TRANSPORTE DE PROTEÍNAS E VESÍCULAS

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RESUMO: TRANSPORTE DE PROTEÍNAS E VESÍCULAS
Alisson Braga - UFBA
- PROTEINAS
As proteínas despachadas pelo citosol tem seu endereçamento a diferentes organelas de acordo com marcas de localização na sequença de aminoácidos. 
	-proteinas sem sinal permanece no citosol
TRANSPORTE ATRAVÉS DE POROS NUCLEARES
- Esses poros funcionam como portão que deixam proteínas e macromoléculas específicas fluírem. Os poros são um complexo formado por cerca de 30 proteinas diferentes (nucleoporinas), muitas dessas possuem cadeias peptídicas desordenadas que formam uma rede delicada, preenchendo o canal, impedindo a passagem de moléculas grandes, mas permitindo pequenas moléculas hidrossolúveis de transitar livremente entre o núcleo e o citosol. 
Os transportem acontecem de forma passiva (macromélucas hidrossolúveis) e de forma ativa (moléculas grandes e proteínas recém-sintetizadas)
Sinal de localização nuclear – é a sequencia de sinal que destina uma proteína do citosol ao núcleo, consiste em uma sequencia de lisina e arginina carregadas positivamente.
Esse sinal é reconhecido por proteínas citosolicas denominadas receptores de importação nuclear
1 – Um receptor de importação nuclear se liga a uma proteína nuclear ainda no citosol e entra para o núcleo.
2 – Ran-GTP se liga ao receptor de importação fazendo-o liberar a proteína no núcleo
3 – O receptor ainda ligado ao Ran-GTP é transportado de volta ao citosol pelo poro.
4 – No citosol, Ran hidrolisa o GTP ligado e então Ran-GDP se dissocia do receptor de importação que agora é livre para se associar a outra proteína. 
TRANSLOCADORES PROTEICOS
Levam proteínas do citosol para o RE, mitocôndrias ou cloropastos e diferente dos poros nucleares, as proteínas se desdobram para atravessar a membrana com a ajuda do translocador.
A mitocôndria e o cloropastos são especializados em síntese de ATP. Ambas também sintetizam parte de suas proteínas, mas a sua maioria vem do citosol. Essas proteínas normalmente possuem uma sequencia-sinal na região N-terminal que lhe permite entrar na organela específica. 
As proteínas destinadas a essa organela são translocadas por ambas as membranas (interna e externa) da mitocôndria. Cada proteína é desnaturada (muda de conformação) no processo de transporte e sua sequência-sinal é removida após a translocação.
O transporte costuma exigir outra sequência-sinal na proteína, a qual é exposta somente após a remoção da primeira sequência-sinal. 
Proteinas mitocondriais percursoras são desnaturadas durante a importação
A membrana interna e externa da mitocôndria deve ser atravessada para que uma proteína mitocondrial percursora entre na organela. 
1 – A sequência-sinal na proteína mitocondrial percursora é reconhecido pelo receptor na membrana mitocondrial externa
2 – A proteína receptora de importação da membrana externa mitocondrial contem um translocador de proteína 
3 – O complexo de receptor, proteína percursora e o translocador se movem lateralmente pela membrana ate encontrar um translocador na membrana interna
4 – os dois translocadores então transportam a proteína através das duas membranas, desnaturando a proteína nesse processo. 
5 – a sequência-sinal é clivada (retirada) por uma peptidase-sinal na matriz mitocondrial
A maior parte dos fosfolipideos de membrana na mitocôndria são importados do RE. Os fosfolipideos são transportados para essa organela por proteínas carreadoras de lipídeos, que extraem uma molécula fosfolipidica de uma membrana e a entrega a outra. 
PEROXISSOMOS – produzem peróxido de hidrogênio, degradam toxinas, álcool e ácidos graxos. 
Os peroxissomos adquirem sua proteínas por meio do citosol, uma sequência-sinal curta de apenas três aminoácidos é suficiente para ser reconhecido por uma proteína receptora no citosol. Assim como na mitocôndria, a membrana do peroxissomos também possui um translocador de proteína que auxilia no transporte. Porém, as proteínas não precisam se desnaturar para entrar no peroxissomos. Algumas proteínas do peroxissomos também chegam por vesículas que saem da membrana do RE. As vesículas se fundem ao peroxissomos preexistentes ou importam as proteínas do peroxissomos do citosol, formando peroxissomos maduro. 
Sindrome de Zellweger – mutação que bloqueia a importação de proteínas pelo peroxissomos.
-TRANSPORTE POR VESÍCULAS
AS PROTEINAS ENTRAM NO RETICULO ENDOPLASMÁTICO ENQUANTO SÃO SINTETIZADAS
Serve como ponto de entrada a proteínas destinadas a outras organelas, ou ao próprio RE. As proteínas destinadas ao aparelho de golgi, endossomos, lisossomos e proteínas destinadas a superfície celular, são transportadas inicialmente do citosol para o RE. 
Uma vez no lúmen do RE, as proteínas serão transportadas por vesículas de transporte, de organela para organela.
Dois tipos de proteínas são transferidos do citosol para o RE:
1 – Proteínas hidrossolúveis – são destinadas para a secreção (liberação na superfície celular) ou para o lúmen de uma organela. Sequência-sinal N-terminal.
2 – Futuras proteínas transmembrânicas – destinadas a residir na membrana de uma organela ou na MP.
Todas essas proteínas contem uma sequência-sinal de oito ou mais aminoácidos hidrofóbicos.
As proteínas então iniciam sua rota na membrana do RE e por isso os ribossomos ficam presos a membrana para sintetizar a proteína, esses ribossomos ligados ao RE recobrem sua superfície, criando o Reticulo Endoplasmático Rugoso (REG).
Os ribossomos ligados a membrana - estão associados a fase citosólica da membrana do RE (e da membrana nuclear externa) e produzem proteínas que serão translocadas do RE.
Os ribossosmos livres – produzem qualquer proteína que esteja codificada pelo RNA nuclear
Quando uma molécula de mRNA é traduzida, muitos ribossomos se ligam a ela formando um poliribossomo. Se for uma molécula de mRNA codificante com uma sequêncina-sinal do RE, a cadeia de poliribossomo permanece na membrana no RE.
Dois componentes proteicos ajudam a guiar as sequências-sinal de RE para a membrana do RE:
1 – partícula de reconhecimento de sinal (SRP) no citosol, liga-se ao ribossomo e a sequência-sinal de RE. 
2 – Receptor de SRP integrado na membrana.
A ligação de um SRP a um ribossomo que apresenta a sequência-sinal de RE desacelera a síntese proteica daquele ribossomo até que a SRP se ligue a um receptor de SRP. Quando ligada, a SRP é liberada e o receptor passa o ribossomo a um translocador de membrana iniciando a síntese proteica. O polipetideo é conduzido através da membrana pelo canal translocador. 
A sequência-sinal também serve para abrir o canal translocador de proteína. E é clivada por uma peptidase-sinal transmembrânica.
Sinais de inicio e de parada determinam o arranjo de uma proteína transmembrânica na bicamada lipídica. Uma proteína transmembrânica , a sequencia-sinal N-terminal inicia a translocação. Ocorre uma sequencia de parada de transferência causada por aminoácidos hidrofóbicos. Nesse ponto, o canal de translocação libera a cadeia polipeptídica crescente na a bicamada lipídica. N-terminal é clivada enquanto a sequência parada por transferência permanece na membrana formando um a-helice transmembranico. 
Em seguida a proteína se torna uma proteína transmembranica com uma sequencia N-terminal no lado da bicamada lipídica e C-terminal pro citosol. 
TRANSPORTE VESICULAR
O transporte vesicular se estende para fora do RE em direção a membrana plasmática e de dentro da membrana plasmática para os lisossomos, fornecendo rota de comunicação entre o interior da célula e o seu meio.
Via secretória – Inicia com a síntese de proteína na membrana do RE e sua entrada no RE, continua pelo aparelho de golgi ate a superfície celular, no golgi uma rota conduz o transporte ao longo dos endossomos até lisossomos. 
Via endocíta – responsável pela ingestão e degradação de moléculas extracelulares, movendo as moléculas da membrana plasmática por meio dos endossomos, para os lisossomos. 
- Cada vesícula transportadora devem levar somente as proteínas apropriadas para o seu destino e fundir-se com a membrana alvo apropriada. Por isso,cada organela precisa manter sua identidade distinta, ou seja, sua própria composição de proteínas e lipídios, esses eventos de reconhecimento dependem das proteínas presentes na vesícula transportadora.
As vesículas revestidas possuem um revestimento proteíco que é perdido assim que saem da sua organela de origem, permitindo que sua memebrana interaja diretamente com a molécula pela qual ela vai se fundir. 
Esse revestimento serve para: ajudar a moldar a membrana e capturar moléculas para o transporte.
Vesículas revestidas por clatrina – brotam do aparelho de golgi, na via secretória; e da membrana plasmática, na via endócita. 
As moléculas de clatrina se associam na superfície da membrona e começa a dar o processo de vesícula (como uma bola). Uma proteína de ligação a GTP – dinamina – associa-se ao redor do pescoço da vesícula provocando a contração desse anél e liberando a vesícula da membrana. 
A clatrina não tem capacidade de selecionar as moléculas para transporte. Essa seleção é feita por uma segunda proteína, demoninada adaptinas que fixam os revestimentos de clatrina na sua superfície e seleciona as moléculas a serem transportadas. As adaptinas se ligam ao receptor de carga na membrana e os ajudam a selecionar as moléculas especificas das quais são capturadas pelo receptor de carga. 
Existem tipos diferentes de adptinas: as que se ligam ao receptor de carga da membrana plasmática são diferentes das que se ligam ao receptores de carga do aparelho de golgi.
1 – os receptores de carga se ligam a moléculas de carga no espaço extracelular
2- Adaptina se liga ao receptor de carga pelo citosol, aos quais se ligam a moléculas de clatrina
3 – As proteínas dinamina (GTPases) se associam em volta do pescoço da vesícula, e hidrolisam o seu GTP ligado destacando a vesícula da membrana plasmática para o citosol.
4 – Com o processo completo, as proteínas de revestimento (clatrina + adaptina) são removidas e a vesícula segue com sua membrana livre para interagir com outra membrana.
A fusão de vesículas depende de proteínas de conexão SNAREs
Após a vesícula solta da membrana, ela deve encontrar o seu caminho para o destino específico. Algumas vezes as vesículas são transportadas por proteínas motoras que se movem ao longo do citoesqueleto. 
O transporte vesícular exige que cada vesícula transportadora exponha na sua superfície marcas especificas que identifiquem sua origem e conteúdo. 
Proteínas Rab específicas (GTPases) estão presentes em cada tipo de vesícula e são reconhecidas por proteínas de conexão. Essa combinação ajuda a assegurar que cada vesícula se funda com sua organela destinada. 
Proteinanas SNAREs (transmembrânicas) – Também presente nas vesículas como v-SNAREs, uma vez que a proteína Rab tenha reconhecido uma proteína de conexão, as v-SNAREs interagem com outras t-SNAREs presente na membrana-alco, ancorando a vesícula no seu local.
Quando ancorada a vesícula a v-SNAREs se entrelaça com a t-SNAREs fazendo com que a vesícula se funda no interior da organela e promovem a fusão da membrana da vesícula na membrana da organela. 
VIAS SECRETÓRIAS
Proteinas, lipídios e carboidratos recém-sintetizados são encaminhados a partir do RE, via aparelho de golgi, para a superfície celular por vesículas transportadoras que se fundem na membrana das organelas em um processo de exocitose. A medida que são exportados, são sintetizados e modificados, pelo aparelho golgi, sobre várias outras modificações ate a MP.
A maior parte das proteínas é modificada covalentemente no RE
Pontes dissulfeto são formadas pela oxidação de pares de cisteínas, essa reação é catalisada por uma enzima que reside no lúmen. A ponte dissulfeto ajuda a estabilizar a estrutura da proteína que encontração enzimas de degradação e variações de ph.
Glicosilação – enzimas de glicosilação catalisam as proteínas que entram no RE as convertendo em glicoproteínas pela adição de oligossacarídeos de múltiplos açucares.
Os oligossacarídeos na célula serve para: proteger uma proteína da degradação; manter a proteína no RE até que seja processada ou auxiliar seu transporte ate a organela apropriada, servindo como um sinal de transporte para o empacotamento da proteína em vesículas transportadoras. 
Processo de Glicolisação:
Quando uma proteína entra na membrana no RE, uma enzima oligossarídeo-transfere ligado ao lipídio dolicol através da membrana, transfere sua cadeia de oligossacarídeo o grupo amina (NH2) de uma cadeira de asparagina lateral. 
A saída de proteínas do RE é controlada pela Chaperonas, que são proteínas que mantem uma certa ordem e seletividade, proteínas que não se enovelam corretamente são retiradas do RE. Impedem que as proteínas se agreguem e ajuda a chegar a sua direção correta. Controlando a qualidade das proteínas. 
Quando esse controle de qualidade não ocorre, acumulam proteínas no RE e o RE aciona um complexo chamado de resposta a proteína desenovelada (UPR) fazendo com que o RE aumente e aumente a quantidade de proteínas chaperonas. Por fim, se RE alcançar seu nivem máximo, a UPR pode acionar a morte celular.
SÍNTESE DE LIPÍDIOS PELO RE
O RE é o principal responsável pela síntese de lipídios da célula, incluindo fosfolipídios e glicerol que formam a MP. O principal fosfolipídio sintetizado e a fosfatidilcolina, formado de colina, dois ácidos graxos e glicerol fosfato. Devido aos ácidos graxos não serem solúveis em água, eles são transportados por uma proteína. O processo:
1 – Os ácidos graxos são conduzidos do citosol ao RE pela proteína de ligação a ácidos graxos
2 – Essa proteína fornece o ácido graxo a uma enzima Acil-coA-ligase (presente na MP do REL) e o ácigo graxo é então introduzido na bicamada lipídica
3 – A acetiltransfere então remove a Acetil-coA-ligase e adiciona um glicerol-3-fosfato
4 – A fosfatase então adiciona 4 fofatos ao grupo glicerol-3-fosfato 
5 – Um ultimo passo em que é adicionado ao grupo glicerol-3-fosfato e esta pronto a síntese de fosfatidicolina.
Essa síntese é um resultado de enzimas que estão no lado do citosol. 
APARELHO DE GOLGI
Cada pilha do aparelho de golgi possui duas faces: a face cis voltada para o RE e a face trans voltada para a MP. As proteínas solúveis e de membrana entram por vesícula no golgi pela face cis e vai passando por cada face e cada vesícula se funde com a membrana da face próxima, até que a ultima vesícula saia pela face trans em direção a alguma organela ou a MP.
As proteínas que sofreram adição de oligossacarideo (glicolisação) no RE, sofrem modificação no Golgi. São adicionadas cadeias mais complexas de oligossacarídeos, em que açúcar são adicionados e removidos por enzimas. 
EXOCITOSE
Vesículas que são formadas na trans-Golgi e se fundem com a membrana plasmática no processo de exocitose. Essa via de exocitose fornece a MP proteínas e lipídios recém-sintetizados. Essa via também carrega proteínas para a superfície celular em um processo de secreção
Vesiculas secretórias – atuam apenas células especializadas em secreção, se destacam da rede e aguardam por um sinal para se fundirem com a MP
Via Constitutiva – a proteína secretada por essa via não precisam esperar e são transportadas automaticamente pelas vesículas transportadoras (secreção)
As células fagócitas (incluindo macofrágos e neutrófilos) nos defendem contra a infecção de microrganismos invasores
Pinocitose – ingestão de pequenas quantidades da membrana plasmática e do liquido extracelular na vesícula
Endocitose mediada por receptor – Macromoléculas que se ligam a receptores na superfície celular e entram na célula como complexo de receptor-macromolecular em vesículas revestidas por clatrina. Esse mecanismo fornece seletividade entre as moléculas. Um exemplo de endocitose mediada por receptor é a capacidade de células animais captar o colesterol que é necessário na produção de novas membrana. 
1 - A LDL (liproteinas de baixa densidade) se liga ao receptor de LDL da membrana plasmática
2 – O receptor é internalizado junto ao LDL por uma vesícula revestida de clatrina
3 – após a formação da vesícula,a clatrina se desprende fazendo com que a vesícula se funda com o endossomos
4 – No ambiente ácido do endossomos a LDL se dissocia do seu receptor. A LDL é transferida para o lisossomos e o seu receptor enviado por vesículas de volta a membrana.
5 – No lisossomos a LDL é degradada por enzimas hidroliticas que então libera o colesterol livre
As macromoléculas endocitadas são distribuídas em endossomos
O material extracelular capturado por pinocitose é entregue direto aos endossomos. O interior do compartimento endossômico é mantido ácido por uma bomba de H+ (prótons) ativada por ATP na membrana endossômica que bombeia H+ do citosol para o lúmen do endossomo. 
O compartimento endossômico age como a principal estação da vía endocítica. O ambiente ácido desempenha papel no processo de distribuição, indizuindo receptores a liberarem sua carga. 
Os receptores que são envolvidos pelo endossomo tem diferentes caminhos. 
Reclivagem – receptores que são enviados para a membrana de onde vieram
Transcitose – receptores vão para um domínio diferente da membrana
Degradação – receptores são entregues aos lisossosmos para degradação
OS LISOSSOSOMOS SÃO O PRINCIPAL LOCAL DE DIGESTÃO INTRACELULAR
Os lisossomos são sacos membranosos de enzimas hidrolitícas que realizam a digestão intracelular. Essas enzimas são ativadas devido as condições ácidas do PH (5) lisossômico.
A membrana lissosômica contem transportadores que permitem que os produtos finais da digestão de macromoléculas cheguem até o citosol, onde eles podem ser utilizados pela célula ou excretados. A membrana também contém uma bomba de H+ ativada por ATP que bombeia o H+ para dentro do lisossomo, tornando seu interior ácido. 
As enzimas digestivas e as proteínas de membrana do lisossomo são sintetizadas no RE e transportadas pela face trans-Golgi. As enzimas são marcadas com um grupo específico de açúcares fosforilados (manose-6-fosfato) e por isso quando chegam na rede trans-golgi são reconhecidos pelo receptor de manose-6-fosfato. Essas enzimas são transportadas por vesículas para o lisossomo através do endossomo. 
Autofagia – Via adicional que fornece material para os lisossomos degradar partes da célula ou a célula inteira. O processo tem inicio com o englobamento de uma organela por uma membrana dupla criando um autofagossomo do qual então se funde com o lisossomo. 
ENDOCITOSE MEDIADA POR RECEPTORES
Referências: 
ALBERTS, B.; BRAY,D.; HOPKIN, K.; JOHNSON, A.; LEWIS, J.; RAFF, M.; ROBERTS, K.; WALTER, P. 2017. Fundamentos da Biologia Celular. 4ª ed. Porto Alegre: Artmed. 864p.