Organelas I Sistema de endomembranas Prof a. Marta G. Amaral, Dra. Biologia Celular
O que são organelas com endomembranas? São compartimentos celulares organizados, limitados por membrana, no citoplasma das células com funções específicas.
Núcleo Mitocôndria Complexo de Golgi Retículo endoplasmático liso Retículo endoplasmático rugoso Lisossomo Peroxissomos Vacúolos
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 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 B 5 ) 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
Pequenas moléculas solúveis em água podem passar livremente pelos poros Moléculas maiores tem que ter um sinal de localização nuclear para passar pelo poro complexos de poros nucleares
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
2 tipos de proteínas são transferidos do citosol para o RE 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
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 Vesículas revestidas: são as que brotam das membranas e tem uma capa proteica distinta no citosol MEV demonstrando inúmeras fossas e vesículas revestidas de clatrina brotando da superfície interna da membrana plasmática de células cultivadas
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 Clatrinas hidrolisam o GPT e destacam a vesícula Remoção das proteínas de revestimento Vesícula se fusiona a membrana alvo Dinamina se acopla ao pescoço da vesícula em formação
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 a sua carga. 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)
Proteínas Rab reconhecidas por receptores da membrana alvo Reconhecimento da v-snares pela t-snares
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
Controle de qualidade do RE As proteínas malformadas são transportadas para o citosol, onde serão degradadas 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.
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 entrada: cis, adjacente ao RE Face de saída: trans, em direção à membrana plasmática 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 -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
Local onde ocorrem os processos moleculares Organelas que participam da secreção
Lisossomos Apresentam morfologia e tamanho variável São envolvidos por membrana Interior com enzimas hidrolíticas, que agem em ph ácido, são as hidrolases ácidas. Sacos membranosos contendo enzimas hidrolíticas que conduzem a digestão intracelular
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 Composição da membrana: fosfolipídios, glicolipídios, colesterol e proteínas A membrana mantém uma bomba de H + dirigida por ATP, que bombeia H + para dentro do lisossomo mantendo o ph ácido
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 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.
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 Fazem a reciclagem seletiva das proteínas reguladoras e dos fatores de transcrição. Depois são 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 Degradam: 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!