios ativos estão voltados para o citosol. Os translocadores de fosfolipídios funcionam para "inverter" fosfolipídios específicos de uma metade da bicamada para a outra. Proteínas de transferência de fosfolipídios específicos transportam fosfolipídios do REL para as mitocôndrias e peroxissomos.
· OBS: uma mesma membrana forma três estruturas diferentes: membrana do RER, do REL e do núcleo. 
· Como ocorre a síntese protéica? No citosol a síntese se inicia. Pode ocorrer de duas maneiras:
· Síntese em ribossomos livres: O ribossomo faz a leitura de um RNAm, adiciona aminoácidos, formando uma cadeia polipeptídica, e está pronta uma proteína. Possuem três possíveis destinos: núcleo, citosol ou mitocôndrias.
· Síntese em ribossomos aderidos: a sequência-sinal indica que a proteína deve ser enviada ao RER. No citosol há partículas reconhecedoras de sinal (PRS) que se ligam à sequência-sinal levando a proteína ao complexo receptor na membrana do RER (para melhor visualização é válido lembrar que a partícula reconhecedora fica junto ao ribossomo, RNAm e aminoácidos até se ligar a partícula receptora da membrana do RER). Após a ligação de todo esse conjunto na partícula receptora da membrana do RER, a síntese continua. A sequência-sinal é removida e a proteína recém sintetizada adentra o RER. Essas proteínas possuem como destino: o próprio RER, o complexo de Golgi, a membrana plasmática, os lisossomos, serem enviadas para fora da célula (secreção). 
· Complexo de Golgi: conjunto de cisternas e vesículas localizadas próximo ao RER. Responsável pela modificação/processamento, empacotamento e direcionamento de proteínas aos seus derivados destinos. É responsável pela secreção celular e pela produção de lisossomos e acrossomos de espermatozóides. É válido lembrar que esta organela é capaz de realizar alterações estruturais em macromoléculas (principalmente em proteínas). Responsável também pela glicosilação de O-ligados.
· Lisossomos: vesículas de interior ácido que contém enzimas hidrolíticas. Sua função é a digestão celular, principalmente a autofágica, que consiste na digestão de componentes desnecessários, como organelas defeituosas. Sua função é a degradação de moléculas, material endocitado e moléculas defeituosas. 
· Peroxissomos: são importantes na detoxicação do organismo e atuam pela oxidação de compostos tóxicos pela ação das oxidases. A principal função das reações oxidativas realizadas nos peroxissomos é a quebra de moléculas de ácidos graxos. A P450 redutase reduz o tamanho de moléculas tóxicas para o organismo, já que não somos capazes de digeri-los. 
· Glicosilação de proteína: há dois tipos de glicosilação. 
· A glicosilação de N-ligados é a inserção de açúcares através da enzima oligossacaril-transferase em aminoácidos do tipo asparagina; promove o dobramento e estabilidade das proteínas, protege as proteínas da proteólise, direciona o transporte anterógrado e promove a adesão célula-célula, ocorre no RER. 
· A glicosilação de O-ligados é a inserção de açúcares em aminoácidos do tipo treonina, no terminal de hidroxila, e ocorre no complexo de Golgi. 
· Complexo Sec61: é um poro aquoso translocador, que permite a passagem de cadeias polipeptídicas pela membrana. Estruturas hélices α contribuem para o fechamento temporário do poro, é uma estrutura dinâmica que se abre apenas para a passagem de cadeias polipeptídicas.