Bases moleculares e celulares - organelas e transporte

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UFV – Universidade Federal de Viçosa 
Matéria: MED 131 – Laboratório Aplicado à Clínica I 
 
 
 
 
A célula procariótica 
- os organismos cujas células não têm um núcleo são chamados de procariotos. Esses organismos 
são tipicamente esféricos, semelhantes a um bastão ou em forma de um saca-rolha e pequenos – 
apenas uns poucos micrometros de comprimento – embora existam algumas espécies gigantes, 100 
vezes maiores do que isso. 
- elas frequentemente tem uma cobertura protetora resistente, chamada de parede celular, 
envolvendo a membrana plasmática, que envolve um único compartimento contendo o citoplasma 
e o DNA. 
- esse tipo de célula se reproduz muito rápido: em condições ótimas, uma célula procariótica pode 
se duplicar em um espaço de tempo de 20 minutos. Graças a essa habilidade, essas populações 
podem desenvolver-se rapidamente e sofrer mais mutações, o que aumenta a variabilidade 
genética. 
A célula eucariótica 
- por definição, todas as células eucariontes possuem um núcleo. Mas a posse de um núcleo significa 
também possuir uma serie de organelas, que serão abordadas a seguir. 
→ Núcleo 
- O núcleo é normalmente a organela mais proeminente em uma célula eucariótica. Ele está 
envolvido por duas membranas concêntricas que formam o envelope nuclear e contém as 
moléculas de DNA – polímeros extremamente longos eu codificam as informações genéticas do 
organismo. 
- Ao microscópio óptico, essas moléculas 
gigantes de DNA tornam-se visíveis na 
forma de cromossomos individuais, 
quando eles se tornam mais compactos à 
medida que a célula se prepara para 
dividir-se em duas células filhas. 
 
 
 
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→ Mitocôndria 
- as mitocôndrias estão presentes em essencialmente todas as 
células eucarióticas e estão entre as organelas mais evidentes no 
citoplasma. Quando visualizadas sob microscópio eletrônico, essas 
organelas apresentam forma de salsicha ou de um verme, de um a 
vários micrômetros de comprimento, e cada uma está envolvida em 
duas membranas separadas. 
- A membrana interna é formada por dobras que se projetam para 
o interior da mitocôndia. Elas contêm seu próprio DNA e se 
reproduzem dividindo-se em duas. 
- A partir das fortes semelhanças dessa organela com as bactérias, 
acredita-se que ela se originou de uma relação simbiótica, em que, 
no passado, o eucarioto hospedeiro e a bactéria englobada 
passaram a se ajudar. 
- As mitocôndrias são geradoras de energia química para a célula. 
Elas aproveitam a energia a partir da oxidacao das moleculas de 
alimento, como os açúcares, para produzir adenosina trifosfato 
(ATP) – o combustivel químico básico que energiza a maioria das 
atividades das células. 
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- Como as mitocôndrias consomem oxigênio e liberam dióxido de 
carbono no curso de suas atividades, todo o processo é chamado de 
respiração celular. 
→ Retículo endoplasmático 
- o retículo endoplasmático (RE) – um labirinto irregular de espaços 
interconectados envolvido por uma membrana – é o local no 
qual a maioria dos componentes da membrana celular, 
assim como os materiais destinados à exportação a 
partir da célula, é sintetizada. 
- O RE é contínuo com a membrana do envelope 
nuclear. 
- A parte do RE chamada de rugoso (RER) recebe esse 
nome porque está coberta por ribossomos, enquanto a 
parte que não possui essas organelas é chamada de 
retículo endoplasmático liso (REL). 
→ Aparelho de Golgi 
- Pilhas de sacos achatados envolvidos por membranas 
constituem o aparelho de Golgi, que rcebem e com frequência 
modigica quimicamente as moléculas sintetizadas no RE e 
então as direcionam para o exterior da célula ou para vários 
outros locais dentro da célula. 
- Ele forma os lisossomos. 
 
 
 
 
Os pontinhos pretos da 
imagem representam os 
ribossomos acoplados 
ao RER. 
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→ Lisossomos 
- Os lisossomos são organelas pequenas de forma irregular nas 
quais ocorre a digestão intracelular, liberando nutrientes a 
partir de partículas de alimento e degradando moléculas 
indesejáveis para reciclagem ou excreção. 
→ Peroxissomos 
- Os peroxissomos são pequenas vesículas envolvidas por 
membranas que fornecem um meio abrangente de reações nas quais o 
peróxido de hidrogênio, um composto perigosamente reativo, é gerado 
e degradado. 
TROCA DE MATERIAIS 
- Uma troca contínua de materiais ocorre entre o RE, o aparelho de 
Golgi, os lisossomos e o exterior da célula. Esse processo é feito por dois 
mecanismos: 
→ Endocitose: as células animais podem englobar aprtículas muito 
grandes ou até mesmo células estranhas inteiras por esse processo. 
→ Exocitose: as vesículas do interior da célula se fusionam com a 
membrana plasmática e liberam seus conteúdos para o meio externo. A 
maioria dos hormônios, neurotransmissores e outras moléculas de 
sinalização são secretados a partir das células dessa forma. 
ESTRUTURA DA CÉLULA EUCARIÓTICA ANIMAL 
→ Citosol 
- O citosol é a parte do citoplasma que não é dividia por membranas intracelulares. Na maioria 
das células, o citosol é o maior compartimento único. Ele se comporta como um gel à base de água. 
- É nele também que ocorrem muitas reações químicas, como a primeira etapa da respiração 
celular e é nele que ficam os ribossomos, responsáveis pela produção de proteínas. 
→ Citoesqueleto 
As membranas também 
formam vários tipos diferentes 
de vesículas envolvidas no 
transporte de materiais entre 
uma organela envolvida por 
membrana e outra organela. 
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- São todos os tipos de filamentos finos e longos de proteínas, frequentemente ancorados por uma 
extremidade à membrana plasmática ou irradiando para fora a partir de um local central 
adjacente ao núcleo. Eles são divididos em alguns grupos: 
• Filamentos de actina: são os filamentos mais finos, estão presentes em todas as células eucariotas, 
em especial nas musculares, onde atuam na maquinaria das forças contráteis. (A) 
• Microtúbulos: são os filamentos mais grossos, são chamados desssa forma pois têm a forma de 
pequenos tubos ocos. Eles se reorganizam durante a divisão celular, ajudando a puxar os 
cromossomos em direções opostas e distribuindo-os igualmente nas células-filhas. (B) 
• Filamentos intermediários: A espessura desse grupo fica entre as citadas anteriormente, e são 
responsáveis por fortalecer a célula mecanicamente. (C) 
A formação de proteínas 
→ A conversão das instruções genéticas do DNA para o RNA e proteína é denominada expressão 
gênica. 
→ Do DNA ao RNA 
- O primeiro passo que uma célula dá para a leitura de um dos seus milhares de genes é a cópia 
da sequência nucleotídica desse gene sob a forma de RNA. Esse processo é denominado 
transcrição, pois a informação, apesar de copiada sob uma nova forma química, permanece escrita 
essencialmente sob a mesma linguagem – a linguagem dos nucleotídeos. A transcrição segue as 
seguintes etapas: 
• A RNA-polimerase (em azul-claro) se move devagar sobre o DNA, desespiralizando a hélice de 
DNA à sua frente. 
• Conforme avança, a polimerase adiciona nucleotídeos (pequenos objetos representados em “T”) 
um a um à cadeia de RNA, no sítio de polimerização, usando uma fita de DNA exposta como 
molde. 
• Consequentemente, o RNA transcrito é uma cópia complementar da fita simples de uma das duas 
fitas do DNA. 
• Conforme se move sobre o DNA-molde, a polimerase desloca o RNA recém-formado, permitindo 
que as duas fitas de DNA se reassociem na região posterior da mesma. 
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• Uma região curta de hélice hibrida DNA/RNA é formada temporariamente, fazendo com que 
uma janela da hélice DNA/RNA se mova ao longo do DNA junto àpolimerase. 
• A DNA-polimerase para o processo de transcrição, 
liberando o DNA e o RNA, quando encontra uma sequência 
de nucleotídeos que indica que o gene terminou. 
- Antes de serem traduzidas, as moléculas de RNAm 
produzidas no núcleo migram para o citoplasma pelos poros 
presentes no envelope nuclear. 
- Antes de ficar pronto para sintetizar as proteínas, o RNAm 
passa pelo processo de splicing, em que os íntrons, partes não 
codificadoras do RNA, são cortados e separados dos éxons, parte codificadora e útil, a qual será 
exportada do núcleo. 
→ Importação e exportação entre o núcleo e o citosol 
- Esse transporte é realizado por meio dos poros nucleares, formados por mais de 50 proteínas e 
nucleoparinas arranjadas em simetria octogonal. 
Importação 
(Citosol → Núcleo) 
Exportação 
(Núcleo → Citosol) 
→ Histonas 
→ DNA e RNA Polimerases 
→Proteínas Regulatórias de genes 
→Proteínas de processamento de RNA 
→RNAt 
→RNAm 
 
 
 
 
 
 
 
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→ Do RNA à proteína 
- Depois de exportado do núcleo, o RNAm se dirige até o 
ribossomo, organela responsável pela sintetização das 
proteínas. É nesse lugar que ocorre o processo de tradução, 
dividido nas seguintes etapas: 
• Na etapa 1, um RNAt que transporta o próximo 
aminoácido da cadeia se liga ao sítio A livre no ribossomo 
pela formação de pares de bases com o códon (trinca de 
nucleotídeos que representam um aminoácido) que está ali 
exposto. 
• Na etapa 2, a extremidade carboxila da cadeia 
polipeptídica é separada do RNAt presente no sítio P e 
unida por ligações peptídicas ao grupo amino livre do 
aminoácido que se encontra ligado ao RNAt presente no 
sítio A. Essa reação é catalisada pela enzima transpeptidase. 
• Na etapa 3, um movimento da subunidade grande em 
relação à subunidade pequena faz com que os dois RNAt 
sejam posicionados nos sítios E e P da subunidade grande. 
• Na etapa 4, a subunidade pequena se move exatamente 
três nucleotídeos sobre a molécula de RNAm, o que a 
reposiciona novamente sobre sua posição original em 
relação à subunidade grande. Esse movimento reinicializa o 
ribossomo que apresenta um sítio A vazio de tal forma que 
o próximo RNAt pode se ligar a ele. 
- Como pode se perceber, a tradução é realizada no 
sentido 5’-3’. 
- As proteínas são traduzidas por polirribossomos, que 
traduzem simultaneamente a mesma molécula de RNAm. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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- Na fase final da síntese proteica, a ligação de um fator de 
liberação no sítio A sobre um códon de terminação finaliza a 
tradução. O polipeptídio completo é liberado e o ribossomo se 
dissocia liberando suas duas subunidades. 
 
 
 
 
A estrutura das membranas 
- A membrana plasmática está envolvida na comunicação celular, 
na importação e exportação de moléculas, no crescimento celular 
e na sua mobilidade. 
- A membrana protege a célula contra agressões físicas e 
químicas, retém nutrientes, enzimas e participa do reconhecimento 
intercelular. 
1- Proteínas receptoras presentes na membrana plasmática 
permitem que a célula receba sinais do seu ambiente. 
2- Proteínas de transporte presentes na membrana permitem a 
importação e exportação de pequenas moléculas. 
3- A flexibilidade da membrana e a sua capacidade de expandir-
se permitem à celula crescer e movimentar-se. 
→ A bicamada lipídica 
- Os lipídeos em uma membrana celular 
combinam duas propriedades diferentes em 
uma única molécula: cada lipídeo possui uma 
cabeça hidrofílica e uma ou duas caudas 
hidrofóbicas. 
- Os lipídeos mais abundantes nas membranas celulares são os fosfolipídeos, 
molécula cuja cabeça hidrofílica se liga ao restante do lipídeo por meio de um 
grupo fosfato. 
Os inibidores da síntese proteica de procariotos são usados como 
antibióticos, pois afetam esse processo bacteriano, mas não o de 
células eucarióticas. 
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- A presença de partes hidrofóbicas e hidrofílicas tem papel crucial no arranjo das moléculas 
lipídicas como bicamadas em ambientes aquosos. 
→ Transporte de membranas 
- nas células eucariotas, toda síntese de novas membranas ocorre 
em um compartimento intracelular – o retículo endoplasmático. A 
nova membrana formada é exportada até outras membranas da 
célula por meio de vesículas: porções de membrana se destacam 
do RE formando pequenas esferas denominadas vesículas, que 
se incorporam a outras membranas, como a membrana 
plasmática, por fusão. 
→ Proteínas de membrana 
- As proteínas de membrana não apenas transportam nutrientes, 
metabólitos e íons através da bicamada lipídica, elas também possuem muitas outras funções. 
Algumas ancoram macromoléculas à membrana. Outras atuam como receptores para sinais 
químicos no ambiente em que a célula se encontra e os transportam (sinais) para o interior da célula, 
e há, ainda, as enzimas que catalisam reações específicas. 
 
 
 
Classe funcional Exemplo Função específica 
Transportadoras Bomba de Na+ 
Bombeia de forma ativa o Na+ para fora 
da célula e K+ para dentro. 
Âncoras Integrinas 
Ligam filamentos intracelulares de actina a 
proteínas extracelulares da matriz. 
Receptoras 
Receptor do fator de crescimento 
derivado de plaquetas. 
Liga PDGF extracelular e gera sinais 
intracelulares que acarretam o 
crescimento e a divisão celular. 
Enzimas Adenilaato-ciclase 
Catalisa a produção intracelular de cAMP 
em resposta a sinais extracelulares. 
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→ Açúcares ligados a membrana 
- Muitas das proteínas e alguns dos lipídeos expostos na superfície da célula possuem cadeias de 
açúcar ligadas a eles; esses açúcares atuam na lubrificação e na proteção da superfície celular, 
além de estarem envolvidos em processos de reconhecimento celular. 
O transporte de membrana 
→ Os princípios do transporte de membrana 
- As concentrações iônicas dentro de uma célula são muito diferentes daquelas fora da célula. O 
Na+ é o íon positivamente carregado mais abundante do lado de fora da célula, e o K+ é o mais 
abundante do lado de dentro. 
- As bicamadas lipídicas são impermeáveis a solutos e íons. O 
interior hidrofóbico da bicamada lipídica cria uma barreira à 
passagem da maioria de moléculas hidrofílicas, incluindo os 
íons. Em geral, quanto menor e mais lipossolúvel for a molécula, 
mais rapidamente ela se difundirá ao outro lado. 
- As membranas celulares permitem que a água e as moléculas 
apolares pequenas transpassem a membrana por difusão 
simples. Entretanto, para que as células adquiram nutrientes e 
possam liberar resíduos, as membranas também devem 
permitir a passagem de moléculas mais complexas, como íons, 
açúcares, aminoácidos, entre outros. Apesar desses compostos 
atravessarem a bicamada lipídica por difusão simples, o 
processo é muito demorado, e por isso é necessária a ação 
das proteínas de transporte de membrana. 
- As proteínas de transporte se dividem em duas classes: 
transportadores e canais. A diferença básica entre elas é o modo pelo qual eles distinguem os 
solutos, transportando alguns e outros não. 
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• Os canais distinguem principalmente com base no tamanho e na carga elétrica: se um canal está 
aberto, um íon ou uma molécula que é suficientemente pequena e carrega a carga apropriada 
pode passar, como por um alçapão estreito. 
• Um transportador, por outro lado, permite somente a passagem daquelas moléculas ou íons que 
se encaixam em um sítio de ligação na proteína; ele, então, transfere essas moléculas atraves da 
membrana uma de cada vez pela mudança de sua própria conformação, funcionando mais como 
uma roleta para contagem de passageiros do que uma porta aberta. 
- Os solutosatravessam as membranas por transporte passivo ou ativo. Os transportes e canais 
permitem que as moléculas pequenas atravessem a membrana celular, mas o que controla se esses 
solutos se movem para dentro ou para fora da célula? Em muitos casos, a direção do transporte 
depende das concentrações relativas do soluto. 
• Transporte passivo: ocorre quando o transporte é feito a favor do gradiente de concentração. É 
chamado de passivo pois não há gasto de energia ao realizá-lo, pois é um processo espontâneo. 
Todos os canais e muitos transportadores funcionam como condutos para tal transporte passivo. 
• Transporte ativo: ocorre quando o transporte é feito contra o gradiente de concentração. Esse 
tipo de transporte é efetuado somente por tipos especiais de transportadores que podem utilizar 
alguma fonte de energia para o processo de transporte, ou seja, ele exige gasto de energia. Uma 
vez que direcionam o transporte de solutos contra seu gradiente de concentração, muitos desses 
transportadores são denominados bombas. 
Os transportadores e suas funções 
→ Os transportadores são necessários à movimentação de quase todas as moléculas orgânicas 
pequenas através das membranas celulares, com exceção das moléculas solúveis em gordura e de 
moléculas não carregadas pequenas que podem passar diretamente através da bicamada lipídica 
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por difusão simples. Cada transportador é altamente 
seletivo, com frequência transferindo só um tipo de 
molécula. 
→ Os gradientes de concentração e as forças 
elétricas direcionam o transporte passivo. Um 
exemplo simples de um transportador que medeia o 
transporte passivo é o transportador de glicose 
encontrado na membrana plasmática das células 
hepáticas de mamíferos e de muitos outros tipos 
celulares. Quando o açúcar é abundante do lado de 
fora de uma célula hepática (após uma refeição), as 
moléculas de glicose se ligam aos sítios de ligação exibidos externamente do transportador, que 
trás as moléculas para dentro. Da mesma forma, quando os níveis de açúcar estão baixos (quando 
você está com fome), o hormônio glucagon estimula a célula hepática a produzir grandes 
quantidades de glicose pela degradação do glicogênio. Com isso, a concentração de glicose fica 
maior do lado de dentro, fazendo as moléculas de glicose, a partir do transportador, serem 
jogadas no meio extracelular. 
→ Para moléculas carregadas eletroquimicamente, o processo é semelhante, pois é levado em 
conta não só o gradiente de 
concentração, mas o gradiente 
eletroquímico. O movimento natural é 
sempre que o soluto se desloque do meio 
mais concentrado para o menos 
concentrado. 
→ O transporte ativo é essencial para as 
células e o maior exemplo desse 
mecanismo é a bomba de sódio-potássio. 
Ela é essencial para garantir o equilíbrio 
osmótico da célula, jogando três sódios 
fora e dois potássios dentro. 
→ Essa bomba segue os seguintes passos: 
 
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→ O transporte ativo e passivo também são diferenciados em 3 categorias: 
• uniporte: carregam um único soluto através da membrana. 
• simporte: carregam dois solutos na mesma direção. 
• antiportes: carregam dois solutos em direções opostas. 
Os canais iônicos 
→ Os canais iônicos possuem duas propriedades importantes. Primeiro, eles apresentam alta 
seletividade iônica, permitindo que íons inorganicos passem, mas outros não. Segundo, os canais 
iônicos não estão continuamente abertos. A maioria dos canais iônicos é controlada: um estímulo 
específico os aciona para que alternem entre um estado fechado e um estado aberto por uma 
mudança em sua conformação. 
→ Tipos de estímulos recebidos por canais iônicos: 
Compartimentos Intracelulares e transporte 
→ Organelas envoltas por membrana 
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→ Distribuição de proteínas 
- Quando uma organela envolta por membranas importa uma proteína 
do citosol ou de outra organela, ela enfrenta um problema: como ela pode 
fazer a proteína atravessar a membrana que é normalmente impermeável 
a macromoléculas hidrofílicas? Essa tarefa é realizada de maneiras 
diferentes por diferentes organelas. 
1- As proteínas que se movem do citosol para o núcleo são transportadas 
pelos poros nucleares que transpassam as membranas nucleares externa 
e interna. 
2- As proteínas que se movem do citosol para o RE, mitocôndrias ou 
cloroplastos são transportadas pelas membranas das organelas por 
translocadores proteicos localizados nas 
membranas. Diferentemente do transporte por 
poros nucleares, a molécula proteica 
transportada normalmente deve desdobrar-se 
de forma a serpentear pela membrana. 
3- As proteínas que se movem do RE adiante 
ou de um compartimento do sistema de 
endomembranas para outro são transportadas 
por um mecanismo fundamentalmente diferente 
dos dois anteriores. Essas proteínas são 
conduzidas por vesículas de transporte, as 
quais se tornam cheias de uma carga de 
proteínas do espaço interior, ou lúmen, de um 
compartimento, à medida que se desprendem 
das suas membranas. As vesículas 
subsequentemente descarregam a sua carga 
em um segundo compartimento ao fusionar-se 
com a membrana deste. No processo, lipídeos 
de membrana e proteínas de membrana são 
também entregues de um primeiro 
compartimento para um segundo. 
→ Transporte vesicular 
- O transporte do RE para o aparelho de Golgi, e a partir do aparelho de Golgi para outros 
compartimentos do sistema de endomembranas, é conduzido pelo contínuo brotamento e pela 
fusão de vesículas de transporte. 
- As rotas de transporte mediadas pelas vesículas se estendem para fora do RE em direção à 
membrana plasmática e para dentro da membrana plasmática para os lisossomos, fornecendo, 
portanto, rotas de comunicação entre o interior da célula com suas vizinhanças. 
→ Existem dois sentidos de transporte de secreções na célula, a via endolítica principal, 
responsável pela ingestão e degradação de moléculas extracelulares, e a via secretória principal, 
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que leva vesículas produzidas dentro do meio celular para o lado externo da célula, como pode 
ser visto no esquema abaixo. 
→ Vias secretoras 
- Proteínas recém-sintetizadas, lipídeos e carboidratos são distribuídos do RE, via aparelho de 
Golgi, para a superfície celular pelas vesículas de transporte que se fundem à membrana 
plasmática em um processo chamado de exocitose. Cada molécula que viaja ao longo dessa rota 
passa por uma sequência fixa de compartimentos definidos por membranas e é quimicamente 
modificada durante a rota. 
- No lúmen do RE, as proteínas dobram-se, agregam-se com outras proteínas, formam pontes 
dissulfito e tornam-se decoradas com cadeias oligossacarídicas. 
- O aparelho de Golgi recebe proteínas recém-sintetizadas do RE; ele modela os seus 
oligossacarídeos, distribui as proteínas e as despacha da rede trans de Golgi para a membrana 
plasmática, lisossomos ou vesículas 
secretoras. 
- As proteínas secretórias são liberadas 
da célula por exocitose. Existem dois 
tipos de vias de exocitose: 
- Via constitutiva: em todas as células 
eucarióticas, vesículas de transporte 
brotam continuamente da rede trans de 
Golgi e se fusionam com a membrana 
plasmática; o processo entrega lipídeos 
e proteínas da membrana plasmática, 
além de liberar moléculas da célula, um 
processo chamado de secreção. 
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- Via regulada: está presente em células secretórias especializadas, 
onde moléculas armazenadas em vesículas secretórias são liberadas 
da célula por exocitose quando a célula recebe um sinal para 
secretar. 
→ Via endocítica 
- As células ingerem líquidos, moléculas e, algumas vezes,partículas, 
por endocitose, na qual regiões da membrana plasmática se 
invaginam e se destacam para formar vesículas endolíticas. 
- Muito do material endocitado é entregue aos endossomos e então 
aos lisossomos, onde é degradado por enzimas hidrolíticas; a maioria 
dos componentes da membrana da vesícula endolítica, no entanto, é 
reciclada em vesículas de transporte de volta à membrana plasmática para ser reutilizada.