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Secreção Celular É o processo de produção e liberação de alguma substância de uma célula. Esta descrição é restrita àquelas células que contêm grânulos corados e estocados no citoplasma, embora algumas células tenham atividade secretora que NÃO podem ser visualizadas pela detecção do acúmulo do produto em seu citoplasma, uma vez que, produzem e o liberam, imediatamente. Ribossomos - Formado por 2 subunidades. - Tem 2/3 de RNA e 1/3 de proteínas. - São basófilos devido a presença de radicais fosfato. - O RNA fica dentro do ribossomo, na parte interna, como se fosse o esqueleto do ribossomo. E por cima, vem a proteína que cobre todo o RNA. - RNA: core do ribossomo. O core é recoberto por uma capa de proteínas e determina o formato final do ribossomo. Essas proteínas dão estabilidade ao core, permitindo suas mudanças conformacionais durante o processo de síntese proteica, mantendo-o integro. - Unidade Svedberg (S): medida da velocidade de sedimentação, quando centrifugados sob condições padrão. - Os ribossomos das mitocôndrias e dos cloroplastos são menores do que os do citoplasma. São comparáveis aos procariontes em tamanho e sensibilidade aos antibióticos. - Ribozimas: moléculas de RNA que possuem atividade catalítica. Proteínas ribossomais: tipos (E. coli): - A subunidade pequena (30S) possui 21 proteínas (S1 a S21) e a grande (50S), 34 proteínas (L1 a L34). - Todas as proteínas são diferentes, exceto uma, que está presente em ambas as subunidades (S20 e L26). Células procariontes e eucariontes: - Os ribossomos dos eucariontes NÃO diferem funcionalmente dos ribossomos procariontes; eles realizam as mesmas funções. - A maioria de suas proteínas são diferentes. - Ribossomo da célula procariótica: menor que o da célula eucariótica. Subunidades: 50S e 30S. Quando estão juntas, 70S. - Ribossomo da célula eucariótica: maior que o da célula procariótica. Subunidades: 60S e 40S. Quando estão juntas, 80S. Atuação dos inibidores da síntese de RNA ou proteínas: - Nas células procarióticas, os inibidores que atuam na síntese de RNA ou de proteínas são antibióticos. - Há inibidores que atuam somente nas células eucarióticas. - Existem também inibidores que atuam em ambas as células (procariótica e eucariótica). Populações de ribossomos: - Livres: não estão aderidos a nenhum sistema de membranas, apenas ao mRNA (RNA mensageiro). Sintetizam proteínas destinadas à célula e algumas organelas. Atuam na síntese de proteínas que são transportadas para o lúmen do retículo endoplasmático, passando pelo aparelho de Golgi, sendo destinadas ao meio extracelular e às membranas (proteínas intrínsecas). - Ligados à membrana: ficam aderidos à face citoplasmática da membrana do retículo endoplasmático (RE). Polirribossomos: - Muitos ribossomos ligam-se a uma molécula individual de mRNA (RNA mensageiro), formando assim, um polirribossomo ou polissomo. - Um polissomo é formado por vários ribossomos espaçados cerca de 80 nucleotídeos de distância um do outro, ao longo de uma única cadeira de mRNA (RNA mensageiro). Biogênese dos ribossomos: - As proteínas do ribossomo são formadas no citoplasma por outros ribossomos. Quando no nucléolo, essas proteínas irão encontrar o pré-rRNA, se inserindo nele. Depois, essa fita de pré-rRNA será clivada, se dividindo em duas partes, uma menor e uma maior. A parte menor irá evoluir para a subunidade menor do ribossomo, enquanto que a parte maior irá evoluir para a subunidade maior do ribossomo. - Depois que as subunidades estão prontas, elas passam pelo poro do núcleo e se dirigem ao citoplasma. Só lá que elas irão se juntar para formar o ribossomo. Retículo endoplasmático Retículo Endoplasmático Liso Retículo Endoplasmático Rugoso - Retículo: estrutura membranosa achatada que delimita o lúmen/luz/cisterna. Tem composição química lipoproteica. É um compartimento labiríntico delimitado por membrana, no citoplasma de células eucarióticas, onde lipídeos e proteínas são sintetizados. Tipos de retículos: - Retículo endoplasmático rugoso: tem os ribossomos aderidos ao folheto externo da sua membrana, e apresenta um aspecto tubular. Possui pelo menos 20 tipos de proteínas não encontradas no retículo endoplasmático liso. Produzem proteínas. - Retículo endoplasmático liso: não possuem ribossomos sobre o folheto externo da membrana, e seu aspecto se assemelha a cisternas (vesículas). Produzem lipídios. Proposta evolutiva: - Acredita-se que existia essa célula procariótica primitiva, onde o DNA e ribossomos eram aderidos à membrana. Acredita-se que isso foi invaginando e foi arrastando para dentro o DNA e os ribossomos. Após um tempo, a parte que invaginou perdeu o contato com a membrana externa. A partir desse momento, foi criado o sistema de endomembranas. - Sistema de endomembranas: toda e qualquer membrana que está dentro da célula, mas que não mantém mais contato com a membrana plasmática. Sua função é a segregação do que está no seu interior para o restante do citoplasma. Engloba as organelas núcleo, retículo endoplasmático, complexo de Golgi, mitocôndrias, endossomos e lisossomos. Aspectos morfológicos: - A quantidade de cada retículo depende do tipo celular e do metabolismo celular. - Mais retículo rugoso: pâncreas; células nervosas. - Mais reticulo liso: fígado; células que produzem os hormônios esteroides. Métodos de estudo: - Ultracentrifugação diferencial: quebra as membranas. Quando uma célula é centrifugada bem rapidamente, suas membranas são quebradas e se fecham, formando vesículas pequenas, os microssomos. Há dois tipos de microssomos: rugosos e lisos. Os microssomos rugosos tiveram origem a partir do retículo endoplasmático rugoso, mas nem todo microssomo liso tem origem a partir do retículo endoplasmático liso. Ao pegar um microssomo rugoso, e analisar o que tem dentro dele, é possível saber o que a célula estava fabricando no momento que o animal foi sacrificado. - Microscopia de luz: Ergastoplasma/Corpúsculos de Nissl Imagem 1: corte de pâncreas. Os pedaços são chamados de acinos pancreáticos. Esses acinos são formados por células piramidais. O centro é a região apical da célula. Na periferia dela, é a região basal. Na região basal, tem uma área mais escura, onde está o retículo endoplasmático rugoso, e como esse reticulo tem muitos ribossomos aderidos, essa região fica basófila. Essa região onde está presente o reticulo endoplasmático rugoso é chamada de ergastoplasma. Imagem 2: corte de neurônio. O círculo central é o núcleo do neurônio. As setas indicam os corpos de Nissl, local onde está escondido o retículo. Os neurônios são ricos em retículo endoplasmático rugoso, que forma agregados de cisternas paralelas, entre as quais ocorrem numeroso poliribossomos livres. Esses conjuntos de cisternas e ribossomos, quando bem corados, apresentam-se ao microscópio óptico, como manchas basófilas espalhadas pelo citoplasma, os corpos de Nissl. A quantidade de corpúsculos de Nissl varia com o tipo e o estado funcional dos neurônios. - Microscopia eletrônica: RER (retículo endoplasmático rugoso) e REL (retículo endoplasmático liso) - Bioquímica: Componentes Membranas do retículo endoplasmático: - Composição química: lipoproteica. - 30% de lipídios e 70% de proteínas. - Tem muito pouco carboidratos. - Retículo sarcoplasmático: encontrado no músculo. Contém ATPases e pelo menos 7 enzimas específicas. Estoca o cálcio no músculo. Tem uma “bomba de cálcio” – Ca++-ATPase - que bombeia o cálcio para a luz do retículo endoplasmático, estocando-o, ligado a uma proteína. Quando o músculo precisa do cálcio, ele será liberado por dois tipos de canais iônicos, que liberam o cálcio para o citosol. Lúmen: - Tem várias enzimas. - Variável conforme o tipocelular estudado. Assimetria da membrana: - A assimetria da membrana do retículo endoplasmático é devido a distribuição de suas moléculas, proteicas, lipídicas e glicídicas (glicoproteínas e glicolipídios), estas, preferencialmente, relacionam-se com a face luminal. Citoquímica: - O retículo é detectado é feito pela identificação da g-6-fosfatase, que tem o lado reativo voltado para o lado interno. Funções do retículo endoplasmático: - Síntese e secreção de proteínas. - Via secretora de proteínas: retículo endoplasmático rugoso → golgi → vesículas de secreção → exterior da célula. - Quando o retículo manda vesículas para o Golgi, ele não permite que nenhum ribossomo venha grudado. - Assim, a entrada de proteínas no reticulo endoplasmático rugoso representa o principal ponto de ramificação para o tráfego de proteínas dentro da célula eucariótica. - Polirribossomos: fabrica proteínas que vão ser destinados a núcleo, mitocôndria, cloroplasto ou peroxissomos. - Retículo endoplasmático rugoso: fabrica proteínas que vão ser destinadas a membrana plasmática, vesículas secretoras, lisossomos ou o lúmen do retículo. - Esse transporte de proteínas gasta energia. Transporte simultâneo à tradução – co-translacional - Quando a proteína começa a ser fabricada pelos ribossomos nos polirribossomos, ela recebe a sequência sinal (4 aminoácidos), que indica para onde ela deve ir. - A proteína SRP (partícula reconhecedora de sinal) lê e entende o destino da proteína, e leva-a até o receptor de SRP, que acopla o ribossomo no complexo de transporte Sec61, para que a proteína comece a crescer nesse espaço. Transporte posterior à tradução – pós-translacional Modificações das proteínas – controle de quantidade: - A síntese de um polipeptídeo, contudo, não é equivalente à produção de uma proteína funcional. - Primeiro controle de qualidade: clivagem proteolítica da sequência sinal. - Segundo controle de qualidade: dobramento de proteínas. - Terceiro controle de qualidade: formação de ligações (ou pontes) dissulfeto (S-S). - Quarto controle de qualidade: glicosilação de proteínas (adição e processamento de carboidratos). A proteína vira uma glicoproteína. Função da glicosilação de proteínas: - A glicosilação modifica a solubilidade, a estabilidade e a carga das proteínas. - Limita a flexibilidade da proteína, dificultando a ação de proteases. - Confere carga negativa à proteína. - Sinalização para transporte de proteínas na via biossintética. - Os grupos glicídicos servem de sinais de reconhecimento: eles participam na clivagem de proteínas e no reconhecimento de outras. Tipos de glicosilação: - N-ligado: tem relação com o átomo de nitrogênio, inicia-se no lúmen do retículo endoplasmático e termina no aparelho de Golgi. - O-ligado: tem relação com o átomo de oxigênio, ocorre no aparelho de Golgi, é pós-traducional e não atinge senão proteínas completamente dobradas. Proteínas mal enoveladas: degradadas no citosol: - Quando uma proteína é mal enovelada, ela é degradada. A degradação pode acontecer no lúmen do retículo; no citoplasma (no proteassomo). Quando não podem ser degradadas nesses locais, elas vão ser encaminhadas até os lisossomos para que eles façam essa degradação. Recuperação de proteínas residentes no retículo endoplasmático: - Quando o retículo faz uma proteína para ficar no seu lúmen, ele põe a sequência KDEL (quarteto de aminoácidos), na extremidade C-terminal. Quando a proteína deve ficar na membrana do retículo, ele põe a sequência KKXX (dois resíduos de Lys). - Quando uma proteína vai erroneamente para o Golgi, ele lê a sequência de aminoácidos, pelo receptor de KDEL presente nele, e devolve a proteína para o retículo. Biossíntese de lipídios: - As membranas das células eucarióticas são compostas principalmente de três lipídios: fosfolipídios, glicolipídios e colesterol. - Embora alguns lipídios sejam sintetizados em associação com outras membranas, a maioria é sintetizada no retículo endoplasmático liso. - Após sua síntese, os lipídios são transportados do retículo endoplasmático liso para seus destinos finais em vesículas ou por proteínas transportadoras. - A maioria dos fosfolipídios é derivada do glicerol. Eles são sintetizados no lado citosólico (externo) da membrana do retículo endoplasmático, a partir de precursores solúveis em água. Papel das flipases da membrana: - As flipases transportam os lipídios da face citosólica para a fase luminal, especialmente o fosfatidilcolina. - Essas moléculas translocadoras (flipases) são responsáveis pela distribuição assimétrica dos lipídios. Desintoxicação pelo retículo endoplasmático liso: - Possuem nele as enzimas detoxificadoras, que inativam várias drogas potencialmente nocivas, convertendo-as para compostos solúveis em água, sendo eliminados pela urina. Glicogenólise: - A degradação de glicogênio acumulado em grânulos no citoplasma, principalmente dos hepatócitos, é realizada por regiões do retículo endoplasmático pela ação da enzima glicose-6-fosfatase. Biogênese do retículo endoplasmático: - Algumas teorias sugerem que o retículo endoplasmático se origine a partir de expansões do envoltório nuclear. - Além da informação genética a célula, para dar continuidade ao seu sistema de endomembranas, necessita também, da informação epigenética, isto é, a presença de um molde preexistente. Complexo de Golgi Em vermelho: aparelho de Golgi Em azul: núcleo - O Golgi fica próximo ao núcleo. Em marrom (nas extremidades): aparelho de Golgi Definição: - Ao microscópio eletrônico, o complexo de Golgi consiste em alguns sáculos associados a vesículas e túbulos. Forma e tamanho: - Varia em função do tipo celular e da atividade da célula a que pertence. - Se ele for muito volumoso, trata-se de uma célula que sintetiza com muita intensidade. Ex.: células glandulares ou nervosas. - Se ele for muito pequeno, trata-se das células musculares. - Se ele for muito desenvolvido, trata-se de células em hiperatividade (células especializadas para secreção – caliciformes). - Se ele for pouco desenvolvido, trata-se de células em repouso. Figura 1: Célula piramidal truncada do pâncreas exócrino. Observar a presença do aparelho de Golgi, localizado acima do núcleo. Figura 2: Espermatozoide humano. Notar a ausência do aparelho de Golgi. Ele não possui aparelho de Golgi porque, durante a espermiogênese, o aparelho de Golgi vai se modificar e vai se transformar no acrossomo. Posição e presença: - Posição: está normalmente localizado próximo ao núcleo da célula; nas células animais, está frequentemente próximo ao centrossomo. Esta posição depende dos microtúbulos e da cinesina sendo, porém, relativamente fixa para cada tipo celular. - Presença: todas as células eucarióticas, exceto os espermatozoides. Métodos de estudos: - Microscopia luz/citoquímica: método da prata ou ósmio. - Microscopia eletrônica: ultra-estrutura. - Centrifugação: fração microssomal. - Bioquímica: complexos enzimáticos. Cada compartimento do complexo de Golgi possui um conteúdo enzimático característico. Célula do gânglio espinhal onde podemos observar a presença de aparelhos de Golgi, através do método da prata. Detalhe de um leucócito humano exibindo o aparelho de Golgi evidenciado pelo tetróxido de ósmio. Fotomicrografia de um leucócito humano exibindo uma área esbranquiçada próximo ao núcleo, o centro celular, local onde está presente o aparelho de Golgi (HE). Várias secções de Aparelhos de Golgi do epidídimo de camundongo evidenciando cisternas Cis, intermediária e Trans, utilizando-se reações citoquímicas diferentes. Ultra-estrutura: - Cisternas sobrepostas. Seu número varia com o tipo e estado fisiológico da célula. Podem atingir até 30. As cisternas não tem ligação física, mas se comunicam de um setor para o outro através das vesículas. Entre uma cisterna e outra existe uma matrizproteica, que não possui nem glicogênio nem ribossomos. - Existem as vesículas de Golgi, que ficam na rede cis, e as vesículas secretoras, que ficam na rede trans. - Rede cis: local de entrada dos materiais; o retículo endoplasmático rugoso fica acima. Nele, as membranas são finas. - Rede trans: local de saída dos materiais. Nele, as membranas são espessas. Composição molecular: - A composição molecular das membranas golgianas representa uma transição progressiva entre o retículo endoplasmático e a membrana plasmática. Lipídios: - Região cis: 30% de lipídios. Aqui, são insaturados ou quase insaturados. - Região trans: 40% de lipídios. Aqui, são saturados. Proteínas: - Região cis: contém 70% de proteínas. - Região trans: contém cerca de 60% de proteínas (diminui o número de sistemas enzimáticos). A membrana dos sáculos trans é a mais rica em proteínas glicosiladas (voltada para o lado luminal) do aparelho de Golgi. Vesículas golgianas: - Região cis: são pequenas. Revestimento por proteínas – coatômeros. - Região intermediária: vesículas revestidas por coatômeros. - Região trans: vesículas revestidas por clatrina (grânulos de secreção). O detalhe representa o esquema da clatrina. Ela forma uma “gaiola” ao redor da vesícula. Tem a função se prender na parede do Golgi e puxar a vesícula. Quando a vesícula já está a uma certa distância, a proteína dinamina corta a vesícula, separando-a do aparelho de Golgi. Aspectos funcionais: - O complexo de Golgi é o principal sítio de seleção, endereçamento e transporte das substâncias sintetizadas no retículo endoplasmático. - A partir do complexo de Golgi, proteínas, lipídios e carboidratos podem seguir: Retornar ao retículo endoplasmático (proteínas residentes no retículo endoplasmático). Lisossomos (proteínas lisossomais). Serem exportadas da célula (através da via secretora). Recuperação de proteínas: - Transporte anterógrado: o material segue o caminho normal. - Transporte retrógrado: acontece quando há devolução do material pelo Golgi para o retículo. - Vesículas destinadas ao aparelho de Golgi brotam a partir de uma região especializada do retículo endoplasmático, denominada elemento de transição, cuja membrana não apresenta ribossomos a ela ligados. Estas vesículas transportarão qualquer proteína do retículo endoplasmático para o aparelho de Golgi, desde que elas estejam corretamente dobradas e montadas. - As que possuem a sequência KDEL ou KKXX no seu C-terminal, são proteínas do lúmen ou da membrana do retículo. O Golgi reconhece-as e devolve-as. - Na rede cis do Golgi, uma proteína receptora específica, ligada à membrana, reconhece e liga-se a um desses sinais de retenção e empacota a proteína em vesículas especiais de transporte retornando-a para o retículo endoplasmático. - Proteínas incorretamente dobradas e montadas são retidas e degradadas no retículo endoplasmático. O retículo endoplasmático é, assim, um dos principais sítios de degradação de proteínas (os outros são os lisossomos e o citosol). Proteínas destinadas aos lisossomos: - Vem do retículo endoplasmático, para a rede cis do Golgi. No Golgi, há uma vesícula contendo um precursor de uma hidrolase lisossomal, havendo a adição da manose-6-fosfatase. Depois, é encaminhada para a rede trans. Na rede trans, a proteína clatrina puxa a vesícula, encaminhando-a a um endossomo tardio. Lá, começa-se a maturação da hidrolase lisossomal. Compartimentalização funcional: - Nas cisternas do Golgi ocorrem glicosilação, fosforilação, sulfatação e síntese de polissacarídeos. Cada setor do Golgi tem uma função específica. Vias de secreção: - Constitutiva: sem sinalização específica (renovação da membrana plasmática/proteínas de secreção). - Regulada: com sinal específico (nervosos/hormônios). Evita perda de água. As enzimas não atuam intracelularmente. Lisossomos - Estão presentes em todas as células eucariontes. - São organelas citoplasmáticas delimitas por membrana que degradam proteínas e organelas exauridas e outros materiais inúteis, assim como moléculas captadas por endocitose; contêm enzimas digestivas que normalmente são mais ativas em pH ácido encontrado dentro destas organelas. - São muito abundantes nas células com atividade fagocítica, como os macrófagos e os leucócitos. - As enzimas lisossômicas podem agir, em casos específicos, fora da célula, por ex.: nos osteoclastos (lacunas de Howship) e nas células cancerosas. - Tem dentro várias enzimas com alto poder de destruição. Tem uma proteína protetora na sua membrana, e há uma glicosilação intensa, chamada de manto. Essa glicosilação impede as enzimas de atacarem a membrana. Ela é PAS positiva. - Tem uma fração rica em fosfatase ácida (proteína transmembrana que tem sua parte reativa virada para o interior do lisossomo). Essa fosfatase ácida serve como um marcador para identificar lisossomos. Aspectos morfológicos: - Alguns autores dizem que são organelas esféricas ou ovais limitadas por uma unidade de membrana. - Outros autores caracterizam essa organela como polimorfa, pelo seu aspecto, tamanho e irregularidade do seu conteúdo. Composição da membrana lisossomal: - Existem grandes variações na composição da membrana dos diferentes lisossomos. Proteínas da membrana lisossomal: - As proteínas Lgp 120 (glicoproteína lisossomal 120 Kda), a bomba de prótons (bombeia hidrogênio para dentro da organela para aumentar a acidez), as Lamp 1 e Lamp 2 (proteína de membrana Associada ao Lisossomo) (reconhecem o que deve ser digerido), e as porinas (proteínas formadoras de poros, que vão facilitar a saída de aminoácidos), são elementos constantes em todos eles. O revestimento de glicoproteínas: - A membrana dos lisossomos contém cerca de 30 diferentes proteínas. A maioria das proteínas membranárias é muito glicosilada, estando os açúcares expostos às hidrolases. - Os açúcares formam um manto de proteção da membrana contra as enzimas (principalmente das proteases) e ao pH ácido do lúmen. Esse manto é visível ao microscópio óptico, pois é PAS positivo. Hidrolases ácidas – lúmen dos lisossomos: - Todos os lisossomos contêm hidrolases que funcionam a um pH ácido (pH = 5). Lipídios: - A membrana lisossomal dos hepatócitos contém um lipídio raro, o ácido lisobisfosfatídico. Imagem 1: lisossomos na cor dourada. Tráfego intracelular: - Dentro da célula há um grande tráfego de vesículas. Há vesículas que chegam, que saem e vesículas que estão transitando. - Quando entra algum material na célula, ocorre uma endocitose. Quando sai um material da célula, ocorre uma exocitose. - Em geral, os lisossomos são os locais de convergência de vias do tráfego intracelular. - As substâncias a serem digeridas chegam aos lisossomos pelas vias: Heterofagia Endocitose Fagocitose Pinocitose simples Pinocitose mediada por receptores Autofagia Crinofagia (tipo especial de autofagia) Fagocitose Fagocitose - A emissão de pseudópodes caracteriza a fagocitose. Pinocitose Simples - Na pinocitose, haverá uma invaginação do material que está na superfície. Pinocitose mediada por receptores - Há proteínas que são receptores de membrana. Quando um material passa por ela, ela “puxa” para o interior da célula. Autofagia Funções dos vacúolos heterofágicos: - Concentração das substâncias de origem extracelular - Nutrição - Defesa celular: os heterolisossomos protegem a célula contra agressões patogênicas; degradação dentro dos lisossomos (fagocitose das bactérias → destruição nos lisossomos). Funções da autofagia: - Renovação de organelas - Diferenciação celular (regressão da cauda do girino) - Destruição de áreas celulares lesadas por tóxicos - Nutrição celular (principalmente em jejum) - Reabsorção de células mortas (próprias enzimas) - Regulação da secreção (crinofagia) Destinodo material digerido nos lisossomos: - Unidades básicas transferidas para o citoplasma. - Produtos não digeridos são eliminados da célula (exocitose) ou permanecem nas células (corpos residuais). Corpo residual Corpo residual Formação dos corpos residuais: - A natureza, forma e tamanho dos corpos residuais são muito variáveis. - Principais tipos de corpos residuais: figuras mielínicas (digestão alterada das fosfolipoproteicas) e lipofuscinas (oxidação não enzimática dos lipídios). Lipofuscinas Atividade fosfatásica e destino: - Quando um lisossomo perde sua atividade, ele é eliminado para o exterior da célula. Caso não possa ser eliminado, permanecerá como corpo residual até a morte celular. Destino das enzimas lisossômicas: - As enzimas lisossômicas, uma vez terminadas as suas funções, passam para o citosol onde serão degradadas pelos proteossomos. - Digestão de materiais extracelulares: osteoclastos e reabsorção óssea. Células vegetais: - Apresentam lisossomos, em forma de vacúolos. REFERÊNCIA: PADOVAN, Paulo; PADOVAN, Isairas. Secreção Celular. 2021. Apresentação de Slides.
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