Complexo de Golgi, transporte de vesículas e lisossomos

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Complexo de Golgi, trânsito intracelular de vesículas e lisossomos
Proteínas modificadas são produzidas no RER; de lá, passam para o complexo de Golgi. Esse processo é feito por um trânsito de vesículas.
As proteínas podem se associar às paredes das vesículas ou serem contidas por elas. Podem ser encaminhadas para o meio extracelular ou outras organelas.
As proteínas com função enzimática são encaminhadas para os lisossomos.
Tráfego intracelular de vesículas
Pode acontecer por duas vias:
· Exocitose (via biossintética-secretora):
A proteína produzida no retículo endoplasmático é levada ao complexo de Golgi por uma vesícula. Essa vesícula se funde à membrana do Golgi e vai promover a secreção de seu conteúdo.
· Endocitose:
Permite a entrada de conteúdo para dentro da célula. Forma-se uma vesícula a partir da membrana e forma-se uma vesícula com material que entrou na célula. Depois esse conteúdo pode ser levado às organelas correspondentes.
O transporte vesicular promove transporte de conteúdos entre compartimentos sem necessidade de atravessar a membrana.
· Compartimento doador: aquele do qual o produto vai sair.
· Compartimento-alvo: aquele que vai receber o produto.
· Na recepção do conteúdo vesicular, acontece uma fusão de membrana entre a vesícula e a parede do compartimento-alvo. Enquanto isso, a formação da vesícula se dá por brotamento.
Mapa das vias biossintética secretora e endocítica
O fluxo retrógrado se trata da devolução do conteúdo para o compartimento de origem. Isso garante que cada compartimento mantenha sua identidade.
Vesículas revestidas atuam no tráfego vesicular
A formação das vesículas é um processo controlado.
· Proteínas de cobertura: se posicionam sobre a membrana e determinam a forma da vesícula (molde). Elas também selecionam os receptores que controlam qual é o conteúdo que preencherá a vesícula.
· Para um mesmo tipo de revestimento, são produzidas vesículas semelhantes.
· Os revestimentos são parecidos, mas diferenciam-se no local de atuação.
· O revestimento do tipo COP II é formado sobre a membrana do retículo endoplasmático rugoso.
· O revestimento COP I é formado na membrana do complexo de Golgi. 
· A clatrina é formada principalmente na membrana plasmática, para o processo de endocitose. Também pode se associar no compartimento de saída do Golgi para permitir o transporte para os endossomos e lisossomos.
Vesículas cobertas de clatrina
Via de ensocitose
A cobertura é feita na região citoplasmática da célula.
Existem receptores que selecionam qual o conteúdo extracelular que vai entrar na vesícula.
A medida que a cobertura vai se posicionando, a vesícula amplia a vesícula até que ela seja completamente formada (2). No estágio final (3), uma proteína dinamina promove o enforcamento da membrana e libera a vesícula contendo o material a ser transportado. Imediatamente após esse processo, a cobertura se solta e vai exercer sua função em outro local.
Na micrografia eletrônica de varredura é possível observar o padrão altamente organizado das clatrinas sobre as vesículas.
É comum associar o revestimento de vesículas por clatrina com uma gaiola.
As subunidades da clatrina são denominadas trisquélions, já que possui 3 porções de subunidades proteicas. É o posicionamento dos trisquélions que dão a forma de gaiola para o revestimento.
Mecanismo de destinação de vesículas cobertas por clatrina
· É necessária a presença de receptores para a carga a ser transportada.
1 - Chega um sinal para a célula e os receptores se associam a proteínas adaptadoras chamadas de adaptinas.
2 - As adaptinas têm uma porção que se liga ao receptor e outra porção que se liga aos trisquélions (subunidades da clatrina).
3 - A medida que a clatrina se associa à membrana, a vesícula vai sendo moldada, trazendo consigo o receptor que selecionou a carga a ser transportada.
4 – A dinamina faz o processo de estrangulamento que separa a vesícula da membrana.
5 – Quando finalmente formada, a cobertura é solta e a vesícula segue para seu destino.
Proteínas citoplasmáticas regulam a liberação e remoção de vesículas revestidas.
Existe um processo de sinalização para que a dinamina atue enforcando a membrana. Isso é feito com a ação de GTPases monoméricas e envolve alguns lipídios da memebrana.
Mecanismos de formação de vesículas cobertas por COPI e COPII
GTPases monoméricas ativam o recrutamento de proteínas de cobertura.
· Mecanismo COPI:
1 – Proteínas da família Arf-GDP são ativadas quando trocam o GDP por GTP. Esse processo é mediado por uma GEF (fator de troca de nucleotídeo guanina) – neste caso uma Gea.
2 – Na presença de GTP, a Arf expõe um ácido graxo, permitindo sua associação na membrana.
3 – A Arf interage com um receptor de carga e uma série de proteínas de cobertura complexo COPI se ligam à membrana. A medida que se posicionam, causam a curvatura da membrana.
4 – O conteúdo da vesícula é selecionado e ela se desprende da membrana.
· Mecanismo COPII
1 – Proteínas da família Sar-GDP (significa semelhante a Arf) são ativadas quando trocam o GDP por GTP. Esse processo é mediado por uma GEF (fator de troca de nucleotídeo guanina) – neste caso uma Sec12.
2 – Na presença de GTP, a Sar expõe um ácido graxo, permitindo sua associação na membrana.
3 – A Sar interage com um receptor de carga e uma série de proteínas de cobertura Sec se ligam à membrana. A medida que se posicionam, causam a curvatura da membrana.
4 – O conteúdo da vesícula é selecionado e ela se desprende da membrana.
A diferença entre os dois é o local onde as vesículas estão sendo formadas: a COPI no complexo de Golgi e a COPII no retículo endoplasmático.
Proteínas Rab (GTPases monoméricas) direcionam as vesículas aos locais específicos na membrana alvo
Depois que a cobertura se solta, a Rab-GTP (GTPase monomérica) se associa à vesícula. Quando ela chega no compartimento-alvo, há um receptor para a Rab (proteína efetora de Rab ou de aprisionamento).
Para promover a fusão entre a vesícula e a membrana do compartimento receptor, há a interação entre as proteínas do complexo SNARE (v-SNARE + t-SNARE). Quando elas se fundem, o conteúdo da vesícula é liberado no compartimento.
Transporte do Retículo Endoplasmático para o Golgi
Vesículas revestidas por COPII deixam o RER em direção ao Complexo de Golgi, pois é nele que as proteínas são modificadas.
 
Complexo de Golgi
O complexo de Golgi pode ser observado na microscopia de luz com o uso de metais pesados, como prata e ósmio, logo acima do núcleo (região supranuclear).
O epidídimo é uma estrutura que possui um complexo de Golgi bastante desenvolvido.
(1) (2)
(1) Impregnação metálica (2) Imagem negativa (Golgi em branco; supranuclear)
O complexo de Golgi é formado por vários compartimentos em sequência (sacos envolvidos por membrana), o lúmen dos sacos chamado de cisterna. Essas regiões recebem nomes distintos.
· Rede cis do Golgi: região de entrada; é a região mais próxima do RER que vai receber (e eventualmente devolver) as vesículas vindas do RER. Tem um aspecto convexo e várias ondulações.
· Cisterna cis
· Cisterna média
· Cisterna trans
· Rede trans do Golgi: região de saída; estrutura cheia de voltas devido a formação de vesículas destinadas aos lisossomos, membrana plasmática ou secreção celular. Tem aspecto côncavo.
O complexo de Golgi é notado próximo ao núcleo celular e a um par de centríolos
· As cisternas são individualizadas, não contendo conexões entre si. Além disso possuem constituições diferentes, já que dependendo do tipo de impregnação utilizada na microscopia diferentes regiões do Golgi vão ser evidenciadas.
Funções do Complexo de Golgi:
· Glicosilação: adição de carboidrato;
· A glicosilação inicial começa no RER e termina no Golgi.
· Exclusivamente no Golgi: síntese de oligossacarídeos O-ligados (radical -OH de resíduos de serina ou treonina). Onde tiver esses aminoácidos é possível adicionar carboidratos. Eles são transferidos gradualmente pela ação de enzimas.
· Exemplo: os grupos sanguíneos ABO são determinados a partir do tipo decarboidratos aderidos às células
· Sulfatação: adição de enxofre;
· Fosforilação: adição de fosfato;
· Proteólise: clivagem de ligações peptídicas.
Transporte da rede trans do Golgi para os lisossomos
As enzimas produzidas no retículo endoplasmático são especializadas no Golgi e depois encaminhadas aos lisossomos.
A proteína é produzida no retículo, migra para o Golgi, passando lateralmente por todas as cisternas, até chegar na rede trans do Golgi. Nela, os revestimentos por clatrina dão origem às vesículas, que serão encaminhadas ao endossomo primário. Depois o conteúdo vai para o endossomo tardio e finalmente chega nos lisossomos.
Da mesma forma, os endossomos (primário e tardio) e lisossomos também recebem os conteúdos oriundos de endocitose.
O endossomo primário atua como compartimento de seleção. Ele pode redirecionar o conteúdo para os lisossomos e reciclar o material pela via de fluxo retrógrado.
Lisossomos
· Compartimentos definidos por membrana, preenchidos por enzimas hidrolíticas que controlam a digestão intracelular de macromoléculas.
· Os lisossomos são compartimentos heterogêneos e o grau de eltrondensidade é variável, dependendo do estágio da digestão ou do que está sendo digerido.
· Aspecto arredondado ou ovalado e é envolvido por uma unidade de membrana.
· A diversidade reflete a variedade de funções digestivas mediadas pelas hidrolases ácidas:
· Quebra de resíduos intra e extracelular;
· Destruição de microrganismos fagocitados;
· Produção de nutrientes para a célula.
· Para ativar suas enzimas, depende de um pH ácido, variando de 4,5 a 5,0, enquanto o pH do citosol é de aproximadamente 7,2.
· Para que seu pH seja tão ácido, há a ação de bombas de prótons (transporte ativo primário). Assim, é necessário um ATP para forçar a entrada de prótons a favor do gradiente de concentração.
· Quando as macromoléculas são degradadas, diversos transportadores de metabólitos levam as pequenas moléculas para fora da organela.
Degradação de proteínas independente de lisossomos: proteassoma
Os proteassoma são grandes complexos proteicos responsáveis pela degradação de proteínas anormais e de vida curta.
Essas proteínas degradadas pelo proteassoma são marcadas com proteínas ubiquitinas (ubiquitinação) que, quando chegam ao proteassoma, são liberadas.
Secreção regulada e secreção constitutiva
Na secreção, a proteína produzia pelo retículo e especializada no Golgi é enviada para o meio extracelular.
· Secreção constitutiva: imediatamente após a produção a vesícula é liberada no meio extracelular. Exemplo: colágeno.
· Secreção regulada: o conteúdo fica armazenado numa vesícula até receber um estímulo para a liberação. Exemplo: insulina.
Vias endocíticas
Permitem a entrada de conteúdo para a célula, seguindo a rota: endossomo primário – endossomo tardio – lisossomo.
As vias retrógradas e as vias de exocitose que garantem que a célula seja mantida em seu tamanho constante, já que, a medida que a membrana é perdida na endocitose, é recuperada na exocitose.
As vias endocíticas se diferenciam pelo tamanho das partículas que entram na célula e podem ser divididas em:
Pinocitose inespecífica: partículas pequenas; invaginação da membrana e formação de uma vesícula pinocítica. É inespecífica porque não possui receptores e o conteúdo que entra não é selecionado.
Pinocitose regulada: o mesmo processo da pinocitose inespecífica, mas com a presença de receptores que selecionam o conteúdo da vesícula.
Fagocitose: partículas grandes; projeção da membrana mediada por actina e formada por pseudópodes; formação de um fagossomo. Também possui receptores.
1 – Pinocitose inespecífica: independe de clatrina, então as proteínas de revestimento são as cavéolas. Elas têm um formato de couve-flor.
	
2 – Pinocitose regulada: mediada por receptor e depende da clatrina.
Exemplo: endocitose de LDL.
3 – Fagocitose: dependente de actina e receptores.
Na imagem, a fagocitose de uma bactéria.
Os endossomos primários, tardios e lisossomos se diferenciam quanto a morfologia, localização, estado de acidificação e função.
O formato do lisossomo primário é o mais irregular devido a grande quantidade de vesículas que se fundem e são formadas com sua membrana. Também ficam mais próximos a membrana.
O lisossomo tem um formato mais arredondado. E está situado nas regiões do interior da célula.
Eles também variam o pH:
Endossomo primário: 6,2
Endossomo tardio: 5,5
Lisossomo: 4,7
Autofagia
A autofagia é um processo que permite a remoção de conteúdos da própria célula em situações como a renovação celular.
As organelas ou proteínas a serem degradadas são envolvidas em um autofagossomo (vacúolo autofágico). Acredita-se que quem doa a membrana para a formação do autofagossomo seja o retículo endoplasmático.
Por fim, o autofagossomo se funde com o lisossomo e o conteúdo é degradado.
A autofagia é importante durante o jejum prolongado, diferenciação, envelhecimento e morte celular.
Endossomos na transcitose
Envolve um processo de exocitose e endocitose em que o destino não é o lisossomo. Ela acontece quando há a necessidade de transportar algo através da célula.
Exemplo: transporte de IgA.