Compartimentos intracelulares e transporte

Célula endotelial bovina corada: verde, membranas do RE; em laranja, mitocôndrias

Compartimentos envoltos por membranas nas células eucarióticas

Síntese de ATP e fixação de CO2 pela fotossínteseCloroplastos

Sítio de fosforilação oxidativa.Mitocôndrias

Contém enzimas utilizadas em reações oxidativas que degradam lipídeos e destroem moléculas tóxicas.

Peroxissomos

Compartimento de distribuição de materiais endocitadosEndossomos

Pequenos sacos com enzimas digestivas. Degradam organelas esgotadas e materiais endocitados.

Lisossomos

Recebe e modifica proteínas e lipídeos vindos do RE e “despacha” para outros sítios na célula

Aparelho de Golgi

Sua membrana é contínua a membrana ext. nuclear. Sintetiza a maior parte de lipídeos e proteínas p/ distribuição

RE

Circundado pelo envelope nuclear com poros;Síntese de DNA e RNA

Núcleo

Visão geral da principal via de distribuição de proteínas em células eucarióticas

Mecanismos de importação pelas organelas

O destino de uma proteína sintetizada no citosol dependede sua seqüência de aminoácidos;

Sinal de distribuição

Se não há sinal: residem no citosol;Sinais diferentes podem direcionar p/:

núcleo, mitocôndrias, cloroplastos, peroxissomos ou RE.

Como a proteína pode ser importada ?

1. Transporte por poros nucleares: importação p/ o núcleo. Os poros funcionam como portões seletivos.

2. Translocadores protéicos: localizados na membrana, utilizados por proteínas importadas pelas organelas.

3. Vesículas de transporte: proteínas que se movem do RE adiante.

Todos requerem energia!

Qual o compartimento destino?

Seqüência sinal (15 a 60 aminoácidos)

Sinal de distribuição típico.Freqüentemente é removido após a síntese

As seqüências-sinal que especificam o mesmo destino podem variar.

Propriedades físicas mais importantes que a seqüência exata.

Destino: núcleo• Envelope nuclear: 2 membranas concêntricas.

O envelope nuclear é perfurado por POROS NUCLEARES

Formam canais para o trânsito de macromoléculas

Entram: proteínas nuclearesSaem: RNAm maduro (mRNPs= complexo mRNA+proteínas) e

subunidades ribossomais, tRNAs

Seqüência-sinal = 1 ou 2 seq. curtas contendo várias K ou RSinal de localização nuclear

Micrografia eletrônica (criofratuta) de uma ponta de raiz de cebola mostrando o núcleo e os poros

nucleares.

Fonte:http://www.bioweb.wku.edu

Complexo poro nuclear(~120 milhões de Daltons; 100 diferentes proteínas em vertebrados)

www.scripps.edu/~stoffler/proj/NPC/npc.html

Anel distal

Cesta nuclear

Fibrilas citoplasmáticas

Anel nuclear

Domínio luminal

Membrana int.

Membrana ext.Anel citoplasmático

Membrana nuclear externa

Membrana nuclear internaEspaço perinuclearRE

Complexo poro nuclear

Membrana nuclear externa

Membrana nuclear interna

Lâmina nuclearcesta

nuclear

Fibrilas citoplasmáticas

Fibrila nuclear

Complexo poro nuclear

Acima: microscopia-eletrônica de uma fina fatia do envelope nuclear (250 nm), não fixada e não corada revelando complexos poro-nucleares individuais.

Abaixo: mudanças estruturais reversíveis mediadas por cálcio visualizados por AFM. O anel distal (seta) pode agir como um diafragma, abrindo após a adição de quantidades milimolares de cálcio e fechando após a remoção de cálcio.

Destino: núcleo

A interação de uma proteína direcionada ao núcleo com o poro nuclear requer auxílio de

Receptores de importação nuclear

Ligam-se ao sinal de localização nuclearAjudam a direcionar a proteína

por interação com as fibrilas dos poros.

A transferência utiliza energia da hidrólise do GTP

Receptor de importação

Espaço intermembrana

citosol

Matriz mitocondrial

Poro principal de importação

Proteína precurssora

Hsc 70 citosólica

Seqüência de direcionamento p/ a matriz

Seqüência de direcionamento

clivadaproteína

ativa

Sítio de contato

Importação de proteínas para o interior da matriz mitocondrial

Protease de processamento da matriz

• As proteínas se desdobram para entrar;

• possuem uma seq.-sinal, geralmente clivada após a translocação;

• O transporte a um sítio específico na organela requer outra seqüência-sinal;

Destino: mitocôndria e cloroplastos

Setas identificam locais de contato entre a membrana externa e interna na

mitocôndria

Fonte: Lodish et al., 2004.

Destino: Retículo Endoplasmático (RE)

• Porta de entrada p/ : Golgi, endossomos, lisossomos e secreção;

• Recebe 2 tipos de proteínas do citosol:

– Hidrossolúveis, que são completamente translocadas pela membrana do RE e liberadas no lúmen secreção.

– Transmembrânicas, que são parcialmente translocadas pela membrana do RE e tornam-se embebidas nela.

As proteínas entram enquanto são sintetizadas...

A seqüência-sinal é guiada

1. Por uma partícula reconhecedora de sinal(PRS ou SRP)presente no citosol, liga-se àseqüência-sinal de RE exposta

2. Pelo receptor de SRP, embebido na membrana do RE.

Há sítios moleculares de posicionamento conectando os ribossomos que estão sintetizando proteínas aos canais de translocaçãodisponíveis.

Síntese de proteínas solúveis e seu transporte co-traducionalatravés da membrana do RE

(Partícula reconhecedora de sinal)

Seqüência sinal

citosol

Síntese de proteínas transmembranasna bicamada lipídica do RE

Nem todas as proteínas que entram no RE são liberadas no lúmen...Algumas permanecem na membrana do RE (ou outras organelas)

unipasso multipasso

Síntese e inserção na membrana do RE das proteínas unipasso do tipo I

citosol

Lúmen do ER

Transloconaberto

Peptidase sinal

Seqüência sinal clivada

Seqüência de finalização de transferência

Síntese e inserção na membrana do RE das proteínas unipasso do tipo II

citosol

Sequênciasinal-âncorainterna

Lúmen do ER

Arranjo das sequências topogênicas nas proteínas demembrana unipasso e multipasso inseridas na membrana do RE

Algumas proteínas são presas à membrana por uma âncora fosfolipídica

Glicosilfosfatidilinositol

(GPI)

Transporte vesicular: visão geral das vias

secretora e endocíticade distribuição de

proteínas

Qual o caminho das proteínas a partir do

RE? Como são carregadas?

O tráfego vesicular é organizado

• só a proteína a ser transportada deve estar na vesícula

• A fusão de membranas deve ocorrer só na membrana alvo;

• Cada organela participante deve manter sua identidade (composição) distinta.

Todos esses eventos de reconhecimento

dependem de proteínas associadascom as membranas

das vesículas de transporte

Brotamento de vesículas

Vesículas que brotam das membranas têm uma capa protéica

VESÍCULAS REVESTIDAS

Depois de formada, a vesícula perde seu revestimento, permitindo sua interação com a membrana destino

Funções da capa: - dar forma à membrana no brotamento

- ajudar na captura de moléculas p/ o transporteEx. vesículas com capas de clatrina; COPIs.

Micrografia eletrônica da estrutura de clatrina que envolve as vesículas transportadoras revestidas

A clatrina em si não toma parte na captura das moléculas para o transporte.

Isto é feito pelas adaptatinas, proteínas que seguram a capa de clatrina à membrana vesicular e ajudam na seleção das moléculas para o transporte;

As moléculas a serem transportadas têm sinais reconhecidos por receptores de carga, localizados na membrana

vesícula

dinamina

Como a vesícula encontra seu destino?

• A vesícula é transportada ativamente ao longo do citoesqueleto;

• Atingida a organela alvo a vesícula tem que reconhecê-la e ancorar nela;

• A especificidade de ancoramento depende das SNAREs

Proteínas transmembrana que certificam a seleção e auxiliam no ancoramento.

Modelo de fusão mediado por SNAREs. v-SNARE em verde, t-SNARE em rosa. Adaptado de Cell 92 (6).

O modelo postula que a fusão se dá pela interação das SNAREs forçando as membranas a um contato próximo.

As SNAREs formam um extenso coiled coil ancorado por regiões transmembranas de v- e t-SNAREs. A interação deve induzir um estresse

local na membrana, resultando na fusão.

Figura adaptada de: Littleton, J. T. et al. Synaptotagmin mutants reveal essential functionsfor the C2B domain in Ca2+-triggered fusion and recycling of synaptic vesicles in vivo. J. Neurosci. 21, 1421–1433 (2001).

Rotas secretoras

Modificações nas proteínas e controle de qualidade no RE

As proteínas que passam pelo RE sofrem 4 modificações principais antes de alcançarem seu

destino final:

1. Adição e processamento de carboidratos no RE e Golgi (S e T, O-ligados e N, N-ligados);

2. Formação de pontes dissulfeto no RE3. Dobramento apropriado e montagem de subunidades

no RE;4. Clivagens proteolíticas específicas no RE, Golgi e

vesículas secretoras.

Destino : Golgi

RE ou Golgi

O que determina se a proteína fica no RE ousegue a rota de exocitose?

• Só proteínas enoveladas saem do REaquelas não ou parcialmente enoveladas são retidasProteínas mal enoveladas são direcionadas para o citosol para degradação proteassômica.

• Proteínas que devem funcionar no RE: têm sinal de retenção no RE, reconhecido por uma proteína receptora ligada à membrana do RE.

Rota endocítica• Captura fluidos, moléculas grandes e pequenas.• O material a ser ingerido é progressivamente capturado

numa vesícula de membrana plasmática (endocítica)• Pode ser mediada por receptor ou não;• O pH ácido dos endossomos pode levar a dissociação

do receptor da carga:→ a carga é entregue aos lisossomos eo receptor é reciclado.→ se houver a dissociação a carga seguirá

outro destino.

Endocitose• Endocitose mediada por receptor (ex. LDL = lipoproteína de baixa densidade)

Modelo de entrada para

ricina