Organelas Biossintéticas: Complexo Golgi

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UNIDADE DE APRENDIZADO 5 – MATERIAL DE ESTUDO 1
ORGANELAS BIOSSINTETICAS: COMPLEXO GOLGI
A célula apresenta diversas organelas, e cada uma delas apresenta uma função específica. Uma dessas organelas com frequência recebe e modifica quimicamente as moléculas sintetizadas no retículo endoplasmático e, então, utiliza-as, ou direciona-as para o exterior da célula ou para outros locais. Ela apresenta diversas funções, entre as quais destaca-se a sua atuação na modificação, no empacotamento (formação de vesículas) e no endereçamento das substâncias. Que organela é essa? Nesta Unidade, estudaremos o complexo de Golgi
Desafio
Os lisossomos são compartimentos de⥝쎽nidos por membranas e preenchidos por enzimas hidrolíticas que controlam a digestão intracelular de macromoléculas. Eles contêm cerca de 40 tipos de enzimas hidrolíticas, incluindo proteases, nucleases, glicosidases, lipases, fosfolipases, fosfatases e sulfatases. Essas enzimas são produzidas no retículo endoplasmático e passam, depois, para o complexo de Golgi, em que são processadas e, então, incluídas em vesículas que vão se fundir com os endossomas, formando-se os lisossomas. Os lisossomos desempenham um papel importante na metabolização de diversas moléculas. Muitas doenças humanas já foram descritas devido a de⥝쎽ciências enzimáticas dos lisossomos.
Com base no texto acima, responda de forma resumida às seguintes perguntas:
1)Como as doenças de armazenamento nos lisossomos são causadas? 
Resposta: As doenças de armazenamento nos lisossomos são causadas por defeitos genéticos (erros na codificação de enzimas) que afetam uma ou mais hidrolases lisossômicas. Na maioria dos casos, há uma mutação em um gene estrutural que codifica uma ou mais enzimas hidrolíticas.
2) No que resultam os defeitos genéticos que causam as doenças de armazenamento nos lisossomos? 
Resposta: O defeito genético resulta do acúmulo dos substratos não digeridos nos lisossomos, com uma série de consequências patológicas, mais frequentemente, sobre o sistema nervoso central.
3) Qual é a forma mais grave das doenças de estocagem lisossômica? O que acontece com as enzimas nessa doença? 
Resposta: A forma mais grave das doenças de estocagem lisossômica é a doença da inclusão celular (inclusion-cell disease ou I-cell disease). Nessa doença, quase todas as enzimas hidrolíticas estão ausentes dos lisossomos de fibroblastos, e os seus substratos não digeridos se acumulam nos lisossomos, o que, consequentemente, forma grandes inclusões nas células dos pacientes. Em indivíduos portadores da doença da inclusão celular, todas as hidrolases ausentes nos lisossomos são encontradas no sangue.
4) Qual é a relação entre a forma mais grave das doenças de estocagem lisossômicas e o complexo de Golgi? Como essa doença caracteriza-se clinicamente?
Resposta: A relação entre doença da inclusão celular e o complexo de Golgi é a seguinte: como as enzimas não são corretamente classificadas no complexo de Golgi, as hidrolases são secretadas, em vez de serem transportadas para os lisossomos. O erro na classificação foi atribuído a uma GlcNAc-fosfotransferase defectiva ou ausente. Como as enzimas lisossômicas não são fosforiladas na rede cis de Golgi, elas não são segregadas pelos receptores de M6P (manose-6-P ) para dentro das vesículas de transporte apropriadas na rede trans de Golgi (trans Golgi network [TGN]). Clinicamente, a doença caracteriza-se por defeito no crescimento e deficiência mental.
O complexo de Golgi consiste em uma coleção (ou pilhas) de compartimentos achatados e interconectados envolvidos por membranas, chamados de cisternas, os quais estão empilhados. Duas faces são distintas: uma face de entrada, chamada de face, e uma face de saída, chamada de face trans. Depois de serem sintetizadas em um ribossomo ligado ao retículo endoplasmático rugoso, as proteínas são transportadas para o complexo de Golgi (face cis) com o auxílio de uma vesícula de transição, enquanto as que transportam material entre as cisternas ou que saem da face trans são chamadas de transportadoras.
Exercícios
1) O processo de secreção celular segue a seguinte sequência:
a) Vesículas de transporte, retículo endoplasmático liso, face t r a n s do complexo de Golgi, secreção. 
b) Complexo de Golgi, vesículas de transporte, face cis do retículo endoplasmático rugoso, secreção.
c) Retículo endoplasmático rugoso, vesículas de transição, face cis do complexo de Golgi, face t r a n s do complexo de Golgi, vesículas transportadoras, secreção.
d) Retículo endoplasmático liso, secreção, face cis do complexo de Golgi, vesículas de transporte.
e) Complexo de Golgi, retículo endoplasmático rugoso, retículo endoplasmático liso, vesículas transportadoras.
Resposta: Essa é a sequência do processo de secreção celular é retículo endoplasmático rugoso, vesículas de transição, face cis do complexo de Golgi, face trans do complexo de Golgi, vesículas transportadoras, secreção.
2) Em relação ao complexo de Golgi, qual das a᐀rmativas abaixo está INCORRETA?
a) Armazenamento de proteínas produzidas no retículo endoplasmático.
b) Liberação de bolsas contendo substâncias secretadas na célula.
c) Produção de lisossomos, isto é, organelas que contêm enzimas digestivas.
d) Formação do acrossomo, localizado na cabeça do espermatozoide.
e) Excreção celular.
Resposta: Excreção é diferente de secreção! O complexo de Golgi apresenta como função a secreção celular, ou seja, libera substâncias úteis para a própria célula ou para outras células. A excreção refere-se à eliminação de substâncias que não são úteis para a célula, como, por exemplo, amônia, ureia, ácido úrico, etc.
3) A melhor de᐀nição para complexo de Golgi é:
a) Maior sistema de endomembranas. Consiste em uma extensa rede interconectada de vesículas e túbulos achatados que se estendem através do citosol. (Essa é a melhor definição para retículo endoplasmático.)
b) Complexo de organela delimitada por membrana em células eucarióticas, formado por um empilhamento de membranas achatadas, em que as proteínas e os lipídios produzidos no retículo endoplasmático são modi⥝쎽cados e organizados. É o local de síntese de muitos polissacarídeos da parede celular nas plantas e de glicosaminoglicanos da matriz extracelular nas células animais.
c) Grande complexo de RNA ribossomal e proteínas que se associam com o mRNA e catalisam a síntese de proteínas. É organizado em uma subunidade maior e uma subunidade menor. (Essa é a melhor definição para ribossomo! O ribossomo é um grande complexo de RNA ribossomal e proteína, que se associam com o mRNA e catalisam a síntese de proteínas.)
d) Fina camada de moléculas de lipídios e proteínas associadas, que envolve todas as células e que limita muitas organelas. (Essa é uma definição para membrana.)
e) Organela ligada à membrana interna que contém enzimas digestivas; geralmente essas enzimas são ativadas em pH ácido dessas organelas. (Essa é a definição para lisossomos.)
4) Ao observar uma célula animal através de microscopia eletrônica, o aspecto comum do complexo de Golgi é de:
a) Superfície lisa, cavidades globulares, túbulos contorcidos. (Esse é o aspecto descrito para observações do retículo endoplasmático liso. O complexo de Golgi tem aspecto de uma coleção de compartimentos achatados e interconectados, formando sacos, envolvidos por membranas e dispostos paralelamente. Nas bordas dos sacos podem ser observadas vesículas.)
b) Uma coleção de compartimentos achatados e interconectados, formando sacos, envolvidos por membranas e dispostos paralelamente. Nas bordas dos sacos podem ser observadas vesículas.
c) Cavidades achatadas, distribuídas paralelamente; membrana apresenta-se com aspecto verrugoso (granular). (Esse é o aspecto descrito para observações do retículo endoplasmático rugoso. O complexo de Golgi tem aspecto de uma coleção de compartimentos achatados e interconectados, formando sacos, envolvidos por membranas e dispostos paralelamente. Nas bordas dos sacos podem ser observadas vesículas.)
d) Sacos e vesículas achatadas, formadas por membranadupla em que a interna, cheia de grânulos, emite para o interior prolongamentos em forma de dobras. (Esse aspecto não se aplica às organelas celulares. O complexo de Golgi tem aspecto de uma coleção de compartimentos achatados e interconectados, formando sacos, envolvidos por membranas e dispostos paralelamente. Nas bordas dos sacos podem ser observadas vesículas.)
e) Um complexo de membranas formando tubos anastomosados, com dilatações em forma de disco.
5) Todas as alternativas abaixo expressam uma relação correta entre uma estrutura celular e sua função ou origem, EXCETO:
a) Peroxissomos - relacionados com os processos de fagocitose, sendo responsáveis pela digestão intracelular.
b) Complexo de Golgi - empacotamento e transporte de substâncias que vieram do retículo endoplasmático rugoso.
c) Lisossomos - contêm uma ampla variedade de enzimas hidrolíticas que atuam na degradação de matéria internalizada por meio de endocitose e de componentes celulares internalizados por autofagia; têm sua origem relacionada com o Complexo de Golgi.
d) Retículo endoplasmático rugoso - relacionado com a sínteses de proteínas.
e) Retículo endoplasmático liso - relacionado com a secreção de esteroides e com o processo de desintoxicação celular.
Resposta: Peroxissomos são relacionados à degradação de ácidos graxos e aminoácidos por meio de reações que geram peróxido de hidrogênio, substância altamente tóxica para a célula. Os lisossomos estão relacionados com os processos de fagocitose, sendo responsáveis pela digestão intracelular.
Glicosilação é a adição de um ou mais açúcares a uma proteína ou a uma molécula de lipídio. Esse é um processo pelo qual todas as células humanas constroem longas cadeias de açúcar para se ligar a proteínas e, assim, formar glicoproteínas. Essas glicoproteínas têm papel importantíssimo no crescimento e na função de todos os órgãos.
UNIDADE DE APRENDIZADO 5 – MATERIAL DE ESTUDO 2
DIGESTÃO INTRACELULAR: ENDOSSOMAS, LISOSSOMAS E PEROXISSOMAS
Por meio dos processos de transporte passivo e ativo, moléculas pequenas e íons atravessam a membrana plasmática. No entanto, as células também são capazes de transferir macromoléculas através das membranas. Para isso, é necessário uma alteração morfológica na superfície celular e, posteriormente, a eliminação dessas partículas. Como macromoléculas (ou seja, bactérias, ácidos graxos, organelas alteradas e células mortas) são degradadas pelas células? Quais compartimentos estão envolvidos na digestão dessas macromoléculas e como eles atuam? A digestão intracelular assegura a manutenção da homeostase celular
Desafio
Os lisossomos são compartimentos de᐀nidos por membranas e preenchidos por enzimas hidrolíticas que controlam a digestão intracelular de macromoléculas. Eles contêm cerca de 40 tipos de enzimas hidrolíticas, incluindo proteases, nucleases, glicosidases, lipases, fosfolipases, fosfatases e sulfatases. Todas são hidrolases ácidas. Para uma ótima atividade, elas precisam ser ativadas por clivagem proteolítica e requerem um ambiente ácido, o qual e fornecido pelos lisossomos que mantêm o pH em torno de 4,5 a 5 no seu interior. 
A) A de᐀ciência ou falta de enzimas lisossômicas pode causar graves doenças. Que tipos de doenças podem ser causadas pela de᐀ciência ou falta de enzimas lisossômicas? Anormalidades nas enzimas presentes nos lisossomos são conhecidas como doenças metabólicas hereditárias causadas por erros inatos do metabolismo, que determinam a diminuição da atividade de determinadas enzimas atuantes nos lisossomos. Essas doenças constituem um grupo heterogêneo de doenças genéticas raras, caracterizadas pela presença de mutações patogênicas em genes que codificam enzimas envolvidas em alguma rota do metabolismo.
B) De que forma a de᐀ciência ou a falta dessas enzimas afeta o funcionamento orgânico normal? O resultado disso é a incapacidade do lisossomo em efetuar a degradação gradual de certos glicosaminoglicanos (tais como dermatan sulfato e heparan sulfato), que é um processo essencial para o crescimento normal e para a homeostase dos tecidos. Esses glicosaminoglicanos, que são constituintes importantes da matriz extracelular, dos fluidos das articulações e do tecido conjuntivo do corpo inteiro, se acumulam progressivamente no lisossomo e acabam causando disfunção das células, dos tecidos e dos órgãos, por mecanismos fisiopatológicos em grande parte desconhecidos. No caso das doenças lisossômicas, as enzimas que apresentam atividade deficiente são aquelas envolvidas no catabolismo intralisossomal de macromoléculas. É chamada de catabolismo a parte do metabolismo que se refere à assimilação ou processamento da matéria orgânica adquirida pelos seres vivos para fins de obtenção de energia.
C) Dê um exemplo de erro inato do metabolismo devido à enzima alfa-L-iduronidase. Na mucopolissacaridose tipo I ocorre deficiência ou falta da enzima alfa-L-iduronidase, que digere substâncias chamadas glicosaminoglicanos.
Na endocitose, a célula eucariótica capta macromoléculas do meio extracelular. Esse processo envolve a invaginação da membrana plasmática que se destaca e forma uma vesícula endocítica que contém a substância ou a partícula ingerida. Três rotas para a degradação em lisossomos são possíveis (endocitose, autofagia e fagocitose). 
Endocitose : As moléculas endocitadas inicialmente são entregues em vesículas para organelas intracelulares chamadas de endossomos iniciais, os quais podem ser entregues para os endossomos tardios. É no interior dos endossomos tardios que se inicia a digestão hidrolítica das moléculas endocitadas. 
Autofagia : É o único mecanismo apropriado para remover organelas inteiras, alteradas ou que não são mais necessárias e, também, grandes agregados proteicos. A autofagia envolve a formação de uma vesícula chamada autofagossomo ou vesícula autofágica. 
Fagocitose : Processo pelo qual partículas relativamente grandes (p. ex., células bacterianas e microrganismos) são internalizadas por células. As vesículas de fagocitose ou fagossomos fundem-se com os lisossomos, misturando-se, assim, o material a ser digerido com as enzimas lisossomicas. Os lisossomos são o compartimento terminal das três vias de digestão intracelular. 
Além dessas três vias, os peroxissomos são responsáveis pela degradação de ácidos graxos e aminoácidos por meio de reações que geram peróxido de hidrogênio, substância altamente tóxica para a célula. Os peroxissomos têm capacidade de degradar esse composto tóxico em compostos menos tóxicos (H2O e O2).
Exercícios
1) Analise a ᐀gura abaixo e indique o nome dos compartimentos indicados pelos números 1, 2, 3, 4 e 5, respectivamente.
a) Endossomo tardio, endossomo inicial, lisossomo, fagossomo e autofagossomo.
b) Endossomo tardio, endossomo inicial, fagossomo, lisossomo, autofagossomo.
c) Endossomo inicial, endossomo tardio, lisossomo, fagossomo e autofagossomo.
d) Endossomo inicial, endossomo tardio, fagossomo, autofagossomo e lisossomo.
e) Lisossomo, endossomo inicial, endossomo tardio, fagossomo, autofagossomo.
Resposta: Após a endocitose, as moléculas são inicialmente entregues em endossomos iniciais (1) e podem ou não seguir para o endossomo tardio (2), seguindo para o lisossomo (3). Fagossomos (4) são grandes vesículas formadas quando uma célula fagocita grandes partículas, como microrganismos ou células mortas. Autofagossomos (5) são vesículas formadas durante a autofagia, pois as células precisam remover organelas inteiras ou grandes agregados proteicos. Os lisossomos são o compartimento terminal da via endocítica (3).
2) Quando microrganismos como bactérias conseguem invadir o nosso organismo, células de defesa, como os macrófagos, englobam esses patógenos e os destroem. No processo de destruição desses microrganismos, ocorrem sucessivamente:
a) Fagocitose – extensão de pseudópodo -formação dos fagossomos – lisossomo.
b) Fagocitose – formação do vacúolo autofágico – formação do fagossomo – degradação bacteriana – defecação celular.
c) Exocitose – extensão de pseudópodo – formação dovacúolo autofágico – ataque lisossômico – egestão.
d) Pinocitose – ataque lisossômico – formação do vacúolo digestivo – exocitose.
e) Pinocitose – formação dos fagossomos – formação do vacúolo digestivo – degradação bacteriana nos lisossomos.
Resposta: Ao englobar patógenos, os macrófagos estendem pseudópodos. Posteriormente, há a formação do fagossomo, que se funde com o lisossomo, formando o vacúolo digestivo, onde ocorre a digestão intracelular.
3) Dois principais tipos de endocitose são distinguíveis, com base no tamanho das vesículas endocíticas formadas. Denomina-se ............. a incorporação de ᴀuidos e de solutos por meio de pequenas vesículas.
a) Fagocitose. (É o processo pelo qual partículas são engolfadas ("comidas") por uma célula. A fagocitose é executada por, principalmente, duas classes de células brancas sanguíneas que são os macrófagos e neutrófilos.)
b) Osmose. (É o movimento de moléculas de água através de uma membrana semipermeável dirigida por uma diferença na concentração do soluto sobre ambos os lados. A pinocitose é um tipo de endocitose em que materiais solúveis são captados do ambiente e incorporados em vesículas para a digestão.)
c) Endocitose. (É a captação de material para dentro da célula pela invaginação da membrana plasmática e sua internalização em uma vesícula ligada à membrana. Dois principais tipos de endocitose são distinguíveis, com base no tamanho das vesículas endocíticas formadas: a fagocitose e a pinocitose. A pinocitose é um tipo de endocitose em que materiais solúveis são captados do ambiente e incorporados em vesículas para a digestão.)
d) Pinocitose.
e) Exocitose. (Processo pelo qual a maioria das moléculas é secretada de uma célula eucariótica. Essas moléculas são empacotadas em vesículas ligadas à membrana que se fundem com a membrana plasmática, liberando seu conteúdo para o meio externo. A pinocitose é um tipo de endocitose em que materiais solúveis são captados do ambiente e incorporados em vesículas para a digestão.)
Resposta: É um tipo de endocitose em que materiais solúveis são captados do ambiente e incorporados em vesículas para a digestão.
4) Responda à questão a partir da ᐀gura que representa uma célula em processo de endocitose.
a) Bactéria.
b) Lisossomo inicial.
c) Pseudópo.
d) Flagelo.
e) Endossomo tardio.
Resposta: A figura destaca a grande protrusão da superfície celular formada por células fagocíticas ao fagocitar uma bactéria, denominada pseudópodo.
5) Enzimas são um tipo especí᐀co de proteínas. As enzimas contidas nos lisossomos são sintetizadas pela célula a partir do:
a) Complexo de Golgi.
b) Retículo endoplasmático liso.
c) Retículo endoplasmático rugoso.
d) Mitocôndria.
e) Centríolo
Resposta: As enzimas contidas nos lisossomos são sintetizadas pela célula a partir do retículo endoplasmático rugoso, que é uma região do retículo endoplasmático associado a ribossomos e envolvidos na síntese de proteínas secretadas e ligadas à membrana.
A autofagia é um processo celular fisiológico para a remoção e reciclagem de organelas inteiras, alteradas ou que não são mais necessárias. Esse processo assegura a manutenção da homeostase celular em condições adversas, como privação de nutrientes, presença de patógenos e toxinas. Algumas substâncias utilizadas na prática clínica oncogênica podem levar ao processo de morte autofágica. Diversas propriedades e proteínas específicas têm sido utilizadas para quantificação do processo autofágico. Uma propriedade que se aproveita do mecanismo autofágico é o fato dos autofagossomos maduros serem organelas ácidas.
Assim, pode-se utilizar o corante fluorogênico acidotrópico laranja de acridina (do inglês acridine orange) para marcar especificamente esses ambientes celulares: o laranja de acridina cora o citoplasma e os núcleos celulares com fluorescência verde (2) e, quando em um ambiente ácido, sofre modificações físico-químicas e passa a emitir fluorescência vermelha (3). Dessa forma, o protocolo com laranja de acridina baseia-se na marcação de células com o corante e detecta a porcentagem de células marcadas positivamente, ou seja, células positivas para marcação vermelha (3). Após a realização de um protocolo com laranja de acridina, as células podem ser avaliadas por citometria de fluxo ou por microscopia de fluorescência (1). Vamos olhar através de imagens, captadas por microscopia de fluorescência (1), como ficam as células negativas e positivas para o laranja de acridina.