Compartimentos intracelulares e Tráfego de proteínasfiles.psicologia1ano.webnode.pt/200000063-4d6854e614/04Biol Celular... · Compartimentação morfológica e funcional O Golgi

Retículo Endoplasmático

Aparelho de Golgi

Lisossoma

Núcleo

Peroxissoma

Mitocôndria

Tráfego intracelular de proteínas

Compartimentos intracelulares e

Tráfego de proteínas

Compartimentos intracelulares

Organelos da célula eucariótica

Núcleo



NÚCLEO

Ultraestrutura

O núcleo é o organelo mais volumoso da célula e serve de abrigo ao genoma tornando‐se assim o centro de controlo da célula. No núcleo ocorre a replicação do DNA, a transcrição e o processamento do RNA, enquanto que a fase final da expressão genética (i.e.tradução) ocorre no citoplasma.

RE

filamentosintermédios

poronuclear

memb. externa

memb. internainvólucronuclear

microtúbulo

centrossoma

nucléolo

cromatina

Lamina nuclear

invólucronuclear

membranacitoplasmática

NÚCLEO

CITOSOL

DNA

RNAtranscrição

splicing

transportedo RNA

ribossomastradução

proteínas

Invólucro nuclear

O invólucro nuclear separa o nucleoplasma (substância amorfa de naturezaproteica que preencha a matriz nuclear) do citoplasma.

É constituído por duas biomembranas (membrana externa e membrana interna) que delimitam um espaço perinuclear que varia com o estado fisiológico da célula.

À membrana nuclear externa estão associados ribossomas que originam umacerta continuidade entre esta membrana e o RER, o que serve de base paraadmitir que as membranas do RE se originam a partir da membrana nuclearexterna.

O invólucro nuclear não é uma estrutura contínua uma vez que há pontos dedescontinuidade (poros nucleares) que correspondem a zonas de contactoentre as duas membranas nucleares.

Ultraestrutura

NÚCLEO

Invólucro nuclear

invólucronuclear

membrananuclear externa

membrananuclearexterna

membrana do RE

lúmen do RE

laminanuclearporo

nuclearespaço

perinuclear

Ultraestrutura

NÚCLEO

Invólucro nuclear e lâmina nuclear

Associada à membrana nuclear interna, existe uma estrutura fibrosa densa:lâmina nuclear que serve de suporte mecânico ao núcleo.

Lâmina nuclear observada em TEM

Ultraestrutura

NÚCLEO

Organização interna

O núcleo tem uma estrutura interna que organiza o material genético e localiza as funções nucleares em zonas discretas.

São exemplos desta organização: o nucléolo (local de transcrição dos genes de rRNAs e de síntese de ribossomas), a organização dos cromossomas, a localização em domínios distintos das funções de replicação do DNA e de processamento do pré‐mRNA.

invólucronuclear

poronuclear

lâminanuclear

heterocromatina

eucromatina

Ultraestrutura

NÚCLEO

No núcleo dos eucariotas, o DNA encontra‐se associado a proteínas (histonas),constituindo a cromatina.

Durante a interfase, a cromatina é dispersa e não condensada chamando‐se eucromatina. Há no entanto uma parte da cromatina que se mantém condensada chamando‐se heterocromatina. Esta encontra‐se inactiva em termos de transcrição.

Ultraestrutura

Organização interna

NÚCLEO

invólucronuclear

poronuclear

lâminanuclear

heterocromatina

eucromatina

Ultraestrutura

Complexo poro nuclear (NPC)

O complexo poro nuclear é constituído por canais de 10 nm de diâmetro que permitem o transito de pequenas moléculas, iões e macromoléculas (proteínas e RNAs) entre o núcleo e o citoplasma.

Os poros nucleares não são estruturas estáticas, estando o seu número e a sua localização directamente relacionados com a actividade fisiológica da célula: eles abrem e fecham onde e quando são ou não são necessários.

Técnica de crifractura

NÚCLEO

Transporte através dos poros nucleares

Consoante o seu tamanho, as moléculas

penetram o complexo poro através de 2

mecanismos:

1‐ difusão passiva: para pequenas moléculas

(menos 20 kDa) e nas 2 direcções.

2‐ transporte activo: para macromoléculas (RNAs,

proteínas, ribonucleoproteínas). Neste caso, os

canais do complexo do poro abrem‐se e o seu

diâmetro atinge os 40 nm. Trata‐se de um

transporte selectivo e regulado: as proteínas são

importadas do citoplasma para o núcleo, enquanto

que os RNAs são selectivamente exportados do

núcleo para o citoplasma.

Difusão passiva Transporteactivo

NÚCLEO

Nucléolo

é a estrutura mais proeminente do núcleo

é o local de transcrição e processamento dos rRNAs e de montagem dos ribossomas

muda de tamanho consoante a actividade de síntese proteica da célula

O ribossoma é formado por rRNAs associados a proteínas ribossomais

Os ribossomas dos eucariotas contêm 4 tipos de RNAs: rRNAs 5S, 5.8 S, 18S e 28S.

Os ribossomas catalisam a síntese proteica nos procariotas e eucariotas.

NÚCLEO

Os ribossomas dos procariotas (70S) e dos eucariotas (80S) consistem numa subunidade maior e numa subunidade menor, ambas formadas por rRNAs e proteínas ribossomais.

70S 80S

50S 30S 60S 40S

Nucléolo

NÚCLEO

Retículo Endoplasmático

REL RER ribossomasmitocôndria



RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

Ultraestrutura e funções

O retículo endoplasmático (RE) é um complexo membranar de cisternas, canais, vesículas, vacúolos, geralmente anastomosados.

O RE no seu conjunto é rodeado por uma extensíssima membrana contínua que delimita um interior comum: o lúmen.

A membrana do RE está em continuidade com a membrana externa do núcleo.

Ultraestruturalmente, distingue‐se dois tipos funcionais de RE:

‐ Retículo Endoplasmático Rugoso (RER) apresenta ribossomas aderentes à sua facecitosólica e é implicado na síntese e processamento das proteínas.

‐ Retículo Endoplasmático Liso (REL) não apresenta ribossomas à sua superfície e éimplicado na síntese dos lípidos.

No entanto, existe uma continuidade física e funcional entre o RER e REL.

RE rugoso RE liso

lúmenAspecto ultraestrutural do RER

O tipo de retículo e a sua quantidade por célula variam entre os diferentes tipos celulares e de acordo com a actividade de síntese da célula.



As proteínas sintetizadas no RE são destinadas ao Golgi, lisossomas, membrana celular e à secreção.

Proteínamarcada

Vesículas desecreção

Golgi

RER

RER GOLGI VESÍCULAS

SECREÇÃO

MEMBRANA CELULAR

LISOSSOMAS


RE e secreção de proteínas

Muitas proteínas sofrem alterações estruturais antes de adquirir a sua função.

Estas modificações dependem da localização final da proteína activa.

As proteínas destinadas ao RE, lisossomas ou à secreção sofrem modificaçõesespecíficas:

aquisição da estrutura tridimensional (Folding)

formação de complexos multiméricos

formação de pontes dissulfureto

glicosilação


Modificações das proteínas no RE

Depois de incorporadas no lúmen do RE,

as proteínas sofrem a adição de um

oligossacarídeo.

Os oligossacarídeos mais comuns são

constituídos por:

2 resíduos de N‐acetilglucosamina (GlcNAc),

9 de manose

3 de glucose

Estes oligossacarídeos ligam‐se, através de

GlcNAc, ao grupo NH2 de um resíduo de

asparagina da proteína.

N‐acetilgluco‐samina

Manose

Glucose

(asparagina)

Glicosilação de proteínas no RE


A maioria dos lípidos de membrana (fosfolípidos e colesterol) são sintetizados no REL.

O fosfolípido mais abundante é a fosfatidilcolina.

A síntese de fosfolípidos derivados do glicerol faz‐se em 3 etapas partindo‐se de2 moléculas de ácidos gordos, 1 de glicerofosfato e outra de cabeça polar (exemplo: colina):

As enzimas destas reacções encontram‐se na face citosólica do RE e utilizam precursoresdados pelo citoplasma.

Retículo Endoplasmático liso e síntese de lípidos


(ácido fosfatídico) (diacilglicerol) (fosfatidilcolina)


1 ‐ a acil transferase associa os 2 ácidos gordos ao glicerofosfato originando o ácidofosfatídico. 2 ‐ este serve de substrato à fosfatase, formando‐se 1 molécula dediacilglicerol. 3 ‐ esta associa‐se finalmente a 1 molécula de fosfocolina, sob aacção de colina fosfotransferase, formando‐se 1 molécula de fosfatidilcolina.


Translocadores de

fosfolípidos (flipases)

transportam lípidos de

uma camada lipídica

para outra.

FlipaseFlipase



Tráfego intracelular de fosfolípidos

Proteínamarcada

Vesículas desecreção

Golgi

RER



Proteínas de troca de fosfolípidos ajudam a transportar fosfolípidos do RE para as membranas da mitocôndrias e peroxissomas.



Complexo de Golgi




O complexo de Golgi (ou dictiossoma) é constituído por um conjunto de sáculos achatados dispostos paralelamente uns aos outros formando uma espécie de “pilha de pratos”. No interior delimitam uma cavidade: o lúmen.

O Golgi está intimamente associado ao retículo endoplasmático.

invólucronuclear

RER

face cisde Golgi

Aspecto ultraestrutural de Golgi

vacúolos do Golgi

COMPLEXO DE GOLGI

vesículasdo Golgi

Na periferia das cisternas existem vesículas ou vacúolos golgianos, que se difundem pelo citoplasma transportando substâncias sintetizadas/modificadas no Golgi para os lisossomas, membrana celular ou para a secreção.


COMPLEXO DE GOLGI

invólucronuclear

RER

face cisde Golgi

Aspecto ultraestrutural de Golgi

vacúolos do Golgi

vesículasdo Golgi

Compartimentação morfológica e funcional

O Golgi é uma estrutura polarizada. As proteínas do RE entram no Golgi pela face cis,transitam no compartimento mediano e saem pela face trans.

face cis

face trans

Golgi cis

Golgimediano

Golgitrans

Vesículagolgiana

Vesículade secreção

COMPLEXO DE GOLGI

À medida que atravessam estes compartimentos, as proteínas vão sendo modificadas paradepois serem transportadas para os seus destinos na célula.

Assim, a face cis é a face de formação de novas cisternas por fusão das vesículas do RE.A face trans é a face de maturação onde as cisternas se desintegram em vesículas.

face cis

face trans

Golgi cis

Golgimediano

Golgitrans

Vesículagolgiana

Vesículade secreção

Compartimentação morfológica e funcional

COMPLEXO DE GOLGI

Funções do complexo de Golgi

COMPLEXO DE GOLGI

• Glicosilação de proteínas e de lípidos (formação de glicoproteínas e glicolípidos)

• Secreção celular

• Formação dos lisossomas

• Síntese da porção glucídica dos proteoglicanos

• Participação no metabolismo dos lípidos

• Sulfatação de várias biomoléculas

• Biogénese e recuperação de membranas• Regulação do teor hídrico da célula (por formação de vesículas que acumulam água e a expelem para o exterior da célula).

• Nas células vegetais: síntese dos componentes da matriz da parede celular

Glicosilação de proteínas no lúmen de Golgi

A glicosilação de proteínas iniciada no RER continua no lúmen de Golgi. A glicosilação destas proteínas é diferente consoante o seu destino final na célula:

1. Se forem para a membrana citoplasmática ou para a secreção, as glicoproteínas são transformadas em oligossacarídeos complexos.

2. Se forem para os lisossomas, as glicoproteínas adquirem apenas o grupo fosfato. O terminal manose 6‐fosfato que se forma nestas proteínas é extremamente importante para o seu destino para os lisossomas.

Oligossacarídeo tipo complexo

1 2

COMPLEXO DE GOLGI

COMPLEXO DE GOLGI

Transporte de proteínas a partir do complexo de Golgi

As proteínas são transportadas da região trans de Golgi, dentro de vesículas para o seu desIno final:1. Na ausência de sinais específicos internos, as proteínas são transportadas para a superfície celular (membrana celular ou matriz extracelular) através da secreção constitutiva.Exemplos: formação de glicocálice, produção de anticorpos pelos plasmócitos

2. Outras proteínas são destinadas aos lisossomas ou à secreção regulada.Exemplos: produção de hormonas pelas células endócrinas ou de neurotransmissores pelos neurónios

Mistura de proteínas Triagem

Receptor demanose 6‐fosfato

Secreçãoconstitutiva

Secreção regulada

Lisossomas

Fluxo para oEspaço extracelular

Lisossoma



LISOSSOMA

Ultraestrutura e função

Os lisossomas são definidos como vesículas

delimitadas por uma membrana, e implicados

no processo de digestão intracelular.

Os lisossomas contêm várias enzimas hidrolíticas

(hidrolases ácidas) que são activas em meio ácido

(pH ~ 5) e não a pH neutro do citosol.

Estas enzimas são capazes de hirolisar proteínas,

DNA, RNA, polissacarídeos e lípidos.

O pH da matriz lisossomal é mantido ácido pela

bomba de protões que utiliza a energia do ATP

para bombear os H+ do citosol para dentro.

LISOSSOMA


Ultraestruturalmente, os lisossomas são organelos heterogéneos, podendo apresentar uma diversidade morfológica que reflecte as variações na quan;a e natureza do material ingerido.

É possível distinguir 3 tipos de lisossomas:1. Lisossomas primários: de aspecto homogéneo, são lisossomas recem‐formados contendo as

hidrolases mas ainda sem material ingerido2. Lisossomas secundários: heterogéneos, com hidrolases e material em degradação3. Lisossomas secundários com corpos residuais: acumulam material incompletamente degradado

Lisossomas em MET Lisossomas de macrófago

Biogénese

A formação dos lisossomas implica a via de

secreção e a via de endocitose:

1. O material extracelular é interiorizado por

vesículas endocíticas que se formam a partir da

membrana e fundem com os endossomas

precoces.

2. A maturação dos endossomas precoces em

endossomas tardios passa pela diminuição do

pH interno (3 a 6), o que permite a aquisição

das hidrolases ácidas lisossomais a partir da

rede trans de Golgi e a subsequente maturação

dos endossomas tardios em lisossomas

secundários.

LISOSSOMA

LISOSSOMA

Transporte das hidrolases ácidas para o lisossoma e papel do receptor da manose 6‐fosfato

adição defosfato

manose 6‐fosfato(M6F)

do RE

precursor dehidrolase lisossomal

cis de Golgi trans de Golgi

aparelho de Golgi

Reciclagem dosreceptores

vesículas detransporteFranja de

clatrina

ligação aoreceptor de M6F

transporte mediadopor receptor

dissociaçãoà pH ácido

Remoção defosfato

hidrolase lisossomalactivaendossoma

tardio

•As enzimas lisossomais são glicoproteínas cujos oligossacarídeos possuem resíduos de manose‐6‐fosfato que são reconhecidos pelo receptor de M6F na rede trans de Golgi. Estas enzimas são sintetizadas no RER e passam para o complexo de Golgi, onde os resíduos de manose sofrem fosforilação, na face cis do Golgi.

•A partir da rede trans do Golgi, o complexo receptor‐M6F é transportado dentro de vesículas revestidas por clatrina até aos endossomas tardios. Neste compartimento, devido ao pH ácido, as hidrolases dissociam‐se do receptor.

•Posteriormente, os receptores regressam ao Golgi para reutilização. As hidrolases sofrem desfosforilação no lúmen dos endossomas tardios que, à medida que adquirem mais enzimas, se transformam em lisossomas secundários.

Digestão intracelular

Além da degradação das moléculas interiorizadas por endocitose, os lisossomas digerem material

das vias de fagocitose e de autofagia:

1. Fagocitose: incorporação e digestão de grandes partículas ou células (bactérias, células

envelhecidas, etc.) provenientes do exterior da célula, originando um heterolisossoma. As

células humanas especializadas nesta função são os macrófagos e os neutrófilos.

2. Autofagia: digestão intracelular de organelos e estruturas da própria célula. Neste caso o

organelo (p. e. mitocôndria) é rodeado por uma membrana derivada do retículo

endoplasmático e a vesícula resultante (autofagossoma) funde‐se com o lisossoma

(autolisossoma). O conteúdo do autolisossoma é, então, digerido pelas enzimas lisossomais.

LISOSSOMA

FAGOCITOSE

ENDOCITOSE

AUTOFAGIA

Endosoma precoce

Endolisossomatardio

lisossoma

autofagossoma

Membranacitoplasmática

fagossomabactéria

As 3 vias de digestão intracelular pelos lisossomas

LISOSSOMA

Digestão intracelular

Peroxissoma



Ultraestrutura

Os peroxissomas são

estruturas esféricas ou ovais

(diâmetro 0,5‐1,5 μm) rodeadas

de uma membrana, que engloba

uma matriz peroxissomal

electronodensa, onde por vezes

se observa (dependente do

plano do corte) o nucleóide com

aspecto cristalino (cristalóide)

ou amorfo.

Aspecto ultraestrutural deperoxissomas do fígado de rato.

PEROXISSOMA

Os peroxissomas contêm várias enzimas:

1. Oxidases: intervêm em processos oxidativos utilizando o oxigéniopara remover o hidrogénio de determinados substratos:

RH2 + O2 R + H2O2

2. Catalase: desdobra o H2O2 (peróxido de hidrogénio) em água eoxigénio, o H2O2 seria tóxico para a célula se acumulado:

2H2O2 2H2O + O2

R´H2 + H2O2 R’ + 2H2O

Nas células animais, os peroxissomas são particularmente activos no fígado e rinsonde as reacções oxidativas permitem a eliminação de substâncias tóxicas.Exemplo: é através dos peroxissomas que o álcool que ingerimos é facilmente excretado sob a forma de acetaldeído.

CH3–CH2–OH + H202 CH3–CHO + 2H20

Funções

PEROXISSOMA

Oxidação dos ácidos gordos, acompanhada de produção de H2O2 a partir de O2, o H2O2 é posteriormente degradado pela catalase

Oxidação de aminoácidos e do ácido úrico

Biossíntese de colesterol, ácidos biliares, plasmalogénios

Nas plantas: ciclo glioxílico (síntese de carbohidratos a partir dos ácidos gordos) e fotorespiração

Funções

PEROXISSOMA

Degradado pela catalase

Os peroxissomas são estruturas semi‐autónomas. Embora não tenham DNA nemribossomas, derivam de peroxissomas pré‐existentes, por um processo semelhante ao das mitocôndrias e plastídeos.

As proteínas dos peroxissomas são sintetizadasno citosol e importadas para os peroxissomaspré‐existentes. Esta importação de proteínasresulta no crescimento dos peroxissomas pré‐existentes que se dividem em novos peroxissomas.

peroxissoma

proteínas específicasde importação de

proteínas

crescimento por importação deproteínas específicas do citosol

fissão

novos peroxissomas

Biogénese dos peroxissomas

PEROXISSOMA

As proteínas destinadas aos peroxissomaspossuem um peptídeo sinal (PTS1 ou PTS2) que se liga a seu receptor na membrana do organelo, permitindo a sua translocação para a matriz peroxissomal.

Mitocôndria




Em média tem 1‐2 μm de comprimento e0,5‐1 μm de largura

É rodeada por 2 membranas, uma internae outra externa separadas pelo espaçointermembranar.

A membrana interna projecta vários pregosou cristas para o interior da mitocôndria oumatriz mitocondrial. Na matriz, encontra‐seDNA, ribossomas e pequenos grânulos.

De ponto de vista funcional, a membranainterna e a matriz são os compartimentosmais importantes da mitocôndria.

MITOCÔNDRIA

MATRIZ MITOCONDRIAL, contém:‐ enzimas da oxidação do piruvato e ácidos gordos‐ enzimas do ciclo do ácido cítrico‐ várias cópias de DNA mitocondrial‐ ribossomas, tRNAs, enzimas da expressão genética

MEMBRANA INTERNA:‐ rica em fosfolípido cardiolipina‐ forma várias pregas (cristas) que aumentama área da superfície

‐ contém proteínas com 3 tipos de funções:1. Proteínas que realizam as reacções de oxidação nacadeia respiratória;

2. ATP sintetase que sintetiza o ATP na matriz3. Proteínas de transporte específico de metabolitospara dentro ou para fora da matriz

‐ é impermeável à maioria dos pequenos iões

MEMBRANA EXTERNA, contém:‐um canal proteico (PORINA) permeável às moléculas de peso molecular inferior a 10 000 daltons‐enzimas de metabolismo mitocondrial de lípidos


MITOCÔNDRIA

É a principal fonte de energia – sob a forma de ATP ‐ das células eucarióticas através do processo de fosforilação oxidativa.

Importa a maioria das suas proteínas do citosol.

Possui o seu próprio DNA que codifica para tRNAs, rRNAs e proteínas mitocondriais.

A sua biogénese depende de proteínas codificadas por seu genoma e de proteínas codificadas pelo genoma nuclear.

MITOCÔNDRIA


Biogénese

À medida que crescem e aumentam de tamanho, as mitocôndrias dividem‐se por fissão de modo semelhante à divisão das bactérias.

As mitocôndrias não são sintetizadas de novo; os seus constituintes de origem citosólica são acrescentados durante o processo de crescimento e divisão.

Replicação de DNA

MITOCÔNDRIA

TRÁFEGO INTRACELULAR DE PROTEÍNAS

Cytosol

Os ribossomas livres

no citoplasma

sintetizam proteínas

destinadas a:

núcleo,

mitocôndria,

cloroplastos e

peroxissomas.

Os ribossomas

associados à

membrana do RE

sintetizam proteínas

destinadas a:

lisossomas,

membrana

citoplasmática e

secreção.

Peptídeo Sinal

O destino final das proteínas produzidas no citosol ou pelo RER é determinado

por uma sequência presente nestas proteínas chamada peptídeo sinal.

NH2 COOH

peptídeo sinal

Outras proteínas sofrem modificações que determinam o seu destino.

Por exemplo: manose 6 fosfato nas proteínas destinadas aos lisossomas.


Peptídeo Sinal


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