Compartimentos intracelulares e endereçamento

FFI0710- Biologia Molecular e Celular II IFSC, 2016

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

Mecanismos de importação pelas organelas

O destino de uma proteína sintetizada no citosol depende

de 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.

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

Como a proteína pode ser importada ?

1.  Transporte mediado: as proteínas se movimentam entre o citosol e o núcleo por meio dos poros nucleares (funcionam como portões seletivos).

2.  Transporte transmembrana: proteínas translocadoras transportam diretamente proteínas entre citosol-organelas.

3.  Transporte vesicular: carregam proteínas a partir do RE.

Todos requerem energia!

Qual o compartimento destino?

Seqüência sinalizadora (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.

Região sinalizadora

Arranjo específico tridimensional de átomos na superfície protéica. Persistem após a síntese.

Podem direcionar para o núcleo e

lisossomos, p.e.

Transporte mediado: citosol-núcleo

•  Envelope nuclear: 2 membranas concêntricas.

O envelope nuclear é perfurado por POROS NUCLEARES

Formam canais para o trânsito de macromoléculas

Entram: proteínas nucleares Saem: RNAm maduros (mRNPs= complexo mRNA+proteínas) e

subunidades ribossomais, tRNAs

Seqüência-sinal = 1 ou 2 seq. Internas curtas contendo várias K ou R: Sinal de localização nuclear

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

os poros nucleares.

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

Complexo do poro nuclear (NPCs) (~80 milhões de Daltons nos vertebrados;

˜50 diferentes proteínas em múltiplas cópias) cél. típica de mamífero: 3 a 4 mil NPCs

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 interna Espaço perinuclear RE

Complexo poro nuclear

Modelo simplificado de translocação via NPC

a) Esquema do NPC. NE, nuclear envelope; CF, cytoplasmic filament; NF, nuclear filament. The FG-surface is formed by FG nucleoporins. b) Ions and small neutral proteins can pass via the selective filter by diffusion. c) Large molecules or complexes penetrate via NPC only within transport complexes. REVIEW: Nucleocytoplasmic Transport of Proteins (DOI: 10.1134/S0006297907130032)

Destino: núcleo

A interação de sinais de localização nuclear com o poro nuclear requer auxílio de

Receptores de importação nuclear (importinas)

Ligam-se ao sinal de localização nuclear Receptores ajudam a direcionar a proteína

por interação com as nucleoporinas.

A transferência utiliza energia da hidrólise do GTP

Mudanças conformacionais da

importina-β

Structure, Vol. 16, Issue 6, Pages 906–915, 2008.

Ran é a GTPase que dirige o transporte

Transporte citoplasma-núcleo

Volume 11, Issue 12, 2001, Pages 497–503

Antonin, W. “Don’t get stuck in the pore". The EMBO Journal (2013) 32, 173 - 175 doi:10.1038/emboj.2012.338

AS NUCLEOPORINAS FG

Como a proteína pode ser importada para organelas?

1.  Transporte mediado: citosol-núcleo através dos poros nucleares que funcionam como portões seletivos.

2.  Translocadores protéicos: proteínas translocadoras transmembrana transportam diretamente proteínas entre citosol-organelas.

3.  Transporte vesicular: carregam

proteínas a partir do RE.

Proteína precurssora

Hsp 70 citosólica

Seqüência de direcionamento p/ a matriz

•  As proteínas estão desenoveladas para entrar;

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

•  as seq-sinais são necessárias e suficientes para importação;

•  O transporte a um sítio específico na

organela requer outra sequência-sinal;

Destino: mitocôndria e cloroplastos

Receptor de importação

Espaço intermembranas

citosol

Matriz mitocondrial

Poro principal de importação

Proteína precurssora

Hsp 70 citosólica

Seqüência de direcionamento p/ a matriz

Seqüência de direcionamento

clivada proteína

ativa

Sítio de contato

Importação de proteínas para o interior da matriz mitocondrial

Protease de processamento da matriz

Hsp70 da mitocondrial

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

mitocôndria

Três vias do citosol para a membrana mitocondrial interna

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.

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

As proteínas geralmente entram enquanto são sintetizadas... (co-traducional)

A seqüência-sinal é guiada

1.  Por uma partícula

reconhecedora de sinal (PRS ou SRP) presente no citosol, liga-se à sequência-sinal de RE exposta

2. Até o receptor de SRP,

embebido na membrana do RE.

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

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

(Partícula reconhecedora de sinal)

Seqüência sinal

citosol

Mammalian Sec61 Complex in: Science. 2009; 326(5958): 1369–1373. doi: 10.1126/science.1178535

Para detalhes estruturais ver também: Cell. 2014 Jun 19;157(7):1632-43. doi: 10.1016/j.cell.2014.05.024. Structure of the mammalian ribosome-

Sec61 complex to 3.4 Å resolution.

= protein conducting channel

NC= nascent chain

Síntese de proteínas transmembranas na 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

Modelo de translocação de proteína transmembrana unipasso

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

citosol

Sequência sinal-âncora interna

Lúmen do ER

Experimentos com microssomos

Algumas proteínas são presas à membrana por uma âncora fosfolipídica

Glicosilfosfatidilinositol

(GPI)

Transporte vesicular: visão geral das vias

secretora e endocítica de distribuição de

proteínas

Qual o caminho das proteínas a partir do

RE? Como são carregadas?