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
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 10-20 mil tipos) todas iniciam a sua síntese no citosol cada uma é entregue especificamente ao organelo que a necessita
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
A compartimentação requer grande quantidade de membrana na maioria das células a membrana plasmática é minoritária
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
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)
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
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
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
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)
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)