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
Transporte Intracelular
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
Transporte Intracelular
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
Transporte Intracelular
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
Transporte Citosol-Ncleo
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 Citosol-Ncleo
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
Transporte Citosol-Ncleo
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
Transporte Citosol-Ncleo
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
Transporte Citosol-Ncleo
Ligao dos receptores de importao nuclear regio do sinalde localizao nuclear da protena a ser transporta
Pode requerer protenas adaptadoras ligao receptor-sinal
Transporte Citosol-Ncleo
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
Transporte Citosol-Ncleo
Transporte Citosol-Ncleo
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
Transporte para Mitocndria
Sequncias-sinal
Reconhecimento pela sequncia de sequncia de aminocidos
Reconhecimento pela estrutura em -hlice
Transporte para Mitocndria
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
Transporte para Mitocndria
Translocadores de membrana
Transporte para Mitocndria
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
Transporte para Mitocndria
O transporte transmembrana envolve gasto de energia
ATP
Potencial eletroqumico de H+ (o mesmo da cadeia respiratria)
Transporte para Mitocndria
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
Transporte para Retculo Endoplasmtico
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
Transporte para Retculo Endoplasmtico
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
Transporte para Retculo Endoplasmtico
Mecanismo de transporte
Transporte Transmembrana
Sequncia-sinal + partcula de reconhecimento de sinal (citosol) + receptor de membrana no RE + translocador de membrana
Transporte para Retculo Endoplasmtico
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
Mecanismo de transporte
Transporte para Retculo Endoplasmtico
Um nico mRNA pode ser traduzido
Mecanismo de transporte
traduzido simultaneamente por
diversos ribossomos cujas protenas so
transportadas para o RE
Transporte para Retculo Endoplasmtico
A sequncia-sinal normalmente eliminada aps a transferncia daprotena por uma peptidase de sinal
Chaperonas presentes no lmen do RE enovelam as protenas
Transporte para Retculo Endoplasmtico
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
Transporte para Retculo Endoplasmtico
Protenas com mltiplas passagens na membrana possuem uma combinao de sequncias-sinal e de parada
Transporte para Retculo Endoplasmtico
Outras funes do RE
Modificao das protenas
Glicosilao adio de oligossacardeos (acares)
Metade das protenas so glicoprotenas
Transporte para Retculo Endoplasmtico
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
Transporte para Retculo Endoplasmtico
Produo de Lipdeos
Outras funes do RE
Transporte para Retculo Endoplasmtico
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
Transporte Vesicular
Como as vesculas se formam e selecionam apenas as molculas que
devem ser transportadas?
Como essas vesculas reconhecem e chegam ao destino final?
Transporte Vesicular
Transporte Vesicular
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
Transporte Vesicular
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
Transporte Vesicular
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
Transporte Vesicular
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
Transporte Vesicular
Seleo de molculas e formao das vesculas
Transporte Vesicular
Seleo de molculas e formao das vesculas
Liberao das vesculas e remoo da capa proteica (clatrina)
Dinamina responsvel pelo estrangulamento e liberao da vesculada organela doadora participam diversas outra protenas acessrias
Transporte Vesicular
Seleo de molculas e formao das vesculas
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
Transporte Vesicular
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
Transporte Vesicular
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
Transporte e entrega de vesculas ao destino final
Transporte Vesicular
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)
Transporte e entrega de vesculas ao destino final
Transporte Vesicular
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
Transporte e entrega de vesculas ao destino final
Transporte Vesicular
SNARE
Ancoramento
Aproximao
Expulso da H2O
Fuso
Os vrus utilizam mecanismos semelhantes para entrar nas clulas-alvo
Transporte Vesicular
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