A célula eucariótica está subdividida em compartimentos

Transcrição

1 Compartimentação e Selecção de Proteínas BCM I T.05 A célula eucariótica está subdividida em compartimentos funcionalmente distintos envolvidos por membranas organelos Entender o funcionamento celular envolve conhecer o que ocorre em cada organelo os processos de transferência intercompartimental das moléculas o modo como de formam os compartimentos os mecanismos de regulação/manutenção dos compartimentos

2 Cada organelo contém um conjunto de enzimas próprio diversas moléculas especializadas um sistema de transporte intercompartimental de produtos específicos As proteínas conferem características estruturais e propriedades funcionais a cada compartimento celular catalizam as reacções que ocorrem em cada organelo promovem o transporte transmembranar selectivo de pequenas moléculas (tanto para o exterior como para o lúmen do organelo) podem funcionar como marcadores superficiais organelo-específicos dirigem a recepção de novas moléculas para o organelo As proteínas celulares (10 10 moléculas de mil tipos) todas iniciam a sua síntese no citosol cada uma é entregue especificamente ao organelo que a necessita

3 As células possuem o mesmo conjunto base de organelos em todas as células efectuam as mesmas funções básicas nas células especializadas variam em abundância têm propriedades adicionais ocupam ± 1/2 do volume celular

4 A compartimentação requer grande quantidade de membrana na maioria das células a membrana plasmática é minoritária

5 A actual complexidade membranar interna eucariota terá resultado de milénios de evolução de simples procariotas o primeiro eucariota por invaginação da membrana dum procariota as mitocôndria por associação simbiótica com procariotas aeróbios os plastos por associação simbiótica com bactérias fotossintéticas

6 Consideram-se 4 grupos de compartimentos intracelulares núcleo e citosol contínuos (embora, funcionalmente distintos) através dos poros nucleares organelos envolvidos nas vias secretora e endocítica topologicamente equivalentes (estrutural e funcionalmente relacionados) comunicam entre si e com o exterior através de vesículas retículo endoplasmático, aparelho de Golgi, endossoma, lisossoma, intermediários de transporte (vesículas de transporte),?peroxissomas? mitocôndria plastos (plantas)

7 As proteínas celulares têm origem no mesmo compartimento são sintetizadas (pelo menos iniciadas) em ribossomas no citosol excepto as sintetizadas nos ribossomas mitocondriais ou plastidiais O destino final depende da sua sequência de aminoácidos se não inclui qualquer tipo de sinal de selecção permanece no citosol como residente permanente se possui um sinal de selecção específico o sinal direcciona o seu transporte para fora do citosol Há dois tipos de sinais e entre compartimentos topologicamente equivalentes sequência (péptido) sinal sequência contínua removida da proteína após a sua transferência peptidases de sinal transporte do hialoplasma para o RE, mitocôndrias, plastos e núcleo retenção de algumas proteínas no RE

8 região sinal arranjo tridimensional após o enrolamento não é removida transporte vesicular os sinais são reconhecidos por receptores de selecção guiam as proteínas ao destino, onde descarregam a carga acção catalítica após utilização retornam à origem e recomeçam em geral específicos para uma classe de proteínas

9 Distinguem-se 3 vias de tráfego proteico transporte mediado (pós-tradução) entre espaços topologicamente contínuos mediado pelo complexo poro nuclear transporte activo de macromoléculas transporte transmembranar (co ou pós-tradução) entre espaços topologicamente distintos por transportadores de proteínas transporte vesicular (pós-tradução) entre espaços topologicamente equivalentes efectuado com intermediários de transporte - vesículas o transportado nunca atravessa a membrana a compartimentação requer informação epigénica os organelos não podem ser construídos do zero pelo menos uma proteína membranar específica pré-existente

10 Transporte entre o citosol e o núcleo através dos complexos de poro nuclear nucleoporinas (50 diferentes) em arranjo octogonal aumento da transcrição aumento de complexos exporta 6 ribossomas (12 sub-unidades)/min durante a replicação importa 1 histona/seg/poro cada complexo contém um canal aquoso Ø 9 nm difusão de pequenas moléculas hidrossolúveis confinação de ribossomas (30 nm) o tráfego de macromoléculas requer sinais de localização nuclear (NLSs) sinais de exportação nuclear (NESs) receptores de transporte nuclear importinas ou exportinas energia (GTP)

11 O transporte é dirigido pela Ran-GTPase pequenas GTPases (Ras, Rho, Arf, Rab, Ran) interruptores molec. ligadas a GDP ou a GTP Ran-GAP (GTPase-Activating Protein) citosólica promove a hidrólise Ran-GTP Ran-GDP Ran-GEF (Guanine Exchange Factor) nuclear promove a fosforilação GTP + Ran-GDP GDP + Ran-GTP o gradiente direcciona o transporte

12 O invólucro nuclear é desmontado e reconstruído na mitose a fosforilação das lâminas nucleares (pelas cinases) desmonta a desfosforilação das lâminas promove a reagregação a montagem do novo núcleo exclui as grandes proteínas os sinais de localização nuclear não são removidos após o transporte possibilidade de reimportação das proteínas nucleares

13 Transporte para as mitocôndria as proteínas precursoras mitocondrais têm todas a mesma configuração na sequência sinalizadora são translocadas por transportadores de proteínas o complexo TOM 2 complexos TIM ( TIM23 + TIM22 ) o complexo OXA

14 A importação ocorre em sítios de contacto das membranas as proteínas atravessam as 2 membranas duma vez o complexo TOM transporta o sinal através da memb. externa atingido o espaço intermembranar, o sinal liga-se ao complexo TIM o complexo TIM transporta a proteína para a matriz

15 A importação direccionada das proteínas precursoras requer desenovelamento da cadeia polipeptídica acção das proteínas chaperonas hsp70 citosólicas durante a tradução grande afinidade por proteínas desenoveladas hidrólise de ATP no citosol libertação gradual das hsp70 citosólicas para a passagem da cadeia gradiente electroquímico de H + direccionamento da sequência sinal (carregada positivamente) hidrólise de ATP na matriz libertação gradual das hsp70 da matriz puxando a cadeia para a matriz

16 O transporte de proteínas para a membrana interna e para o espaço intermembranar requer 2 sequências sinalizadoras em geral, a importação envolve uma segunda peptidase de sinal

17 Os peroxissomas contêm peroxidases usam O 2 para remover átomos de H 2 de substratos orgânicos (R) produzindo peróxido de hidrogénio R H 2 + O 2 R + H 2 O 2 catalase usa o H 2 O 2 para oxidar substratos fenóis, ácido fórmico, formaldeído, álcool H 2 O 2 + R H 2 R + 2H 2 O desintoxicação usada no fígado e rim 25% do etanol bebido é transform. em acetaldeído catalase converte o H 2 O 2 acumulado na célula 2H 2 O 2 2H 2 O + O 2 peroxissomas realizam a β-oxidação catalizam o início da síntese de plasmogenos classe mais importante de fosfolípidos da mielina

18 Importação de peroxidases processo mal conhecido, envolve proteínas citosólicas receptoras reconhecem os sinais-alvo proteínas membranares de acoplamento superficial ligam-se às receptoras peroxinas (± 23 Pex) hidrólise de ATP sindrome de Zellweger não importação (organelos vazios) anomalias no cérebro, fígado e rim morte após o nascimento variante moderada mutação no gene da Pex2 reconhecimento membranar

19 Transporte para o retículo endoplasmático importação de proteínas é co-traducional inicia-se durante a síntese da cadeia polipeptídica proteína nunca é libertada no citosol translocada para o RE enquanto é sintetizada não sofre enovelamento antes da translocação sintetizada em ribossomas ligados à membr. do RE RE rugoso 2 tipos de proteínas solúveis translocação completa para o lúmen transmembranares translocação parcial através da memb. RE o mesmo tipo de sequência sinal 8 (ou +) aminoácidos hidrófobos mecanismos semelhantes

20 O transporte envolve a acção de 3 componentes partícula de reconhecimento de sinal (PRS) circula no citosol liga-se à sequência sinal exposta no ribossoma receptor de PRS circula na membrana do RE liga-se ao complexo PRS-ribossoma transportador transmembranar (complexo Sec61) forma poro aquoso na memb. do RE alinha com túnel da subunidade maior do ribossoma, por onde emerge a proteína em formação aberto temporariamente - apenas durante a passagem da proteína

21 A sequência sinal activa o transportador abre o poro sinal (péptido) de início de transferência mantém-se no transportador até ao final da síntese proteínas solúveis até à ligação do sinal de paragem de transferência ancoragem da proteína proteínas transmembranares a sequência N-terminal éclivada peptidade de sinal transportador abre liberta o sinal ou a proteína

22 Em proteínas transmembranares com sequência sinal interna orientação da translocação dependente da carga dos AAs próximos da região hidrófoba zona + para o citosol zona + na direcção NH 2 C-terminal da proteína atravessa a membrana zona + na direcção COOH N-terminal da proteína atravessa a membrana assimetria membranar No final da síntese sequência sinal não é clivada transportador abre libertação da proteína

23 Nas proteínas transmembranares de passagem múltipla integração depende de sinais de início e de paragem do transporte diferentes combinações de sinais de início e paragem determinam a organização tridimensional da proteína na membrana e.g., rodopsina algumas proteínas ficam no RE proteínas residentes sinal de retenção no RE 4 aminoácidos região C-terminal e.g., dissulfeto isomerase

24 A maioria das proteínas sintetizadas no RE são glicosiladas adição de oligossacarídeos N-ligados (ligados à aspargina Asn) precurssor (14 açúcares) transferido numa única etapa enzimática oligossacaril transferase logo que o AA surge no lúmen por um lípido memb. especializado dolicol (poli-isoprenóide)