Endomembranas e Transporte de Proteínas

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Endomembranas e Transporte de Proteínas
Como produzir as proteínas e
direcioná-las para os espaços
corretos, já que a célula é um
ambiente compartimentalizado?
- Cada proteína recém
sintetizada deve ser entregue
especificamente onde atuará →
desempenhar a sua função
- Sequências-sinal → código
molecular/ sequência específica
de aminoácidos que cada
proteína possui/ direcionam as
proteínas para as organelas
corretas → sinal de
endereçamento/ quando a
proteína não possui nenhum
tipo de sequência sinal é uma
sinalização de que ela precisa
permanecer no citoplasma
- desafio das células: identificar
essas sequências sinais e
destiná-las para os seus locais
de trabalho
Modalidades de transporte
- transporte controlado por
comportas → movimento
realizado entre o núcleo e o
citosol (o núcleo é a única
organela que possui contato
direto com o citoplasma)
- translocação proteica →
transporte através de
membrana das mitocôndrias,
cloroplastos, peroxissomos e
RE
- transporte vesicular →
movimento realizado a partir do
RE e o movimento de entrada a
partir da MP (proteínas
transportadas dentro de
vesículas)
NÚCLEO
- o envelope nuclear encerra o
DNA/ protege o material
genético/ define o
comportamento nuclear
- os complexos do poro nuclear
perfuram todo o envelope
nuclear/ contato direto com o
citoplasma
→ núcleo e RE estão conectados
poros nucleares: formados por
nucleoporinas/ comunicação direta
entre o núcleo e o citoplasma/ na parte
externa há fibrilas citosólicas que
guiam as proteínas de importação
nuclear para atravessarem de maneira
mais facilitada
→ proteínas nucleares possuem sinais
de localização nuclear → direcionam
proteínas ao núcleo → essas
sequências são reconhecidas pelos
receptores de importação nuclear
(importinas - reconhecer essa
sequência e direcionar toda a
proteína que possui essa sequência
para dentro do núcleo)
- processo altamente regulado/
pequenas moléculas e solutos
conseguem atravessar
livremente a membrana do
núcleo/ muito semelhante à MP
/ materiais com certo tamanho
atravessa por meio desse
complexo de poro nuclear,
estando interagindo com as
importinas
- a hidrólise de GTP direciona o
transporte nuclear: demanda
gasto de energia/ espécie de
“porteiro”
- movimento de exportação →
tudo o que o núcleo quer
mandar para fora/ exportinas
- fluxo bidirecional
transcrição no núcleo e tradução no
citoplasma
- os processos intracelulares que
ocorrem de maneira simultânea
devem, de alguma forma, ser
segregados
→ estratégias para segregar e
organizar suas reações químicas:
- agregar as diferentes enzimas
necessárias para catalisar uma
determinada sequência de reações em
um grande complexo proteico
- células eucariontes agregam as
diversas reações/ processos
metabólicos em compartimentos
delimitados por membranas → eles
possuem membranas seletivamente
permeáveis
Cada compartimento delimitado por
membrana (organelas delimitadas por
membrana) possuem um conjunto
único de proteínas
→ proteínas sintetizadas no citosol e
direcionadas para cada organela
correspondente que necessita do
desempenho da sua função:
distribuição de proteínas
Comunicação entre os
compartimentos por meio de
vesículas: transporte vesicular
Exocitose- liberação de proteínas
Endocitose - importação de proteínas
ORGANELAS DELIMITADAS POR
MEMBRANAS
- As células eucariontes são
subdivididas por membranas
internas
→ cada uma delas contendo um
conjunto único de grandes e pequenas
moléculas e desempenhando uma
função especializada
→ compartimentos que segregam
diferentes processos metabólicos
● Conjunto básico de organelas
de uma célula eucariótica
organelas circundadas pelo citosol →
o qual é envolto por uma membrana
plasmática
Núcleo: mais proeminente organela
delimitada por membrana/ ele é
envolto por uma dupla membrana
(envelope nuclear) → nesse
envelope há poros que o transpassam,
conhecidos como poros nucleares
- ele tem contato com o citosol
Retículo Endoplasmático: ele e o
núcleo são envoltos por uma
membrana externa/ é um sistema de
sacos e tubos de membrana
interconectados/ se estende pela
maior parte da célula/ principal local de
síntese de novas membranas na
célula
- Retículo Endoplasmático
Rugoso: possui ribossomos
ligados à superfície citosólica /
os ribossomos sintetizam
proteínas que serão
direcionados para o lúmen do
RE
- Retículo Endoplasmático Liso:
possui funções específicas, por
isso, ele é relativamente
escasso em algumas células e
altamente desenvolvido em
outras/ local de síntese de
hormônios esteróides em
células endócrinas da glândula
suprarrenal/ local de
detoxificação de moléculas
orgânicas nas células
hepáticas/ sequestra Ca2+ do
citosol → resposta rápida a
diversos sinais celulares
Aparelho de Golgi: geralmente está
próximo do núcleo/ ele recebe
proteínas e lipídeos do RE e os
modifica e os despacha para outros
destinos na célula
Lisossomos: são pequenos sacos de
enzimas digestivas/ degradam las
organelas antigas e macromoléculas e
partículas captadas pela célula por
endocitosis (digamos que é o
estômago da célula)/ justamente por
esse caráter digestivo, semelhante à
região estomacal, o ambiente interno
dos lisossomos precisa estar ácido
(pH em torno de 5) para que ele
consiga digerir essas partículas/
bombas do tipo V captam o H+ para o
meio interno dessas organelas
Endossomos: antes de chegar aos
lisossomos, as partículas endocitadas
precisam passar por uma série de
compartimentos → endossomais/ eles
distribuem algumas moléculas
ingeridas e as reciclam de volta para a
MP
Peroxissomos: são pequenas
organelas que possuem enzimas
utilizadas em reações oxidativas e que
degradam lipídeos e moléculas tóxicas
→ presença da catalase
Mitocôndrias e Cloroplastos
(células vegetais): possuem uma
dupla membrana/ fosforilação
oxidativa e fotossíntese,
respectivamente → possuem
membranas internas que são
especializadas para a produção de
ATP
As organelas são mantidas em seus
locais por meio de ligações ao
citoesqueleto → microtúbulos
- esses filamentos fornecem vias
para a sua movimentação e
direcionamento do tráfego de
vesículas de uma organela a
outra
- esses transportes são
controlados por proteínas
motoras que hidrolisam ATP/
elas conseguem propulsionar
as organelas e vesículas ao
longo dos filamentos
As organelas delimitadas por
membrana ocupam, juntas, cerca da
metade do volume da célula
eucariótica
- a membrana plasmática é
apenas uma fração do total de
membranas presentes na
célula/ a quantidade de
membranas associadas às
organelas é enorme
As organelas são muito pequenas
para serem isoladas manualmente
- centrifugação diferencial (pode
isolar a organela e identificar as
suas proteínas)
- incubação em tudo de ensaio
(permite a análise das funções
da organela)/ as mitocôndrias,
por exemplo, quando incubadas
em um tubo de ensaio, elas
podem produzir ATP a partir da
oxidação de piruvato em CO2 e
água → só precisa suprir as
suas necessidades de ADP,
fosfato inorgânico e O2
As organelas delimitadas por
membranas evoluíram de maneiras
diferentes
Evolução dos compartimentos em
estágios
- precursores das células
eucarióticas modernas:
microorganismos simples/
possuindo apenas uma
membrana plasmática que
supria todas as suas
necessidades, como síntese de
ATP e de lipídeos
- as bactérias conseguem viver
apenas com a membrana
externa por causa do seu
tamanho diminuto
- As células eucariontes são
grandes → possuem volumes
de 1.000 a 10.000 vezes maior
do que uma bactéria típica,
como E. Coli
- razão entre tamanho e volume
é pequena → essas células não
sobreviveriam sem membranas
internas
→ o aumento do volume das
células eucarióticas não pode ter
ocorrido sem o desenvolvimento
das suas organelas
compartimentalizadas
as organelas podem ter se originado
por duas maneiras evolutivas
→ as membranas nucleares e as
membranas do RE, o complexo de
golgi, os peroxissomos, lisossomo e
endossomos provavelmente se
originaram pela invaginação da MP
- célula procarionte antiga
invaginou o DNA com sua MP/
gerações subsequentes
formaram um envelope de duas
camadasem torno desse DNA/
esse envoltório destacou-se da
MP e formou a membrana
nuclear com poros nucleares
que permitem a sua
comunicação com o citosol/
outras porções dessa
membrana podem ter formado o
RE → espaço entre as
membranas nucleares interna e
externa é contínuo com o lúmen
do RE
Sistema de endomembranas: RE,
peroxissomo, lisossomo e endossomo
→ comunicação por meio de vesículas
- o interior dessas organelas é
considerado como sendo
“extracelular”
As mitocôndrias e os cloroplastos
possuem um sistema de evolução
diferente
- acredita-se que essas duas
organelas foram bactérias que
foram incorporadas por células
pré-eucariontes e viveram em
simbiose inicialmente
- elas possuem duas membranas
→ mas por quê?
- essas duas organelas possuem
os seus próprios pequenos
genomas
- elas conseguem sintetizar parte
de suas proteínas
- elas possuem um genoma e
proteínas similares à de
bactérias
→ essas duas organelas permanecem
isoladas desse sistema de
endomembranas que se comunicam
por meio de vesículas entre elas e
com o meio extracelular → não
participam do tráfego vesicular
DISTRIBUIÇÃO DE PROTEÍNAS
A célula antes de se dividir precisa
duplicar as suas organelas para serem
distribuídas para as células-filhas
- célula cresce = organelas
aumentadas para serem
divididas
mas como esse processo ocorre?
- o crescimento das organelas
depende da síntese de novos
lipídeos que comporão as
membranas, bem como de
proteínas - tanto proteínas de
membranas, quanto proteínas
que ocuparão o interior da
organela
mas mesmo não estando em processo
de divisão celular as proteínas são
produzidas continuamente
→ elas precisam, assim, ser
encaminhadas para as organelas
corretas para o seu funcionamento,
crescimento e divisão adequadas
→ mitocôndrias, cloroplastos,
peroxissomos e o interior do
núcleo: as proteínas são distribuídas
diretamente do citosol
→ aparelho de golgi, lisossomos,
endossomos e membrana nuclear
interna: as proteínas e os lipídeos são
distribuídas diretamente pelo RE
● RE é o local principal de
síntese de proteínas e de
lipídeos
As proteínas entram diretamente no
RE a partir do citosol → algumas são
retidas no citosol, mas outras são
transferidas a partir de vesículas para
o aparelho de golgi → do AG para a
MP ou para outras organelas
as proteínas são direcionadas
corretamente para as suas
respectivas organelas a partir das
marcas específicas de localização
que estão presentes em sua
sequência de aminoácidos
As proteínas são transportadas até
as organelas por meio de três
mecanismos
- A síntese de proteínas inicia-se
nos ribossomos no citosol →
embora tenham as exceções de
mitocôndrias e cloroplastos que
sintetizam proteínas em seu
interior, boa parte das proteínas
que eles utilizam é proveniente
do citosol
→ se é produzida no citosol precisa
ser importada pelas moléculas
- o destino de uma proteína
sintetizada no citosol é
determinado pela sua
sequência de aminoácidos →
ela contém um sinal de
distribuição que direciona a
proteína para a organela onde
ela é necessária → sinal de
distribuição
- as proteínas que não possuem
esse sinal permanecem no
citosol
As proteínas são transportadas do
citosol para as organelas → diferentes
sinais de distribuição
- a organela delimitada por
membrana precisa importar a
proteína solúvel para o seu
interior → macromoléculas
hidrofílicas passando por uma
membrana impermeável a
moléculas hidrofílicas
→ poros nucleares nas membranas
nucleares funcionam como portões
seletivos/ transpassam as
membranas interna e externa/
transportam ativamente as
macromoléculas ou deixam passar
por difusão livre moléculas
menores
→ do citosol para o RE,
mitocôndrias ou cloroplastos temos
a funcionalidade dos
translocadores proteícos → as
proteínas precisam se desnaturar
para conseguirem atravessar a
membrana com a ajuda do
translocador
→ transportadas a partir do RE são
transportadas por meio de
vesículas de transporte/ essas
vesículas se destacam da
membrana de um compartimento e
então se fundem com a membrana
de outro compartimento/ sistemas
de endomembranas (peroxissomo,
lisossomo, endossomo e RE)
As sequências-sinal direcionam as
proteínas para os compartimentos
corretos
→ sequência-sinal
- sinal de distribuição típico
constitui-se como um segmento
contínuo da sequência de
aminoácidos → de 15 a 60
aminoácidos de comprimento
- por vezes, na maior parte das
vezes, essa sequência sinal é
removida da proteína madura,
uma vez que a distribuição
tenha sido executada → logo,
inferimos que essa sequência
não influi diretamente na função
da proteína
- elas são necessárias e
suficientes para direcionarem
uma proteína para um
determinado local
- as sequências-sinal que
especificam um mesmo destino
podem variar, ainda que
possuam a mesma função →
mais importante do que a
sequência exata dos
aminoácidos, está as
propriedades físicas, como a
hidrofobicidade ou a posição
dos aminoácidos carregados
● As proteínas entram no
núcleo pelos poros nucleares
o envelope que envolve o DNA nuclear
é formado por duas membranas
concêntricas
→ membrana nuclear interna -
proteínas que atuam como sítios de
ligações para os cromossomos/
proteínas que fornecem sustentação
para a lâmina nuclear → malha tecida
de filamentos proteicos (fornece um
suporte estrutural para o envelope
nuclear)
→ membrana nuclear externa -
assemelha-se à membrana do RE,
com a qual está contínua
→ A membrana que o envolve é
perfurada por complexos do poro
nuclear. Ainda que as membranas
internas e externas sejam contínuas,
elas apresentam diferentes elementos
proteicos.
Poros nucleares → perfuram a
membrana nuclear
- local por onde todas as
moléculas saem ou entram no
núcleo
- é estrutura grande e elaborada
→ possui cerca de 30 proteínas
diferentes
- regiões nas quais as cadeias
polipeptídicas são bastante
desordenadas → rede delicada,
como algas no oceano →
preenche o centro do canal e
impede a passagem de grandes
moléculas, mas deixa que
pequenas moléculas
hidrossolúveis transitem
livremente → de maneira não
seletiva
- mas as moléculas maiores
específicas e conjuntos de
macromoléculas precisam
passar por esses poros/ RNA
sintetizado no núcleo e
subunidades ribossomais/ bem
como as proteínas precisam
entrar
→ fibrilas protéicas se projetam para
ambos os lados do complexo do poro
→ na parte nuclear essas fibrilas
convergem e formam estruturas
semelhantes a uma cesta → o
espaçamento entre elas é suficiente
para não obstruir o acesso aos poros
- as proteínas contém um sinal
de localização nuclear → é
reconhecido pelos receptores
de importação nuclear →
interagem com as fibrilas
citosólicas → os receptores
capturam as proteínas ao
reconhecerem o seu sinal de
localização → passam pelas
fibrilas citosólicas → no interior
nuclear há a liberação da carga
(liberação da proteína-carga) →
posteriormente há a volta dos
receptores para o citosol pelos
poros para serem reutilizados
→ há tanto a importação, quanto a
exportação de moléculas - exportação
de mRNAs
- no interior dos poros é possível
analisar uma malha,
semelhante a gel, de proteínas
do poro nuclear
Para adentrarem no núcleo essas
proteínas ou macromoléculas devem
apresentar um sinal de distribuição →
sinal de localização nuclear → uma
ou duas sequências curtas que
contém várias lisinas ou argininas
carregadas positivamente
→ receptores de importação nuclear
reconhecem o sinal de localização
nuclear → eles levam essas proteínas
pelo poro nuclear por meio de
interações com as fibrilas citosólicas
→ o receptor penetra no poro e liga-se
a sequências repetidas de
aminoácidos presentes nas proteínas
nucleares que preenchem o centro do
poro
→ poro vazio = proteínas que formam
o centro do poro ligam-se umas as
outras, formando um gel
→ durante a passagem dos receptores
com a sua carga, os receptores
interrompem essas interações e abrem
uma passagem pela malha
Os receptores vão colidindo ao longo
de uma sequência repetida para outra
→ entram no núcleo → liberam a
carga → voltam para o citosol
- ENERGIA: fornecida a partir da
quebra de GTP/ hidrólise/mediação pela GTPase
monomérica = Ran → essa
hidrólise permite o
direcionamento da proteína
para a direção apropriada
As proteínas do poro nuclear = portão
molecular → operam rapidamente
- o receptor ele se liga a proteína/
entra no poro nuclear por meio
das interações com as fibrilas
citosólicas e interagindo por
meio de ligações com as
proteínas que formam o interior
do poro nuclear/ ela chega até
núcleo com a proteína carga/
GTPase monomérica chamada
Ran carrega uma molécula de
GTP → essa Ran-GTP liga-se
ao receptor, que solta a
proteína no núcleo/ ainda ligado
com a Ran, o receptor sai pelos
poros para o citosol/ lá, a Ran é
induzida a hidrolisar o GTP
ligado → vira Ran-GDP +
fosfato/ o receptor está livre
para repetir o processo
→ os poros nucleares transportam as
proteínas em sua forma nativa - elas
não precisam se desenovelar -
diferentemente do que acontece nas
mitocôndrias e nos cloroplastos
● Proteínas se desenrolam para
entrar em mitocôndrias e
cloroplastos
Mitocôndrias e cloroplastos possuem
seus próprios genomas e um sistema
de dupla membrana
→ os cloroplastos possuem tilacóide
(3ª membrana)
- eles precisam, mesmo assim,
importar proteínas do citosol
- essas proteínas possuem uma
sequência-sinal na região
N-terminal
→ cada proteína é desnaturada a
medida em que é transportada → ao
chegar no lúmen da organela,
proteínas chaperonas auxiliam no
enovelamento dessas proteínas → a
sequência-sinal é removida assim que
elas chegam ao interior da organela
→ para serem translocadas para sítios
especializados da organela,
geralmente elas apresentam uma
outra sequência-sinal que é exposta
após a remoção da sequência-sinal
anterior
- a sequência-sinal é clivada por
uma peptidase-sinal na matriz
mitocondrial
Não só proteínas, mas também
lipídeos precisam entrar no núcleo →
a maior parte dos fosfolipídeos que
compõe a membrana nuclear advém
do RE
→ proteínas carreadoras de lipídeos
extraem uma molécula fosfolipídica de
uma membrana e a entregam a outra
- isso pode ocorrer em junções
onde as membranas
mitocondriais e do RE estão
mantidas próximas
- isso mantém a diferença de
composição lipídica entre as
membranas celulares
● As proteínas entram nos
peroxissomos a partir do
citosol e do retículo
endoplasmático
- possui enzimas que produz
peróxido de hidrogênio (água
oxigenada)
→ elas degradam uma variedade de
moléculas (toxinas, álcool e ácidos
graxos)/ sintetizam certos fosfolipídeos
que compõem a bainha de mielina
- eles adquirem parte de suas
proteínas por meio do
transporte seletivo do citosol
- sequência-sinal das proteínas
dos peroxissomos = apenas 3
aminoácidos
- proteínas receptoras no citosol
que reconhecem as proteínas
peroxissomais
- transporte das proteínas desde
o citosol até o interior do
peroxissomo
- translocador de proteína ajuda
no transporte / as proteínas não
precisam ser desnaturadas
→ proteínas oriundas tanto do citosol,
quanto de vesículas do RE
- essas vesículas brotam do RE e
se fundem aos peroxissomos
preexistentes ou importam as
proteínas do peroxissomo do
citosol e forma peroxissomos
maduros
● As proteínas entram no
retículo endoplasmático
enquanto são sintetizadas
O retículo endoplasmático é o sistema
de membranas mais extenso em uma
célula eucariótica
- ponto de entrada para as
proteínas destinadas a outras
organelas/ proteínas destinadas
ao RE
- proteínas destinadas à
superfície celular, aparelho de
Golgi, lisossomos e
endossomos → proteínas
contidas no lúmen do RE →
serão transportadas por meio
de vesículas (para as organelas
ou para a MP)
Dois tipos de proteínas são
transferidas do citosol para o RE:
1) Proteínas hidrossolúveis
2) Proteínas transmembrânicas
- identificadas por uma
sequência-sinal do RE (8 ou
mais aminoácidos hidrofóbicos)
→ translocação por meio de
membrana
A maior parte das proteínas que
entram no RE ainda estão sendo
sintetizadas enquanto transpassam
a sua membrana → por isso que é
necessário que os ribossomos que
estejam sintetizando as proteínas
fiquem presos à membrana do RE
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
RUGOSO
Dois tipos de ribossomos no citosol:
1) Ribossomos ligados à
membrana - eles sintetizam as
proteínas que se serão
translocadas ao RE/ estão
associados à face citosólica da
membrana
2) Ribossomos livres - não estão
ligados a nenhuma membrana/
produzem as demais proteínas
que serão codificadas pelo DNA
nuclear
→ elas são funcional e estruturalmente
idênticas/ só se diferem pelas
proteínas que estão sintetizando em
um determinado momento
Ribossomo sintetizando proteína →
ele é transportado junto com ela ao
RE → por causa da sequência-sinal
(não precisa de energia adicional,
visto que essas proteínas são
transportadas a medida em que são
sintetizadas, logo, o alongamento
de cada polipeptídeo fornece um
impulso necessário para empurrar a
cadeia pela membrana do RE)
Polirribossomos - a ligação de muitos
ribossomos a uma molécula de mRNA
recém traduzida → se esse mRNA
sintetizar proteínas com
sequência-sinal de RE, o
polirribossomo permanecerá ligado à
membrana do RE por meio da cadeia
crescente do polipeptídeo
● As proteínas solúveis
sintetizadas no RE são
liberadas no lúmen do RE
Dois componentes ajudam a guiar as
sequências-sinal de RE para a
membrana do RE:
1) uma partícula de
reconhecimento de sinal - SRP
- ela está presente no citosol/
liga-se ao ribossomo e à
sequência-sinal de RE
2) um receptor de SRP integrado à
membrana do RE reconhece a
SRP
→ a ligação do SRP com o
ribossomo desacelera a síntese
proteica - quando o SRP liga-se ao
seu receptor a síntese recomeça
SRP liga-se ao ribossomo e à
sequência-sinal → o receptor de SRP
a reconhece, ela se liga a ele e é
liberada → síntese proteica recomeça
→ o polipeptídeo é encaminhado para
o lúmen do RE por um canal no
translocador
SRP e seu receptor funcionam
como acopladores moleculares =
unem o ribossomo à
sequência-sinal/ os encaminham até
os canais de translocação
disponíveis
A sequência-sinal de RE → direcionar
as proteínas para o RE/ abrir o canal
do translocador da proteína
- a sequência-sinal permanece
ligada ao canal/ o restante
passa para o lúmen como uma
grande alça
- peptidase-sinal
transmembrânica tem um sítio
ativo voltado para a parte
luminal da membrana do RE →
ela cliva a sequência-sinal/ essa
cadeia é encaminhada para a
bicamada lipídica e é
rapidamente degradada
→ sequência-sinal: presente no
N-terminal
→ logo, o C-terminal passa pelo canal
de translocação e é liberado no lúmen
do RE
● Sinais de início e de parada
determinam o arranjo de uma
proteína transmembrânica na
bicamada lipídica
Nem todas todas as proteínas
produzidas pelos ribossomos ligados
ao RE são liberados no lúmen do RE
→ proteínas transmembrânicas
inseridas na membrana
- algumas partes da cadeia
polipeptídica deve atravessar
completamente a bicamada,
enquanto outras partes
permanecem ligadas à
membrana
→ proteína transmembrânica com
apenas um segmento
transmembrânico = a sequência-sinal
N-terminal inicia a translocação →
esse processo vai ser interrompido por
uma sequência adicional de
aminoácidos hidrofóbicos = sequência
de parada de transferência → neste
ponto o canal de translocação libera a
cadeia polipeptídica crescente no
interior da bicamada →
sequência-sinal N-terminal é clivada,
enquanto a sequência de parada de
transferência permanece na
bicamada→ forma um segmento
a-helicoidal → âncora a proteína na
membrana
- assim, há uma proteína
transmembrânica de passagem
única, com o C-terminal no lado
citosólico e o N-terminal no
lúmen
→ sequência de início de
transferência: sequência-sinal interna
ao invés do N-terminal inicia a
transferência da proteína
- ela nunca é removida do
polipeptídeo
- isso acontece em algumas
proteínas transmembrânicas
que atravessam a bicamada
lipídica
sequência de início de transferência +
sequência de parada de transferência
= a SIT inicia a transferência → SPT
para a transferência → as proteínas
são liberadas como alfa-hélices
transmembrânicas
→ proteínas de passagens múltiplas
possuem vários pares de SIT e SPT -uma sequência reinicia a translocação
e determina a liberação do
polipeptídeo → inícios e paradas
subsequentes
- as proteínas de passagem
múltipla pela membrana são
embebidas na bicamada lipídica
à medida que são sintetizadas
por um mecanismo semelhante
ao funcionamento de uma
máquina de costura
TRANSPORTE VESICULAR
- do RE para o Aparelho de Golgi
→ do A.Golgi para as organelas
- brotamento e fusão contínua de
vesículas
- criam rotas de comunicação
entre o interior da célula e o seu
meio
- muitas proteínas sofrem
modificações químicas, como a
adição de cadeias laterais de
carboidratos
● Síntese de lipídeos - a
maioria das bicamadas
lipídicas é montada no RE
A membrana do RE é o local de
síntese dos principais lipídeos
- fosfolipídio e colesterol
- principal fosfolipídio sintetizado:
fosfatidilcolina (lectina) →
colina, dois ácidos graxos e
glicerol fosfato
A síntese de fosfolipídeos acontece no
folheto citosólico da membrana do RE
- ácidos graxos não são solúveis
em água → são conduzidos do
seu sítio de síntese ao RE por
proteínas de ligação a ácidos
graxos no citosol
- ácidos graxos chegam ao RE →
são ativados pela coenzima A
(CoA) → aciltransferases
adicionam dois ácidos graxos e
sucessivamente o glicerol
fosfato → produz ácido
fosfatídico (primeiro passo para
que a bicamada lipídica seja
aumentada)
- próxima etapa determina a
cabeça da molécula →
determina a natureza química
da bicamada (não resultam em
crescimento líquido da
membrana)
Como a síntese acontece no lado
citosólico, é necessário que exista um
mecanismo que transfere alguns
fosfolipídios recém-sintetizados para o
folheto do lúmen do RE →
scramblases fazem um movimento
trans bicamada rápido → distribuição
igualitária dos fosfolipídios entre as
monocamadas do RE
● Proteínas ancoradas pela
cauda são integradas na
membrana no RE por um
mecanismo especial
Ancoradas na membrana por uma
a-hélice hidrofóbica transmembrana
C-terminal
- ancorada pela cauda no RE →
exemplos são subunidades
proteínas SNARE que dirigem o
tráfego vesicular
Quando tais membranas estão
ancoradas, a maior parte das
proteínas permanece no citosol e
poucos aminoácidos que seguem o
C-terminal ancorado seguem para o
lúmen
- a tradução dessas proteínas
termina enquanto os
aminoácidos dessa porção
ancorada ainda não emergiram
do túnel de saída do ribossomo
→ o reconhecimento de SRP
não é possível
Mecanismo especial → abastecido por
ATP → mecanismo de direcionamento
pós-traducional
- nem todas as proteínas
ancoradas com cauda são
inseridas no RE, algumas
possuem sequência-sinal que
as direcionam para a
mitocôndria ou o peroxissomo
● As cadeias polipeptídicas
transportadas enovelam-se e
são montadas no lúmen do
RE rugoso
muitas proteínas presentes no lúmen
do RE atuam cataliticamente
auxiliando as novas proteínas a se
enovelarem e se organizarem
corretamente
proteínas residentes no RE →
possuem um sinal de retenção no RE
composto por 4 aminoácidos →
responsável pela retenção das
proteínas no RE
- proteína dissulfeto isomerase
(PDI) → catalisar a oxidação de
grupos sulfidrila (SH) livres na
cisteína para formar pontes
dissulfeto (S-S)
→ as ligações dissulfeto são
raramente formadas em domínios
expostos no citosol, porque é um
ambiente redutor
- oxidação de pares de cadeias
laterais de cisteína
- ambiente do RE é mais
oxidativo
- proteína chaperona BiP → atua
para puxar proteínas de modo
pós-traducional para o RE por
meio do translocador do RE
Sec61
- ela reconhece as proteínas
enoveladas incorretamente/
subunidades proteinas que
ainda não se agregaram aos
seus complexos oligoméricos
finais
- a BiP impede a agregação da
proteína e auxilia na
manutenção da proteína no RE
- ela hidrolisa ATP para alternar
entre estados de alta e baixa
afinidade com o substrato →
liberação e ligação em um ciclo
dinâmico
● A maioria das proteínas
sintetizadas no RE rugoso é
glicosilada pela adição de um
oligossacarídeo comum
ligado ao N
→ adição covalente de
oligossacarídeos - uma das principais
funções biossintéticas do RE
- cerca de metade das proteínas
solúveis e ligadas à membrana
que são processadas no RE
são glicoproteínas
- proteínas no citosol e no
núcleo, algumas, também são
glicosiladas, mas não com
oligossacarídeos → recebem
um único grupo
N-acetilglicosamina adicionado
à treonina ou serina
→ oligossacarídeo precursor
pré-formado (N-acetilglicosamina,
manose e glicose → 14 açúcares) é
transferido em bloco para proteínas
- ele vai ser adicionado ao NH2
da cadeia lateral da asparagina
- a transferência é catalisada por
uma enzima ligada à membrana
→ oligossacarídeo transferase -
que possui o seu sítio ativo
voltado para o lúmen do RE →
e é por isso que as proteínas
citosólicas não são glicosiladas
dessa forma
- dolicol → molécula lipídica que
abriga o oligossacarídeo
precursor na membrana do RE
→ o oligossacarídeo precursor é
transferido para a asparagina-alvo
em um único passo enzimático →
logo quando o aminoácido alcança
o lúmen, após a translocação da
proteína
- o oligossacarídeo e o dolicol
ligam-se por meio de uma
ligação pirofosfato de alta
energia → providencia a
energia de ativação para
conduzir a reação de
glicosilação
- uma cópia do oligossacarídeo
transferase é associada a cada
proteína translocadora
Como ocorre a construção desse
oligossacarídeo?
- construído açúcar por açúcar no
lipídio dolicol associado à
membrana e então transferido
para a proteína
- eles são primeiro ativados no
citosol → a partir da formação
de um intermediário
açúcar-nucleotídeo (UDP ou
GDP) → doa o açúcar ao lipídio
em uma sequência ordenada →
então, o oligossacarídeo ligado
ao lipídio é movido para o
lúmen da membrana do RE
Com menos frequência, os
oligossacarídeos são ligados à
hidroxila da serina, treonina ou
hidroxilisina → oligossacarídeos
O-ligados → um primeiro açúcar é
adicionado no RE e depois estendido
no A.Golgi
● Os oligossacarídeos são
utilizados como rótulos para
marcar o estado de
enovelamento da proteína
- ciclo contínuo até a proteína se
enovelar corretamente
- sabemos que a proteína entra
desnivelada e precisa ser
enovelada
- as proteínas chaperonas
entram em ação para ajudar
esse enovelamento
- Quais proteínas chaperonas?
calnexina e a calreticulina →
necessitam de Ca2+ (beleza, se
elas necessitam de Ca2+
significa que no lúmen do RE
teremos uma quantidade
superior deste íon ao se
comparar com o meio
citosólico)
- isso tem total relação com a
glicosilação, porque é a adição
de oligossacarídeos que vai
sinalizar se aquela proteína
está enovelada corretamente
→ essas chaperonas reconhecem os
oligossacarídeos do N terminal das
proteínas/ contêm apenas uma glicose
terminal/ beleza, mas é preciso saber
que inicialmente haverá 3 glicoses,
mas aí, haverá o corte de glicose por
glicosidases, que clivam as duas
primeiras glicoses
- aí fica só uma glicose, e então a
chaperona reconhece e se liga
a essa proteína
- ela ajuda no enovelamento
- a terceira glicose é retirada da
proteína pela glicosidase, e aí a
chaperona libera a proteína
- se a proteína estiver totalmente
enovelada, ela sai do RE
- se não, a glicosiltransferase
transfere uma nova glicose da
UDP-glicose para o
oligossacarídeo ligado ao N →
renova a afinidade dessa
proteína com a chaperona
- retirada de glicose pela
glicosidase e adição pela
glicosil transferase
● As proteínas enoveladas
inadequadamente são
exportadas do RE e
degradadas no citosol
Muitas proteínas não conseguem ser
enoveladas
- são exportadas do RE para o
citosol
- são degradadas em
proteassomos
- o mecanismo de retranslocação
é semelhante a outros modelos
de translocação
- a proteína enovelada
incorretamente é identificada,
por meio dos seus
oligossacarídeos, e então
chaperonas e PDI se agregam
a ela e a tornam uma cadeia
polipeptídica linear → ela é
marcada com um rótulo de
ubiquitina/ puxada por uma
ATPase e é levada para um
proteassomo, onde é
degradada → os seus
aminoácidos podem ser
reaproveitados
→ um translocador é necessário
→ proteínas mal enoveladas ou
subunidades proteicasnão montadas
devem ser degradadas → mas, as
proteínas que foram
recém-sintetizadas não devem ser
degradadas
→ Como o RE identifica quem deve
ser degradado??
- Bom, os oligossacarídeos
ajudam!
- o recorte de uma manose lenta,
pela enzima manosidase, é
reconhecido
- já as proteínas que não devem
ser degradadas conseguem sair
do RE mais rápido do que a
manosidase pode remover sua
manose-alvo
- lectinas, chaperonas e PDI
reconhecem a proteína → se
associam a ela, ajuda a ela se
tornar uma cadeia polipeptídica
linear → quebra das ligações
dissulfeto/ chaperonas
impedem a agregação
irreversível
e para sair??
- bom, haverá a enzima E3
ubiquitina-ligase que anexa
etiquetas de poliubiquitina
- ATPase puxa a proteína através
do translocador para o citosol
- N-glicanase tira os
oligossacarídeos em bloco
- Guiado pela etiqueta de
ubiquitina ele chega até o
proteassomo e é degradado
→ o aumento das proteínas mal
enoveladas no RE provoca resposta à
proteína desenovelada → mas
transcrição de genes que codificam
proteínas que vão ajudar no
enovelamento → chaperonas,
retranslocadoras
- incita a célula a produzir mais
RE/ caso a saturação seja
progressiva a célula entra em
apoptose
● Algumas proteínas de
membrana adquirem uma
âncora de
glicosilfosfatidilinositol (GPI)
ligada covalentemente
grupo prenila - adição de grupos
hidrófobos
- os lipídios anexados ajudam a
ancorar e direcionar as
proteínas à membranas
celulares
- no RE há enzimas que
catalisam a ligação covalente
de uma âncora de GPI à região
C-terminal → proteínas que vão
para a MP
- isso é formado no lúmen do
RE/ o segmento
transmembrana dessa
proteína é clivado
- vão para o exterior da MP/
fixadas pelas suas âncoras de
GPI/ podem ser liberadas como
proteínas solúveis em resposta
a sinais que ativam uma
fosfolipase específica da MP
→ esse mecanismo pode ser utilizado
para direcionar essas proteínas para
as balsas lipídicas → segregação
dessas proteínas
PEROXISSOMOS
- eles só possuem uma
membrana
- não possuem DNA ou
ribossomos
- todas as suas proteínas são
codificadas no núcleo
- eles importam proteínas
seletivamente do citosol/
vesículas do RE
- quase todas as células
eucariontes possuem
peroxissomos
- possuem enzimas oxidativas de
catalase e urato oxidase
- eles oxidam moléculas tóxicas
- os peroxissomos são um dos
principais sítios de utilização de
oxigênio
- usam a reatividade química do
O2 para fazer reações
oxidativas úteis
- mitocôndria - formam ATP por
meio da fosforilação oxidativa
→ o peroxissomo possui enzimas que
empregam o O2 para remover o H2 de
algumas moléculas orgânicas
específicas → e aí fica o substrato ( R
) isolado e o peróxido de hidrogênio
a catalase vai usar esse peróxido de
hidrogênio para oxidar outros
substratos
- reação peroxidativa
nessa reação conseguimos perceber
que o peróxido de hidrogênio vai ser
associado à moléculas que queremos
oxidar → formar a molécula oxidada e
dois átomos de água
mas quando tem excesso de peróxido
de hidrogênio, a catalase o converte
em água
reações oxidativas do peroxissomo →
quebra de moléculas de ácido graxo
pela B-oxidação → formação de
acetil-Coenzima-A → usado para
ativar os ácidos graxos na síntese de
lipídios lá no REL
- Qual a relação entre
peroxissomo e doenças
neurológicas?
os peroxissomos catalisam as
primeiras reações da formação de
plasmalogênios, que são a classe
mais abundante de fosfolipídios de
mielina → uma disfunção nessa
reação provoca anomalias na
mielinização dos axônios dos
neurônios
- oxidação do álcool/ metanol
A sequência curta de Ser-Lys-Leu
forma a sequência-sinal das proteínas
que são direcionadas para os
peroxissomos no C-terminal ou no
N-terminal
Reconhecimento: receptores solúveis
de proteínas no citosol reconhecem
essa sequência
peroxinas → participa do processo de
importação (6 delas formam uma
proteína translocadora)
transporte movido a ATP
- não precisa desdobrar as
proteínas - poro dinâmico que
se adapta ao tamanho das
cargas
A Paroxetina Pex5 reconhece o sinal
→ leva a proteína até o lúmen → sofre
ubiquitinação → volta para o citosol e
a ubiquitina é removida (essa
ubiquitinação é mais para encaminhar
a Pex5 para fora)
liberação da proteína da Pex5 é
induzida pela ATPase
MITOCÔNDRIA
- envolvidos por duas
membranas
- síntese de ATP por meio da
fosforilação oxidativa e
transporte elétrons
- possuem o seu próprio DNA e
sintetizam as suas proteínas/
porém a maior parte de suas
proteínas é codificada no
núcleo e produzida no citosol
subcompartimentos na mitocôndria:
- espaço da matriz interna
- espaço intermembrana
membrana interna forma invaginações
→ as cristas
- domínio de membrana interna
que envolve o espaço da crista
- domínio da membrana interna
que encosta na membrana
externa
membrana externa → está em contato
com o citosol
Translocação de proteínas→ as
proteínas precisam atravessar várias
membranas e se direcionarem para os
subcompartimentos adequados
- mecanismo pós-traducional
- proteínas precursoras
mitocondriais
→ as sequências-sinal das proteínas
que serão destinadas para a matriz
tem a sua sequência-sinal no
N-terminal e é clivada por peptidase
→ as sequências-sinal das proteínas
que serão destinadas para a
membrana interna, membrana externa
e espaço intermembrana→ são
mantidas
Como ocorre esse transporte?
- translocadores de proteínas
- Complexo TOM transfere as
proteínas através da
membrana externa
- 2 Complexos TIM (TIM 23 E
TIM 22) que transferem as
proteínas através da
membrana interna
A maioria das proteínas que entram na
mitocôndria não passam pela matriz,
pois na translocação mais comum
apenas a sequência sinal passa, logo
após há uma sequência de parada
(hidrofóbica) de transferência que
bloqueia a passagem da proteína para
a matriz, limitando-a a membrana
interna.
• Passagem mais comum de uma
proteína pelos complexos
mitocondriais: O complexo TOM
transporta o sinal de localização
mitocondrial através da membrana
externa para o espaço intermediário.
Quando o sinal está no Espaço
InterMembrana (EIM), ele se liga ao
complexo TIM, abrindo o canal no
complexo.
A cadeia polipeptídica (desnovelada) é
então translocada para o espaço da
matriz ou inserida na membrana
interna.
• Energia para a translocação de
proteínas: a importação de proteínas
para a matriz mitocondrial é feita pela
hidrólise do ATP, em um sítio fora da
mitocôndria e outro na matriz. Ou
ainda pela DDP na MI (criada pelo
gradiente eletroquímico de H+).
Além disso, existem as proteínas
hsp70 mitocondriais, que fazem parte
do complexo ATPase mitocondrial, que
agem como um motor para puxar
proteínas precursoras mitocondriais
para o espaço da matriz, que gasta
ATP.
O complexo TOM não é capaz de
inserir essas proteínas na membrana
externa (mas pode inserir outras),
então elas são mandadas primeiro
para o espaço intermembrana
desenoveladas.
Essas proteínas, então, são ligadas a
chaperonas que as mantém
desenoveladas. Posteriormente, as
chaperonas e a proteína se ligam ao
complexo SAM que insere e enovela a
proteína na membrana externa.
• Mecanismo de inserção de proteína
na membrana interna:
*Apenas a sequência sinal da proteína
passa para matriz, e o restante
permanece estacionado na membrana
interna devido a uma sequência de
parada de transferência.
A sequência sinal então sinaliza que a
proteína deve permanecer na
membrana interna, então a proteína é
desligada de TIM23 e ancorada.
*Outra via insere completamente a
proteína na matriz mitocondrial. Em
seguida, a sequência sinal é clivada e
expõe a região hidrofóbica que
identifica que a proteína deve se
ancorada a membrana. Então o
complexo OXA irá inserir a proteína na
membrana interna.
* As proteínas sintetizadas dentro da
matriz mitocondrial também são
inseridas na membrana interna através
do complexo OXA.
*Há proteínas que devem se
solubilizar no espaço intermembrana.
No entanto, elas podem permanecer
ligadas a membrana interna e quando
necessário serem liberadas. Essa
liberação é feita por peptidases que
retiram a sequência hidrofóbica da
proteína quemantém ela ligada a
membrana interna.
TRANSPORTE VESICULAR
→ do RE para o Golgi → do Golgi para
as organelas
- transporte vesicular →
brotamento e fusão contínua de
vesículas
- modificação das proteínas e
lipídeos → adição de cadeias
laterais de carboidratos
- distribuição dessas proteínas e
lipídios para as organelas
→ o transporte de vesículas é
essencial para a célula comer, beber e
secretar
- transporte tanto para organelas
do sistema endomembranas,
quanto para a MP
As vesículas transportadoras
carregam proteínas solúveis
e membranas entre
compartimentos
- transporte altamente
organizado
- via secretória - síntese
de proteína no RE,
entrada no RE → A.Golgi
→ superfície celular
- A.Golgi - rota paralela
dos lisossomos aos
endossomos
- via endocítica - rota da
MP, por meio dos
endossomos, até os
lisossomos
as vesículas levam as proteínas
apropriadas, para os locais
apropriados e se fundem com as
organelas-alvo apropriadas → cada
organela precisa manter a sua
identidade distinta = composição
protéica e lipídica distinta
→ o reconhecimento depende das
proteínas que estão inseridas na
superfície das vesículas
● O brotamento de vesículas é
promovido pela formação de
uma camada de revestimento
protéico
Vesículas revestidas → capa protetora
que reveste a vesícula → brotamento
→ perda do revestimento → contato
direto com a organela-alvo
- funções desse revestimento:
ajuda a moldar a membrana em
um broto e captura moléculas
para prosseguir o transporte
→ clatrina
- vesículas revestidas por clatrina
- na via endocítica brotam da MP
- na via secretória brotam do AG
- invaginação revestida por
clatrina
Proteína de ligação a GTP →
dinamina associa-se como um anel em
torno do pescoço de cada invaginação
na membrana + contração do anel →
destaque da vesícula da membrana
vesículas carregam suas cargas
particulares de moléculas entre o RE,
AG e a MP
- adaptinas vão auxiliar no
reconhecimento das moléculas
específicas que as vesículas
precisarão transportar
- moléculas de carga tem sinais
de transporte → receptores de
carga (as adaptinas
reconhecem a ligação entre as
moléculas e seus receptores →
seleção → incorporam essas
moléculas a vesícula
recém-formada revestida por
clatrina)
Há diversos tipos de adaptina de
acordo com as proteínas que
precisa-se transportar
→ vesículas revestidas por COP (coat
protein) → transporte entre o RE e O
GOLGI e entre partes do GOLGI
- basicamente, a dinamina é uma
GTPase, ela vai hidrolisar o
GTP e aí, como um anel, ela vai
provocar a contração do anel e
a vesícula será destacada. Mas
como que forma o interior do
lúmen com as moléculas
específicas para o transporte?
Bom, as adaptinas vão ajudar
nessa associação → elas vão
reconhecer a ligação entre as
moléculas carga e os seus
receptores (estes reconhecem a
sequência-sinal) e aí, as
adaptinas se ligam a esse
conjunto, as quais também
ligam a clatrina à face citosólica
→ forma então o lúmen com as
moléculas especializadas e
revestido por clatrina → ao fim
do processo de brotamento
esse revestimento é removido e
a vesícula nua interage
diretamente com as células alvo
● A fusão de vesículas depende
de proteínas de conexão e
SNAREs
→ em alguns casos a vesícula é
ativamente transportada por proteínas
motoras que se movem ao longo das
fibras do citoesqueleto
Vimos que as vesículas vão possuir
revestimento e depois essa capa será
removida para que ela tenha um
contato direto com a organela-alvo.
Mas quais são as proteínas que vão
auxiliar nesse processo de
reconhecimento, para que as
vesículas sejam direcionadas para o
local correto?
- Proteínas Rab
- Proteínas de conexão
- SNAREs
- vesículas alcançam a organela
alvo → reconhecimento →
fusão → liberação da carga
Mas e como ocorre esse
reconhecimento?
- proteínas Rab (marcadores da
vesícula) são reconhecidas
pelas proteínas de conexão da
membrana das organelas-alvo
(receptores complementares)
- proteínas Rab são proteínas
monoméricas da família
GTPase
- as proteínas Rab são
específicas de cada tipo de
membrana → isso assegura
que ela só se funda com a
organela correta
Ocorreu o reconhecimento entre a Rab
e a proteína de conexão
- entra em ação as SNAREs →
SNAREs (v-SNARES)
presentes na vesícula
interagem com as SNAREs
(t-SNAREs) presentes na
membrana-alvo
- SNAREs ajudam a ancorar a
vesícula firmemente em seu
local/ além de catalisar a fusão
da membrana, para que a
proteína carga seja liberada
→ fusão da vesícula = libera a
proteína carga e a membrana da
vesícula se funde com a membrana da
organela
Mas e como elas se fusionam?
- as bicamadas devem se
aproximar muito, ficando a
cerca de 1,5 nm de distância
- não deve haver moléculas de
água entre essas membranas
- a retirada de moléculas de água
desse espaço é
energeticamente desfavorável
→ por isso que a fusão de
membranas não ocorre de
forma aleatória → necessita de
uma enzima que catalisa esse
processo
- nas vesículas e organelas-alvo
→ SNAREs → v e t SNAREs
interagem para aproximar as
membranas → expulsa as
moléculas de água → fusão →
após a fusão as SNAREs são
liberadas para que possam ser
reutilizadas
Rab e efetoras de Rab
SNARE e reguladores SNARE
- proteínas Rab guiam o tráfego
de vesículas
- efetoras de Rab são as
proteínas de conexão
- as Rab são ativadas pela
hidrólise de GTP
- proteínas Rab se ligam à
membrana por âncoras lipídicas
- Rab-GEF coordenam a ativação
APARELHO DE GOLGI
- principal local de síntese de
carboidratos
- coleção de compartimentos
achatados definidos por
membranas = cisternas →
formam o golgi
- ele possui de 4 a 6 cisternas
- há conexões tubulares que
conectam essas cisternas
formando um único complexo
- está localizado próximo ao
núcleo e junto ao centrossomo
- estação de classificação e de
destinação de produtos do RE
- se posiciona como rota de
saída do RE
- adiciona cadeias laterais de
oligossacarídeos a muitas
proteínas e lipídios que o RE
envia para ele
- os oligossacarídeos funcionam
como rótulos para direcionar
proteínas a vesículas
específicas → transporte para
os lisossomos ou reconhecidos
em outras vias e direcionados
para vesículas que irão se
fundir com outras organelas
- proteínas que saem do RE para
o GOLGI são enviadas por meio
de vesículas revestidas por
COPII → essas vesículas
bortam dos sítios de saída do
RE → sem ribossomos
interligados
As proteínas que irão sair do RE
possuem sinais de saídas que são
reconhecidas por receptores de carga,
também com sinais de saída. Nesse
processo, algumas proteínas
residentes do RE podem ser, sem
querer, incorporadas às vesículas, no
entanto elas possuem sinais de
recuperação que atuam na via
retrógrada.
- anterógrado e retrógrado
- O endereçamento de proteínas
e lipídios, a partir de Golgi,
utiliza dos oligossacarídeos
adicionados nessa organela.
- Há um controle das proteínas
que deixam o RE, por meio da
ação das chaperona → só sai
do RE se estiver
completamente enovelada e
montada
- A fibrose cística é causada por
uma mutação predominante,
que resulta em uma forma
levemente mal enovelada de
um transportador de Cl- da
membrana plasmática. Se
chegasse à membrana, o
transportador funcionaria
normalmente. Porém ele é
retido no RE e descartado nos
proteassomos, não alcançando
a membrana e causando a
doença.
● Agrupamentos tubulares de
vesículas são mediadores do
transporte do RE para o
Aparelho de Golgi
Fusão homotípica: fusão de
membranas do mesmo compartimento
Fusão heterotípica: fusão de
membranas de compartimentos
diferentes
→ na fusão homotípica, interação
simétrica entre as SNAREs → elas
vão possuir tanto v, quanto t SNAREs
- esses agrupamentos tubulares
de vesículas são basicamente
fusões homotípicas → vesículas
oriundas do RE que estão indo
para a rede cis do golgi se
fundem → elas são
encaminhadas por proteínas
motoras que vão se
direcionando pelos microtúbulos
do citoesqueleto
- compartimentos separados do
RE
- são formados continuamente
→ COPII são formadas durante o
fusionamento das vesículas e formam
o agrupamento de vesículas tubulares
→ vem a COPI ecompõe o
revestimento das vesículas e forma o
transporte de recuperação, sendo via
de recuperação para proteínas que
escaparam ou para SNAREs ou
proteínas que funcionam como
receptores de proteínas carga →
então fazem fluxo inverso e mandam
essas vesículas de volta para o RE →
esse processo continua até que o
agrupamento se fusione com o Golgi
● Vias de recuperação
sinais de recuperação
- as proteínas de membrana tem
uma sequência que as ligam ao
revestimento de COPI e assim
são mandadas em vesículas
para a entrega retrógrada ao
RE
→ Proteínas de membrana que são
residentes do RE terão um sinal de
recuperação no C-terminal que se
ligará diretamente ao revestimento
COPI para o tráfego retrógrado
- duas lisinas seguidas por
quaisquer outros aminoácidos
→ sequência KKXX →
sequência KADEL
→ Proteínas solúveis residentes do
RE
- BiP → elas possuem um sinal
de recuperação =
Lys-Asp-Glu-Leu → sequência
de KDEL
→ elas se ligam, por meio dessa
sequência, aos receptores de KDEL
- esses receptores são
transmembranas multipassos →
ele alterna entre o RE e o AG
→ no RE ele precisa ter baixa
afinidade as proteínas solúveis,
para poder descarregá-las / no
AG ela precisa ter uma alta
afinidade pela proteína para
poder agrupá-la e empacota-la
→ essa mudança é realizada
pelo baixo pH nos
compartimentos do GOLGI,
resultado das bombas de H+
→ v e t SNAREs e alguns receptores
de cargas também entram na via de
recuperação
- Um sistema de controle de
chaperonas impede que
proteínas mal enoveladas ou
montadas incorretamente
cheguem ao CG.
- Agrupamento tubulares de
vesículas: é quando várias
vesículas originadas no RE
para o CG se fundem. Eles não
contêm muitas das proteínas do
RE, mas são capazes de formar
suas próprias vesículas. Nesse
caso elas são revestidas por
COPI. Essas vesículas
revestidas por COPI atuam na
via de recuperação, trazendo de
volta proteínas residentes no
RE que tenham escapado,
assim como proteínas como
receptores de carga e SNAREs
que participaram no brotamento
do RE e nas reações de fusão
de vesículas.
- Centrossomo: local próximo ao
núcleo de onde partem os
microtúbulos.
- Acredita-se que, além do
citoesqueleto, proteínas
golginas mantenham a
arquitetura do CG.
→ REDE CIS E TRANS
- Aparelho de golgi: um complexo
de pilhas amplamente
compartimentalizado em região
cis, média e trans.
Cada pilha de golgi possui uma face
cis (de entrada) e uma face trans (de
saída). As faces cis estão voltadas a
rede cis do Golgi (CGN – uma coleção
de agrupamentos tubulares e
vesículas provenientes do RE) e as
faces trans estão voltadas a rede trans
do Golgi (TGN- onde saem as
vesículas com destino à membrana ou
a outros compartimentos). A maioria
das proteínas do CG não estão
solúveis, mas sim associadas à sua
membrana.
- O AG produz oligossacarídeos
- proteína chega no CGN →
passa pelas cisternas médias
→ e nas cisternas trans a
glicosilação é completada
- na tgn as proteínas são
segregadas em diferentes
pacotes de transportes e
expedidas para os seus
destinos finais
- cada cisterna terá um complexo
diferente de enzimas que
catalisam as fases da
glicosilação → processo
ordenado e organizado
Quando essas proteínas chegam no
golgi elas passam por uma seleção
inicial que separa essa proteína →
destinada ao lisossomo ou a via
secretora. A partir do golgi as
proteínas podem ir para o lisossomo,
membrana plasmática ou ser
secretada da célula.
A fosforilação de oligossacarídeos
em proteínas lisossômicas: se a
proteína é uma hidrolase ácida então
um tipo particular de fosforilação é
colocada nessas proteínas do
lisossomo.
Remoção de Man: na cisterna cis e
na cisterna média, ocorre a remoção
de manose.
Adição de GlcNAc
(acetilglicosamina): na cisterna
média
Adição de NANA: Na cisterna Trans
Adição de Gal: Na cisterna Trans,
adição de galactose.
Sulfatação de tirosinas e
carboidratos: Na rede trans de golgi.
As proteínas não recebem os mesmos
conjuntos de modificações. O aparelho
de golgi é capaz de reconhecer
através da face trans esses tipos
diferentes de sacarídeos que são
modificados ao longo dessa organela
e então, endereçá-las de forma
correta. Na rede trans ocorre uma
separação das proteínas para que elas
possam ser enviadas para seus
destinos corretos.
● Maturação do aparelho de
golgi
a) modelo de maturação de
cisternas: uma face foi dando origem
a outra. De acordo com o modelo da
maturação de cisternas, cada cisterna
de Golgi amadurece à medida que
migra através de uma pilha. Dessa
forma, uma cisterna cis se
amadureceria em uma cisterna média
e então em uma cisterna trans à
medida que se move para fora.
b) modelo de transporte vesicular:
as cisternas de Golgi são
compartimentos estáticos que contêm
um suplemento característico de
enzimas residentes. A passagem de
moléculas de cis para trans através do
Golgi é obtida pelo movimento
progressivo de vesículas de
transporte, que brotam de uma
cisterna e se fundem com a próxima,
em uma direção cis-para-trans.
● Cadeias de oligossacarídeos
são processadas no aparelho
de Golgi
- as proteínas residentes no golgi
são transmembrana
- reações enzimáticas ocorrem
inteiramente na superfície de
membrana
- oligossacarídeos complexos
e oligossacarídeos ricos em
manose
→ oligossacarídeos complexos -
são gerados quando os
oligossacarídeos adicionados no RE
são aparados e açúcares
complementares são adicionados →
se o oligossacarídeo for acessível as
proteínas processadoras no golgi, ele
provavelmente será complexo (eles
possuem cargas negativas)
→ oligossacarídeos ricos em
manose - são gerados quando há a
aparação, mas não recebem novos
açúcares no golgi → se os seus
açucares estiverem firmemente presos
à superfície proteica, é provável que
permaneça na forma rica em manose
Importância da glicosilação: a
glicosilação ligada ao N promove o
enovelamento de
proteínas; a presença de
carboidratos nas proteínas é capaz
de evitar que outras moléculas se
agreguem a proteínas; os
oligossacarídeos na superfície
celular possuem a função de
revestimento, reconhecimento e
proteção. Participam, também, de
vias de sinalização.
- o reconhecimento das cadeias
de açúcar pelas lectinas no
espaço extracelular é
importante para o
reconhecimento célula-célula →
lectinas
● Como ocorre a movimentação
de proteínas e lipídios no
CG?
As proteínas e os lipídeos movem-se
através da pilha de Golgi em uma
direção cis-para-trans.
Esse movimento pode ocorrer por
transporte vesicular, pela maturação
progressiva das cisternas cis à medida
que migram de modo contínuo através
das pilhas ou, mais provavelmente,
por uma combinação dos dois
mecanismos.
● Muitas proteínas são
seletivamente retidas nos
compartimentos onde atuam
- Mecanismos para além dos
receptores de KDEL
- Os receptores de KDEL seriam
uma alternativa utilizada para
quando as proteínas escapam
do RE
- um mecanismo sugerido é que
as proteínas ligam-se uma às
outras → como existem muitas
proteínas no RE pequenas
interações já seriam suficientes
para que a maioria delas
ficassem presas no
compartimento → essa união
seria grande demais para
conseguir ser transportada
efetivamente por meio de
vesículas
TRÁFEGO VESICULAR
Vias secretoras e endocíticas
seta vermelha: via secretora
seta azul: vias de recuperação
seta verde: via endocítica
As proteínas que são destinadas ao
setor endossomo-lisossomo são as
hidrolases ácidas, que são enzimas
que são ativadas em pH ácido.
AS PROTEÍNAS SECRETÓRIAS
SÃO LIBERADAS DA CÉLULA POR
EXOCITOSE
- corrente contínua formada a
partir da rede trans do golgi --
exocitose → perto da
membrana plasmática
- fundem com a membrana
plasmática
via constitutiva de exocitose (padrão) -
fornece a MP lipídios e proteínas
recém-sintetizados / É chamada de
padrão porque as vesículas
tendenciosamente seguem para fora
da MP/ secreção/ não requer uma
determinada sequência de sinais para
que entre nessa via
via regulada de exocitose - atua
apenas em células que são
especializadas em secreção/ em
glândulas por exemplo/ produto
armazenado em vesículas secretórias
para posterior liberação/ brotamda
rede trans-golgi/ sinal estimula →
funde e libera o conteúdo
LISOSSOMOS
- Os estômagos da célula
- pequenas organelas
- possuem cerca de 40 enzimas
hidrolíticas
- preenchidas por hidrolases para
digerir macromoléculas
- digestão intracelular de
carboidratos, proteinas, acidos
nucléicos, polissacarídeos e
lipídeos
- digerem organelas antigas
- suas enzimas funcionam em pH
ótimo de 5 (o ph do citosol é
7,2) → a dependência de um
pH ácido dessas enzimas
protege o citosol contra
danos mesmo que algum
vazamento ocorra → possui
uma dupla membrana que
protege a parte ácida da parte
básica do citosol
- Como as hidrolases precisam
de um pH baixo para
funcionar, em pH do citosol
(neutro) não serão
prejudiciais pois sua
atividade estará inativada.
- coleção única de enzimas +
membrana única circundante
→ membrana possui transportadores
que permitem que os produtos finais
da digestão sejam excretados ou
utilizados pela célula
→ bomba H+ do tipo V ativada por
ATP → mantém o pH ácido
- para proteger as proteínas que
fazem parte do lisossomo, elas
possuem uma alta taxa de
glicosilação → proteínas com
esses açúcares revestem o
lúmen e evitam que sejam
digeristas pelas proteases
lisossômicas
- a medida que essas proteinas
vao passanndo pelo lumen da
rede cis do golgi (enzimas
especializadas e as proteínas
da membrana) são marcadas
pela manose-6-fosfato
adicionado ao N → quando
chegam na rede trans do golgi
elas são reconhecidas pelos
receptores de manose-6-fosfato
- essa marcação vai fazer com
que elas sejam empacotadas e
vesiculadas para os
endossomos, que
posteriormente a destinam para
os lisossomos
→ Na rede trans do CG há proteínas
transmembrana chamadas de
receptores de M6P. Elas reconhecem
os marcadores M6P e se ligam as
hidrolases lisossômicas. Em seguida,
proteínas adaptadoras começam a
montar o revestimento de clatrina na
face citosólica, para formar uma
vesícula. Essas vesículas são
liberadas, então, no lúmen de
endossomos primários em pH 6. O pH
baixo dos endossomos primários
promove a dissociação dos receptores
M6P das partículas M6P. Depois de
liberarem seu conteúdo, os receptores
de M6P são empacotados em
vesículas do próprio lisossomo,
revestida por um complexo retrômero
que irá devolvê-los para a região TGN
do CG.
- o fosfato é removido para
garantir que as hidrolases não
retornem à TGN com o receptor
Uma coisa importante, como é que
sabemos em quais proteínas adicionar
a manose-6-fosfato, se as proteínas
deixam o RE com cadeias de
oligossacarídeos ligados ao N
idênticas?
- bom, os grupos de M6P
devem ser adicionados
apenas às proteínas que
serão direcionadas para os
lisossomos
- provavelmente, há um sinal
para a adição das unidades
de M6P em algum lugar da
cadeia polipeptídica de cada
hidrolase
→ há 3 vias para os lisossomos
- fagocitose
- autofagia → autofagossomo
(envolto por uma dupla
membrana) → se funde com o
lisossomo
- endocitose → endossomo
inicial/ endossomo tardio/
lisossomo
Autofagia: a proteína ou organela
indesejada é envolta por uma
membrana dupla chamada de
autofagossomo. As etapas do
processo são: sinalização celular;
nucleação e expansão de uma
membrana que irá formar o
autofagossomo; fechamento da
membrana ao redor da molécula alvo;
fusão do autofagossomo com o
lisossomo catalisado por SNAREs;
digestão da membrana interna do
autofagossomo e dos conteúdos de
seu lúmen. A autofagia pode ser
seletiva (capta pouco citosol) ou não
seletiva (capta grandes quantidades
de citosol).
VIAS ENDOCÍTICAS
- captura de líquidos/
macromoléculas → endocitose
- vesícula endocitica intracelular
→ autofagia → autofagossomo
→ envia para o endossomo -> pode
ser reciclado e enviado para a MP ->
ou enviado para o lisossomo para a
digestão
- pinocitose “o beber celular”
- fagocitose “o comer celular” →
partículas grandes →
fagossomos
Fagossomos
- os fagossomos se fundem aos
lisossomos para que as
partículas capturadas possam
ser digeridas
células fagocíticas
- neutrófilos (glóbulos brancos -
leucócitos do sangue)
- macrófagos (distribuídos nos
tecidos)
→ nos defendem contra a invasão de
microorganismos
→ as partículas devem primeiro se
ligar à superfície da célula fagocitica e
ativar um de varios receptores de
superfície
→ estende pseudópodos
→ forma o fagossomo
→ se funde ao lisossomo
→ microorganismo digerido pelas
hidrolases e então destruído
- importante na limpeza de
células mortas ou defeituosas e
restos celulares → morte limpa
Pinocitose
- quando ocorre a endocitose, as
vesículas englobam líquido
extracelular também
- a pinocitose é realizada
principalmente por vesículas
revestidas por clatrina
- as substâncias e o líquido
extracelular ficam presos na
vesícula e quando ocorre a
fusão eles são liberados
- a mesma quantidade de
membrana é adicionada à
superfície celular por
exocitose e removida por
endocitose → equilíbrio
notável
Endocitose mediada por
receptores
- pinocitose é indiscriminada
- endocitose mediada por
receptores - haverão receptores
que formarão o complexo
receptor-macromolécula com
macromoléculas específicas do
líquido extracelular → eles
entram em vesículas revestidas
por clatrina → especificidade
(eles se acumulam nessas
fossas revestidas por clatrina)
→ muito usado para a captura
do colesterol
→ COLESTEROL
- colesterol circula no sangue na
forma de LDL (a maior parte)
- Quando a célula necessita de
colesterol, ela produz e insere
na membrana proteínas
receptoras de LDL.
Esses receptores se difundem para
fossas revestidas por clatrina. Um
sinal se liga a esse receptor que
promove sua ligação com adaptinas.
As adaptinas recrutam mais proteínas
clatrinas para a formação da vesícula.
Então, as partículas de LDL que
estiverem ligadas ao receptor serão
endocitadas. A vesícula é então
entregue ao endossomo primário. O
baixo pH do endossomo primário
provoca a dissociação de LDL dos
seus receptores. O LDL vai para os
endossomos tardios e depois para os
lisossomos. Nos lisossomos, o LDL é
hidrolisado e transformado em
colesterol livre, forma disponível para
o uso. Quando a célula já está repleta
de colesterol, ela para de produzir
receptores de LDL para a membrana.
- Tal via regulada para a
captação de colesterol está
interrompida em indivíduos que
herdam genes codificadores
das proteínas receptoras de
LDL defeituosos.
- Os altos níveis de colesterol
sanguíneo resultantes
predispõem esses indivíduos a
desenvolver aterosclerose e
hipercolesterolemia
prematuramente.
- Em alguns casos os receptores
de LDL estão completamente
ausentes, em outros casos os
receptores são defeituosos no
sítio de ligação ao LDL ou no
sítio de ligação às adaptinas
das fossas revestidas por
clatrina (ou seja, eles estão
presentes mas não conseguem
localizar as fossas). Embora a
LDL se ligue à superfície
dessas células mutantes, ela
não é internalizada,
demonstrando diretamente a
importância das fossas
revestidas por clatrina na
endocitose de colesterol
mediada por receptores.
O receptor de LDL se dissocia de seu
ligante e é reciclado de volta a
membrana plasmática para seu reuso.
- As vesículas de reciclagem
brotam do endossomo primário.
As vesículas de reciclagem
seguem, então, para a
membrana plasmática.
OBS: alguns outros tipos de
receptores, no entanto, podem ser
degradados nos lisossomos junto com
seus ligantes, através de marcadores
que guiam essa degradação.
AS MACROMOLÉCULAS
ENDOCITADAS SÃO DISTRIBUÍDAS
EM ENDOSSOMOS
- endossomos → principal via
endocítica
- o ambiente ácido → induz
muitos receptores a liberarem
sua carga ligada
- complexo conjunto de tubos de
membrana e de grandes
vesículas conectados
- Endossomos iniciais:
amadurecem gradualmente em
endossomos tardios à medida
que se fundem uns com os
outros ou com endossomos
tardios preexistentes/
capturando as vesículas que
entram.
- endossomos tardios
A célula só pode reciclar proteínas do
endossomo primário, por exemplo,
porque seu pH não é tão baixo. Se
não, essas proteínas seriam
desnaturadas.
- À medida que eles se
concentram em uma região
perinuclear na célula, os corpos
multivesicularesse fundem uns
com os outros e, finalmente,
com os endolisossomos e os
lisossomos.
- corpos multivesiculares=
endossomos em maturação
● endossomos vão maturando
- muda o ph
- fica mais ácido o ph
- endossomos iniciais podem
fazer reciclagem
- endossomos iniciais →
endossomos tardios →
endolisossomos e lisossomos
- os endossomos tardios
precisam receber as enzimas
que são características dos
lisossomos → processo gradual
→ O material endocitado é
transportado para o endossomo inicial.
O endossomo inicial pode sofrer
maturação ou, alternativamente,
formar vesículas de transporte que se
fundem ao endossomo tardio. Esta
organela, que recebe enzimas
hidrolíticas vindas do complexo de
Golgi, fundem-se momentaneamente
ao lisossomo, formando uma organela
híbrida temporária, o endolisossomo.
Após separação, o material endocitado
é finalmente completamente digerido
nos lisossomos.
● O destino as proteínas
receptoras após a endocitose
depende do tipo de receptor
- os receptores se ligam às
proteínas e as levam aos
endossomos
- de lá, elas podem seguir três
vias:
→ degradação nos lisossomos (não
são especificamente recuperados)
→ reciclagem (receptores
recuperados)
→ transcitose (recuperados e vão para
outros domínios de membrana)
- a medida em que o endossomo
tardio vai digerindo a molécula
e vai amadurecendo → enzimas
lisossômicas → vai mudando de
aparência → lisossomo maduro,
arredondado
As enzimas hidrolíticas são ativadas
em condições ácidas
PROTEÍNAS ADAPTADORAS
- Revestimento entre a grade de
clatrina e a membrana
- elas se ligam às receptoras de
carga
- as proteínas adaptadoras
selecionam um conjunto
específico de proteínas
transmembrana
- cada tipo de proteína
adaptadora corresponde a um
conjunto de receptores de carga
● GTPases monoméricas
controlam a montagem do
revestimento
A maioria das vesículas
transportadoras, quando brotam, são
revestidas, mas antes de elas se
fusionarem com a membrana-alvo,
elas perdem seu revestimento para
permitir a interação essa membrana.
No entanto, o revestimento é
importante, pois a camada interna
concentra proteínas específicas (que
carregam as moléculas carga) que dão
origem a membrana da vesícula e a
camada externa dá forma a vesícula.
De acordo com os revestimentos as
vesículas podem ser: revestidas por
clatrina, revestidas por COP1,
revestidas por COP2.
Esse revestimento ajuda a moldar a
membrana, bem como capturar
moléculas para prosseguir o
transporte.
✓ Clatrina: medeia o transporte a
partir da membrana plasmática e
complexo
golgi com os compartimentos
endossomais. As moléculas de clatrina
se associam em uma rede de forma
esférica na superfície citosólica da
membrana. Isso dá o formato de
vesícula.
✓ COP1: brotam do compartimento
golgi para o RE ou dos
compartimentos tubulares para o RE.
Os componentes de revestimento da
camada interna e externa formam um
único complexo chamado de
coatômero.
✓ COP2: brotam do RE para o
complexo de golgi.
Ainda existem as proteínas
adaptadoras que fazem a ligação da
rede de clatrina aos receptores da
membrana da vesícula. Elas são
chamadas de adaptinas (normalmente,
possuem associação com o
fosfatidilinosítol).
• Vesículas revestidas por clatrina:
antes de tudo, receptores de carga da
membrana se ligam a moléculas
carga, que possuem sinais de
transporte, presentes na região não
citosólica (extracelular). Então, de um
lado estão ligados a moléculas de
carga e do outro se ligarão as
adaptinas. As adaptinas irão fazer o
intermédio entre a membrana e as
clatrinas.
As clatrinas vão provocando a
invaginação da membrana até ser
formado um anel. A dinamina provoca
a contração do anel, dependente de
GTP, e a consequente liberação da
vesícula.
Quando a vesícula já está formada,
ela perde o revestimento de adaptinas
e clatrina, e para esse processo é
necessário ATP. É necessário que sua
membrana interna ao revestimento
esteja exposta para o compartimento
alvo.
*Apenas as clatrinas e outras
proteínas de revestimento não são
suficientes para gerar a curvatura da
membrana. Algumas proteínas
chamadas de domínios BAR
contribuem para esse processo.
Algumas proteínas controlam a
montagem dos revestimentos. Elas
são conhecidas como GTPases
recrutadoras de revestimento:
✓ Proteínas ARF: responsáveis pela
montagem dos revestimentos de COPI
e clatrina na membrana do Golgi.
Essas vesículas perdem seu
revestimento assim que se desligam
da membrana.
Quando o revestimento COPI está se
formando uma ARF-GAP é recrutada.
No entanto, quando a vesícula ganha
forma ela é inativada e provoca a
desmontagem do revestimento.
✓ Proteínas Sar1: Responsáveis pela
montagem do revestimento de COPII
na membrana do RE. Essas proteínas
encontram-se inativas no citosol
(forma ligada a GDP). Quando uma
vesícula vai brotar, a GEF libera o
GDP e as liga ao GTP (GTP está
presente em uma concentração maior
no citosol do que o GDP). Quando
ligadas ao GTP, as Sar1 se inserem no
folheto citoplasmática da bicamada
lipídica do RE. Ao se inserirem,
recrutam outras proteínas: SEC 23 e
SEC24 (subunidades de proteínas de
revestimento adaptadoras).
No processo de desmontagem, o GTP
da Sar1 é desfosforilado, isso faz com
que ela se solte da membrana. Ao
mesmo tempo, o revestimento também
é fosforilado, se soltando.
● Quando são necessárias
vesículas para moléculas
grandes demais, proteínas
empacotadoras auxiliam na
montagem dos revestimentos,
dando a eles um formato não
esférico e específico. Muitas
vezes tubular.