Aula 04 - Transporte núcleo-citoplasma

do ambiente nuclear, defi nindo, assim, a primeira seqüência de 
exclusão nuclear (NES - nuclear exclusion sequence). Ainda continuam 
sendo assunto de investigação se a seqüência de exclusão também 
está presente em outras proteínas e o significado biológico dessa 
descoberta.
Você também já deve estar curioso para saber como, com aquela 
morfologia do complexo do poro, as proteínas entram no núcleo. Esta 
também é uma dúvida dos biologistas celulares: será que as proteínas 
passavam mesmo pelos complexos do poro? Só por eles? Passavam com 
a conformação nativa ou eram desenoveladas? Se não desenovelam, 
os poros dilatam? Esse transporte gasta energia? Precisa de proteínas 
auxiliares? Calma! Uma pergunta de cada vez! Vamos lá!
As proteínas nucleares passam pelos complexos do poro?
A passagem de proteínas só ocorre através dos complexos do 
poro. Isso foi demonstrado acoplando a nucleoplasmina com partículas 
de ouro coloidal e observando essas células ao microscópio eletrônico 
de transmissão (Figura 4.8).
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Esses experimentos responderam ainda a outras perguntas: 
o acoplamento com ouro coloidal impede que as proteínas mudem de 
conformação; assim, fi cou demonstrado que as proteínas atravessam 
o complexo do poro em sua conformação nativa. Aliás, se você estava 
imaginando como uma proteína maior do que o diâmetro do poro 
pode atravessá-lo, repare (Figura 4.8.a) que, no acoplamento com 
ouro coloidal, várias proteínas se associam a uma mesma partícula 
(o tamanho da partícula de ouro usada no experimento era 
de 10nm). Portanto, várias proteínas e mais uma partícula de 
10nm passam ao mesmo tempo pelo poro!
E a saída do mRNA?
Para estudar o transporte de mRNA, foram realizados experimentos 
equivalentes aos realizados com proteínas nucleares, já esquematizados na
Figura 4.8. Partículas de ouro coloidal foram acopladas a moléculas de 
mRNA e microinjetadas no núcleo de uma célula. Depois de alguns minutos 
de incubação a 37oC, a preparação foi fi xada, processada, e observada em 
microscópio eletrônico de transmissão. O resultado é que as moléculas de 
mRNA saem do núcleo exclusivamente através de complexos do poro.
Figura 4.8: Em a, o experimento 
realizado para determinar por onde 
passam as proteínas que entram 
no núcleo; em b, o resultado em microsco-
pia eletrônica de transmissão (Met),
onde podemos ver que os com-
plexos proteína-ouro coloidal 
passam apenas pelos complexos
do poro, delimitados por colchetes. 
Note a mitocôndria (M) indi-
cando de modo inconfundível o 
lado citoplasmático. A foto b é de 
Feldherr et al. J Cell Biol, 99: 216, 1984.
Ouro coloidal
Microinjeção
Incubação a 37º
met
Citoplasma
Caudas de 
nucleoplasmina
(a) (b)
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Entrou por uma porta, saiu pela outra?
Será que existem complexos do poro só para a entrada de 
proteínas e outros só para saída de mRNA? Essa pergunta só pôde 
ser respondida quando proteínas e mRNA foram acoplados a 
partículas de ouro de tamanhos diferentes, às proteínas com ouro de 
10nm e aos mRNA com ouro de 20nm. Os complexos proteína-ouro 
foram injetados no citoplasma, enquanto os complexos 
mRNA-ouro foram injetados no núcleo da mesma célula, que depois 
de processada foi observada ao microscópio. Advinha o resultado? 
Foram observadas partículas de 10nm entrando e partículas de 
20nm saindo pelos mesmos poros! Assim foi demonstrado que os 
complexos do poro são competentes tanto para transportar proteína 
do citoplasma para o núcleo quanto mRNA do núcleo para o citoplasma, 
isto é, na direção oposta.
Agora nós tocamos num ponto chave quando se trata do 
transporte entre núcleo e citoplasma: direção. A direção exclusiva é 
uma das principais características desse transporte: as moléculas de 
mRNA só saem do núcleo, enquanto as proteínas que têm a seqüência 
de localização nuclear só entram (por isso você vai encontrar em alguns 
textos que o transporte entre núcleo e citoplasma é vetorial, isto é, tem 
direção e sentido). Se você pensou na biogênese dos ribossomos, em que 
proteínas são sintetizadas no citoplasma, entram no núcleo e depois 
saem para o citoplasma, lembre que antes de retornar ao núcleo elas 
se associaram a moléculas de RNA, formando ribonucleoproteínas, 
que têm características de transporte especiais.
O transporte entre núcleo e citoplasma consome energia?
Para responder a essa pergunta, foi feito um experimento 
muito semelhante ao descrito na Figura 4.7, mas em vez de incubar 
a preparação a 37oC, a incubação foi feita a 4oC. Nessa situação, a 
nucleoplasmina não entrava no núcleo, ou entrava tão devagar que 
tornava o experimento difícil de observar. O passo seguinte foi fazer a 
microinjeção de nucleoplasmina em células que tinham sido depletadas
de ATP (Figura 4.9). O resultado foi a retenção da proteína no envoltório 
nuclear. Esse experimento levou à idéia de que o transporte entre 
núcleo e citoplasma tem duas etapas: reconhecimento, independente 
DEPLETAR
Diminuir, 
extinguir, no caso, 
o estoque celular 
de ATP.
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Incubação na ausência de ATP
(Observação por fl uorescência)
Nucleoplasmina
Microinjeção
Acumulação ao 
redor do núcleo
A etapa de reconhecimento das proteínas que serão transportadas 
para o núcleo certamente envolve receptores que reconhecem as 
seqüências de localização nuclear. A identidade exata dos receptores 
ainda não foi determinada, mas há indícios de que eles estejam localizados 
nas fi brilas que se projetam do anel citoplasmático do complexo do poro 
(Figura 4.6). Depois do reconhecimento, a acomodação da proteína na 
abertura do canal inicia a etapa de translocação.
Não era bem assim
Recentemente, novos experimentos mostraram que o 
nucleotídeo envolvido no transporte do núcleo para o citoplasma não 
é o ATP diretamente, e sim o GTP. A entrada de proteínas no núcleo, 
e também a saída de RNA, dependem da associação dessas moléculas 
com co-fatores que ligam e hidrolisam GTP. Como a recomposição 
do estoque citoplasmático de GTP depende da produção de ATP 
(e transferência do fosfato do ATP para GDP na mitocôndria, 
relembre na Aula 27 de Biologia Celular I), o bloqueio do transporte 
na ausência de ATP fi ca explicado.
de ATP, e translocação, dependente de ATP. Curiosamente, 
a depleção de ATP não bloqueou a saída RNA do núcleo 
para o citoplasma, o que só foi compreendido anos depois 
(se os pesquisadores esperaram anos, você pode esperar 
um pouquinho, né?).
Figura 4.9: O transporte de proteína do núcleo para o citoplasma não ocorre na 
ausência de ATP. A proteína se associa ao envoltório, mas não é translocada.
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Figura 4.10: O ciclo de Ran 
entre o citoplasma e o núcleo.
Mais personagens: vou entrar, você se importina?
Outra descoberta recente é que as seqüências de localização 
nuclear, no citoplasma, e de exclusão nuclear, no núcleo, não são 
reconhecidas diretamente pelos componentes do complexo do poro e 
sim por receptores de transporte. O complexo formado pelas proteínas 
a serem transportadas (carga) mais os receptores de transporte 
é que é reconhecido no poro e transportado. Os receptores de 
transporte são proteínas chamadas, coletivamente, carioferinas ou 
importinas (reconhecem as NLS no citoplasma e são importadas) 
e exportinas (reconhecem as NES no núcleo e são exportadas). 
Veja na Figura 4.11 como Ran e importina funcionam em conjunto.
O bichinho do Ran-ran
Ran, a GTPase envolvida no transporte entre núcleo e citoplasma, 
pertence à mesma família de GTPases monoméricas cujo representante 
mais famoso é Ras, que atua na sinalização celular (Aula 14 de Biologia 
Celular I), e que também abriga as Rab, que trabalham no controle