Movimento das Proteínas (NPCs, Translocadores e Vesículas)

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Movimento das Proteínas 
A síntese de todas as proteínas 
começa em ribossomos no 
citosol. Seu destino 
subsequente depende da sua 
sequência de aminoácidos, a 
qual pode conter sinais de 
endereçamento que direcionam 
seu envio a locais fora do citosol 
ou a superfícies de organelas. 
Algumas proteínas não 
possuem um sinal de 
endereçamento e permanecem 
no citosol como residentes 
permanentes. 
 Muitas outras, todavia, 
apresentam sinais de endereçamento específicos, que 
direcionam seu transporte do citosol ao núcleo, ao RE, 
às mitocôndrias, aos plastídios ou aos peroxissomos; os 
sinais de endereçamento também podem orientar o 
transporte de proteínas do RE a outros destinos na 
célula. 
✓ Transporte Fechado/Controlado por 
comportas: proteínas e moléculas de RNA se 
movimentam entre o citosol e o núcleo através de 
complexos do poro nuclear no envelope nuclear. Os 
complexos do poro nuclear funcionam como canais 
seletivos que auxiliam o transporte ativo de 
macromoléculas específicas e conjuntos 
macromoleculares entre os dois espaços equivalentes 
topologicamente, embora também permitam a difusão 
livre de pequenas moléculas. 
 
✓ Transporte Transmembrana/ Translocação: 
translocadores de proteínas transmembrana 
transportam diretamente proteínas específicas 
através da membrana do citosol para um espaço que 
é topologicamente diferente. A molécula de proteína 
transportada em geral precisa desdobrar-se para 
passar pelo translocador. O transporte inicial das 
proteínas selecionadas do citosol para o lúmen do RE 
ou para a mitocôndria, por exemplo, ocorre dessa 
forma. 
 
✓ Transporte Vesicular: intermediários de 
transporte envoltos por membrana levam proteínas de 
um compartimento topologicamente equivalente a 
outro. As vesículas e os fragmentos de transporte são 
carregados com uma leva de moléculas derivadas do 
lúmen de um compartimento à medida que se 
desprendem da sua membrana; o conteúdo é 
descarregado em um segundo compartimento por 
fusão com a membrana que o envolve. A transferência 
de proteínas solúveis do RE ao aparelho de Golgi, por 
exemplo, ocorre dessa maneira. Devido ao fato de as 
proteínas transportadas não cruzarem uma 
membrana, o transporte vesicular pode mover 
proteínas somente entre compartimentos 
topologicamente equivalentes. 
 
SEQUÊNCIAS-SINAL E RECEPTORES 
 
• A proteína segue uma via específica, guiada por sinais 
de endereçamento em sua sequência de 
aminoácidos, que funcionam como sequências-sinal, 
ou regiões-sinal. 
• Os sinais de endereçamento são reconhecidos pelos 
receptores de endereçamento complementares que 
entregam a proteína à organela-alvo apropriada, onde 
os receptores descarregam suas cargas. 
• As proteínas com função citosólica não contêm sinais 
de endereçamento e permanecem no citosol depois 
de serem sintetizadas. 
 
TRANSPORTE VIA COMPLEXOS DO PORO 
NUCLEAR (NPCs) 
 
• Citosol Núcleo 
• O envelope nuclear consiste em duas membranas 
penetradas pelos complexos do poro nuclear. 
• O tráfego é bidirecional e seletivo 
• Cada NPC é composto de um conjunto de cerca de 
30 diferentes proteínas, ou nucleoporinas. 
• Pequenas moléculas se difundem passivamente 
através dos NPCs, porém grandes macromoléculas 
são ativamente transportadas. 
• Proteínas maiores → sinal de localização nuclear 
(NLS), sinais de endereçamento responsáveis pela 
seletividade desse processo nuclear. 
• A sequência sinal não é clivada nas proteínas 
nucleares. 
• Proteínas são transportadas enoveladas. 
• Diversas proteínas nucleares são sintetizadas no 
citosol e têm que ser transportadas para o núcleo. 
• Receptores ajudam a direcionar a proteína por 
interação com as nucleoporinas. 
• O transporte macromolecular pelos NPCs é 
fundamentalmente diferente do transporte de 
proteínas pelas membranas das outras organelas, 
pois ocorre por um grande e expansível poro aquoso, 
em vez de usar uma proteína transportadora. 
 
 
• Para iniciar a importação nuclear, a maioria dos 
sinais de localização nuclear deve ser reconhecida 
pelos receptores de importação nuclear, algumas 
vezes chamados de importinas. 
• Os receptores de importação são proteínas 
citosólicas solúveis que se ligam tanto no sinal de 
localização nuclear da proteína-carga quanto nas 
sequências repetidas fenilalanina– glicina (FG), 
NPC. 
• A exportação de grandes moléculas do núcleo se 
baseia nos sinais de exportação nuclear nas 
macromoléculas a serem exportadas, assim como 
nos receptores de exportação nuclear 
complementares, ou exportinas. 
• Os receptores ligam-se tanto ao sinal de exportação 
quanto às proteínas NPC para guiar sua carga 
através do NPC ao citosol. 
• A GTPase Ran fornece tanto energia quanto 
direcionalidade para o transporte através dos NPCs 
• A localização diferencial de Ran-GTP no núcleo e de 
Ran-GDP no citosol propicia direcionalidade (setas 
vermelhas) tanto para a importação nuclear (A) 
quanto para a exportação nuclear (B). 
• A hidrólise de GTP para produzir Ran-GDP é 
mediada por Ran-GAP no lado citosólico do NPC. 
 
 
 
 
 
 
 
TRANSPORTE POR TRANSLOCADORES 
Mitocôndrias 
 
• Citosol Mitocôndria 
• A translocação para dentro da mitocôndria depende 
de sequências-sinal e de translocadores de proteína. 
• Proteínas mitocondriais são primeiro totalmente 
sintetizadas como proteínas precursoras 
mitocondriais no citosol e então translocadas para 
a mitocôndria por um mecanismo pós-traducional. 
• Cada sub-compartimento da mitocôndria contém um 
conjunto distinto de proteínas → o transporte a um 
sítio específico na organela requer outra sequência 
sinal. 
• Proteínas são importadas desenoveladas 
• Complexos proteicos atuam como translocadores de 
proteínas fazendo a mediação do movimento de 
proteínas através das membranas mitocondriais. 
• O complexo SAM, atua na maquinaria, montagem e 
endereçamento; OXA, atividade do citocromo 
oxidase; TOM transfere proteínas através da 
membrana externa, e dois complexos TIM (TIM23 e 
TIM22) transferem proteínas através da membrana 
interna. 
 
Importação de proteína pelas mitocôndrias 
A sequência-sinal N-terminal da proteína precursora 
mitocondrial é reconhecida pelos receptores do 
complexo TOM. A proteína é então translocada através 
do complexo TIM23, atravessando transitoriamente 
ambas as membranas mitocondriais. A sequência-sinal 
é clivada por uma peptidase-sinal no espaço da matriz, 
para formar a proteína madura. A sequência-sinal livre é 
então rapidamente degradada. 
 
 
• O transporte direcional requer energia, que, na 
maioria dos sistemas biológicos, é suprida pela 
hidrólise de ATP. 
• A importação de proteínas para a mitocôndria é 
sustentada pela hidrólise de ATP em dois sítios 
diferentes, um fora da mitocôndria e um no espaço 
da matriz. 
1. A chaperona hsp70 citosólica ligada é liberada da 
proteína precursora em uma etapa que depende da 
hidrólise de ATP. Após a inserção inicial da 
sequência-sinal e das porções adjacentes da cadeia 
polipeptídica no canal de translocação do complexo 
TOM, a sequência-sinal interage com o complexo 
TIM. 
2. A sequência-sinal é então translocada para o espaço 
da matriz em um processo que necessita da energia 
de um potencial de membrana através da membrana 
interna. 
3. A hsp70 mitocondrial, que é parte de um importante 
complexo ATPase, liga-se a regiões da cadeia 
polipeptídica que ficam expostas no espaço da 
matriz, puxando a proteína através do canal de 
translocação, usando a energia da hidrólise do ATP. 
TRANSPORTE POR TRANSLOCADORES 
Peroxissomos 
 
• Os peroxissomos utilizam oxigênio molecular e 
peróxido de hidrogênio para realizar reações 
oxidativas. 
• A principal função das reações oxidativas realizadas 
nos peroxissomos é a quebra de moléculas de 
ácido graxo. O processo denominado b-oxidação 
encurta as cadeias dos ácidosgraxos convertendo-
os emacetil-coA. 
• Além disso, a água oxigenada (H2O2) é utilizada para 
oxidar e eliminar as substâncias tóxicas na célula, 
em uma reação metabolizada pela enzima catalase. 
• Defeito na importação de proteínas para os 
peroxissomos → síndrome de Zellweger 
• Uma sequência específica de três aminoácidos (Ser-
Lys-Leu) localizados na região C-terminal de muitas 
proteínas dos peroxissomos atua como um sinal de 
importação. 
 
 
 
 
 
 
TRANSPORTE POR TRANSLOCADORES 
Retículo Endoplasmático 
 
• O RE tem um papel central na biossíntese de 
lipídeos e proteínas, servindo também como um 
local de armazenamento intracelular de Ca2+ que é 
usado em muitas respostas de sinalização celular. 
• A membrana do RE é o sítio de produção de todas 
as proteínas transmembrana e lipídeos para a 
maioria das organelas celulares, incluindo o próprio 
RE, o aparelho de Golgi, os lisossomos, os 
endossomos, as vesículas secretoras e a membrana 
plasmática. 
• As células de mamíferos começam a importação de 
proteínas para o RE antes da síntese completa da 
cadeia polipeptídica – isto é, a importação é um 
processo cotraducional. 
• No transporte cotraducional, o ribossomo que está 
sintetizando a proteína está diretamente aderido à 
membrana do RE, permitindo que uma ponta da 
proteína seja translocada para o RE enquanto o 
restante da cadeia polipeptídica está sendo 
sintetizado. 
Translocação cotraducional e pós-traducional de 
proteínas. 
(A) Os ribossomos ligam-se à membrana do RE durante 
a translocação cotraducional. 
(B) Ao contrário, os ribossomos citosólicos completam a 
síntese de proteínas e as liberam antes da translocação 
pós-traducional. 
Em ambos os casos, a proteína é direcionada para o RE 
por uma sequência-sinal (vermelho e laranja). 
 
• O RE captura proteínas selecionadas do citosol 
assim que elas são sintetizadas. 
• RE importa dois tipos de proteínas: 
✓ Proteínas transmembrana → embutidas 
na membrana → MP do RE e outras organelas 
✓ Proteínas hidrossolúveis → liberadas 
no lúmen do RE → secreção/RE ou outra organela 
 
TRANSLOCAÇÃO DE PROTEÍNAS SOLÚVEIS 
• Quando a sequência-sinal do RE emerge dos 
ribossomos, ela direciona os ribossomos para um 
translocador na membrana do RE, que forma um 
poro na membrana através do qual o polipeptídeo é 
translocado. 
• A sequência-sinal é retirada durante a tradução por 
uma peptidase-sinal, e a proteína madura é liberada 
para o lúmen do RE imediatamente após ser 
sintetizada. 
• O translocador permanece fechado até que o 
ribossomo tenha se ligado, mantendo a barreira de 
permeabilidade da membrana do RE em todos os 
momentos. 
 
• A sequência-sinal do RE é guiada à membrana do 
RE por, pelo menos, dois componentes: uma 
partícula de reconhecimento de sinal (SRP), que 
circula entre a membrana do RE e o citosol e liga-se 
à sequência-sinal, e um receptor SRP na membrana 
do RE. 
• A SRP e seu receptor agem em conjunto. 
• A SRP liga-se à sequência-sinal do RE exposta e ao 
ribossomo, induzindo, portanto, uma pausa na 
tradução. 
• O receptor SRP na membrana do RE, liga-se ao 
complexo SRP-ribossomo e direciona-o ao 
translocador. Em uma reação pouco conhecida, a 
SRP e seu receptor são então liberados, deixando o 
ribossomo ligado ao translocador na membrana do 
RE. 
• O translocador insere a cadeia polipeptídica na 
membrana e a transfere através da bicamada 
lipídica. 
• Uma vez que uma das proteínas SRP e ambas as 
cadeias do receptor SRP contêm domínios de 
ligação a GTP, supõe-se que as mudanças 
conformacionais que ocorrem durante os ciclos de 
ligação e hidrólise do GTP garantam que a liberação 
de SRP ocorra somente após o ribossomo estar 
adequadamente associado ao translocador na 
membrana do RE. 
• O translocador permanece fechado até que o 
ribossomo tenha se ligado, mantendo a barreira de 
permeabilidade da membrana do RE em todos os 
momentos. 
 
TRANSLOCAÇÃO DE PROTEÍNAS 
TRANSMEMBRANA 
De Passagem ÚNICA 
• Como uma proteína transmembrana de passagem 
única, com a sequência-sinal do RE clivada, é 
integrada na membrana do RE. 
• Translocação parcial das proteínas 
• Proteína de membrana do tipo I 
• Nessa proteína, o processo de translocação 
cotraducional é iniciado pela sequência-sinal N-
terminal do RE (vermelho) que funciona como um 
sinal de início de transferência, abrindo o 
translocador. 
• A proteína também contém uma sequência de 
parada de transferência (laranja); 
• Quando a sequência de parada entra no 
translocador e interage com o sítio de ligação dentro 
do poro, o translocador abre na fenda e descarrega 
a proteína lateralmente na bicamada lipídica, onde a 
sequência de parada de transferência permanece 
para ancorar a proteína na membrana. 
 
De Passagem MÚLTIPLA 
• Pode haver mais de uma sequência e início e de 
parada de transferência 
• Proteína de membrana do tipo IV 
• Nessa proteína, uma sequência-sinal interna do RE 
atua como um sinal de início da transferência e 
inicia a transferência da porção C-terminal da 
proteína. 
• No mesmo ponto, após uma sequência de parada 
da transferência ter penetrado o translocador, este 
libera a sequência lateralmente na membrana. 
 
 
TRANSPORTE POR VESÍCULAS 
 
• As vesículas transportadoras brotam continuamente 
de uma membrana e se fundem com outra, 
carregando componentes de membrana e moléculas 
solúveis do lúmen, que são referidos como carga. 
• Permitem que a célula secrete, alimente-se e 
remodele sua membrana plasmática e organelas. 
• A via secretora direciona-se para fora, a partir do 
retículo endoplasmático (RE) na direção do aparelho 
de Golgi e da superfície celular, com uma via lateral 
levando aos Lisossomos 
• A via endocítica direciona-se para dentro, a partir 
da membrana plasmática. 
 
REVESTIMENTO DAS VESÍCULAS 
• Vesículas transportadoras se formam a partir de 
regiões revestidas especializadas das 
membranas, como vesículas revestidas que 
possuem grades distintas de proteínas cobrindo 
as suas superfícies citosólicas. 
• As vesículas de transporte podem ser esféricas, 
tubulares ou de formatos irregulares. 
• Funções do revestimento: 
✓ Dar forma à vesícula – parte externa 
✓ Auxilia na captura da molécula a ser 
transportada – parte interna 
• 3 tipos de revestimento: 
✓ Clatrina – intermedeiam o transporte a partir 
do aparelho de Golgi e da membrana 
plasmática 
✓ COPI 
✓ COPII 
 
• O revestimento é desfeito antes que a vesícula se 
fusione com a membrana-alvo apropriada. 
 
Uso de diferentes revestimentos para etapas 
diferentes do transporte de vesículas. 
Diferentes proteínas de revestimento selecionam 
diferentes cargas e dão forma às vesículas de transporte 
que medeiam as várias etapas das vias biossintética 
secretora e endocítica. Quando os mesmos 
revestimentos funcionam em diferentes locais da célula, 
eles normalmente incorporam diferentes subunidades 
proteicas que modificam as suas propriedades. Muitas 
células diferenciadas possuem vias adicionais como uma 
via de classificação/distribuição a partir da rede trans de 
Golgi até a superfície apical das células epiteliais, e uma 
via especializada na reciclagem das proteínas das 
vesículas sinápticas nas terminações nervosas de 
neurônios. 
 
• As vesículas perdem o revestimento e se fundem 
umas às outras para formar agrupamentos tubulares 
de vesículas. 
Intermedeiam o transporte a 
partir do RE e das cisternas 
de Golgi 
• Os agrupamentos então se movem para o aparelho 
de Golgi, onde se fusionam uns aos outros para 
formar a rede cis de Golgi. 
• Qualquer proteína residente no RE que escape do 
RE é devolvida para lá pelos agrupamentos 
tubulares de vesículas e do aparelho de Golgi pelo 
transporte retrógrado em vesículas revestidas por 
COPI. 
• O aparelho de Golgi, diferentemente do RE, contém 
muitos nucleotídeos de açúcares, que as enzimasglicosiltransferases utilizam para glicosilar moléculas 
de lipídeo e proteína à medida que passam através 
do aparelho de Golgi. 
• O aparelho de Golgi modifica as várias proteínas e 
lipídeos que recebe do RE e, então, os distribui para 
a membrana plasmática, os lisossomos e as 
vesículas secretoras. 
• O aparelho de Golgi é uma organela polarizada, que 
consiste em uma ou mais pilhas de cisternas em 
forma de disco. Cada pilha é organizada como uma 
série de pelo menos três compartimentos 
funcionalmente distintos, chamados cisternas cis, 
média e trans. As cisternascis e trans são 
conectadas a estações especiais de seleção, 
chamadas de rede cis de Golgi e rede trans de Golgi 
respectivamente. 
• As proteínas e os lipídeos movem-se através da 
pilha de Golgi em uma direção cis-para-trans. Esse 
movimento pode ocorrer por transportevesicular, 
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. 
• Acredita-se que o transporte vesicular retrógrado 
contínuo de cisternas de cima para cisternas mais 
abaixo mantém as enzimas concentradas onde são 
necessárias. 
• As novas proteínas concluídas terminam na rede 
trans de Golgi, que as empacota em vesículas de 
transporte para despachá-las a seus destinos 
específicos na célula.