Organelas I Sistema de endomembranas

Profa. Marta G. Amaral, Dra.

Biologia Celular

São compartimentos celulares organizados, limitados por membrana, no citoplasma das células com funções específicas.

O que são organelas com endomembranas?

Vacúolos Lisossomo

Retículo endoplasmático liso Retículo endoplasmático

rugoso

Mitocôndria Complexo de Golgi

Peroxissomos

Núcleo

Evolução das organelas

1. Invaginações da membrana plasmática: formam o sistema de endomembranas

oMembrana nuclear oMembrana RE oMembrana Golgi oEndossomos oLisossomos

2. Fagocitose de bactérias: tem seus próprios genomas e sintetizam parte das suas proteínas.

o Mitocôndrias o Cloroplastos

Distribuição das proteínas nas organelas

o Antes da divisão celular, há duplicação das organelas.

o As organelas crescem por incorporação de novas moléculas (lipídeos e proteínas)

o O RE secreta e entrega os lipídeos e proteínas indiretamente para o Golgi, lisossomos, endossomos e membrana nuclear

o Nas mitocôndrias, cloroplastos e no interior do núcleo as proteínas são entregues diretamente a partir dos ribossomos do citosol

Retículo endoplasmático

• É contínuo com a membrana nuclear

• Formado por uma rede de membranas que delimitam cavidades com diversas formas, que se intercomunicam.

• As cavidades são denominadas de cisternas, lúmen ou luz

• Pode estar associado a poliribossomas, para a síntese proteica.

Células que sintetizam proteínas

Os poliribossomos livres do citosol sintetizam a proteína que permanecerá no citosol

Poliribossomos aderidos ao RER fazem a síntese proteica e as

cisternas segregam as proteínas

Polirribossomos sintetizam a proteína As cisternas segregam e o complexo de Golgi glicosila e ou concentra o material. São acumulados sob a forma de grânulos no citosol para uso posterior

Sintetizam, segregam e acumulam Proteínas em grânulos de secreção que serão exportados por exocitose

Composição da membrana do RE • Mais fina que a membrana plasmática, tem 6nm

• É assimétrica

• Lipoproteica (30% lipídio, 70% proteína)

• Pouca quantidade de glicolipídios e colesterol

• Tem proteínas e enzimas

• Cadeias transportadoras de elétrons com citocromos específicos (P450 e citocromo B5)

• RER é rico em proteínas específicas

Cisternas

O conteúdo varia de acordo com a célula.

Contém:

RER: Solução aquosa rica em proteínas, glicoproteínas e lipoproteínas.

REL: contém hormônios esteroides

Função

RER síntese, segregação e processamento de proteínas constituintes de membras e proteínas de secreção

REL síntese de lipídios, processos de desintoxicação, degradação de glicogênio e regulação do Ca++ intracelular.

Mecanismos de distribuição de proteínas

• Sequência sinal: ou sequência distribuição, são cerca de 20 aa (15-60 aa), que indica o destino da proteína, é o primeiro segmento a ser traduzido.

1. Transporte pelos poros nucleares: vão do citosol para o núcleo atravessando os poros. 2. Transporte pelas membranas: vão do citosol para o RE, mitocôndrias e cloroplastos. Usam translocadores proteícos. 3. Transporte por vesículas: saem do RE ou Golgi, dentro de vesículas de transporte envoltas por membrana, na entrega ocorre fusão de membranas

Proteínas destinadas ao RE possuem uma sequência-sinal N-terminal que as direciona para o RE, as que devem permanecer no citosol não possuem a sequência.

Técnicas de DNA recombinante são utilizadas para trocar a localização de duas proteínas: a sequência-sinal é removida da proteína do RE e anexada à proteína citosólica, por isso as proteínas se localizam em um local anormal da célula

1. Transporte pelos poros nucleares

o O envelope nuclear é formado por 2 membranas concêntricas.

o A membrana interna tem proteínas que atuam como sítios de ligação para os cromossomos e dão sustentação para a lâmina nuclear, dando suporte para estrutural para o envelope nuclear

o A membrana nuclear externa é semelhante a membrana do RE

complexos de poros nucleares

Pequenas moléculas solúveis em água podem passar livremente pelos poros

Moléculas maiores tem que ter um sinal de localização nuclear para passar pelo poro

Com gasto de energia: hidrólise de GTP (trifosfato de guanina)

2. Transporte pelas membranas

As proteínas devem ser desenoveladas quando são importadas para dentro da mitocôndria e cloroplasto

1. Proteínas hidrossolúveis: passam pela membrana do RE e são liberadas no lúmen. São as proteínas que irão formar as secreções (para fora da célula) ou que irão para o lúmen de outra organela.

2. Proteínas transmembrana: são parcialmente translocadas pela membrana do RE, se tornam embebidas na membrana. Irão formar a membrana do RE ou de outra organela

2 tipos de proteínas são transferidos do citosol para o RE

1. Conjunto comum de ribossomos sintetizam proteínas para o citosol ou proteínas que serão transportadas

para organelas envoltas por membrana

2. Ribossomos que estão traduzindo proteínas citosólicas permanecem livres no citosol

3. Proteínas que são destinadas ao RE tem uma sequência-sinal na cadeia polipeptídica crescente e direciona o ribossomo para a membrana do RE. Muitos ribossomos se ligam a cada molécula de mRNA , formando um polirribossomo. Ao final de cada ciclo de síntese da proteína, as subunidades ribossomais são liberadas e se reúnem ao grupo comum do citosol.

Proteínas solúveis são liberadas no lúmen do RE

1. SRP- Partícula de reconhecimento sinal: está presente no citosol e se liga a sequência-sinal do RE quando exposta pelo ribossomo.

2. Receptor de SRP: está inserido na membrana do RE e reconhece a SRP. Depois de ligar-se ao receptor, a SRP é liberada e recomeça a síntese proteica. A cadeia polipeptídica é dirigida para o lúmen do RE por um canal de translocação da membrana do RE

1. A sequência-sinal abre o canal de translocação e fica presa a ele

2. A cadeia proteica entra no lúmen do RE

3. Uma peptidase-sinal cliva a sequência-sinal da proteína

4. O peptídeo-sinal clivado volta para o citosol e a proteína fica no lúmen do RE

Sinais que determinam o arranjo da proteína transmembrana

1. Proteína transmembrana de passagem única

Cliva o peptídeo-sinal da proteína

2. Proteína transmembrana de passagem dupla

Não há clivagem da sequência de parada nem da sequência de início

3. Transporte por vesículas Há 2 vias: secretória e endocítica

MET demonstrando a sequência de eventos na formação de uma vesícula revestida de clatrina a partir de uma fossa revestida

MEV demonstrando inúmeras fossas e vesículas revestidas de clatrina brotando da superfície interna da membrana plasmática de células cultivadas

Vesículas revestidas: são as que brotam das membranas e tem uma capa proteica distinta no citosol

Vesículas revestidas por clatrina ou coatômero ou COP (coat proteins)

• Via secretória: brotam do Golgi

• Via endocítica: brotam da membrana plasmática

Adaptinas capturam os receptores de carga

Clatrinas se ligam as adaptinas na superfície citosólica da vesícula em brotamento

Dinamina se acopla ao pescoço da vesícula em formação, hidrolisa o GPT em GDP destacando a vesícula

Remoção das proteínas de revestimento

Vesícula se fusiona a membrana alvo

Como as vesículas de membrana encontram o caminho correto para o seu destino?

Geralmente, a vesícula é transportada por proteínas motoras que se movem ao longo das fibras do citoesqueleto ou microtúbulos.

Quando a vesícula chega ao seu alvo, ela tem que reconhece-lo, se ancorar na organela, se fundir e descarregar o seu conteúdo.

2 famílias de proteínas auxiliam no transporte de vesículas para suas membranas alvo. 1. Proteínas Rab: são reconhecidas por receptores da membrana alvo 2. Proteínas SNAREs: são proteínas transmembranas da vesícula (v-SNAREs) ou da membrana alvo (t-SNAREs)

reconhecidas por receptores da membrana alvo

Reconhecimento da v-SNAREs pela t-SNAREs

Proteínas Rab

Proteínas SNAREs atuam na fusão de membranas

v-SNARE: proteína transmembrana da vesícula t-SNARE: proteína da membrana alvo

Vias secretoras

o A maioria das proteínas é quimicamente modificada no RE

o No interior do RE ocorre a formação de pontes dissulfídicas, pela oxidação de pares de cadeias laterais de cisteínas.

o As pontes dissulfídicas dão estabilidade para as proteínas quando elas encontram mudanças de pH e enzimas no exterior da célula.

o No RE ocorre a glicosilação, formando glicoproteínas

o O citosol não tem enzimas de glicosilação

Funções dos oligossacarídeos nas proteínas:

Protegem a proteína da degradação

Retêm a proteína no RE até o seu enovelamento

Orientam a proteína para se dirigir à organela correta

Na superfície celular formam o glicocálix

Glicosilação no RE

1. Adição de cadeias laterais de oligossacarídeos e asparaginas especiais do polipeptídio

2. O oligossacarídeo é transferido como uma unidade intacta para a asparagina a partir de um lipídio, o DOLICOL

3. As asparaginas glicosiladas tem uma sequência de 3 peptídeos: Asparagina-X-Serina Asparagina-X-Treonina X= qualquer aminoácido

No interior do RE as chaperonas se unem às proteínas malformadas

impedindo a sua saída do RE As proteínas bem formadas são transportadas por vesícula para o Golgi.

As proteínas malformadas são transportadas para o citosol,

onde serão degradadas

Controle de qualidade do RE

UPR (unfolded protein response)

O aumento da síntese proteica sobrecarrega o RE e as proteínas mal enoveladas se acumulam no RE

As proteínas mal enoveladas se ligam a receptores que estimulam a produção de um regulador de transcrição

O regulador de transcrição vai para o núcleo para ativar genes que codificam para a produção de chaperonas e outros componentes do RE

Complexo de Golgi • Tem localização variada e membranas lipoproteicas

É composto por uma coleção de sacos membranosos, achatados e empilhados, denominados cisternas (cerca de 3-20 cisternas) As vesículas transportam material: • do RE para o Golgi, • entre as cisternas • do Golgi para outras organelas.

DICTIOSSOMO é cada pilha de vesícula de cisterna, com suas vesículas associadas

RER (setas), vesículas (V)

Modificação e distribuição das proteínas no Golgi

Face de saída: trans, em direção à membrana plasmática

Face de entrada: cis, adjacente ao RE

Funções glicosilação das proteínas, síntese de glicídios para as proteoglicanas, síntese de glicolipídios e esfingomielina Sulfatação de proteínas, glicídios, glicoproteínas e glicosaminoglicanas

Vias de exocitose via constitutiva X via regulada

Via constitutiva ou padrão: *Crescimento da membrana antes da divisão celular. *Exocitose de proteínas para o exterior (secreção) Proteínas recém sintetizadas podem: -Aderir a superfície celular -Ficar incorporadas na matriz extracelular -Se difundir no líquido extracelular para nutrição ou sinalização de outras células Ex.: fibroblasto/colágeno

Via regulada: Só existe em células secretoras onde o material é estocado em vesículas de secreção. As vesículas brotam pela face trans, se acumulam próximo a membrana, para aguardar o sinal que estimulará a liberação do seu conteúdo para o exterior Ex.: cel. Endócrinas/hormônios, neurônio/neurotransmissores Pâncreas/enzimas digestivas

MET mostra a liberação de insulina para o espaço extracelular a partir de uma vesícula secretória de uma célula β

Organelas que participam da secreção

Local onde ocorrem os processos moleculares

Lisossomos Apresentam morfologia e tamanho variável

São envolvidos por membrana, contem enzimas hidrolíticas que conduzem a digestão intracelular

Interior com enzimas hidrolíticas, que agem em pH ácido, são as hidrolases ácidas.

Cerca de 40 tipos de hidrolases ácidas estão presentes, agem em pH ácido, dentro do lisossomo e variam de acordo com a célula.

Sua membrana contém transportadores que permitem que os produtos finais da digestão de macromoléculas como aminoácidos, açucares e nucleotídeos, sejam transportados para o citosol

A membrana mantém uma bomba de H+ dirigida por ATP, que bombeia H+ para dentro do lisossomo mantendo o pH ácido

Composição da membrana: fosfolipídios, glicolipídios, colesterol e proteínas

CISTINOSE: doença genética, causada pela mutação do gene que codifica a cistinosina, ocorre acúmulo do aminoácido cistina, afetando os rins, olhos e outros órgãos, geralmente ocorre na infância.

Doença de Salla: transtorno neuro degenerativo, autossômico recessivo no gene que codifica a sialina. Ocorre defeitos de transporte na membrana lisossômica, resultando no acúmulo de ácido siálico livre dentro dos lisossomos.

Proteínas da membrana: LAMP-1 e LAMP-2: lysosome-associeted membrane proteins

LIMP-1 e LIMP-2: lysosomal integral membrane proteins

LGP: lysosomal membrane glycoproteins

CISTINOSINA SIALINA

Vias endocíticas

o Fagocitose: partículas grandes (> 250 nm de diâmetro), serve para a nutrição e para defesa

o Pinocitose: líquido e moléculas pequenas

(< 150 nm de diâmetro)

serve para a nutrição

Fagocitose e autofagia

Pinocitose Endocitose mediada por receptor

No sangue o colesterol é transportado pela Lipoproteína de baixa Densidade (LDL) para as células facilitando a deposição de gordura nos vasos.

Destino das proteínas receptoras

1. Reciclagem: a maioria é devolvida ao mesmo domínio da membrana plasmática de onde vieram

2. Degradação: se movem para os Lisossomos onde são degradados

3. Transcitose: alguns prosseguem para um domínio diferente da membrana plasmática, transferindo suas moléculas de um espaço extracelular para outro.

Vias dos materiais degradados

Fagossomos: partículas fagocitadas fusionadas com lisossomos

Endossomos: macromoléculas e líquidos fagocitados fusionados com os lisossomos

Autofagossomos: Organelas da própria célula fagocitadas e fusionadas com lisossomos

Via ubiquitina-proteossomos Ubiquitina é uma proteína marcadora de proteinas reguladoras e dos fatores de transcrição que serão degradados por autofagia.

PROTEOSSOMO Complexo multienzimático (proteases), presente no citoplasma e no núcleo. Há 2 tipos: 20S e 26S (S=coeficiente de sedimentação em ultracentrifugação).

Degrada as proteínas marcadas pela ubiquinina

Degrada: • Enzimas do processo de replicação e transcrição do DNA • Enzimas que regulam o ciclo celular • Proteínas danificadas por radicais livres

A inibição da atividade dos proteossomos pode retardar ou interromper a progressão do câncer, porque interfere na degradação das proteínas que regulam o ciclo celular. Vários compostos inibidores da atividade proteolítica estão sendo testados na terapia contra o câncer.

Obrigada!