Aula 14-15-16 - Sistemas de Endomembranas e Transporte Celular

Sistemas de Endomembranas e o

Transporte Celular

Prof. Luiz Henrique Garcia Pereira

Introduo

As clulas eucariticas so compartimentalizadas

Carioteca

Compartimento com funes especficas

Diviso de tarefas

Especificidade e Complexidade

Eficincia

Introduo

As clulas eucariticas possuem uma rede complexa de processos bioqumicos para seu funcionamento e manuteno

Membranas Citosol

Sistema de Endomembranas

rea de membrana Criam compartimentos isolados

Composio qumica especializada

Introduo

Compartimentalizao Sistema de endomembranas

Organelas citoplasmticas

Organelas Celulares

Ncleo

Guarda o genoma sntese de DNA e RNA

Citosol

Metade do volume da clula sntese e degradao de protenas

Retculo Endoplasmtico (RE)

Sntese, modificao (dobramento e glicosilao) e transporte de protenas (RER) e lipdeos (REL)

Organelas Celulares

Complexo de Golgi

Modificao (etapa final da produo de molculas) e transporte de protenas e lipdeos

Lisossomos

Digesto intracelular degradao de macromolculas e partculas englobadas pela clula

Peroxissomos

Vesculas envolvidas em reaes oxidativas

Organelas Celulares

Mitocndrias

Respirao celular produo de energia (ATP)

CloroplastosCloroplastos

Fotossntese produo de energia (NADPH e ATP) e sntese de acares (energia)

Organelas Celulares

Volumes relativos ocupados pelos principais compartimentos intracelulares em uma clula do fgado (hepatcito)

Organelas Celulares

Organelas Celulares

Origem e Evoluo

Mitocndrias e Cloroplastos

Endossimbiose

Organismos procariontes de vida livre

Organelas Celulares

Origem e Evoluo

Ncleo; Retculo Endoplasmtico; Complexo de Golgi. Lisossomos; Peroxissomos

Invaginao e dobramento da membrana plasmtica especializao

Organelas Celulares

Organelas

Especializao

Complexidade

Conjunto de molculas especficas

Nmero e :pos de produtos bioqumicos

1 clula animal 10 bilhes de molculas de 10 mil tipos diferentes

> Das molculas sntese comea no citosol

COMO AS MOLCULAS CHEGAM AO SEU DESTINO?

Sistema de endereamento e transporte celular

ncleo

GolgiRER

Clula

REL

REL

RELREL

Golgi

Golgi

Golgi

Golgi

Golgi

Ncleo

NcleoNcleo

Ncleo

Ncleo

Fora

Fora

Fora

Fora

Fora

RERGolgi

Transporte Intracelular

Mecanismos de transporte Celular

A sntese de todas as protenas comeam nos ribossomos no citosol

Do citosol as protenas devem ser direcionadas aos seus destinos finais


Mecanismos de transporte Celular

3 mecanismos

Transporte mediado entre citosol encleo mediado pelos complexos deporo nuclear (NPC)

Transporte transmembrana ocorre pormeio de protenas translocadorastransmembrana

Transporte vesicular ocorre por meio devesculas formadas por umcompartimento/organela que se funde aoutro compartimento/organela entregandoas molculas transportadas


Sistema de endereamento

As protenas possuem uma pequena sequncia de aminocidos (a.a.) em sua composio (15 a 60) que funcionam como sinais de

endereamento especficos para cada destino.

SEQUNCIAS-SINAL OU REGIO-SINAL

Maioria localiza-se no incio do polipeptdeo

Maioria eliminada por uma enzima peptidase-sinal assim que seu transporte finalizado

Protenas receptoras de endereamento reconhecem as sequncias-sinal e direcionam o polipeptdeo ao seu destino

Protenas que devem ficar no citosol NO possuem sequncias-sinal


Sequncias-Sinal

Transporte Citosol-Ncleo

Trfego intenso e continuo de molculas entre ncleo e o citosol

Ncleo exporta para o citosol RNA

TRANSPORTE MEDIADO

Ncleo exporta para o citosol RNA (mensageiro, transportador)

Ncleo importa do citosol histonas, DNA e RNA-polimerases, preotenas reguladoras de genes e de processamento do RNA


Estrutura nuclear

Membrana nuclear = envelope nuclear = carioteca 2 membranas (interna e externa)

Contnua com o Retculo endoplasmtico

Barreira seletiva entrada e sada de molculas


Transporte mediado pelo Complexo de poro nuclear (NPC)

Formados por ~30 protenas

Atravessam o envelope nuclear Atravessam o envelope nuclear formando grandes poros

Ncleo 4 a 5 mil NPC

Transporte fluxo bidirecional 500 molculas por segundo


Pequenas molculas passam passivamente pelos NPCs (at 5 mil dltons)

Grandes macromolculas s podem passar ativamente

Protenas fibrilares do centro do NPC forma um emaranhado (rede) que Protenas fibrilares do centro do NPC forma um emaranhado (rede) que atuam como regio de seletividade


O transporte de macromolculas

Sinal de localizao nuclear Receptores de importao nuclear

Protenas citoslicas que possuem um domnio de reconhecimento

Pode estar localizado em qualquer parte da protena

No eliminado aps transporte

um domnio de reconhecimento do sinal de localizao nuclear e outro domnio de interao com o poro nuclear

Interagem com as fibrilas do NPC

Gasto de energia GTP Ran-GTP


Ligao dos receptores de importao nuclear regio do sinalde localizao nuclear da protena a ser transporta

Pode requerer protenas adaptadoras ligao receptor-sinal


Fonte de energia para o transporte Ran-GTP

Fonte de energia

Direcionalidade do transporte

Ran-GDP CITOSOL

Ran-GTP NCLEO

Participao de enzimas queconvertem Ran-GDPRan-GTP (Ran-GEF) e Ran-GTPRan-GDP (Ran-GAP)

Ran-GDP tem seu prprioreceptor de importaonuclear


Exportao Nuclear

Sinais de exportao nuclear

Receptores de exportao nuclear

Dependentes de Ran-GTP

Transporte para Mitocndria

TRANSPORTE TRANSMEMBRANA

Mecanismo bsico sequncias-sinal + translocadores de protena

Diferentes sequncias-sinal dependente do destino final da protena matriz, espao intermembranas, membrana externa ou membrana internamatriz, espao intermembranas, membrana externa ou membrana interna

Protenas so produzidas no citosol e transportadas desenoveladas (sem sua estrutura tridimensional (terciria) para a mitocndria facilita o transporte

Protenas chamadas CHAPERONAS atuam no enovelamento das protenas


Sequncias-sinal

Reconhecimento pela sequncia de sequncia de aminocidos

Reconhecimento pela estrutura em -hlice


Translocadores de membrana

Complexo TOM membrana externa insere a protena no espao intermembranas e/ou na membrana externa

Sequncias-sinal interagem com poro receptora dos translocadores

espao intermembranas e/ou na membrana externa

Complexo SAM membrana externa insere a protena no espao intermembranas e/ou membrana externa

Complexo TIM membrana interna insere a protena no espao intermembranas e/ou membrana interna

Complexo OXA membrana interna insere protenas da matriz na membrana interna


Translocadores de membrana


Os translocadores de membrana trabalham em conjunto

A sequncia-sinal eliminada por uma peptidase de sinal quando a protena atinge o destino final Obs.: apenas a sequncia-sinal inicial

Chaperonas mitocondriais enovelam as protenas transportadas


O transporte transmembrana envolve gasto de energia

ATP

Potencial eletroqumico de H+ (o mesmo da cadeia respiratria)


Sequncias-sinal adicionais indicam o destino final da protena na mitocndria

Transporte para Cloroplasto

Mecanismo bsico sequncias-sinal + translocadores de protena

Diferentes sequncias-sinal dependente do destino final da protena estroma, espao intermembranas, membrana externa, membrana interna, membrana tilacide ou espao intratilacide

TRANSPORTE TRANSMEMBRANA

membrana tilacide ou espao intratilacide

Protenas so produzidas no citosol e transportadas desenoveladas (sem sua estrutura tridimensional (terciria) para o cloroplasto facilita o transporte

CHAPERONAS atuam no enovelamento das protenas

Transporte para Cloroplasto

Fonte de energia

ATP e GTP

Sequncia-sinal adicional direciona o protena para o

espao tilacoidal sinal exposto aps exciso da sequncia-sinal

inicial no estroma

Transporte para Peroxissomo

Peroxissomos so organelas vesiculares especilizadas em promover reaes de oxidao

usando oxignio molecular

Produzem perxido de hidrognio H2O2 que so utilizados em outras reaes

Desintoxicao em clulas do fgado e rim etanol, fenis, cido frmico, etc

Quebra de molculas de cido graxo em Acetil-CoA Oxidao

Transporte sequncia-sinal curta (Ser-Lys-Leu); receptores citoslicos; translocadores de membrana

RE se organiza em um labirinto de tbulos ramificados e vesculas que se estendem por todo citosol

Transporte para Retculo Endoplasmtico

A membrana do RE contnua membrana externa do ncleo

Possui um espao interno lmen Possui um espao interno lmen do RE

Principais funes biossntese de protenas e lipdeos e armazenamento de Ca2+

A membrana do RE contnua membrana externa do ncleo


O RE dividido em Retculo Endoplasmtico Rugoso (RER) e Retculo Endoplasmtico Liso (REL)

RER biossntese e transporte de protenas

REL biossntese e transporte de lipdeos e armazenamento de Ca2+

RE produo de todas as protenas transmembrana e lipdeos para maioria das organelas RE, complexo de Golgi, lisossomos, endossomos, vesculas secretoras e membrana plasmtica

Todas as protenas destinas ao Complexo de Golgi, lisossomos e a serem secretadas para o exterior da clula passam pelo RE


O transporte para o RE dito cotraducional

As protenas comeam a ser transferidas antes de sua sntese estar completa pelo ribossomo

Incio da protena comea a ser transportada ainda acoplada ao ribossomo RER


Mecanismo de transporte

Transporte Transmembrana

Sequncia-sinal + partcula de reconhecimento de sinal (citosol) + receptor de membrana no RE + translocador de membrana


A traduo sofre uma pausa quando a SRP se liga cadeia nascente da protena

A traduo continua quando a protena se encontra ligada ao translocador no RE traduo e transferncia simultnea



Um nico mRNA pode ser traduzido


traduzido simultaneamente por

diversos ribossomos cujas protenas so

transportadas para o RE


A sequncia-sinal normalmente eliminada aps a transferncia daprotena por uma peptidase de sinal

Chaperonas presentes no lmen do RE enovelam as protenas


Protenas que devem ser inseridas na membrana do RE possuemsequncias-sinal adicionais

Essas protenas podem pertencem membrana do RE ou seremtransportadas posteriormente para fazer parte da membrana de outrasorganelas

Essas sequncias-sinal se comportam com sinais de incio e parada datransfernciatransferncia


Protenas com mltiplas passagens na membrana possuem uma combinao de sequncias-sinal e de parada


Outras funes do RE

Modificao das protenas

Glicosilao adio de oligossacardeos (acares)

Metade das protenas so glicoprotenas


Produo de Lipdeos

A maioria das bicamadas lipdicas montada no REL Ex.: fosfolipdios e colesterol

Outras funes do RE

A sntese realizada por protenas de membrana localizadas na face citoslica do RE que usam cidos graxo precursores presentes no citosol

A produo de novos lipdeos ocorre exclusivamente na face citoslica do RE


Produo de Lipdeos

Outras funes do RE


Um translocador de lipdeos denominado embaralhador (Scramblase) medeia o

Produo de Lipdeos

Outras funes do RE

embaralhador (Scramblase) medeia o movimento de flip-flop transferindo parte

dos lipdios recm-sintetizados para camada da membrana do RE voltada para o lmen estabelecendo um equilbrio na

distribuio dos lipdios entre as camadas

Transporte Vesicular

Medeia uma troca contnua de componentesentre os mais diversos compartimentos celulares

Ocorre atravs da continua formao devesculas carregadas de molculas de umaorganela doadora seguida de sua fuso em umaorganela receptora com consequente liberaodo contedodo contedo


Como as vesculas se formam e selecionam apenas as molculas que

devem ser transportadas?

Como essas vesculas reconhecem e chegam ao destino final?


A membrana de cada organela possui uma constituio nica e especfica

Possuem marcadores de membrana fosfolipdios, protenas, glicolipdios eglicoprotenas especficas expostos na superfcie da membrana quecombinados funcionam como um endereo molecular

Protenas de revestimento auxiliam na formao das vesculas e seleo dasmolculas em cada vesculaProtenas de revestimento auxiliam na formao das vesculas e seleo dasmolculas em cada vescula


Existem diversas protenas de revestimento

2 funes principais:

Seleciona e concentra as molculas a seremtransportadas

Modelam e formam a vescula de transporte circulares, tubulares ou irregulares


3 classes principais bem conhecidas:

Clatrina Transporte Complexo de Golgi Membranaplasmtica (passando pelos lisossomos se necessrio)

COPI Transporte entre cisternas do Golgi

COPII Transporte Complexo de Golgi RECOPII Transporte Complexo de Golgi RE


Seleo de molculas e formao das vesculas

Protenas de revestimento formam a estrutura de revestimento

Protenas adaptadoras se ligam ao revestimento de clatrina e receptores especficos da membrana (incluindo receptores de carga)

Receptores de carga protenas transmembranas com afinidade pelasmolculas que sero transportadasmolculas que sero transportadas

Clatrina

Adaptador

Receptor de cargaMolcula-carga

Clatrina

Adaptador

Receptor de carga

Molcula-carga



Liberao das vesculas e remoo da capa proteica (clatrina)

Dinamina responsvel pelo estrangulamento e liberao da vesculada organela doadora participam diversas outra protenas acessrias



Liberao das vesculas e remoo da capa proteica (clatrina)

Aps liberao o capa proteica desmontada

Expe os marcadores de membrana reconhecimento vescula organela-alvoorganela-alvo


Controle da montagem e desmontagem dos revestimentos proteicos

GTPases recrutadoras de revestimento

Protenas denominadas Arf e Sar1

Ligadas a GTP formao da capa proteicaLigadas a GTP formao da capa proteica

Ligadas a GDP Desmontagem da capa proteica

Transporte e entrega de vesculas ao destino final


Reconhecimento assegurado pelas molculas marcadoras nasuperfcie da membrana da vescula

Molculas interagem com molculas marcadoras especficas namembrana da organela-alvo

Molculas marcadoras informao de origem, destino e tipo demolcula-carga

Participam de diversas protenas

Aprisionamento Ancoramento Fuso das membranas



2 famlias de protenas principais:

Rab reconhecem os marcadores de membrana e direcionam asvesculas ao destino trilhos de actina e microtbulos

Rab interagem com protenas filamentosas de aprisionamentoRab interagem com protenas filamentosas de aprisionamento

Rab podem estar noestado ligado (ligado a GTP)ou inativo (ligado a GDP)



2 famlias de protenas principais:

SNARE promovem o ancoramento e auxiliam na fuso dasmembranas das vescula-organela-destino

v-SNARE ligadas as vesculasv-SNARE ligadas as vesculas

t-SNARE ligadas asmembranas-alvo

35 tipos de SNARE especificidade



SNARE

Ancoramento

Aproximao

Expulso da H2O

Fuso

Os vrus utilizam mecanismos semelhantes para entrar nas clulas-alvo


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