Apostila Interativa de Biologia Celular e Molecular

Biologia Celular e Molecular

Ana Paula da Silva CupelloHelena de Souza Pereira

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Sumário

Clique em cima da unidade que contém o tema que você deseja estudar:

MEMBRANAS BIOLÓGICAS

CITOESQUELETO

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO

cOMPLEXO DE GOLGI

LISOSSOMOS

PEROXISSOMOS

CICLO CELULAR E DIVISÃO CELULAR

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO

ENDOCITOSE E EXOCITOSE

MITOCÔNDRIAS

NÚCLEO

MORTE CELULAR

Nessa unidade iremos aprender sobre as características e funções das membranas biológicas existentes nas células.Bons estudos!

Membranas Biológicas

Nessa unidade serão abordados os temas abaixo. Caso tenha interesse em algum tema específico, basta clicar em cima do tema desejado que você será direcionado para a sua seção.Se desejar ver o conteúdo completo, basta clicar no primeiro tema e ir passando para as páginas seguintes.Tenha em mente que cada tema pode apresentar mais de uma página.

ESTRUTURA

DEFINIÇÕES GERAIS

INTERAÇÕES

FUNÇÕES

TRANSPORTE

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

Membranas Biológicas

DEFINIÇÕES GERAIS

Membranas biológicas são responsáveis por delimitar uma célula (membrana plasmática) e, em células eucarióticas, as organelas (membranas internas).

A membrana plasmática apresenta, aproxiadamente, 700 μm²;
Já as membranas internas ocupam, aproximadamente, 7000 μm².

Os estudos sobre as membranas biológicas tiveram início em 1885, com Charles Ernest Overton, que percebeu a diferença entre a parede celular, presente em células vegetais, e a membrana plasmática de células animais. Além disso, Overton também percebeu a presença de lipídeos na estrutura das membranas biológicas e o envolvimento de Na⁺ e K⁺ na excilabilidade de membranas em células musculares e nervosas.

Fonte: https://paulingblog.wordpress.com/tag/charles-ernest-overton/

Charles Ernest Overton.

Membranas Biológicas

DEFINIÇÕES GERAIS

Em 1935, Hugh Davson e James Danielli tentaram explicar a estrutura da membrana celular através do Modelo Sanduíche, que consistia na ideia de que a membrana apresentaria uma camada de proteínas em suas faces intra e extracelular, porém entre essas duas camadas de proteínas haveria uma bicamda lipídica, de forma semelhante a um "sanduíche" (os pães seriam a camada de proteína e o recheio seria a bicamada lipídica).

Porém, em 1972, Singer e Nicolson propuseram o Modelo Mosaico Fluido, em que as proteínas, na verdade, estariam embebidas em uma bicamada fosfolipídica, como um mosaico apresentando moléculas proteicas e lipídicas. Essas moléculas, entretanto, se movimentariam no plano da membrana, ou seja, teriam uma certa fluidez nessa estrutura.

Atualmente, o Modelo Mosaico Fluido é aceito, mas além de proteínas e lipídeos, também há açúcares associados a alguns desses componentes, o que resulta na presença de glicoproteínas e glicolipídeos na membrana biológica.

Modelo Saunduíche.

Modelo Mosaico Fluido. Fonte: JUNQUEIRA, 2013.

Membranas Biológicas

FUNÇÕES

Dentre as funções das membranas biológicas, podemos citar:

Delimitar as células e organelas;

Formar uma barreira de permeabilidade;

Organizar e localizar diferentes organelas de acordo com sua função;

Participar do processo de transporte e captação de nutrientes;

Participar do processo de sinalização;

Participar da interação entre as células dos tecidos, organizando-as na matriz extracelular.

Membranas Biológicas

ESTRUTURA

Os lipídeos majoritáros nas membranas biológicas são os fosfolipídeos (moléculas anfipáticas). Eles apresentam a seguinte conformação:

A estrutura das membranas biológicas é flexível e pode adquirir diferentes formatos. Ela é composta, principalmente, por fosfolipídeos, esfingolipídeos, colesterol e proteínas, além de glicolipídeos e glicoproteínas.

Fosfatidilcolina. Fonte: ALBERTS, 2017.

Na imagem ao lado, tem-se representado um fosfolipídeo chamado fosfatidilcolina. O que difere a fosfatidilcolina de outros tipos de fosfolipídeos é a sua cabeça polar (região hidrofóbica), pois ela apresenta o grupamento polar "colina".Cada fosfolipídeo, portanto, irá apresentar um grupamento polar específico, que definirá seu nome.

Cada fosfolipídeo, como se vê na figura, tem 2 cadeias de ácido graxo. Essa cadeia pode se apresentar na forma saturada (a cadeia na esquerda da imagem) ou insaturada (a cadeia da direita).Cadeias de ác. graxo insaturadas deixam a região da membrana mais fluida e fina, enquanto cadeias saturadas têm efeito oposto.

Membranas Biológicas

ESTRUTURA

Já os esfingolipídeos apresentam a conformação mostrada na imagem abaixo, tendo longas caudas que deixam a região onde estão inseridos mais espessa.

Estrutura de esfingolipídeo. Fonte: ALBERTS, 2017.

O colesterol é responsável por deixar a região da membrana onde está inserido menos fluida, pois seu núcleo esteróide é rígido. Abaixo, pode-se ver a estrutura do colesterol:

Tanto os esfingolipídeos, quanto o os colesteróis estão presentes em regiões de membrana estáveis, chamadas balsas lipídicas. Essas regiões são responsáveis por confinar proteínas em determinadas regiões da célula e garantir a manutenção de receptores que atuarão na transdução de sinais.OBS.: Nas balsas lipídicas podem ser encontrados, por exemplo, receptores que permitem a entrada de vírus na célula (como o receptor CD4 para o HIV.

Estrutura do colesterol. Fonte: ALBERTS, 2017.

Membranas Biológicas

ESTRUTURA

Na presença de água, as moléculas anfipáticas agregam-se espontaneamente, devido a sua elevada hidrofobicidade. Dependendo das condições experimentais e da natureza dos lipídeos, podem se formar 3 tipos de agregados, como visto na imagem ao lado:

Vale destacar também que os fosfolipídeos se movimentam na membrana, podendo apresentar movimento de difusão lateral, difusão rotacional ou difusão transversa (flip-flop), como visto na imagem à esquerda.O movimento flip-flop é lento e energeticamente desfavorável (pois a parte polar da molécula deve atravessar um meio hidrofóbico), portanto, existem enzimas (flippases) que catalisam esse moviemento, tornando-o mais rápido.

Agregados de moléculas anfipáticas. Fonte: ALBERTS, 2017.

Movimentos dos fosfolipídeos na membrana. Fonte: ALBERTS, 2017.

Lipossomo

Membranas Biológicas

ESTRUTURA

As proteínas presentes nas membranas biológicas podem ser do tipo integrais (estão fortemente ligadas à membrana e, portanto, sua retirada geraria um impacto na membrana) ou periféricas (estão fracamente ligadas à membrana através de interação feita por carga e, por isso, soltam-se facilmente da membrana ao se modificar o pH ou usar agentes quelantes).

Tipos de proteínas encontradas na membrana:1- Proteína integral transmembrana unipasso (atarvessa a membrana apenas uma vez);2- Proteína integral transmembrana multipasso em α-hélice (atravessa a membrana diversas vezes);3- Proteína integral transmembrana multipasso em folha-β (atravessa a membrana diversas vezes e tem formato de barril);4- Proteína integral monotópica (associada a apenas 1 camada da bicamada lipídica);5 e 6- Proteínas integrais ancoradas (ligadas à membrana através de alças lipídicas);7 e 8- Proteínas periféricas ligadas a outras proteínas.Fonte: ALBERTS, 2017.

OBS: Pode-se encontrar açúcares ligados à essas proteínas ou a lipídeos, na face externa da membrana, formando glicocálix.

Membranas Biológicas

TRANSPORTE

O transporte através da membrana biológica pode se dar de duas formas principais: transporte passivo (sem gasto energético, pois ocorre a favor do gradiente de concentração, ou seja, de onde tem mais pra onde tem menos) ou transporte ativo (com gasto energético, pois ocorre contra o gradiente de concentração).

TRANSPORTE PASSIVO Pode ser de 2 tipos:

Difusão simples - o soluto atravessa diretamente a bicamada lipídica. Para que isso seja possível, é preciso que se trate de uma molécula apolar e pequena;

Difusão facilitada - o soluto atravessa a membrana biológica através de uma proteína transmembrana, que pode ser do tipo canal ou transportador.

TRANSPORTE ATIVO É mediado por bombas acionadas por ATP, que podem ser de 3 classes:

Classe P - apresenta uma de suas subunidades fosforilada. Ex.: Bomba de H⁺, bomba de Na⁺/K⁺, bomba de H⁺/K⁺, bomba de Ca⁺;
Classe F e V - são complexas e bombeiam prótons H⁺ (para acidificar um meio). As do tipo F estão na membrana interna de mitocôndrias (podem sintetizar e hidrolisar ATP) e em bactérias, já as do tipo V estão em vacúolos e vesículas;
Classe ABC - nas bactérias, são responsáveis pelo transporte de peptídeos, açúcares e aminoácidos; em mamíferos, fazem transporte de fosfolipídeos, colesterol e pequenos compostos lipofílicos. Ex.: Flipase.

Membranas Biológicas

TRANSPORTE

É importante destacar ainda que existem mecanismos que determinam o sentido do fluxo dos solutos no transporte:

UNIPORTE - ocorre através de transporte ativo primário (bombas) em que apenas um molécula passa pela proteína transportadora por vez;SIMPORTE - ocorre por meio de transporte ativo secundário (carreadores que dependem do gradiente de concentração gerado por uma bomba, para que façam o transporte), no qual passam-se duas moléculas simultanemamente no mesmo sentido, sendo uma co-transportada;ANTIPORTE - ocorre por meio de transporte ativo secundário (carreadores que dependem do gradiente de concentração gerado por uma bomba, para que façam o transporte), no qual passam-se duas moléculas simultanemamente em sentidos opostos, sendo uma co-transportada.

OBS 1: Transportadores do tipo simporte e antiporte realizam transportes acoplados, ou seja, na ausência de um soluto, o outro não poderá ser transportado.OBS 2: Transporte transcelular é aquele em que o soluto atravessa a célula.

Transportes uniporte, simporte e antiporte. Fonte: ALBERTS, 2017.

Membranas Biológicas

INTERAÇÕES

As células se ligam umas às outras e à matriz extracelular por meio de proteínas de membrana. Com isso, existem interações entre células e interações entre célula e matriz extracelular (Ex.: interação célula - lâmina basal).

OBS: As células também são sustentadas por proteínas do citoesqueleto.

Veja abaixo os tipos de interações existentes:

Junção compacta (ocludente) - faz parte do complexo juncional (junção entre células) e se localiza na porção lateral da célula, com objetivo de selar o espaço entre células. Nesta junção ocorrem ligações entre as proteínas claudinas e ocludinas;

Junção aderente - faz parte do complexo juncional, se localiza na porção lateral da célula e conecta os filamentos de actina de uma célula com os de outra célula, envolvendo caderinas (proteína de adesão do citoesqueleto);
Desmossomo - faz parte do complexo juncional, se localiza na porção lateral da célula e conecta os filamentos intermediários de uma células com os de outra, envolvendo caderinas;

Junções celulares. Fonte: ALBERTS, 2017.

Membranas Biológicas

INTERAÇÕES

OBS: As proteínas de adesão caderinas e integrinas necessitam de proteínas adaptadoras para se ligarem aos filamentos do citoesqueleto.

Junção tipo fenda (comunicante) - se localiza na porção lateral da célula e permite a passagem de pequenas moléculas hidrofílicas entre células (proteínas chamadas conexinas interagem e formam conéxons, que por sua vez, formam canais intercelulares);
Junção célula-matriz ligada à actina (ancoragem) - se localiza na porção basal da célula, ancorando a célula à matriz extracelular através de filamentos de actina, utilizando integrinas (proteína de adesão do citoesqueleto);
Hemidesmossomo - se localiza na porção basal da célula, ancorando a célula à matriz extracelular através de filamentos intermediários, utilizando integrinas.

Junções celulares. Fonte: ALBERTS, 2017.

Quiz - Membranas Biológicas

Esse quiz é composto por 5 perguntas sobre o tema estudado. Para iniciar o quiz, você deve apertar o botão ao lado.Boa sorte!

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

Uma característica dos fosfolipídeos de membrana é a possibilidade de se movimentarem na bicamada lipídica. Qual é o nome e classe da proteína responsável por catalisar o movimento de flip-flop?

Fosfolipase(Classe ABC)

Bomba de H⁺(Classe P)

Flippase (Classe ABC)

Question 1/5

Quiz - Membranas Biológicas

Permitir a passagem de pequenas moléculas entre células

Selar o espaço entre células

Ancorar a célula à matriz extracelular

Question 2/5

As células apresentam diferentes formas de interagir entre si, assim como de interagir com a matriz extracelular. Qual das opções abaixos é a resposta correta para a função da junção compacta?

Quiz - Membranas Biológicas

Correta

Incorreta

Question 3/5

O Modelo Sanduíche, criado em 1935, afirma que a membrana biológica é composta por uma bicamada lipídica, na qual existem diversas proteínas embebidas que estão em constante movimento (fluidez). A afirmação acima está?

Quiz - Membranas Biológicas

São moléculas anfipáticas que apresentam um núcleo esteróide em sua estrutura

São moléculas completamente hidrofílicas, que têm um grupamento polar responsável por dar o seu nome

São moléculas anfipáticas, que apresentam 2 caudas de ácido graxo em sua região apolar

Question 4/5

A membrana biológica é composta por diversos fosfolipídeos. Sobre os fosfolipídeos, é correto afirmar?

Quiz - Membranas Biológicas

Correta

Incorreta

Question 5/5

As proteínas presentes nas membranas biológicas podem ser do tipo integrais (estão fortemente ligadas à membrana) ou periféricas (estão fracamente ligadas à membrana através de uma interação feita por cargas). Esta afirmação está?

Quiz - Membranas Biológicas

Resultados

Parabéns!

Quiz - Membranas Biológicas

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Citoesqueleto

Nessa unidade iremos aprender sobre as características e o funcionamento de diferentes estruturas que compõem o citoesqueleto de uma célula.Bons estudos!

Citoesqueleto

MICROFILAMENTOS

SEPTINAS

COMPONENTES

FUNÇÕES

MICROTÚBULOS

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS

Citoesqueleto

FUNÇÕES

O citoesqueleto de uma célula pode apresentar como funções:

Citoesqueleto atuando na adesão celular. Fonte: ALBERTS, 2017.

Promover adesão da célula com o substrato e matriz extracelular;

Envolvido na locomoção celular;

Envolvido com o formato celular;

Envolvido com o processo de divisão celular.

Locomoção celular de um neutrófilo. Fonte: ALBERTS, 2017.

Citoesqueleto

COMPONENTES

Microtúbulos: são ocos, com aproximadamente 25 nm, e são formados por subunidades chamadas de tubulinas. Estão envolvidos com a formação de cílios e flagelos, o movimento de cromossomos durante a divisão celular e com o movimento de organelas.

Filamentos intermediários: têm cerca de 10nm, sendo formados por subunidades de queratina. Estão envolvidos com a ancoragem e organização do núcleo celular e outras organelas.

Microfilamentos: têm cerca de 7nm, sendo formados por subunidades de actina. Estão envolvidos com a mobilidade, contração muscular e divisão celular.

Microtúbulos (verde) e microfilamentos (vermelho) de uma célula. Fonte: ALBERTS, 2017.

Microtúbulos do fuso (verde) e filamentos intermediários (vermelho) em um processo de divisão celular. Fonte: ALBERTS, 2017.

Citoesqueleto

MICROTÚBULOS

Os microtúbulos são formados pela associação de proteínas chamadas de tubulinas. Essas proteínas podem ser as tubulinas alfas ou as tubulinas betas (que formam heterodímeros), sendo que elas são ligadas entre si por ligações não-covalentes. Essas tubulinas, porém, são enzimas e, portanto, irão se ligar aos seus substratos quando formarem a sua conformação tridimensional final, antes de formar os heterodímeros (o substrato de α-tubulinas é o GTP, já o substrato de β-tubulinas é o GDP, pois assim que um GTP se liga à β ele é hidrolisado à GDP).Entretanto, após a formação do heterodímero, as tubulinas perderão a sua capacidade catalítica e os substratos não serão mais hidrolisados.

Estrutura de um microtúbulo e de suas subunidades. Fonte: ALBERTS, 2017.

Citoesqueleto

MICROTÚBULOS

A união entre tubulinas α e β para formar um microtúbulo ocorrem através de algumas etapas:

Heterodímero de tubulina e protofilamento. Fonte: ALBERTS, 2017.

Tubulinas α e β se unem em série para formar protofilamentos, sendo que no fim, em uma extremidade desse protofilamento haverá uma α-tubulina e na outra haverá uma β-tubulina;
Em seguida, 13 colunas de protofilamentos irão se associar para formar um tubo oco, esse tubo será o microtúbulo. Nessa etapa, os contatos laterais entre as tubulinas de cada coluna de protofilamento ocorrerá com uma tubulina do mesmo tipo (ou seja, α-tubulina fará contato lateral com outra α-tubulina; enquanto β-tubulina fará contato lateral apenas com β-tubulina).
In vitro: nesta etapa, adiciona-se subunidades livres de tubulinas, que irão se associar às extremidades do microtúbulo, causando o seu alongamento. Haverá maior adição de tubulinas livres na extremidade (+), porém haverá uma menor quantidade de ligações na extremidade (-).

Citoesqueleto

MICROTÚBULOS

Crescimento (através da estabilidade proporcionada pela capa de GTP) e encurtamento do microtúbulo (instabilidade). Fonte: ALBERTS, 2017.

Se a velocidade de incorporação de subunidades livres for maior que a de hidrólise de GTP em GDP + Pi em β, uma capa de GTP irá se formar em torno do microtúbulo (seria o equivalente à formação de uma “fila” de GTP a espera de ser hidrolisado por β) e essa capa irá deixa-lo mais estável.Conforme o GTP é hidrolisado pela β-tubulina, haverá uma mudança de conformação nessa tubulina que causará uma torção na extremidade do protofilamento, afastando-os e gerando uma instabilidade no microtúbulo. Esse afastamento, então, vai levar à desmontagem desse microtúbulo, porém os dímeros dissociados serão usados na formação de uma nova extremidade (ou seja, ocorrerá uma instabilidade dinâmica, em que a extremidade desse microtúbulo vai se montando e desmontando continuamente).

Citoesqueleto

MICROTÚBULOS

Instabilidade dinâmica. Fonte: ALBERTS, 2017.

A estabilidade dos microtúbulos se dá pela capa de GTP e pelas Proteínas Associadas ao Microtúbulo (MAP’s), que se ligam aos protofilamentos, deixando-os retos (sem torção, o microtúbulo fica estável).Existem, porém, proteínas chamadas fatores de catástrofes (como a Op18 e a Katanina), que se ligam aos protofilamentos, forçam a sua curvatura e desmontam o microtúbulo (gera-se instabilidade).

Fatores de catástrofes e MAP atuando sobre microtúbulos. Fonte: ALBERTS, 2017.

Citoesqueleto

MICROTÚBULOS

O centrossomo. Fonte: ALBERTS, 2017.

In vivo: esta etapa, quando ocorre in vivo, tem a participação de centrossomos, que são agregados de proteínas associados a centríolos. Na superfície do centrossomo, há a γ-tubulina, responsável por formar complexos e organizar os microtúbulos. Dessa forma, a adição de subunidades livres ocorre apenas na extremidade (+), onde há β-tubulina, pois a outra extremidade (que contém α-tubulinas) está ligada à γ-tubulina do centrossomo. Sendo assim, os microtúbulos emergem da superfície dos centrossomos, formando uma estrutura de estrela.

Nucleação de microtúbulos por γ-tubulina. Fonte: ALBERTS, 2017.

Citoesqueleto

MICROTÚBULOS

Os centríolos são formados por 9 trincas de microtúbulos. Sendo que cada trinca apresenta um anel A de microtúbulos (com 13 protofilamentos) ligado à um anel B de microtúbulos (com 10 protofilamentos), que por sua vez se liga a um anel C de microtúbulos (com 10 protofilamentos).Na fase S da divisão celular, os centríolos se separam e se duplicam, e, a partir disso, novos centrossomos serão criados em volta desses centríolos separados. Na fase M, os microtúbulos já devem estar organizados para fazer a separação das cromátides-irmãs da anáfase.

Centríolos. Fonte: ALBERTS, 2017.

Citoesqueleto

MICROTÚBULOS

Existem ainda proteínas motoras associadas aos microtúbulos, que trafegam ao longo do microtúbulo carregando cargas de vesículas secretórias e organelas. Essas pertencem à 2 famílias:

Cinesinas: sentido de tráfego é em direção à extremidade (+);
Dineínas: sentido de tráfego é em direção à extremidade (-) ou ao centro organizador de microtúbulos.

Ex.: - Transporte do Complexo de Golgi para a extremidade (+): transporte anterógrado mediado por cinesina;- Transporte da extremidade (+) para o Complexo de Golgi: transporte retrógrado mediado por dineína.

Transporte de vesículas de neurotransmissores mediado por proteínas motoras em neurônio. No axônio, a extremidade (+) é voltada para o terminal do axônio, porém no dendrito há microtúbulos de polaridade mista, havendo extremidade (+) voltada para a periferia e outras voltadas para o interior. Fonte: ALBERTS, 2017.

Citoesqueleto

MICROTÚBULOS

Os microtúbulos estão envolvidos também na movimentação celular através de cílios (que tem de 2 a 20 μm e realizam movimentos de batimento) e flagelos (que tem de 20 a 200 μm e realizam movimentos de chicote ou natatórios). Sendo que ambos são formados por estrutura de duplas de microtúbulos, em que se tem um anel principal (com 13 protofilamentos) e um anel acessório (com 10 protofilamentos). Dessa forma, os cílios e flagelos apresentam uma organização interna chamada axonema, que é formada pela interação de 9 duplas de microtúbulos e 2 microtúbulos centrais (cada um com 13 protofilamentos). A proteína nexina é responsável por interligar as 9 duplas de microtúbulos existentes.Na base dos cílios e flagelos há o corpo basal, composto por 9 trincas de microtúbulos, mas sem nenhum microtúbulo central. Vale destacar que existe uma estrutura de transição entre o corpo basal e o axonema, que reorganiza os microtúbulos.

Arranjo dos microtúbulos em um flagelo ou cílio. Fonte: ALBERTS, 2017.

Citoesqueleto

MICROTÚBULOS

Os movimentos dos cílios e flagelos são gerados através do movimento de microtúbulos, que acontece por meio da proteína motora dineína (localizada entre as duplas de microtúbulos). Na presença de ATP, portanto, uma dupla de microtúbulos desliza sobre a outra, mas, por estarem com a sua base presa ao corpo basal, ocorre uma curvatura que é responsável por gerar o movimento natatório dos flagelos e os batimentos dos cílios.

Flexão de um axonema. Fonte: ALBERTS, 2017.

Citoesqueleto

MICROFILAMENTOS

Os microfilamentos também são conhecidos como filamentos de actina, sendo formados por proteínas actinas idênticas, dispostas em uma longa cadeia em formato de espiral. Possuem uma extremidade (-), onde se encontra a região de ligação do ATP (já que são enzimas que hidrolisam o ATP a ADP); e uma extremidade (+).

Estrutura de um monômero de actina e de um filamento de actina. Fonte: ALBERTS, 2017.

Citoesqueleto

MICROFILAMENTOS

A polimerização in vitro dos microfilamentos ocorre através de 3 fases:

Nucleação: fase em que de 3 a 4 subunidades de actina livres interagem e formam um agregado que atuará como um núcleo (uma origem);
Alongamento: fase em que outras subunidades de actina vão se ligando ao núcleo, alongando-o nas duas extremidades;
Estado de equilíbrio: fase em que o microfilamento em formação não cresce mais, devido à falta de subunidades livres de actina.

Curva de tmepo da polimerização de actina em um tubo de ensaio. Fonte: ALBERTS, 2017.

Citoesqueleto

MICROFILAMENTOS

Já a polimerização in vivo ocorre com auxílio de proteínas acessórias do complexo ARP2/3. Nesse caso, o complexo ARP2/3 atua nucleando a polimerização e, dessa forma, os monômeros de actina livres se associam ao complexo e o microfilamento é alongado. A proteína formina também participa da polimerização, pois ela é responsável por facilitar a adição de subunidades livres de actina, promovendo a forma helicoidal do filamento (a formina vai mudando sua conformação conforme as subunidades vão se encaixando, de modo a criar esse formato helicoidal).OBS: O complexo ARP2/3 também tem capacidade de interagir com outros microfilamentos pré-existentes e formar uma estrutura de rede.

Nucleação e formação de rede de actina pelo complexo ARP2/3. Fonte: ALBERTS, 2017.

Alongamento da actina mediado por forminas. Fonte: ALBERTS, 2017.

Citoesqueleto

MICROFILAMENTOS

Feixes paralelos (filopódios): ocorre quando a proteína acessória é a fimbrina, que atua na criação desses feixes presentes em estrutura que não tem capacidade de movimentação (como as microvilosidades), já que não apresentam interação com proteínas motoras por serem bem estreitos;
Redes (córtex celular): sua proteína acessória é a filamina, que são filamentos que formam a rede presente nos lamelopódios (estrutura responsável pela locomoção da célula no substrato, através dos movimentos de protusão, ligação e tração);
Feixes contráteis (fibras de estresse): formado pela proteína alfa-actina, que cria um espaço entre os microfilamentos, permitindo interação com proteínas motoras e, consequentemente, movimento (irão atuar na contração muscular).

Arranjos de actina em uma célula. Fonte: ALBERTS, 2017.

As estruturas de microfilamentos podem ser organizar em diferentes formatos, de acordo com a proteína acessória presente, como:

Feixe paralelo e feixe contrátil de actina. Fonte: ALBERTS, 2017.

Citoesqueleto

MICROFILAMENTOS

Modelo de protusão da rede de actina .Fonte: ALBERTS, 2017.

No funcionamento dos lamelopódios, há a participação de 2 proteínas:

Cofilina: faz a dissociação da extremidade (-) dos microfilamentos de uma rede anterior (mais atrás) para que se tenha monômeros livres para se agregarem na formação da rede de protusão em direção à locomoção da célula (ou seja, dissocia monômeros de uma rede mais atrás pra que esses monômeros possam se associar a uma rede mais a frente);

Gelsolina: atua na quebra e bloqueio dos microfilamentos que ficaram para trás, impedindo que os monômeros dissociados pela cofilina se associam a esses microfilamentos anteriores.

OBS: Os microfilamentos também são responsáveis por formar estereocílios (cílios falsos), que são prolongamentos da membrana imóveis e longos, que aumentam a superfície de contato da célula. Têm função de absorção ou função sensorial (principalmente no ouvido interno).

Citoesqueleto

MICROFILAMENTOS

Miosina II .Fonte: ALBERTS, 2017.

As proteínas motoras dos microfilamentos pertencem à família das miosinas, que sempre percorrem o microfilamentos no sentido da extremidade (+), pois a extremidade (-) é a fenda de ligação do ATP.As miosinas são formadas por 2 cadeias polipeptídicas iguais, que se associaram. Em sua estrutura, há duas cabeças (onde fica localizado o sítio de ligação do ATP), um pescoço (que fica próximo à região de cadeias leves da miosina) e uma cauda. Quando as miosinas são sintetizadas nas células musculares, inicialmente, sua cauda adquire uma conformação que mantém essa proteína inativa. Porém, uma proteína kinase (proteína responsável por fosforilar outras proteínas) transfere fosfato para a cadeia leve da miosina, o que faz com que a sua cauda tenha uma mudança conformacional de extensão, o que ativa a miosina. Com isso, a miosina irá, então, se organizar em uma estrutura bipolar, de 15 a 20 moléculas (ocorre interação entre as caudas de 2 miosinas), chamada de filamento bipolar ou filamento grosso, que está envolvido na contração muscular.

Formação do filamento bipolar.Fonte: ALBERTS, 2017.

Citoesqueleto

MICROFILAMENTOS

Fibra muscular com miofibrilas.Fonte: ALBERTS, 2017.

As miofibrilas (que compõem as fibras musculares) são formadas por vários sarcômeros em sequência, que são delimitados em suas extremidades pelo disco Z. No sarcômero, há proteínas chamadas Capa Z, que são responsáveis por bloquear a extremidade (+) do microfilamento; e proteínas chamadas tropomodulina, responsáveis por bloquear a extremidade (-). Dessa forma, essas proteínas mantêm as estruturas dos microfilamentos estáveis (sem que fiquem montando e desmontando).

Estrutura do sarcômero.Fonte: ALBERTS, 2017.

Citoesqueleto

MICROFILAMENTOS

Controle da contração muscular pela troponina. Em (B), a figura representa o local da tropomiosina na ausência de cálcio (lilás), e na presença de cálcio (roxo).Fonte: ALBERTS, 2017.

Existem também as proteínas tropomiosina e o complexo troponina, que são responsáveis pela regulação dos mecanismos de contração muscular.Quando o músculo está relaxado, a tropomiosina bloqueia o sítio de ligação da cabeça da miosina com o microfilamento. Porém, com o estímulo para contração, libera-se cálcio do retículo sarcoplasmático pro citosol e esse cálcio se liga à troponina, que, por sua vez, irá mudar sua conformação e deslocar a tropomiosina. Dessa maneira, permite-se, então, que a cabeça da miosina se ligue ao microfilamento e "caminhe" para a sua extremidade (+), encurtando o sarcômero e contraindo o músculo como um todo.

Formação do anel contrátil na divisão celular.Fonte: ALBERTS, 2017.

Os microfilamentos de actina, junto com os filamentos de miosina, formam também o anel contrátil, que é uma estrutura que gera um estrangulamento na membrana plasmática para separar as células-filhas durante a citocinese da divisão celular.

Citoesqueleto

FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS

Os filamentos intermediários são encontrados em quase todos os tipos células, mas a sua presença ainda não está confirmada em fungos. Eles apresentam função mecânica e, geralmente, trabalham em conjunto com microtúbulos (através da proteína acessória plectina, que interliga os filamentos intermediários e os microtúbulos), fornecendo suporte e força para as estruturas mais frágeis da célula.As proteínas que formam esses filamentos são alongadas e são as chamadas subunidades de queratina. A organização dos filamentos intermediários ocorre a partir de monômeros associados, que formam dímeros retorcidos. Os dímeros, então, se associam de forma antiparalela e formam tetrâmeros. A associação de 8 tetrâmeros compõe um filamento intermediário crescente, com 32 hélices enroladas.

Modelo de polimerização de filamentos intermediários.Fonte: ALBERTS, 2017.

Citoesqueleto

SEPTINAS

FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS

Os filamentos intermediários do tipo nuclear são formados pelas proteínas Lâmina A, Lâmina B e Lâmina C. Essas proteínas formam um revestimento interno do envelope nuclear, sendo responsáveis pela sustentação do núcleo e mantendo essa organela organizada. Na divisão celular, a proteína kinase transfere fosfato para as lâminas A, B e C, o que diminui a interação entre as lâminas, desorganizando a estrutura de revestimento. Dessa forma, os cromossomos são liberados para irem para polos opostos. Na telófase, porém, uma fosfatase retira o fosfato das proteínas de lâmina e elas readquirem afinidade, reconstruindo a estrutura da lâmina nuclear e o núcleo.

As septinas são proteínas consideradas como o quarto elemento do citoesqueleto. Elas se formam na polimerização de subunidades, como se fossem anéis. Além disso, elas também são responsáveis pelo estrangulamento da membrana plasmática (como um anel contrátil) entre uma célula-mãe e seu broto, em leveduras; se associam a microfilamentos, organizando-os; e organizam a base dos flagelos e cílios.

Estrangulamento da membrana entre célula-mãe e seu broto nascente, em leveduras.Fonte: ALBERTS, 2017.

O Grupo Correto:Citoesqueleto

Nessa atividade, você terá que alocar alguns elementos propostos em seu grupo correto, de acordo com o que foi estudado sobre o tema. Para iniciar a atividade, você deve apertar o botão ao lado.Boa sorte!

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

RESPOSTA

Microtúbulos:

Tubulinas
Capa de GTP
Protofilamentos

Microfilamentos:

Fimbrina
Cofilina
Complexo ARP 2/3
Actina

Filamentos Intermediários:

Queratina
Lâminas nucleares

Septinas:

Estrangulamento de memb. em leveduras

Microtúbulos

Septinas

Arraste os elementos abaixo para o grupo que eles pertencem:

Microfilamentos

Filamentos Interm.

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Fimbrina

Tubulinas

Cofilina

Capa de GTP

Lâminas nucleares

Actina

Protofilamentos

Estrangulamento de memb. em leveduras

Queratina

Complexo ARP 2/3

Retículo Endoplasmático Rugoso

Nessa unidade iremos aprender sobre as características e o funcionamento do Retículo Endoplasmático Rugoso de uma célula.Bons estudos!

Retículo Endoplasmático Rugoso

ENDEREÇAMENTO

ENOVELAMENTO

DEFINIÇÕES GERAIS

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

SÍNTESE DE PROTEÍNAS

GLICOSILAÇÃO DE PROTEÍNAS

SISTEMA PROTEASSOMO

MECANISMO DE ENDEREÇAMENTO PÓS-TRADUCIONAL

Retículo Endoplasmático Rugoso

DEFINIÇÕES GERAIS

O retículo endoplasmático é como um labirinto, cheio de ramificações e vesículas achatadas que se expandem ao longo do citoplasma, tendo início a partir da membrana nuclear externa, que se expandiu e formou a membrana do retículo endoplasmático.Por conta disso, existe uma chamada região de transição, que fica entre o espaço perinuclear (espaço entre a membrana externa e a interna do núcleo) e o espaço do lúmen do retículo endoplasmático.O retículo endoplasmático (RE) é uma organela única, com duas regiões distintas: RE rugoso (com ribossomos aderidos à membrana) e RE liso (sem ribossomos). Nesta unidade trataremos apenas do RE rugoso, enquanto o RE liso será apresentado na unidade seguinte.

Retículo Endoplasmático Rugoso.Fonte: ALBERTS, 2017.

Relação entre o Retículo Endoplasmático e o núcleo celular.Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Rugoso

SÍNTESE DE PROTEÍNAS

A síntese de proteínas pode ocorrer de maneiras diferentes, dependendo do tipo celular em questão.

Em eucariotos, têm-se os seguintes passos para a produção proteica: transcrição > splicing > exportação > tradução. Vale destacar, porém, que as etapas de transcrição, splicing e exportação acontecem no núcleo celular, enquanto a tradução nos ribossomos livres no citosol.Já em procariotos, não há a presença de um núcleo celular e, portanto, há apenas etapas acontecendo no citosol, sendo elas: transcrição > tradução. Além disso, uma diferença importante nesse processo em procariotos é o fato de que a tradução se inicia enquanto a transcrição ainda está ocorrendo, ou seja, a tradução começa antes mesmo do mRNA estar completo.

Etapas da produção proteica em eucariotos (A) e procariotos (B).Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Rugoso

SÍNTESE DE PROTEÍNAS

O processo de síntese de proteínas envolve algumas moléculas, como:

DNA: molécula de fita dupla, formada pelo pareamento de bases (adenina, guanina, citosina e timina) intercadeia, através de pontes de hidrogênio.

Molécula de DNA.Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Rugoso

SÍNTESE DE PROTEÍNAS

RNA: molécula de fita simples, com pareamento de bases (adenina, guanina, citosina e uracila) intracadeia por pontes de hidrogênio. Ou seja, a própria fita faz um dobramento espontâneo estável, formando uma estrutura secundária.

Molécula de RNA.Fonte: ALBERTS, 2017.

RNA se enovelando por pareamento intracadeia.Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Rugoso

SÍNTESE DE PROTEÍNAS

Ribossomos: organelas não envolvidas por membrana, com uma subunidade maior e outra subunidade menor que foram produzidas em uma região do núcleo chamada nucléolo. Os ribossomos podem formar complexos ribonucleoproteicos (associação entre ribossomos e RNAs).

Ribossomos bacteriano e eucariótico.Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Rugoso

SÍNTESE DE PROTEÍNAS

rRNA (RNA ribossômico): formam a estrutura básica dos ribossomos (uma estrutura complexa, com vários domínios) e catalisam a síntese de proteínas.

Estrutura do tRNA.Fonte: ALBERTS, 2017.

rRNA com seus domínios.Fonte: ALBERTS, 2017.

tRNA (RNA transportador): molécula que atua como um adaptador entre mRNA e aminoácidos, apresentando uma conformação de "L" ou de "trevo", com três estruturas de haste e alça, sendo que em uma dessas alças fica o anticódon (que se liga ao códon do mRNA), enquanto na haste se liga o aminoácido transportado.
mRNA (RNA mensageiro): molécula que codifica proteína. Apresenta várias proteínas acessórias que interagem com o mRNA para mantê-lo em sua estrutura linear, sem que se forme uma estrutura secundária, de modo a facilitar o trabalho dos ribossomos na tradução).

Retículo Endoplasmático Rugoso

SÍNTESE DE PROTEÍNAS

As 3 fases de leitura.Fonte: ALBERTS, 2017.

O código genético.Fonte: ALBERTS, 2017.

Existem algumas regras ou características no que se diz respeito à síntese proteica. São elas:

Há 64 códons na natureza, sendo que 61 codificam aminoácidos e 3 são códons de terminação (stop códons, que não codificam nenhum aminoácido).
Um aminoácido pode ser codificado por mais de um códon, porém, no máximo, por 6 códons.
Fases ou janelas de leitura: trata-se do primeiro nucleotídeo reconhecido pelo ribossomo na trinca. E, portanto, existem 3 possibilidades de leitura de um códon.
O código genético é degenerado (diferentes códons codificam o mesmo aminoácido), não ambíguo (cada códon só codifica um aminoácido), universal (é o mesmo em várias espécies, com raras exceções, como em alguns procariotos, em que pode ser diferente).

Retículo Endoplasmático Rugoso

SÍNTESE DE PROTEÍNAS

mRNA monocistrônico de eucarioto.Fonte: ALBERTS, 2017.

mRNA policistrônico de procarioto.Fonte: ALBERTS, 2017.

Ao chegar no citoplasma, o mRNA será identificado por um ribossomo. As duas subunidades do ribossomo irão então se manter unidas, enquanto o ribossomo desliza (no sentido 5' → 3') pela molécula de mRNA, lendo sequências de nucleotídeos na forma de trincas (códons). Essa atividade é catalisada pela peptidiltransferase, sendo uma atividade presente no RNA ribossomal, na maior subunidade do ribossomo. OBS: Quando as subunidades do ribossomo estão ligadas ao mRNA, elas permanecem unidas. Caso contrário, são separadas pela interação com proteínas chamadas fatores de início de tradução.

OBS: O mRNA de procariotos é policistrônico, ou seja, o mesmo mRNA codifica várias proteínas.Já o mRNA de eucariotos é monocistrônico, ou seja, geralmente, só codifica uma cadeia polipeptídica.

Retículo Endoplasmático Rugoso

SÍNTESE DE PROTEÍNAS

CAP 5' e cauda de poli-A em um mRNA de eucarioto.Fonte: ALBERTS, 2017.

Em eucariotos, os mRNAs recém-sintetizados são chamados de transcritos primários (apresentam éxons e íntrons intercalados). Entretanto, esse transcrito primário sofre o processo de splicing, que retira os íntrons (sequências não codificantes) e origina o mRNA maduro.Além disso, simultaneamente ao mecanismo de transcrição, ocorre a adição de uma 7-metilguanosina (CAP) na extremidade 5' do mRNA e também adiciona-se uma cauda de poli-A (formada por uma sequência de, aproximadamente, 150 ou 200 nucleotídeos de adenina) na extremidade 3'. Essas estruturas são fundamentais para manter a molécula de mRNA estável, também sendo importante para que esta seja reconhecida como um RNA mensageiro.

Retículo Endoplasmático Rugoso

SÍNTESE DE PROTEÍNAS

Início da síntese de proteínas em um eucarioto.Fonte: ALBERTS, 2017.

Em eucariotos, a tradução ocorre da seguinte maneira:

Início: Um complexo, formado pela subunidade menor do ribossomo, um tRNA associado à metionina e um fator de início de tradução, reconhece a extremidade 5' CAP do mRNA devido à 7-adenilguanosina. O complexo, então, percorre o mRNA em busca do códon AUG (códon de início que codifica a metionina), que fica dentro da sequência de Kozak. Ocorre o pareamento das bases AUG do mRNA com UAC do tRNA, e o fator de início de tradução se desloca, permitindo que a subunidade maior do ribossomo se associe à subunidade menor, formando um ribossomo completo.

OBS: O ribossomo montado apresenta 3 regiões: o sítio A (local de entrada do tRNA); o sítio P (local onde ocorre a ligação peptídica); o sítio E (local de saída do tRNA, após este deixar o aminoácido ligado à proteína em formação pela ligação peptídica).

Retículo Endoplasmático Rugoso

SÍNTESE DE PROTEÍNAS

Alongamento (à esquerda) e término (à direita) da síntese de proteínas em um eucarioto.Fonte: ALBERTS, 2017.

Alongamento: Quando o tRNA da metionina passa do sítio A para o sítio P, abre espaço para que um outro tRNA (carregando outro aminoácido) entre no sítio A vago. Portanto, o ribossomo se moverá 3 bases para o lado, de modo que o sítio A fique sobre o próximo códon a ser lido e o tRNA correspondente possa entrar nesse sítio. Dessa forma, o ribossomo irá deslizando sobre o mRNA, para que cada tRNA passe para o sítio A, P e depois E, de modo a ir adicionando aminoácidos à cadeia polipeptídica.
Terminação: Quando o sítio A do ribossomo encontra um códon de terminação, como UAG, uma proteína de fator de término se associa ao sítio A, liberando a ligação peptídica e dissociando as subunidades do ribossomo.

Retículo Endoplasmático Rugoso

SÍNTESE DE PROTEÍNAS

Os sítios de ligação ao ribossomo compreendem ao local em que a sequência de Shine-Dalgarno interage com o ribossomo.Fonte: ALBERTS, 2017.

Já em procariotos, a tradução ocorre da seguinte maneira:

Início: Um complexo, formado pela subunidade menor do ribossomo, um tRNA associado à metionina e um fator de início de tradução, desliza sobre mRNA (no sentido 5' → 3') até encontrar a sequência de Shine-Dalgarno (que possui, aproximadamente, 6 nucleotídeos e fica localizada por volta de 7 nucleotídeos antes do códon AUG de início). Quando essa sequência é encontrada, ocorre o pareamento de bases entre a subunidade do ribossomo e a sequência de Shine-Dalgarno (de forma semelhante à estrutura 5'CAP dos eucariotos), para que a etapa de alongamento possa começar.
Alongamento: Ocorre de forma semelhante aos eucariotos.
Terminação: Ocorre de forma semelhante aos eucariotos.

OBS: OBS: Em uma mesma cadeia de mRNA costuma haver vários ribossomos associados, deslizando e traduzindo (trata-se do polissomo ou polirribossomo).

Polirribossomo.Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Rugoso

ENOVELAMENTO

Algumas proteínas conseguem se enovelar corretamente de forma espontânea após a tradução.

Etapas da criação de uma proteína funcional.Fonte: ALBERTS, 2017.

Como ocorre o enovelamento de proteína.Fonte: ALBERTS, 2017.

Enovelamento co-traducional de uma proteína.Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Rugoso

ENOVELAMENTO

Algumas proteínas conseguem se enovelar corretamente de forma espontânea após a tradução.

Etapas da criação de uma proteína funcional.Fonte: ALBERTS, 2017.

Como ocorre o enovelamento de proteína.Fonte: ALBERTS, 2017.

Enovelamento co-traducional de uma proteína.Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Rugoso

ENOVELAMENTO

Entretanto, a grande maioria precisa do auxílio de uma classe de proteínas chamada chaperonas moleculares e chaperoninas (ou proteínas de choque térmico).As chaperonas são proteínas que interagem e estabilizam proteínas não enoveladas ou parcialmente enoveladas, permitindo que essas proteínas se enovelem corretamente. Trata-se de um mecanismo de resgate, em que a proteína em conformação "errada" entra no barril da chaperona, onde sua estrutura tridimensional é desfeita e, depois, refeita. Vale destacar, ainda, que existem várias famílias de chaperonas, como a hsp70 e a hsp60.

Atuação das chaperonas hsp 60.Fonte: ALBERTS, 2017.

Atuação das chaperonas hsp 70.Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Rugoso

ENDEREÇAMENTO

As proteínas traduzidas sempre começam sua tradução em ribossomos livres no citosol. Entretanto, algumas delas são encaminhadas para organelas específicas (como as proteínas que são encaminhadas para o Complexo de Golgi para que, depois, sejam secretadas da célula) e, para que isso ocorra, essas proteínas devem apresentar uma sequência sinal, que determinará seu destino. Isso significa, portanto, que proteínas sem sequência sinal ficam livres no citosol.O endereçamento pré-traducional é aquele em que a proteína é encaminhada para mitocôndrias, peroxissomos ou cloroplastos.Já o endereçamento co-traducional é aquele em que o ribossomo ainda está ligado à proteína quando ela é encaminhada para a organela específica, pois a tradução e o endereçamento ocorrem ao mesmo tempo. Nesse tipo de endereçamento, a proteína é transportada para o Retículo Endoplasmático Rugoso, Complexo de Golgi, Lisossomos ou para a via secretória.

Retículo Endoplasmático Rugoso

ENDEREÇAMENTO

No endereçamento co-traducional, a sequência sinal é reconhecida pelas Partículas de Reconhecimento de Sinal (SRP), formadas pela associação de RNA e proteínas. As SRP apresentam 2 regiões principais, sendo uma responsável por interagir/reconhecer a sequência sinal; e outra responsável por interagir (através do pareamento de bases) com a subunidade maior do ribossomo.Ao reconhecer a sequência sinal, uma região da SRP muda de conformação e se dobra (através de uma região de dobradiça), de modo que a região que interage com o ribossomo acaba interrompendo o processo de tradução, até que o mesmo esteja associado à membrana do RER.

Partícula de reconhecimento de sinal (SRP).Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Rugoso

ENDEREÇAMENTO

Na membrana do RER, existe um receptor para SRP. A interação receptor-SRP é responsável por posicionar o ribossomo em uma proteína de canal translocador, que irá se abrir. SRP então se dissocia/desloca e permite que a tradução recomece, com a proteína sendo direcionada, pelo canal, para o lúmen do RER.Na membrana do RER, há uma protease chamada peptidase sinal. Na medida em que a cadeia polipeptídica vai entrando no lúmen, essa protease retira a sequência sinal. Quando a tradução termina, o ribossomo tem suas subunidades dissociadas (as subunidades retornam para serem livres no citosol) e a proteína é liberada no lúmen do RE.

Sequênica sinal e SRP direcionando o ribossomo para a membrana do RE e peptidase sinal clivando a sequência sinal.Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Rugoso

ENDEREÇAMENTO

OBS: Existe um experimento acelular do mecanismo de endereçamento co-traducional, que mostra a necessidade da membrana do RE no momento da tradução. Nesse experimento, ocorre a adição de ribossomos funcionais, ATP/GTP (fonte de energia), enzimas citosólicas e mRNA com sequência sinal com endereçamento para o RE em dois tubos de ensaio. In vitro, mantém-se um tubo sem microssomos (que são vesículas do RER, com canais translocadores; e vesículas do REL organizadas a partir dos fragmentos oriundos do rompimento de células por homogeneização), no qual haverá formação de proteínas com a sequência de sinal, mas que não serão incorporadas ao microssomo (mesmo que eles sejam colocados no tubo após a tradução).Já no outro tubo, coloca-se microssomos e, portanto, poderá ocorrer a co-tradução. Dessa forma, as sequências de sinal serão removidas e as cadeias polipeptídicas serão incorporadas aos microssomos.

A importânica da membrana do RE no momento da tradução.Fonte: LODISH, 2014.

Retículo Endoplasmático Rugoso

ENDEREÇAMENTO

O endereçamento de proteínas transmembrana ocorre de maneira similar às proteínas solúveis (que são proteínas que ficam no citosol ou no lúmen do RE). A diferença é que essas proteínas transmembrana apresentam um segmento hidrofóbico que fica inserido na membrana do RE. Durante a translocação, esse segmento (também chamado de sequência âncora de finalização da transferência) é responsável por interromper a transferência/translocação para que o translocador se abra lateralmente e o segmento hidrofóbico se desloque horizontalmente, sendo inserido na membrana. Em seguida, a tradução continua (com o translocador fechado) e termina, liberando as subunidades dos ribossomos. Dessa maneira, a proteína fica inserida na membrana, com sua região C-terminal (COOˉ) voltada para o citosol e a região N-terminal (NH₃⁺) voltada para o lúmen do RE.

Retículo Endoplasmático Rugoso

ENDEREÇAMENTO

Translocação co-traducional de proteína solúvel.Fonte: LODISH, 2014.

Translocação co-traducional de proteína transmembrana unipasso do tipo I.Fonte: LODISH, 2014.

Retículo Endoplasmático Rugoso

ENDEREÇAMENTO

As proteínas transmembrana podem ser de 4 tipos:

Proteína transmembrana tipo I: proteína unipasso, em que o COOˉ fica voltado para o citosol e o NH₃⁺ fica voltado para o lúmen do RE. Nesse tipo de proteína, a sequência sinal fica ligada a NH₃⁺.
Proteína transmembrana tipo II: proteína unipasso, em que o COOˉ fica voltado para o lúmen do RE e o NH₃⁺ fica voltado para o citosol. Nesse tipo de proteína, a sequência sinal atua também como sequência de ancoramento, sendo chamada, portanto, de sequência sinal de ancoragem hidrofóbica interna.

Proteínas unipasso tipo I e II e seus posicionamentos na membrana. Fonte: LODISH, 2014.

Tipo I

Tipo II

Retículo Endoplasmático Rugoso

ENDEREÇAMENTO

Proteína transmembrana tipo III: proteína unipasso, em que o COOˉ fica voltado para o citosol e o NH₃⁺ fica voltado para o lúmen do RE. Esse tipo de proteína apresenta a sequência sinal de ancoragem hidrofóbica interna.
Proteína transmembrana tipo IV: proteína multipasso, em que o COOˉ fica voltado para o citosol e o NH₃⁺ fica voltado para o lúmen do RE. Esse tipo de proteína apresenta várias sequências sinais de ancoragem hidrofóbica interna.

Proteínas do tipo III e IV. Fonte: LODISH, 2014.

Tipo III

Posicionamento da proteína unipasso do tipo III na membrana. Fonte: LODISH, 2014.

Retículo Endoplasmático Rugoso

MECANISMO DE ENDEREÇAMENTO PÓS-TRADUCIONAL

Nesse mecanismo, a proteína é traduzida como uma proteína livre e, depois, é transportada para o lúmen do RE. É necessária a participação de proteínas adicionais (como o Complexo Sec62, Sec63, Sec71 e Sec72), que estão associadas ao translocador. Essas proteínas adicionais coordenam a associação de proteínas BiP (proteína da família das chaperonas, que direcionam o transporte da proteína para o lúmen) na cadeia polipeptídica transportada, quando essas cadeias surgem no lúmen do RE. Ou seja, as proteínas BiP acabam "puxando" a proteína transportada para o lúmen.

Translocação co-traducional (A) e pós-traducional (B).Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Rugoso

GLICOSILAÇÃO DE PROTEÍNAS

O RER está envolvido na inserção de cadeias de açúcares em uma cadeia polipeptídica. As glicoproteínas formam uma camada de carboidrato na superfície das células, e são responsáveis por mecanismos de proteção e reconhecimento celular.

Camada de carboidrato da superfície celular.Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Rugoso

GLICOSILAÇÃO DE PROTEÍNAS

A glicosilação N-ligada pode ser definida como uma adição de oligossacarídeos (cadeias de açúcar) que ocorre no RER. Esse oligossacarídeo se liga no grupamento NH₂ da cadeia lateral de uma asparagina presente na cadeia polipeptídica, que apresente a sequência de aminoácidos Asn-x-Ser ou Asn-x-Thr, em que "x" representa qualquer outro aminoácido, exceto prolina. Esse processo ocorre de forma co-traducional (enquanto a síntese de proteína está ocorrendo e a proteína está entrando no lúmen do RE) e por meio da enzima oligossacaril transferase, que transfere a cadeia de açúcar pronta doada por um lipídeo de membrana ancorado à bicamada lipídica do RE, chamado dolicol.

Glicosilação de proteínas N-ligada no RE.Fonte: ALBERTS, 2017.

Atuação da oligossacaril transferase.Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Rugoso

GLICOSILAÇÃO DE PROTEÍNAS

OBS: Essa cadeia de açúcar é montada inserindo açúcar por açúcar no dolicol, através da ação de enzimas, que acontece, inicialmente, na face da membrana voltada para o citosol. Desse modo, quando o dolicol está ligado à 5 Manoses e 2 GlcNAc, esse açúcar é transferido por uma flipase em direção ao lúmen do RE, onde a montagem irá terminar, resultando na cadeia (Glc)₃(Man)₉(GlcNAc)₂ que vai ser transferida para a proteína.

Síntese do oligossacarídeo precursor ligado a lipídeo na membrana do RER.Fonte: ALBERTS, 2017.

Quando a cadeia de açúcar já estiver ligada à proteína, ela começará a ser modificada por enzimas presentes no RER e, depois, essa glicoproteína será encaminhada para o Complexo de Golgi, onde as modificações continuarão.

Processamento de oligossacarídeo no RER, para ir para o Complexo de Golgi.Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Rugoso

SISTEMA PROTEASSOMO

Processos que monitoram a qualidade da proteína após síntese proteica.Fonte: ALBERTS, 2017.

As proteínas recém-sintetizadas podem ser enoveladas corretamente sem necessidade de auxílio, enoveladas corretamente com auxílio de chaperona molecular ou enoveladas de maneira incompleta. Neste último caso, as regiões hidrofóbicas da proteína ficam expostas e elas são encaminhadas para a degradação, sendo digeridas por proteassomos.Com isso, assim como as chaperonas, o sistema proteassomo evita a formação de agregados de proteína (que podem gerar problemas de sinalização e até levar a célula à morte).Proteassomos são complexos proteicos (principalmente, de proteases) que se organizam e formam um tubo oco. Os sítios ativos dessas proteases ficam voltados para a parte interna desse tubo de proteassomo, e vão interagir e degradar as proteínas encaminhadas para ele. O mecanismo de ação do proteassomo mantém as proteínas (substrato) ligadas nele até que todo o substrato seja convertido em peptídeos, ou seja, até que tenha sido totalmente degradada.

Proteassomo.Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Rugoso

SISTEMA PROTEASSOMO

Marcação de proteínas pela ubiquitina.Fonte: ALBERTS, 2017.

A ubiquitinação vai determinar qual proteína será degradada. Isso ocorre através de pequenas proteínas chamadas ubiquitinas, que se ligam de forma covalente à proteína-alvo e, dependendo da forma como se liga, determinam a atividade e destino da proteína-alvo:

Monoubiquitinação: Quando apenas 1 ubiquitina se liga à molécula, acarreta a regulação de histonas;

Multiubiquitinação: Leva à endocitose;

Poliubiquitinação Lys 48: Leva à degradação proteossômica (o proteassomo reconhece a cadeia de ubiquitina na posição 48 da lisina);

Poliubiquitinação Lys 63: Leva ao reparo do DNA.

Retículo Endoplasmático Rugoso

SISTEMA PROTEASSOMO

Estrutura e modo de ação da ubiquitina-ligase SCF.Fonte: ALBERTS, 2017.

A ubiquitinação ocorre da seguinte maneira:

Um complexo enzimático (formado por 5 enzimas) reconhece o substrato (proteína-alvo) e a ubiquitina;
O complexo enzimático transfere ubiquitinas para o substrato, formando uma cadeia de ubiquitinas;
Com isso, forma-se uma cadeia poliibiquitinada.

As proteínas envolvidas nesse processo são:

Proteína F-box: responsável por reconhecer e se ligar ao substrato;
Proteína ubiquitina ligase E2: responsável por fazer a interação entre ubiquitina e proteína-alvo;
Proteína suporte (base);
Duas proteínas adaptadoras: uma fica entre a proteína base e a F-box, enquanto a outra fica entre a proteína base e a ubiquitina ligase E2.

Retículo Endoplasmático Rugoso

SISTEMA PROTEASSOMO

Digestão progressiva de proteínas pelo proteassomo.Fonte: ALBERTS, 2017.

Os proteassomos apresentam um receptor de ubiquitina, onde há uma hidrolase que cliva a ligação da ubiquitina com a proteína-alvo, impedindo que a ubiquitina penetre no proteassomo e seja degradada (as ubiquitinas serão recicladas para interagir com outras proteínas).

Retículo Endoplasmático Rugoso

SISTEMA PROTEASSOMO

Exportação e degradação de proteínas do RE mal enoveladas.Fonte: ALBERTS, 2017.

Ex. do caminho de proteínas mal enoveladas: Proteína solúvel mal enovelada no lúmen do RE > chaperonas a reconhecem > translocadores > citosol > açúcares são retirados por N-glicanases > ubiquitinação > proteassomo > degradação da proteína.Ex. do caminho de proteínas enoveladas corretamente:Proteína enovelada corretamente no RE > Complexo de Golgi > proteína é secretada.

vERDADEIROOU FALSO

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Retículo Endoplasmático Rugoso

Essa atividade contém 5 questões de verdadeiro ou falso sobre o tema estudado.Vamos começar?Boa sorte!

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

VERDADEIRO

falsO

O Retículo Endoplasmático Rugoso é conhecido pela sua função de síntese de lípideos, tendo um papel importante na produção de fosfolipídeos de membrana.

1/5

Retículo Endoplasmático Rugoso

falso

1/5

Retículo Endoplasmático Rugoso

Na verdade, o Retículo Endoplasmático Rugoso é conhecido pela sua função de síntese de proteínas, enquanto o Retículo Endoplasmático Liso atua na síntese de lipídeos.

VERDADeIRO

falsO

Retículo Endoplasmático Rugoso

2/5

A poliubiquitinação Lys 48 é responsável por levar a proteína mal enovelada à degradação por proteassomos.

VERDADeIRO

Retículo Endoplasmático Rugoso

2/5

Realmente, graças à poliubiquitinação Lys 48, a proteína que foi enovelada incorretamente pode ser reconhecida pelo sistema proteassomo para que seja degradada.

VERDADeIRO

falsO

Retículo Endoplasmático Rugoso

3/5

Em eucariotos, a tradução tem início apenas após o complexo formado pela subunidade menor do ribossomo, um tRNA associado à metionina e um fator de início de tradução reconhecer e fazer um pareamento com a sequência de Shine-Dalgarno.

falso

Retículo Endoplasmático Rugoso

3/5

Na verdade, a sequência de Shine-Dalgarno está presente apenas em procariotos. Em eucariotos, o complexo, formado pela subunidade menor do ribossomo, um tRNA associado à metionina e um fator de início de tradução, reconhece a extremidade 5' CAP do mRNA devido à 7-adenilguanosina.

VERDADeRO

falsO

Retículo Endoplasmático Rugoso

4/5

A glicosilação N-ligada é um processo pós-traducional em que adiciona-se uma cadeia de açúcar (oligossacarídeo) à proteína.

falsO

Retículo Endoplasmático Rugoso

4/5

Na verdade, a glicosilação N-ligada é um processo co-traducional em que adiciona-se uma cadeia de açúcar (oligossacarídeo) à proteína.

VeRDADEIRO

falsO

Retículo Endoplasmático Rugoso

5/5

O endereçamento de uma proteína para o RER pode ser um mecanismo co-traducional, em que ocorre o encaminhamento da proteína (com um ribossomo associado) ao Retículo graças à uma sequência sinal.

VERDADeIRO

Realmente, além do mecanismo pós-traducional, o endereçamento para o RER pode ser do tipo co-traducional, em que a proteína é encaminhada ao Retículo ligada a um ribossomo, apresentando uma sequência sinal.

PRÓXIMA UNIDADE

Retículo Endoplasmático Rugoso

5/5

Retículo Endoplasmático Liso

Nessa unidade iremos aprender sobre as características e o funcionamento do Retículo Endoplasmático Liso de uma célula.Bons estudos!

Retículo Endoplasmático Liso

DEFINIÇÕES GERAIS

FUNÇÕES

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

EXEMPLO DA SÍNTESE DE UM FOSFOLIPÍDEO

Retículo Endoplasmático Liso

DEFINIÇÕES GERAIS

Trata-se da região do RE sem ribossomos aderidos à membrana.

RE rugoso e liso. Fonte: ALBERTS, 2017.

RE liso. Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Liso

FUNÇÕES

É o principal local de produção de partículas lipoproteicas (estruturas que carregam lipídeos para outros tecidos via corrente sanguínea) nos hepatócitos.Nos hepatócitos, a membrana do REL apresenta enzimas que sintetizam os componentes lipídicos das lipoproteínas.Nessa membrana há também enzimas da família citocromo P450, que catalisam reações em que substâncias insolúveis em água, ou metabólitos que se acumulariam de forma tóxica na membrana, são transformadas em substâncias solúveis em água. Dessa forma, essas substâncias podem ser excretadas pela urina.

LDL (uma partícula lipoproteica que transporta moléculas de colesterol). Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Liso

FUNÇÕES

O retículo sarcoplasmático é o REL de células musculares, que envolvem as miofibrilas e atuam como reservatório de cálcio, regulando o mecanismo de contração muscular.A membrana do REL é também um dos locais de síntese de fosfolipídeos e colesterol, sendo onde ocorre a etapa final da síntese, através de enzimas presentes na membrana (com seus sítios voltados para o citosol, onde estão os substratos).

Retículo sarcoplasmático. Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Liso

EXEMPLO DA SÍNTESE DE UM FOSFOLIPÍDEO

Ex. da síntese de fosfatidilcolina:

Dois ácidos graxos são guiados até a membrana do retículo, por meio de proteínas de ligação presentes no citosol;
Ao chegar na membrana, eles são ativados com Coenzima A;
Aciltransferases transferem 2 ácidos graxos, sucessivamente, à uma molécula de glicerol-3-fosfato, produzindo uma molécula de ácido fosfatídico (o ácido fosfatídico atua como suporte para a adição da cabeça polar do fosfolipídeo);

Síntese de fosfatidilcolina. Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Liso

EXEMPLO DA SÍNTESE DE UM FOSFOLIPÍDEO

Uma fosfatase retira o fosfato do ácido fosfatídico, gerando uma molécula de diacilglicerol;
A hidroxila exposta permite que a colina fosfotransferase adicione a cabeça polar ao diacilglicerol. No caso da fosfatidilcolina, a cabeça de colina é transferida para o diacilglicerol, formando o fosfolipídeo fosfatidilcolina;

Síntese de fosfatidilcolina. Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo Endoplasmático Liso

EXEMPLO DA SÍNTESE DE UM FOSFOLIPÍDEO

O fosfolipídeo é montado na monocamada voltada para o citosol, mas, depois, uma enzima (um translocador de fosfolipídeos ou misturador, que não é específico) irá transferir e distribuí-lo para a outra monocamada também, gerando um equilíbrio de fosfolipídeos na bicamada.

Papel dos translocadores de fosfolipídeos na síntese da bicamada lipídica. Fonte: ALBERTS, 2017.

CRUISE

QUIZ

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Retículo Endoplasmático Liso

Nessa atividade, você terá que responder a algumas perguntas sobre o tema estudado enquanto faz uma viagem de navio! Para iniciar a atividade, aperte o botão abaixo.Boa sorte e boa viagem!

teste seus conhecimentOs

Qual dos elementos abaixo NÃO pode ser atribuído como uma função do RE Liso?

QUESTÃO 1

Síntese de fosfolipídeos

Reservatório de cálcio

Síntese proteica

Retículo Endoplasmático Liso

Qual é o nome do REL em células musculares?

QUESTÃO 02

Retículo muscular

Retículo mioplasmático

Retículo Sarcoplasmático

Retículo Endoplasmático Liso

Qual é o tipo de enzima responsável por gerar o equilíbrio de fosfolipídeos na membrana?

QUESTÃO 03

Citocromo P450

Fosfotransferase

Translocadores de fosfolipídeos

Retículo Endoplasmático Liso

PARABÉNS!

PRÓXIMA UNIDADE

Retículo Endoplasmático Liso

Complexo de Golgi

Nessa unidade iremos aprender sobre as características e o funcionamento do Complexo de Golgi de uma célula.Bons estudos!

Complexo de Golgi

DEFINIÇÕES GERAIS

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

GLICOSILAÇÃO DE PROTEÍNAS

TRANSPORTE VESICULAR

Complexo de Golgi

O Complexo de Golgi é responsável por encaminhar moléculas para o meio extracelular ou para os lisossomos e endossomos.Esta organela é formada por vesículas e túbulos achatados, empilhados e extremamente organizados, que são chamados cisternas. Existem cerca de 4 a 8 cisternas formando esta organela, sendo que essa quantidade irá depender do tipo celular.

A região do Golgi direcionada para o Retículo Endoplasmático (RE) é denominada rede e cisterna cis, a qual recebe vesículas de glicoproteínas ou lipídeos do RE;

Já as pilhas centrais do Golgi são chamadas cisternas médias;

Por fim, a região voltada para a membrana plasmática é denominada rede e cisterna trans, da qual brotam vesículas para lisossomos, para a membrana plasmática ou pra via secretória.

Estrutura do Complexo de Golgi. Fonte: ALBERTS, 2017.

DEFINIÇÕES GERAIS

Complexo de Golgi

Toda essa estrutura do Complexo de Golgi é organizada pela interação de proteínas chamadas golginas, que também interagem com proteínas Rab, permitindo a passagem de suas vesículas pelas cisternas do Golgi através de “tentáculos” de golgina.OBS: Quando golginas são fosforiladas por proteínas quinases, elas perdem sua organização e fragmentam completamente o Golgi, que acaba se espalhando no citosol. No caso de replicação celular, essa fragmentação é distribuída para células-filhas, onde haverá ação de fosfatases que retiram o fosfato das golginas e permitem a reorganização do Complexo de Golgi. Entretanto, no caso de apoptose, proteínas caspases irão degradar as golginas, contribuindo para fragmentação do Golgi e para a morte celular.

Modelo de funcionamento das golginas. Fonte: ALBERTS, 2017.

DEFINIÇÕES GERAIS

Complexo de Golgi

Dependendo do tipo celular, o Golgi pode adquirir organizações distintas:

Nas células vegetais, as pilhas individuais do Golgi estão distribuídas no citoplasma e associadas a filamentos de actina (as pilhas se movem através desses filamentos por meio de proteínas motoras) ao longo do RE;

Em células de mamíferos, o Golgi é organizado com cisternas direcionadas para o RE e para a membrana plasmática;

Já em leveduras, o Golgi raramente forma pilhas, havendo, portanto, cisternas individuais espalhadas no citosol (sendo que cada espécie de levedura pode ter uma organização do Golgi diferente).

Localização e organização do Complexo de Golgi em células animais (A) e em células vegetais (B). Fonte: ALBERTS, 2017.

DEFINIÇÕES GERAIS

Complexo de Golgi

No Complexo de Golgi, a glicosilação de proteínas é do tipo glicosilação O-ligada, em que os açúcares são adicionados a uma hidroxila de cadeia lateral de uma treonina, serina ou hidroxilisina. Trata-se de um processo pós-traducional, sem sequência de aminoácidos definida e os doadores de açúcar são os nucleotídeos. Esse é um processo importante por diferentes motivos, como:

Definir a função de proteínas e enzimas;

Definir as propriedades de reconhecimento entre células;

Participar do reconhecimento de microrganismos e toxinas;

Participar do reconhecimento de proteínas como anticorpos, enzimas e hormônios;

Participar da modulação de mecanismos de diferenciação celular dos tecidos, na regulação metabólica e gênica (por conta dessa função, frequentemente, são alvos terapêuticos para o desenvolvimento de vacinas e para diagnósticos).

GLICOSILAÇÃO DE PROTEÍNAS

Complexo de Golgi

Para os oligossacarídeos N-ligados, há duas classes de oligossacarídeos, sendo que ambas têm um núcleo composto por 2 N-acetilglicosamina (GlcNAc) e 3 Manoses (Man).

Essas duas classes podem ser:

Oligossacarídeos complexos: apresentam galactose e ácido siálico em sua região terminal;

Oligossacarídeos ricos em manose: apresentam apenas manoses em sua região terminal.

GLICOSILAÇÃO DE PROTEÍNAS

Principais classes de oligossacarídeos. Fonte: ALBERTS, 2017.

Complexo de Golgi

Essas variações em relação ao tipo de oligossacarídeos ocorrem da seguinte forma:

Transferência em bloco da cadeia de açúcares, de forma seletiva pela oligossacaril transferase, para Asn da proteína, no RE;
Ainda no lúmen do RE, esse oligossacarídeo começa a ser modificado ao ser processado pelas enzimas glicosidase I, glicosidase II e manosidade;
Essa glicoproteína (com 8 manoses em seu açúcar) é então transferida para o Complexo de Golgi, onde o seu açúcar sofrerá ação de várias enzimas conforme passa pelas regiões/cisternas da organela;
A Manosidase I, presente na cisterna cis, irá retirar 3 Man desse açúcar, transformando-o em um oligossacarídeo rico em manose;

GLICOSILAÇÃO DE PROTEÍNAS

Processamento de oligossacarídeo no RE e no Complexo de Golgi. Fonte: ALBERTS, 2017.

Complexo de Golgi

a
b
c
d
Posteriormente, N-acetilglicosamina transferase I vai transferir uma GlcNAc para a cadeira de açúcar;
A endoglicosidase H-sensível irá reconhecer o oligossacarídeo rico em manose ligado à Asn e será capaz de retirar açúcares desse oligossacarídeo conforme ele vai sendo processado;
A enzima Manosidase II, então, removerá 2 Man e, a partir desse ponto, o oligossacarídeo não será mais reconhecível pela endoglicosidase H-sensível;
Em seguida, outros açúcares serão adicionados ao oligossacarídeo na cisterna trans, como galactose e ácido siálico, para que, no fim, forme-se um oligossacarídeo complexo.

GLICOSILAÇÃO DE PROTEÍNAS

Processamento de oligossacarídeo no RE e no Complexo de Golgi. Fonte: ALBERTS, 2017.

Complexo de Golgi

A organização do Golgi relacionada ao transporte de proteínas através de suas cisternas é descrita de duas maneiras:

1- Modelo de maturação de cisternas: Descreve as estruturas do Golgi como estruturas dinâmicas, que vão se modificando progressivamente, ganhando ou perdendo proteínas. Nesse modelo, as cisternas estão continuamente sendo formadas, através de agrupamentos tubulares de vesículas vindas do RE de forma contínua que se tornam as diferentes cisternas do Golg.Ex.: vesículas brotam do RE » forma-se um agrupamento de vesículas » o agrupamento se transforma na rede cis » a rede cis vira cisterna cis » a cisterna cis vira cisterna média » a cisterna média vira cisterna trans.Existe ainda um mecanismo de transporte retrógado de enzimas empacotadas em vesículas que, via microtúbulos (dineínas e cinesinas), são responsáveis pela redistribuição dessas enzimas nas diferentes cisternas do Golgi.

Modelo de maturação de cisternas. Fonte: ALBERTS, 2017.

TRANSPORTE VESICULAR

Complexo de Golgi

2- Modelo de transporte vesicular: Nesse modelo, as cisternas do Golgi são estruturas fixas, duradouras e estáveis (elas mantêm seu conjunto característico de proteínas nas diferentes cisternas). As enzimas e proteínas são transportadas de uma cisterna para a seguinte, portanto, por meio de vesículas e microtúbulos. Ou seja, a comunicação do Complexo de Golgi com o RE se dá por formação e recebimento de vesículas.

Modelo de transporte vesicular. Fonte: ALBERTS, 2017.

OBS: Os dois modelos ocorrem.

TRANSPORTE VESICULAR

Complexo de Golgi

Para se ter o mecanismo de transporte por vesículas, é necessário, inicialmente, que haja o brotamento de vesículas do compartimento doador, para que então a vesícula (que levará uma carga de proteína ou lipideo, por exemplo) se desprenda e seja encaminhada para o compartimento alvo, onde ela irá se fusionar.OBS: A movimentação de vesículas ocorre via proteínas motoras associadas ao citoesqueleto (microtúbulos).Dessa forma, existe uma família de proteínas de revestimento (clatrina, COPI e COPII) que se organizam e geram uma curvatura na membrana, ou seja, elas permitem que uma região de membrana se dobre e se desprenda em uma vesícula.

Transporte por vesícula. Fonte: ALBERTS, 2017.

TRANSPORTE VESICULAR

Micrografias eletrônicas de vesículas revestidas por clatrina (A), COPI (B) e COPII (C). Fonte: ALBERTS, 2017.

Complexo de Golgi

Essas proteínas de revestimento podem ser:

Proteínas de revestimento e suas diferentes etapas de transporte vesicular. Fonte: ALBERTS, 2017.

TRANSPORTE VESICULAR

Clatrina: reveste vesículas que fazem a comunicação entre a rede trans e a membrana plasmática, ou da rede trans para endossomos ou lisossomos;

COPII: reveste vesículas que fazem a comunicação entre RE e rede cis (via progressiva);

COPI: reveste vesículas que fazem a comunicação entre rede cis e RE (via de recuperação) ou entre diferentes compartimentos do Golgi.

Complexo de Golgi

O processo de brotamento de vesículas ocorre quando as proteínas de revestimento reconhecem a região da membrana doadora a ser curvada, através de sua ligação com proteínas regulatórias presentes nessa membrana. Essas proteínas regulatórias são enzimas catalíticas (ou seja, são GTPases, necessitando de um gasto de energia para que se forme uma vesícula) e podem ser:

Sar1: proteína regulatória para COPII;
ARF: proteína regulatória para COPI;
ARF: proteína regulatória para clatrina.

Formação de vesícula revestida por COPII. Fonte: ALBERTS, 2017.

TRANSPORTE VESICULAR

Veja abaixo e na página seguinte um exemplo do processo de brotamento de uma vesícula com COPII: Ex.: A proteína regulatória Sar1, inicialmente ligada ao GDP (inativa) encontra o receptor Sar1-GEF na membrana. Esse receptor reconhece Sar1 e troca seu GDP por GTP, ativando-a. Sar1, ao ser ativada, muda sua conformação e expõe sua região hidrofóbica que irá se ancorar na membrana.

Complexo de Golgi

TRANSPORTE VESICULAR

Continuação do exemplo da página anterior... Ex.: A partir desse ponto, duas proteínas que pertencem a COPII (Sec23 / Sec24) irão interagir: Sec23 vai se ligar à Sar1 e, logo depois, Sec24 irá se ligar à Sec23 (forma-se um heterodímero entre elas). Essas duas proteínas também reconhecem e se ligam a região do receptor para a proteína carga (ou seja, o receptor para a proteína que será transportada) e, com tudo isso, inicia-se a montagem da curvatura na membrana, progressivamente, até que a vesícula se desprenda.

Formação de vesícula revestida por COPII. Fonte: ALBERTS, 2017.

Complexo de Golgi

TRANSPORTE VESICULAR

A partir do momento em que a vesícula se desprender da membrana doadora, ocorrerá a hidrólise do GTP da proteína regulatória, o que irá resultar na mudança conformacional da mesma e o recolhimento de sua cauda hidrofóbica, fazendo com que a proteína regulatória e a proteína de revestimento se desprendam da membrana da vesícula (pois a sua função de fazer a curvatura já foi realizada). Dessa forma, a vesícula "desnuda" será encaminhada para o compartimento alvo.

Montagem e desmontagem do revestimento de clatrina. Fonte: ALBERTS, 2017.

Complexo de Golgi

TRANSPORTE VESICULAR

Entretanto, duas outras proteínas também interagiram com a membrana doadora e, agora que a vesícula perdeu seu revestimento, essas duas proteínas serão expostas. São elas:

Aprisionamento de uma vesícula de transporte à uma membrana-alvo. Fonte: ALBERTS, 2017.

Proteína da família Rab: será responsável por fazer o reconhecimento entre a vesícula e a membrana do compartimento alvo, ou seja, fará o endereçamento da vesícula. Na membrana alvo, também haverá uma proteína chamada proteína efetora Rab, que reconhece e interage com as proteínas Rab, realizando o ancoramento da vesícula na membrana alvo;

Proteína V-SNARE: essa proteína está na vesícula e irá interagir com a proteína t-SNARE presente na membrana alvo. Esta interação será responsável pela aproximação entre a membrana da vesícula com a membrana alvo, expulsando o meio aquoso entre elas e levando à fusão dessas duas membranas. Com isso, ocorre a liberação da proteína carga no compartimento alvo.

Complexo de Golgi

TRANSPORTE VESICULAR

Após a fusão, proteínas acessórias irão desfazer a ligação das proteínas V-SNARE e t-SNARE (com gasto de energia), permitindo que ambas participem de um novo processo.Ex. de fusão de membrana com HIV: o HIV possui um envelope feito a partir da membrana da célula da qual ele se desprendeu, contendo a proteína gp41 (proteína de fusão) e gp120 (proteína que irá se ligar ao receptor CD4 da membrana alvo). Após a ligação gp120-CD4, gp41 é exposta e ocorre um processo análogo ao de t-SNARE e V-SNARE (o HIV se aproxima da membrana até se fundir).

Entrada de vírus envelopados nas células. Fonte: ALBERTS, 2017.

Complexo de Golgi

TRANSPORTE VESICULAR

OBS: O RE apresenta proteínas solúveis residentes nessa organela, mas que vão para o Complexo de Golgi (onde serão modificadas) através da via progressiva. Porém, depois essas proteínas retornam para o RE pela via de recuperação. Para que isso ocorra, essa proteína apresenta a sequência de aminoácidos KDEL (lisina-asparagina-glutamina-leucina), responsável por determinar esse retorno por meio dos receptores KDEL que circulam entre RE e o Golgi.

Recuperação de proteínas solúveis residentes no RE. Fonte: ALBERTS, 2017.

COMEÇAR!

Jogo da Memória

Agora você poderá colocar seus conhecimentos sobre Complexo de Golgi em prática.Vamos começar?

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

INICIAR!

Jogo da Memória

Memorize as proteínas abaixo e as suas posições 1/3

COPII

Clatrina

V-SNARE

Sar1

Onde está a proteína de revestimento que faz a comunicação entre RE e a rede cis do Complexo de Golgi?

Jogo da Memória

Parabéns! Você acertou!

Próxima questão

Jogo da Memória

COPII

Sar1

V-SNARE

Clatrina

INICIAR!

Rede cis

Memorize as regiões do Complexo de Golgi e as suas posições2/3

Jogo da Memória

Cisterna trans

Cisterna cis

Cisterna média

Onde está a região do Complexo de Golgi que fica voltada para a membrana plasmática?

Jogo da Memória

Parabéns! Você acertou!

Próxima questão

Jogo da Memória

Cisterna trans

Cisterna cis

Cisterna média

Rede cis

INICIAR!

Manosidase I

Glicosidase II

Glicosidase I

Memorize as enzimas abaixo e as suas posições 3/3

Jogo da Memória

Endoglicosidase H-sensível

Onde está a enzima que faz parte do processo de glicosilação de proteínas e é capaz de reconhecer oligossacarídeos ricos em manose ligados à Asn e retirar açúcares deles?

Jogo da Memória

Parabéns! Você acertou!Este é o fim da unidade de Complexo de Golgi.

Jogo da Memória

Glicosidase I

Manosidase I

Glicosidase II

Ir para a próxima unidade

Endoglicosidase H-sensível

Endocitose e Exocitose

Nessa unidade iremos aprender sobre as características e o funcionamento dos processos de Endocitose e Exocitose.Bons estudos!

Endocitose e Exocitose

MACROPINOCITOSE

FAGOCITOSE

PINOCITOSE

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

CONCEITO DE EXOCITOSE

CONCEITO DE ENDOCITOSE

VIA SECRETORA CONSTITUTIVA

VIA SECRETORA REGULADA

ENDOCITOSE MEDIADA POR CLATRINA/RECEPTOR

ENDOCITOSE MEDIADA POR CAVEOLINA

Endocitose e Exocitose

CONCEITO DE ENDOCITOSE

O transporte de moléculas dentro e fora da célula requer um sistema de endomembranas extremamente organizado e interconectado. Nesse contexto, endocitose é quando a membrana celular envolve partículas do meio extracelular, formando uma vesícula chamada endossomo, que irá se fundir com outras membranas intracelulares. Essa fusão poderá ocorrer com vesículas repletas de enzimas, para que o conteúdo endocitado seja digerido, trata-se, portanto, de um lisossomo.A endocitose é um processo no qual a maioria das moléculas é incorporada pelas células eucarióticas, por meio da invaginação/protusão da membrana plasmática, seguida de sua internalização em uma estrutura delimitada por membrana (vesícula).A endocitose pode ainda ser dividida em pinocitose (ocorre com partículas sólidas em fase fluida, sendo uma via não fagocítica) e fagocitose (ocorre com partículas sólidas, sendo uma via fagocítica).

Endocitose. Fonte: ALBERTS, 2017.

Endocitose e Exocitose

FAGOCITOSE

Neutrófilo realizando uma fagocitose. Fonte: ALBERTS, 2017.

A fagocitose é a internalização de partículas sólidas, como bactérias e leveduras, por células especializadas, sendo que o tamanho da vesícula formada vai depender do tamanho da partícula fagocitada. Esse mecanismo ocorre quando a partícula interage com receptores de membrana da célula, resultando na formação de prolongamentos de membrana (pseudópodes) que irão englobar a partícula e formar uma vesícula no meio intracelular (fagossomo).Esse processo ocorre por etapas:

Adesão: É a interação partícula-receptor na membrana plasmática, o que gera uma mudança de comportamento e reorganização dos microfilamentos de actina. Esse efeito sobre os microfilamentos de actina é devido ao acúmulo de PI(4,5)P2, que estimula a polimerização de actina para formar os pseudópodes.

Endocitose e Exocitose

FAGOCITOSE

Englobamento: É quando os microfilamentos de actina se organizam em pseudópodes, que começam a englobar a partícula, formando um fagossomo. A proteína PI3-kinase fosforila PI(4,5)P2, formando PI(3,4,5)P2, que vai despolimerizar a actina e resultar no fechamento dos pseudópodes em um fagossomo.
Fusão com vesículas contendo enzimas: O fagossomo se fusiona com vesículas com enzimas de degradação e forma o fagolisossomo.
Degradação: O conteúdo fagocitado é degradado pelas enzimas.

Neutrófilo realizando uma fagocitose. Fonte: ALBERTS, 2017.

Fagocitose por um macrófago. Fonte: ALBERTS, 2017.

Endocitose e Exocitose

PINOCITOSE

Trata-se da incorporação de partículas sólidas em fase fluida, podendo ocorrer por diferentes vias, como endocitose mediada por clatrina/receptor, macropinocitose e endocitose mediada por caveolina.

A incorporação da partícula ocorre por meio da concentração de receptores de membrana associados aos seus ligantes em vesículas revestidas de clatrina. As vesículas apresentam tamanho aproximado de 120 nm e nesse processo há participação de microfilamentos de actina.

OBS: Clatrina é uma proteína de revestimento organizada que se associa no lado citosólico da membrana e forma uma fossa/cova/coated pit. Ela é formada por 3 proteínas relacionadas (triskelion). Cada perna do triskelion tem uma cadeia pesada e uma cadeia leve. Os triskelions são polimerizados e formam uma estrutura extremamente organizada, o revestimento de clatrina.

Triskelion. Fonte: ALBERTS, 2017.

ENDOCITOSE MEDIADA POR CLATRINA/RECEPTOR

Endocitose e Exocitose

ENDOCITOSE MEDIADA POR CLATRINA/RECEPTOR

Esse processo de pinocitose segue os seguintes passos:

Interação receptor-ligante;
Interação entre clatrinas;
Formação da curvatura de membrana;
Formação da vesícula;
Desprendimento da membrana
Proteínas adaptadoras junto ao revestimento de clatrina (que estavam ligados na cauda dos receptores de membrana para a carga transportada) se desprendem da membrana;
Vesícula encaminhada à membrana-alvo, onde se fusiona.

OBS: As proteínas adaptadoras ficam entre clatrinas e a membrana, fazendo uma camada interna de revestimento.

Formação de vesícula revestida por clatrina a partir da membrana plasmática. Fonte: ALBERTS, 2017.

Endocitose e Exocitose

ENDOCITOSE MEDIADA POR CLATRINA/RECEPTOR

Dependendo da membrana doadora, haverá uma proteína adaptadora (formada por 4 subunidades diferentes associadas) específica para interagir com as clatrinas, de acordo com o fosfoinositídeo presente nessa membrana. Essas proteínas adaptadoras podem ser, por exemplo, uma AP-1, AP-2, AP-3, AP-4, dentre outras.Ex. de fosfoinositídeo presente na membrana plasmática: PI(3,4,5)P3 e PI(3,4)P2;Ex. de fosfoinositídeo presente na membrana de endossomos: PI(3)P;Ex. de fosfoinositídeo presente na membrana de lisossomos: PI(3,5)P2.

Localização intracelular dos fosfoinositídeos. Fonte: ALBERTS, 2017.

OBS: Os fosfoinositídeos (PIP) são formados a partir da transferência de um fosfato para hidroxilas de carbono 3, 4 ou 5 na cabeça polar do fosfatidilinositol (PI), por meio de uma PIP-kinase. Além disso, fosfatases são capazes de desfosforilar PIPs e cada organela apresenta uma enzima de conjunto específica que forma diferentes PIPs.

Fosfatidilinositol (PI) e fosfoinositídeos (PIPs). Fonte: ALBERTS, 2017.

Endocitose e Exocitose

ENDOCITOSE MEDIADA POR CLATRINA/RECEPTOR

Dessa forma, lipídeos de inositol são fosfolipídeos importantes no mecanismo de comunicação entre trans-Golgi e membrana plasmática, envolvendo endossomos e lisossomos. A interação entre proteínas adaptadora e fosfoinositídeo permite que a proteína adaptadora interaja com a cauda do receptor de carga.Ex.: AP-2 bloqueada reconhece e interage com fosfoinositídeo específico, que pode ser PI(3,4,5)P3 ou PI(3,4)P2, o que resulta em uma mudança conformacional da proteína; agora, então, a proteína adaptadora poderá reconhecer e se ligar a cauda do receptor, iniciando a formação da curva e permitindo a ligação adicional de mais proteínas do complexo AP-2 e de clatrina.

Alteração da conformação de AP-2 induzida pelo fosfoinositídeo PI(3,4)P2. Fonte: ALBERTS, 2017.

Endocitose e Exocitose

ENDOCITOSE MEDIADA POR CLATRINA/RECEPTOR

OBS: A captação do colesterol ocorre por pinocitose mediada por clatrina. O chamado colesterol ruim se liga à proteína LDL (LDL é uma proteína de baixa densidade que transporta colesterol pelo corpo). Essa proteína LDL irá, então, se ligar a um receptor para LDL em uma célula especializada. A partir desse ponto, proteínas adaptadoras irão se associar na cauda desse receptor pelo lado citosólico da membrana e, junto com clatrinas, irão iniciar a curvatura. Dessa forma, ocorre a internalização da partícula de LDL com colesterol. Se essa via é bloqueada, há o acúmulo de colesterol no sangue, resultando na formação de placas de aterosclerose. Existe, inclusive, uma doença chamada hipercolesterolemia familiar, que se dá devido ao defeito na expressão do receptor de LDL, interferindo na sua interação com proteínas adaptadoras e clatrinas e impedindo a internalização do LDL.

Endocitose de LDL mediada por receptores. Fonte: ALBERTS, 2017.

LDL. Fonte: ALBERTS, 2017.

Endocitose e Exocitose

ENDOCITOSE MEDIADA POR CLATRINA/RECEPTOR

O papel da dinamina na liberação de vesículas revestidas por clatrina. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ao final da formação da vesícula de clatrina, ela se desprende da membrana doadora pela associação da proteína dinamina ao redor da região de membrana que ainda prende a vesícula à membrana doadora (região de pescoço). Ocorre, então, uma hidrólise de GTP que gera uma mudança conformacional na dinamina, que aproxima as membranas da região de pescoço, fazendo com que elas se fundam e a vesícula se desprenda.Após o desprendimento da vesícula, as proteínas são desorganizadas e se desmontam, sendo que a dinamina, assim como as outras proteínas, é liberada e reciclada para uma nova área de membrana.

Montagem e desmontagem do revestimento de clatrina. Fonte: ALBERTS, 2017.

Endocitose e Exocitose

MACROPINOCITOSE

A incorporação da partícula ocorre através da formação de protusões (prolongamentos) da membrana citoplasmática. O tamanho aproximado da vesícula é de 0,2 a 0,8 µm.Na macropinocitose, nem o ligante, nem o receptor são internalizados. Na verdade, esse processo ocorre da seguinte maneira:

Há ativação de receptores sinalizadores (como tirosina-quinase) por um ligante;
Ocorre um aumento/estímulo na polimerização/rearranjo de microfilamentos de actina em outro local da membrana (um local diferente do local onde está o receptor e o ligante);
Há a formação do prolongamento/protusão;
Fusão da protusão na membrana;
Formação de vesícula com as partículas extracelulares (macropinossomo).

Macropinocitose. Fonte: ALBERTS, 2017.

Endocitose e Exocitose

MACROPINOCITOSE

OBS: As células dendríticas e os macrófagos apresentam um nível de macropinocitose constitutiva, pois a internalização de grandes volumes de soluto/material extracelular facilita a capacidade da célula em buscar continuamente materiais estranhos nos espaços extracelulares.Com a internalização de grandes quantidades de soluto, os macropinossomos passam a possuir fluido extracelular de composição iônica diferente do citosol, o que torna necessária a participação de simportadores, antiportadores e canais presentes em sua membrana, para efluxo desses íons.OBS: A macropinocitose é vista como porta de entrada de alguns vírus, bactérias protozoários e príons (proteínas infecciosas). Exemplo disso é o vírus da Vaccinia, que, ao sair da célula hospedeira, carrega em seu envelope viral a fosfatidilserina (fosfolipídeo presente na face exoplasmática da membrana de células em processo de apoptose), imitando um corpo apoptótico que será internalizado pelo macrófago, burlando o sistema imune e tendo livre replicação (não ativa o sistema imune).

Endocitose e Exocitose

ENDOCITOSE MEDIADA POR CAVEOLINA

A incorporação ocorre através da formação de estruturas em formato de "garrafas" ou "frascos", denominadas cavéolas. O tamanho aproximado da vesícula é de 50 a 60 nm e, nesse processo, também há participação de microfilamentos de actina.As cavéolas são formadas pela associação de proteínas integrais de membrana chamadas caveolinas, que apresenta uma sequência de inserção na membrana (para ficarem inseridas na membrana), 3 grupos palmitoil (que ficam ligados na extremidade carboxila da caveolina, auxiliando na ancoragem da proteína à membrana) e uma sequência de dimerização (que se liga à sequência de dimerização de outra caveolina, formando um dímero que proporciona a curvatura na membrana, formando a caveola).OBS: As caveolinas estão presentes nas regiões de balsa lipídica na membrana.

Microdomínio de balsa lipídica com caveolina na membrana. Fonte: NELSON, 2019.

Endocitose e Exocitose

ENDOCITOSE MEDIADA POR CAVEOLINA

As proteínas cavinas também são componentes estruturais e funcionais associados às caveolinas que formam as cavéolas.OBS: Há 3 genes responsáveis pela expressão de caveolinas (caveolina-1, caveolina-2 e caveolina-3).Acredita-se que não há necessidade de um revestimento proteico do lado citosólico da membrana para a formação de cavéolas. Elas se destacam da membrana com a sua carga utilizando a dinamina e, então, levam seu conteúdo para compartimentos semelhantes a endossomos (os caveossomos). Por serem proteínas integrais de membrana, as caveolinas não se dissociam da vesícula após a endocitose e são liberadas em compartimentos-alvos e mantidas nesses domínios especiais de membrana.As moléculas que entram na célula pelos caveossomos evitam endossomos e lisossomos, ficando protegidas do pH baixo e das hidrolases presentes nos lisossomos.

Cavéolas na membrana plasmática. Fonte: NELSON, 2019.

Endocitose e Exocitose

ENDOCITOSE MEDIADA POR CAVEOLINA

OBS: As cavéolas estão envolvidas em várias funções celulares. Receptores de insulina, de fatores de crescimento, proteínas de ligação de GTP e algumas proteínas quinases de mecanismos de sinalização celular parecem estar localizados em balsas lipídicas, que, por sua vez, estão associadas à cavéolas, proporcionando regulação negativa para essas proteínas (através da internalização dessa região de membrana em caveossomos).Cavéolas também têm papel mecanoprotetor. Quando a membrana é tensionada, tem-se o deslocamento de cavinas, o que permite a mudança conformacional na estrutura de caveolinas, permitindo o aumento na área de superfície da membrana e avisando sua ruptura. As cavéolas também tem papel no reparo de lesões. Quando ocorre uma lesão na membrana, há um agrupamento de cavéolas no local e remoção da lesão pela internalização da região. Essa região poderá, então, ser selada novamente.

Papel mecanoprotetor das cavéolas. Fonte: NELSON, 2019.

Endocitose e Exocitose

CONCEITO DE EXOCITOSE

Exocitose é o processo de transporte através da membrana que libera o conteúdo celular para o meio extracelular. Isso ocorre com vesículas do Golgi (formadas no trans-Golgi, principalmente) ou de outro local (como endossomos) que se movem e fusionam sua membrana com a membrana plasmática, liberando seu conteúdo (proteínas solúveis).Ex. de proteínas solúveis: glicoproteínas e proteoglicanos (que compõem a matriz extracelular) e moléculas sinalizadoras (como insulina).Essas vesículas carregam também lipídeos e proteínas transmembrana que, quando ocorre a fusão entre a membrana da vesícula com a membrana-alvo, passam a fazer parte da estrutura da membrana plasmática.

Exocitose de vesículas secretoras. Fonte: ALBERTS, 2017.

Formação de vesículas secretoras. Fonte: ALBERTS, 2017.

Endocitose e Exocitose

CONCEITO DE EXOCITOSE

A exocitose é responsável também pela manutenção e aumento da área da membrana plasmática durante a citocinese (pois a célula precisa aumentar sua área de membrana para que se divida em 2 células-filhas), fagocitose (para manter a área de membrana que é perdida após englobamento de grandes partículas), reparo da membrana plasmática (em áreas que sofreram lesões ou estresse mecânico) e celularização.

Exemplos de exocitose regulada que levam à expansão da membrana plasmática. Fonte: ALBERTS, 2017.

OBS: Celularização é um processo que ocorre em embriões de moscas (drosófilas) que, no início, é uma célula composta por mais ou menos 6 mil núcleos envoltos por uma única membrana (cinsício). Durante o desenvolvimento, o número de núcleos é convertido no mesmo número de células, envolvendo a fusão de uma grande quantidade de vesículas que vão delimitar essas novas células.

Endocitose e Exocitose

VIA SECRETORA CONSTITUTIVA

Nessa via, as vesículas brotam do trans-Golgi carregando proteínas e são continuamente encaminhadas para membrana plasmática. Elas também levam lipídeos e proteínas transmembranas que serão inseridas na membrana plasmática.

Vias secretoras constitutiva e regulada. Fonte: ALBERTS, 2017.

Endocitose e Exocitose

VIA SECRETORA REGULADA

Essa via ocorre em células secretoras especializadas, além da via constitutiva. Nessa via, as proteínas são selecionadas na rede trans do Golgi, mas permanecem estocadas em vesículas (endossomos) até que ocorra um sinal extracelular (interação com um hormônio ou neurotransmissor que gera uma cascata de sinalização, que direciona a vesícula para a membrana plasmática, onde ocorre a fusão).

Vias secretoras constitutiva e regulada. Fonte: ALBERTS, 2017.

Endocitose e Exocitose

VIA SECRETORA REGULADA

Ex. de via secretora regulada: A insulina estimula o transporte de glicose nos músculos e adipócitos. Entre as refeições, cerca de 90% dos transportadores de glicose permanecem estocados em vesículas. Após a refeição, células do pâncreas liberam insulina em resposta ao aumento da taxa de glicose no sangue. A insulina, então, interage com receptores na membrana plasmática, desencadeando uma cascata de sinalização que irá direcionar vesículas com transportadores de glicose para a membrana plasmática. Dessa forma, ocorre a fusão e o aumento do número de transportadores de glicose na membrana, para aumentar a captação de glicose para o meio intracelular. Quando o nível de glicose no sangue cai, diminui-se a interação de insulina e a maior parte dos transportadores são retirados da membrana via endocitose, sendo armazenados em vesículas.

Armazenamento de proteínas da membrana plasmática em endossomos de reciclagem. Fonte: ALBERTS, 2017.

Endocitose e Exocitose

Nessa atividade, você terá que responder a algumas perguntas sobre o tema estudado enquanto viaja pelo espaço. Para iniciar a atividade, você deve apertar o botão ao lado.Boa sorte e boa viagem!

QUIZ

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

QUESTÃO 01

O TRANSPORTE DE GLICOSE EM MÚSCULOS E ADIPÓCITOS É MEDIADO POR QUAL VIA?

VIA SECRETORA REGULADA

VIA SECRETORA CONSTITUTIVA

VIA DA MACROPINOCITOSE

QUESTION 02

QUAL É A PROTEÍNA RESPONSÁVEL POR DESPRENDER A VESÍCULA DA MEMBRANA?

LDL

CLATRINA

DINAMINA

QUESTION 03

QUAL TIPO DE ENDOCITOSE NÃO INTERNALIZA O LIGANTE?

MACROPINOCITOSE

MEDIADA POR CLATRINA

MEDIADA POR CAVEOLINA

QUESTION 04

QUAL COMPONENTE DO CITOESQUELETO ESTÁ ENVOLVIDO NOS MECANISMOS DE ENDOCITOSE?

MICROTÚBULOS

FILAMENTOS DE ACTINA

FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS

QUESTION 05

QUAL MECANISMO DE ENDOCITOSE INTERNALIZA PARTÍCULAS SÓLIDAS?

MEDIADA POR CAVEOLINA

MACROPINOCITOSE

FAGOCITOSE

PARABÉNS!

VAMOS PARA A PRÓXIMA UNIDADE?

Lisossomos

Nessa unidade iremos aprender sobre as características e o funcionamento dos Lisossomo de uma célula.Bons estudos!

Lisossomos

DEFINIÇÕES GERAIS

MECANISMO DE AÇÃO

COMPONENTES

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

ACIDIFICAÇÃO DOS LISOSSOMOS

HIDROLASES LISOSSOMAIS

MATURAÇÃO DOS LISOSSOMOS

Lisossomos

DEFINIÇÕES GERAIS

Os lisossomos são organelas que participam, principalmente, da intercomunicação entre o trans-Golgi e a membrana plasmática, sendo importante para o mecanismo de digestão intracelular (através de enzimas localizadas em seu interior). Ou seja, o lisossomo faz a degradação de substâncias extracelulares incorporadas pela célula. São organelas esféricas, de 0,2 a 0,5 μm, que podem ser observadas por meio de microscopia eletrônica ou de fluorescência. Estima-se que haja de 50 a 1000 lisossomos distribuídos em todo o citoplasma da célula. OBS: Lisossomos também degradam componentes intracelulares, sob condições muito específicas, como mecanismos de autofagia, por exemplo.

Lisossomo e endossomo em uma célula. Fonte: ALBERTS, 2017.

Lisossomos

DEFINIÇÕES GERAIS

Os lisossomos se originam de vesículas que se desprendem da rede trans-Golgi, carregando enzimas hidrolíticas.São organelas transportadas via microtúbulos pela interação com proteínas adaptadoras, que irão, por sua vez, acoplar os lisossomos a proteínas motoras associadas aos microtúbulos (dineínas para o transporte retrógrado e cinesinas para o transporte anterógrado).

Exemplo de transporte de vesícula mediado por cinesina. Fonte: LODISH, 2014.

Lisossomos

ACIDIFICAÇÃO DOS LISOSSOMOS

O lisossomo apresenta um pH ácido em seu lúmen (por volta de pH≅5,0), para que seja possível a ativação de enzimas hidrolíticas específicas, chamadas hidrolases ácidas. Essas enzimas degradam macromoléculas e podem ser nucleases, proteases, glicosidases, lipases, fosfatases, sulfatases ou fosfolipases. OBS: No citosol, tem-se um pH≅7,2.A acidificação do lúmen do lisossomo se dá pela ação de uma bomba de prótons de Classe V, a ATPase vacuolar (V-ATPase), que faz uso da energia de hidrólise do ATP para bombear H⁺ para o lúmen da organela.

Lisossomo. Fonte: ALBERTS, 2017.

Lisossomos

ACIDIFICAÇÃO DOS LISOSSOMOS

Esse processo, porém, gera um potencial elétrico na membrana, já que ocorre um acúmulo de cargas positivas na face interna da membrana, o que faz com que íons de carga negativa sejam atraídos para o lado oposto da membrana. Esse potencial elétrico acaba inibindo a continuidade do bombeamento de H⁺ e, com isso, outros íons acabam se movendo através da membrana para tentar desfazer o potencial de membrana feito pela ATPase vacuolar, de modo que se possa continuar o bombeamento (mantendo a acidificação). Esse movimento de íons é do tipo secundário, através de um fluxo de contra-íons, podendo se dar, por exemplo, pela entrada do íon Clˉ como contra-íon.

Efeito da V-ATPase no gradiente de concentração de H+ e nos gradientes de potencial elétrico da membrana. Fonte: LODISH, 2014.

Lisossomos

COMPONENTES

No lúmen dos lisossomos, existem algumas proteínas, como:

Hidrolases ácidas;
Ativadores de enzimas;
Proteínas de transporte.

Na membrana dos lisossomos, existem proteínas de membrana integrais, como:

V-ATPase;
Canais iônicos;
Transportadores de colesterol;
Transportadores de açúcar;
Transportadores de nucleosídeos;
Transportadores de aminoácidos;
SNAREs (para a fusão de membrana).

Porém, existem também as proteínas de membrana periféricas, como:

Proteínas adaptadoras das proteínas motoras (para motilidade);
Complexos sinalizadores (para sinalização metabólica);
Fatores de transcrição (para regulação gênica);
Pequenas GTPases;
Fatores de amarração (para contato entre organelas).

Lisossomos

MECANISMO DE AÇÃO

Ex. de mecanismo de ação de lisossomos sobre o colesterol "ruim":Após endocitose do colesterol através dos receptores LDL, o colesterol "ruim" chega ao lisossomo, onde as hidrolases lisossomais irão hidrolisar os ésteres desse colesterol. Com isso, ocorre liberação de moléculas de colesterol e ácidos graxos, que serão transportadas para o citosol via transportadores de colesterol.

Endocitose de LDL e ação dos lisossomo. Fonte: ALBERTS, 2017.

OBS: A face da membrana do lisossomo que fica voltada para o citosol atua como uma plataforma para associação entre proteínas e complexos proteicos, interligando os lisossomos à outras organelas (como mitocôndrias, RE, Complexo de Golgi e peroxissomos). Esses locais de contato são importantes para a transferência de colesterol intracelular.

Lisossomos

HIDROLASES LISOSSOMAIS

As hidrolases lisossomais são glicoproteínas N-ligadas (portanto, vão do RE para o Complexo de Golgi para sofrerem modificações) que apresentam um açúcar terminal (manose-6-fosfato). A modificação sofrida por essa enzima ocorre na cisterna média do Golgi. Essa modificação de fosforilação do açúcar terminal se dá, inicialmente, pela ação da enzima GlcNAc fosfotransferase, que apresenta um sítio de reconhecimento para o oligossacarídeo N-ligado com terminal de resíduo de manose e um sítio para UDP-GlcNAc. Dessa forma, essa enzima transfere um GlcNAc-P para a manose e libera a hidrolase lisossomal com um N-acetilglicosamina fosfato ligado à sua manose. Posteriormente, uma enzima chamada N-acetilglicosaminidase retira a GlcNAc, deixando o fosfato (P) exposto na manose (ocorre a fosforilação da manose sem uma proteína quinase).

Estrutura de uma hidrolase lisossomal. Fonte: ALBERTS, 2017.

Glicosilação N-ligada de uma hidrolase lisossomal. Fonte: ALBERTS, 2017.

Lisossomos

HIDROLASES LISOSSOMAIS

Esse açúcar terminal manose-6-fosfato é responsável pelo sinal de endereçamento que direciona as proteínas lisossomais da rede trans-Golgi em direção ao endossomo primário (que, posteriormente irá originar o lisossomo). Na rede trans do Golgi há receptores de manose-6-fosfato, que são proteínas transmembranas, que vão interagir com as manoses-6-fosfato destinadas aos endossomos. Ou seja, vesículas revestidas de clatrina (de pH≅6,5), que contém o receptor de manose-6-fosfato ligado às enzimas lisossomais, brotam da rede trans-Golgi, perdem seu revestimento e são encaminhadas para a membrana-alvo (endossomo).

Estrutura de uma hidrolase lisossomal. Fonte: ALBERTS, 2017.

Transporte de hidrolases lisossômicas recém-sintetizadas para os endossomos. Fonte: ALBERTS, 2017.

Lisossomos

HIDROLASES LISOSSOMAIS

Quando os receptores chegam ao endossomo primário (que tem pH < 6), as enzimas lisossomais desligam-se de seus receptores e, no lúmen do endossomo, as fosfatases removem o fosfato do resíduo de manose-6-fosfato, impedindo que a hidrolase interaja novamente com seu receptor. Em seguida, ocorre o brotamento de vesículas do endossomo (contendo os receptores) em direção ao trans-Golgi, reciclando os receptores para que possam participar de um novo ciclo de transporte.

Glicosilação N-ligada de uma hidrolase lisossomal. Fonte: ALBERTS, 2017.

Transporte de hidrolases lisossômicas recém-sintetizadas para os endossomos. Fonte: ALBERTS, 2017.

Lisossomos

MATURAÇÃO DOS LISOSSOMOS

A vesícula que brotou do trans-Golgi passa por algumas etapas antes de se tornarem lisossomos de fato. São eles:

Endossomos iniciais (primários): São estruturas irregulares, com projeções. Esses endossomos recebem material proveniente da membrana plasmática (formam as vesículas de endocitose) e do trans-Golgi (formam as vesículas com enzimas recém-sintetizadas). O endossomo primário se move, via microtúbulos, em direção ao interior da célula, enquanto as proteínas e seus respectivos receptores são retirados do citosol (regulação negativa).
Inicia-se, então, a formação dos corpos multivesiculares, formados a partir da geração de vesículas intra-luminais (ILV's).

Maturação dos endossomos. Fonte: ALBERTS, 2017.

Endossomo-primário. Fonte: ALBERTS, 2017.

Lisossomos

MATURAÇÃO DOS LISOSSOMOS

Endossomo tardio: São estruturas sem projeções, pois as projeções desapareceram ao longo da formação dos corpos multivesiculares. Se formam quando se interrompe a comunicação com o Complexo de Golgi ou com a membrana plasmática.
Endolisossomo: Trata-se da fusão de um endossomo tardio com o lisossomo, sendo onde o pH da vesícula começa a ficar ácido o suficiente para as enzimas começarem a agir.
Lisossomo

OBS: As etapas 3 e 4 são um processo cíclico, ou seja, depois o lisossomo volta a ser um endolisossomo.

Maturação dos endossomos. Fonte: ALBERTS, 2017.

Lisossomos

MATURAÇÃO DOS LISOSSOMOS

As ILV's (que geram os corpos multivesiculares) são formadas através da invaginação da membrana do endossomo inicial, que irá se desprender e formar as ILV's. Isso ocorre através da inserção de ubiquitinas no receptor da carga endocitada.

Sequestro de proteínas endocitadas em ILV's de corpos multivesiculares. Fonte: ALBERTS, 2017.

Corpos multivesiculares e ILV's. Fonte: ALBERTS, 2017.

Lisossomos

MATURAÇÃO DOS LISOSSOMOS

Há um complexo ESCRT (ESCRT-0, ESCRT-I, ESCRT-II, ESCRT-III) que reconhece essa ubiquitina inserida no receptor. ESCRT-0 reconhece a ubiquitina e PI(3)P (fosfatidilinositol trifosfato) presentes na membrana do endossomo inicial na face do citosol. Essas proteínas do complexo ESCRT interagem de forma sequencial na face citosólica do endossomo inicial e geram a curvatura necessária para formação da vesícula intraluminal.

Formação de ILV's através do Complexo ESCRT. Fonte: ALBERTS, 2017.

Lisossomos

MATURAÇÃO DOS LISOSSOMOS

OBS: A partir do endossomo primário, podem brotar endossomos de reciclagem, que são vesículas que retornarão à membrana plasmática, reconstituindo a membrana.A formação dos corpos multivesiculares é essencial para a degradação completa das proteínas de membrana que são endocitadas (como os receptores e suas cargas). Isso porque, se a membrana do endossomo inicial apenas se fusionasse diretamente com a membrana do lisossomo, a cauda do receptor endocitado ficaria voltada para o citosol e, dessa forma, não seria degradada. Entretanto, com os corpos multivesiculares, ocorre a degradação completa dessas proteínas transmembranas.

Exemplo da ação de endossomos de reciclagem. Fonte: ALBERTS, 2017.

Lisossomos

MATURAÇÃO DOS LISOSSOMOS

OBS: Em cada estágio de maturação, o endossomo está conectado (via transporte de vesículas) com a rede trans do Golgi, que fornece suprimento contínuo de enzimas lisossomais. Nesse processo também ocorre, continuamente, o bombeamento de prótons H⁺ para o lúmen do endossomo, acidificando esse meio e ativando as enzimas. Já foram descritas várias doenças de armazenamento lisossomal, causadas pela ausência de uma ou mais enzimas lisossomais. Com isso, glicolipídeos e componentes extracelulares não são digeridos, como normalmente seriam, e se acumulam nos lisossomos, formando grandes inclusões. Os doentes apresentam várias anormalidades neurológicas, fisiológicas e de desenvolvimento, dependendo do tipo e gravidade da doença.Ex. de doença: Mucopolisacaridose, que é causada pela deficiência de enzimas que degradam glicosaminoglicanos.

O TEXTO

COMPLETE

Nessa atividade você terá que completar um texto, de acordo com o conteúdo estudado nesta unidade.Boa sorte!

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Lisossomos

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

Arraste as palavras abaixo para os espaços correspondentes no texto a seguir. Ao terminar, clique em "respostas" para obter o gabarito.

RESPOSTAS

Os lisossomos são organelas que apresentam pH ácido, de modo que se possa ativar suas enzimas chamadas hidrolases ácidas. Para que o pH seja ácido, a membrana dos lissomos contém uma V-ATPase que bombeia prótons de H⁺ para o lúmen da organela. Além disso, os lisossomos sofrem maturção e, por isso, inicialmente (ao sair da rede trans-Golgi, por exemplo), são chamados de endossomos primários. Em seguida, através de ILV's, formam-se os corpos multivesiculares, que resultarão em endossomos tardios. Após essa etapa, forma-se um endolisossomo para, só então, se ter um lisossomo. Vale lembrar também que as hidrolases lisossomais são glicoproteínas N-ligadas que sofreram modificações na cisterna média do Golgi.

endossomos tardios

V-ATPase

endossomos primários

hidrolases ácidas

cisterna média

pH ácido

corpos multivesiculares

endolisossomo

Lisossomos

Os lisossomos são organelas que apresentam ______________, de modo que se possa ativar suas enzimas chamadas _________________. Para que o pH seja ácido, a membrana dos lissomos contém uma ______________ que bombeia prótons de H⁺ para o lúmen da organela.Além disso, os lisossomos sofrem maturção e, por isso, inicialmente (ao sair da rede trans-Golgi, por exemplo), são chamados de ____________________________. Em seguida, através de ILV's, formam-se os ____________________________, que resultarão em ____________________________. Após essa etapa, forma-se um _______________________ para, só então, se ter um lisossomo.Vale lembrar também que as hidrolases lisossomais são glicoproteínas N-ligadas que sofreram modificações na _______________________ do Golgi.

Mitocôndria

Nessa unidade iremos aprender sobre as características e o funcionamento da Mitocôndria de uma célula.Bons estudos!

Mitocôndria

FISSÃO E FUSÃO

LOCALIZAÇÃO

FUNÇÕES

DEFINIÇÕES GERAIS

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

TRANSPORTE DE PROTEÍNAS

GENOMA MITOCONDRIAL

Mitocôndria

DEFINIÇÕES GERAIS

As mitocôndrias foram originadas de bactérias de vida livre que, via mecanismos de endossimbiose, passaram a viver nas células eucarióticas ancestrais. Esse processo foi essencial para a evolução animal, já que possibilitou uma maior eficácia na produção de energia, pela fosforilação oxidativa.

Mecanismo de endossimbiose. Fonte: ALBERTS, 2017.

Comparação entre bactéria, mitocôndria e cloroplasto. Fonte: ALBERTS, 2017.

Mitocôndria

DEFINIÇÕES GERAIS

Essa organela, assim como os cloroplastos, possui uma membrana interna e uma membrana externa, sendo que o espaço entre essas duas membranas se chama espaço intermembrana. Abaixo da membrana interna, há a matriz mitocondrial, sendo que as invaginações presentes na membrana interna dessa organela são conhecidas como cristas mitocondriais, que, por sua vez, apresentam um conjunto de proteínas e enzimas responsáveis pela respiração celular em mitocôndrias (no caso dos cloroplastos, essas proteínas e enzimas fazem a fotossíntese).

Subcompartimentos de mitocôndrias e cloroplastos. Fonte: ALBERTS, 2017.

Conjunto de proteínas e enzimas que atuam na respiração celular. Fonte: ALBERTS, 2017.

Mitocôndria

DEFINIÇÕES GERAIS

A membrana externa da mitocôndria é permeável a íons e moléculas pequenas, pois é repleta de proteínas de membrana chamadas porinas (formam poros) e, por conta disso, o espaço intermembrana tem o mesmo pH e composição iônica do citoplasma.Já a membrana interna da mitocôndria funciona como uma barreira para a difusão de íons e pequenas moléculas. Somente prótons H⁺, fosfato e nucleotídeos (como ATP e ADP) passam por ela, porém por meio de proteínas transportadoras. Essa membrana é dobrada e forma cristas e tubos, que se distribuem na matriz mitocondrial (local onde fica a grande maioria das proteínas mitocondriais).

Estruturas de uma mitocôndria. Fonte: ALBERTS, 2017.

As mitocôndrias trafegam ao longo de microtúbulos, via associação com proteínas adaptadoras e motoras (dineínas e cinesinas), sendo transportadas para diferentes locais da célula.

Mitocôndria

DEFINIÇÕES GERAIS

OBS: O estudo dos componentes dessa organela pode ser feito através do fracionamento de mitocôndrias, processo realizado através de diversas etapas de centrifugação. Inicialmente, em meio hipotônico, a água irá entrar e romper a membrana externa, fragmentando-a e separando o espaço intermembrana. Em seguida, ocorre mais uma etapa de centrifugação, em gradiente de densidade, separando a membrana externa da membrana interna com a matriz. A membrana interna, então, será rompida e separada da matriz por outra centrifugação. Dessa maneira, é possível mapear as reações que ocorrem na mitocôndria.

Fracionamento bioquímico de mitocôndrias. Fonte: ALBERTS, 2017.

Mitocôndria

LOCALIZAÇÃO

A localização, assim como o formato, das mitocôndrias varia conforme o tipo celular.Ex.: Em células musculares, as mitocôndrias estão associadas à miofibrilas, para fornecer energia para a associação/dissociação das cabeças de miosinas dos microfilamentos, permitindo a contração muscular.Já nos espermatozoides, as mitocôndrias fornecem energia para que as proteínas motoras (dineínas) deslizem em microtúbulos, fazendo a movimentação de flagelos.

Localização de mitocôndrias em um músculo cardíaco (A) e na cauda de um espermatozóide (B). Fonte: ALBERTS, 2017.

Mitocôndria

FISSÃO E FUSÃO

Por serem organelas extremamente dinâmicas, as mitocôndrias podem se dividir, por mecanismos de fissão (divide em duas), ou se fusionar, através da fusão (duas mitocôndrias se fundem e formam uma só).Os dois mecanismos são complexos (com várias proteínas) e envolvem as membranas interna e externa, sendo responsáveis por controlar o número e formato das mitocôndrias. Além disso, em ambos há gasto de energia, em diferentes proporções, e necessita da aproximação de membranas.OBS: Mitocôndrias podem formar estruturas chamadas retículo mitocondrial, que pode ser visto em leveduras.

Mecanismos de fissão e fusão. Fonte: ALBERTS, 2017.

Retículo mitocondrial em leveduras. Fonte: ALBERTS, 2017.

Mitocôndria

FISSÃO E FUSÃO

O processo de fissão envolve proteína que possuem atividade GTPase e dinaminas. Essas dinaminas interagem tanto com a membrana externa, quanto com a membrana interna, aproximando-as até que se separem. A fissão é responsável por distribuir mitocôndrias na célula e, durante a divisão celular, em células filhas (na fase G1, as mitocôndrias começam a se alongar; em S, já estão alongadas; enquanto em G2 e M já houve a fissão para distribuição para células filhas).O processo de fusão ocorre com dois grupos de proteínas, sendo cada um para uma membrana (um grupo para a interna e outro para a externa), que interagem de forma coordenada e são GTPases. A partir da interação entre essas proteínas das duas mitocôndrias, há a aproximação das membranas das duas organelas, até que ocorra a fusão.

Fusão mitocondrial. Fonte: ALBERTS, 2017.

Fissão mitocondrial. Fonte: ALBERTS, 2017.

Mitocôndria

GENOMA MITOCONDRIAL

As mitocôndrias, assim como os cloroplastos, possuem um genoma próprio, sendo que o DNA mitocondrial varia, em tamanho e número de genes, de acordo com o organismo avaliado.OBS: O tamanho da molécula de DNA não está necessariamente relacionado ao número de proteínas que esse genoma codifica. O genoma mitocondrial de um humano e de Arabidopsis, por exemplo, codificam 13 proteínas, mas tem tamanhos diferentes.

Comparaçãoo de vários tamanhos de genomas mitocondriais. Fonte: ALBERTS, 2017.

O tamanho do genoma pode ser reflexo do mecanismo de transferência gênica que ocorreu entre as espécies. Por exemplo, o genoma humano seria um vestígio do genoma de uma bactéria original, que transferiu seus genes, mas, durante a evolução, alguns genes se perderam, formando o atual genoma humano. No genoma nuclear, cerca de 400 proteínas foram adquiridas de outras bactérias, e cerca de 300 das proteínas codificadas pelo genoma nuclear são consideradas alterações evolutivas das células eucariotas.

Mitocôndria

GENOMA MITOCONDRIAL

As mitocôndrias recebem, aproximadamente, 1100 proteínas adicionais que são codificadas pelo genoma nuclear (além das 13 produzidas pela mitocôndria), sendo que 400 delas tem origem bacteriana (essa origem foi detectada pela semelhança de sequências com procariotos).Ex. de proteínas presentes na mitocôndria que foram produzidas pelo genoma nuclear: RNA polimerase, proteínas que se associam ao rRNA para montar os ribossomos, DNA polimerase, aminoacil-tRNA sintetase, entre outras.No genoma mitocondrial, há genes que codificam RNA ribossomais, proteínas ribossômicas, componentes da cadeia respiratória (como subunidades de NADH desidrogenase, de citocromo oxidase e da ATPsintase) e outras proteínas, além de tRNA e mRNA.

Comparaçãoo entre genomas mitocondriais. Fonte: ALBERTS, 2017.

Mitocôndria

GENOMA MITOCONDRIAL

OBS: A ATPsintase é uma proteína composta por 23 subunidades proteicas separadas. Está localizada na membrana interna de mitocôndrias e na membrana citoplasmática de bactérias, sendo uma bomba da classe F. Pode produzir ATP (pela passagem de H⁺ do espaço intermembrana para a matriz) ou hidrolisar ATP em ADP e Pi (pela passagem de H⁺ da matriz para o espaço intermembrana), estando organizada como dímeros nas cristas mitocondriais.

Dímeros de ATPsintase na crista mitocondrial produzindo ATP. Fonte: ALBERTS, 2017.

ATPsintase. Fonte: ALBERTS, 2017.

Mitocôndria

GENOMA MITOCONDRIAL

Fonte: ALBERTS, 2017.

Organização do genoma mitocondrial humano. Fonte: ALBERTS, 2017.

O DNA mitocondrial é formado por uma fita dupla de DNA no formato circular (assim como o genoma de procariotos), sendo que o DNA mitocondrial humano possui, aproximadamente, 16 mil pares de base. Além disso, esse genoma é transcrito em RNAs policistrônicos (codifica várias proteínas).Aparentemente, o DNA mitocondrial não possui sequências codificantes, além de ter 4 dos 64 códons com significados diferentes do código universal, como mostra a tabela abaixo:

Mitocôndria

TRANSPORTE DE PROTEÍNAS

O transporte de proteínas produzidas pelo genoma nuclear para os subcompartimentos de mitocôndrias ou cloroplastos ocorre via transporte transmembrana. Isso acontece após sua tradução no citosol como proteínas livres. Estando livre no citosol, a proteína é encaminhada para a mitocôndria (ou cloroplasto) através do reconhecimento de sua sequência sinal, tratando-se de um mecanismo pós-traducinal. A sequência sinal se enovela em α-hélice, com seus resíduos carregados positivamente em um lado e os resíduos hidrofóbicos no lado oposto. Os receptores, então, reconhecem a sequência sinal e encaminham a organela para a proteína-alvo.OBS: No citosol, essas proteínas não se enovelam, pois estão ligadas à chaperonas hsp70 citosólicas, que as mantém desnoveladas.As chaperonas são proteínas envolvidas no controle do enovelamento de proteínas, pois impede que elas enovelem antes ou incorretamente (faz com que se enovele na hora certa).

Transporte de proteínas produzidas pelo genoma nuclear e síntese de proteínas pelo genoma mitocondrial. Fonte: ALBERTS, 2017.

Mitocôndria

TRANSPORTE DE PROTEÍNAS

Dependendo do destino da proteína nas subunidades da organela, ela pode ter que atravessar duas membranas ou apenas a membrana mitocondrial externa. Nessas membranas, há proteínas translocadoras associadas a receptores, que irão reconhecer e se associar aos receptores ligados à sequência sinal para que a proteína passe pelo canal.Na membrana externa, há proteínas do Complexo TOM (translocador de membrana externa ligado a receptores) e do Complexo SAM. Já na membrana interna, há os translocadoras de membrana interna, como o Complexo TIM22, o Complexo TIM23 (no qual há uma chaperona mitocondrial da família hsp70 associada, chamada ATPase de importação, que é responsável por facilitar a passagem da proteína através do translocador em direção à matriz) e o Complexo OXA.

Proteínas translocadoras nas membranas mitocondriais. Fonte: ALBERTS, 2017.

Mitocôndria

TRANSPORTE DE PROTEÍNAS

OBS: As proteínas podem passar pelos Complexos TOM e TIM ao mesmo tempo ou de forma independente (primeiro passa pelo TOM, então fica no espaço intermembrana, e depois passa pelo TIM).Uma vez na matriz mitocondrial, a sequência sinal é retirada pela peptidase-sinal mitocondrial e a proteína irá se enovelar.OBS: O potencial de membrana gerado pelo bombeamento de H⁺ na cadeia respiratória direciona a translocação da sequência sinal através do Complexo TIM.

Importação de proteínas pela mitocôndria e ação da peptidase-sinal mitocondrial. Fonte: ALBERTS, 2017.

Fonte: ALBERTS, 2017.

Mitocôndria

TRANSPORTE DE PROTEÍNAS

As porinas (proteínas transmembrana da membrana externa) são transportadas desnoveladas para o espaço intermembrana pelo Complexo TOM sem que eles interajam entre si. No espaço intermembrana, as porinas vão interagir com chaperonas e, posteriormente, o Complexo SAM insere essas proteínas não enoveladas na membrana externa e auxilia no dobramento dessa cadeia polipeptídica na sua conformação β-barril.Uma via alternativa para essa inserção ocorre quando a proteína passa pelos Complexos TOM e TIM, depois tem sua sequência sinal removida na matriz e, com isso, essa remoção expõe uma segunda sequência sinal que direciona a proteína para o Complexo OXA, que insere essa proteína na membrana interna.

Transporte de proteína e sua inserção na membrana interna mitocondrial. Fonte: ALBERTS, 2017.

Transporte de porinas.Fonte: ALBERTS, 2017.

Mitocôndria

FUNÇÕES

Além da produção de energia, as mitocôndrias também estão envolvidas na síntese de lipídeos, como a cardiolipina (que é um lipídeo restrito à membrana mitocondrial interna, onde ele também é produzido e interage com proteínas de membrana envolvidas na fosforilação oxidativa e no transporte de ATP). A cardiolipina apresenta 2 grupamentos fosfatos que interagem com H⁺ na superfície da membrana das cristas mitocondriais, além de representar de 10% a 15% do total de fosfolipídeos presentes nas mitocôndrias.

Interação entre mitocôndrias e RE.Fonte: ALBERTS, 2017.

Estrutura da cardiolipina.Fonte: ALBERTS, 2017.

O RE e as mitocôndrias mantêm sítios/regiões de contato envolvidas na troca de lipídeos entre eles. Essa troca é mediada por proteínas que aproximam as membranas dessas duas organelas (os túbulos do RE se enrolam ao redor da mitocôndria) e permitem que uma proteína trocadora transfira lipídeos entre essas duas membranas.

Mitocôndria

FUNÇÕES

OBS: As doenças mitocondriais (causadas por mutações no DNA mitocondrial) são tidas como desafiadoras, pois trata-se de uma organela envolvida com atividades metabólicas importantes. Essas doenças podem causar distúrbios nos músculos esqueléticos, músculos cardíacos, cérebro, fígado, rins, entre outros (além de ter envolvimento secundário em outros órgãos e tecidos).Por serem manifestações muito amplas, ainda não há um protocolo aceito para as síndromes mitocondriais e, por isso, precisa-se combinar diversos exames e análises laboratoriais para identificar o distúrbio. Além disso, não há tratamento efetivo, mas o transplante de mitocôndrias minimiza o problema.

Colunas

Relacione as

Nessa atividade, você terá que relacionar duas colunas, de acordo com o tema estudado, de modo que cada elemento tenha um conceito correspondente.Boa sorte!

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Mitocôndria

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

De acordo com a lista abaixo à esquerda, arraste os respectivos números (em amarelo) de cada elemento para o conceito correto. Ao terminar, confira o gabarito em "Respostas".

Mitocôndria

ATPsintase
Complexo TOM
Complexo TIM
Membrana mitocondrial interna
Membrana mitocondrial externa

Fita dupla circular
Fita dupla linear
Treze proteínas

( ) Localizado na memb. mitocondrial externa;( ) Possui poros que permitem passagem de íons e pequenas moléculas;( ) Quantidade de proteínas sintetizadas pelo genoma mitocondrial humano;( ) Genoma mitocondrial humano;( ) Bomba da Classe F localizada na memb. mitocondrial interna, responsável pela produção de ATP;( ) Localizado na memb. mitocondrial interna;( ) Genoma nuclear humano;( ) Funciona como uma barreira à íons e pequenas moléculas.

RESPOSTAS

ATPsintase - Bomba da Classe F localizada na memb. mitocondrial interna, responsável pela produção de ATP;
Complexo TOM - Localizado na memb. mitocondrial externa;
Complexo TIM - Localizado na memb. mitocondrial interna;
Membrana mitocondrial interna - Funciona como uma barreira à íons e pequenas moléculas;
Membrana mitocondrial externa - Possui poros que permitem passagem de íons e pequenas moléculas;
Fita dupla circular - Genoma mitocondrial humano;
Fita dupla linear - Genoma nuclear humano;
Treze proteínas - Quantidade de proteínas sintetizadas pelo genoma mitocondrial humano.

Peroxissomos

Nessa unidade iremos aprender sobre as características e o funcionamento dos Peroxissomos de uma célula.Bons estudos!

Peroxissomos

FUNÇÕES

DEFINIÇÕES GERAIS

ORIGEM

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

IMPORTAÇÃO DE PROTEÍNAS

Peroxissomos

DEFINIÇÕES GERAIS

Peroxissomos são organelas esféricas que, diferentemente das mitocôndrias, são circundados por uma membrana única e não possuem genoma próprio (ou seja, todas as suas proteínas são codificadas pelo genoma nuclear). Essa organela realiza muitas funções, que vão diferir de um tipo de célula para outro, mas, coletivamente, incluem várias reações envolvidas no metabolismo oxidativo de carboidratos, lipídeos e aminoácidos (através de enzimas oxidativas) e na síntese de lipídeos. OBS: O número de peroxissomos varia de acordo com o tipo celular.Esta organela foi observada pela primeira vez na tese de doutorado de Rhofin, em 1954, sendo chamado, na época, de microcorpo. Os peroxissomos recebem vesículas oriundas do RE, assim como adquirem proteínas transportadoras por translocadores.

Micrografia eletrônica de três peroxissomos de uma célula de fígado de rato.Fonte: ALBERTS, 2017.

Peroxissomos

FUNÇÕES

Os peroxissomos estão envolvidos em processos que geram e decompõe o peróxido de hidrogênio (H₂O₂), que é altamente reativo e um agente tóxico oxidante. Essa decomposição de H₂O₂ gera H₂O e O₂, e é realizada por meio de enzima catalase. OBS: Quando as enzimas oxidativas estão em concentração muito elevada, em algumas células forma-se a estrutura de um núcleo cristalóide.

Núcleo cristalóide em peroxissomos.Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo cristalóide

Peroxissomos

FUNÇÕES

Há proteínas que estão presentes em todos os peroxissomos (trata-se de uma origem evolutiva comum), porém existem proteínas que variam entre cada espécie. São exemplos de proteínas de peroxissomos:

Maquinaria de importação de proteínas para o peroxissomo: componentes que têm similaridade estrutural e funcional com o RE e agem importando proteínas para a matriz do peroxissomo. Estes componentes são comuns a todos os peroxissomos;

Proteínas envolvidas em mecanismos de fissão e fusão de peroxissomos: componentes que participam da divisão de outras organelas também, como de mitocôndrias, e são compartilhadas por diversas espécies;

Enzimas envolvidas no metabolismo de ácidos graxos: presentes em todos os tipos de peroxissomos, embora as enzimas específicas não sejam as mesmas, variando entre espécies;

Enzimas envolvidas na desintoxicação de espécies reativas de oxigênio (ROS): presente em todos os peroxissomos, mas os tipos de enzimas variam de acordo com a espécie.

Além disso, há vias adicionais que podem ocorrer nos peroxissomos, que vão desde a biossíntese de vários compostos até a glicólise ou catabolismo de fontes específicas de carbono ou nitrogênio.OBS: Espécies reativas de oxigênio (ROS) são geradas em muitas reações que ocorrem nos peroxissomos, como catalase e superoxido dimutase.

Peroxissomos

FUNÇÕES

Devido a essa diversidade, os peroxissomos são chamados de organelas multifuncionais, pois contribuem para várias vias anabólicas (de biossíntese) e catabólicas (de degradação). Sendo assim, variações em seu repertório de proteínas geram variações funcionais em órgãos e organismos, que são uma resposta adaptativa às condições nutricionais e ambientais de vida. Em plantas, os peroxissomos presentes em sementes em germinação, sendo responsáveis pela conversão de ácido graxo armazenado nessas sementes em açúcares necessários para o crescimento da planta (já que ela ainda não é capaz de fazer fotossíntese). Essa conversão ocorre via uma série de reações conhecidas como ciclo do glicoxilato e, por isso, esses peroxissomos são chamados de glicoxissomos.

Micrografia eletrônica de dois tipos de peroxissomos encontrados em células vegetais.Fonte: ALBERTS, 2017.

Peroxissomos

IMPORTAÇÃO DE PROTEÍNAS

A importação de proteínas para o peroxissomo ocorre pela presença da sequência de aminoácidos Ser-Lys-Leu-COO⁻ na região C-terminal, que atua como sinal de importação dessas proteínas (assim como ocorre nas mitocôndrias e RE). Trata-se de um mecanismo pós-traducional (sintetiza a proteína em ribossomos livres e, posteriormente, há a transferência para o peroxissomo). A sequência sinal é reconhecida por receptores solúveis que interagem com receptores presentes na membrana dos peroxissomos e, desse modo, as proteínas são transportadas para o lúmen da organela via translocadores presentes na membrana. O conjunto de proteínas envolvidas nesse mecanismo é chamado peroxinas ou Pex.

Fonte: ALBERTS, 2017.

Peroxissomos

IMPORTAÇÃO DE PROTEÍNAS

Diferentemente do que ocorre nas mitocôndrias e cloroplastos, essas proteínas são encaminhadas para os peroxissomos e importadas já em sua conformação final, ou seja, enoveladas. Para isso, as proteínas translocadoras presentes na membrana se organizam como um complexo formado por, pelo menos, 6 tipos diferentes de peroxinas. Esse complexo atua como um poro (ele adapta sua abertura de passagem, permitindo que proteínas oligoméricas não precisem ser desdobradas para passar pelo transportador). A Pex5, após conduzir e liberar sua carga (a proteína) para dentro do peroxissomo, vai junto com a proteína para o lúmen da organela. Em seguida, ela retorna para o citosol para realizar o transporte de outras proteínas.

Importação de proteínas da matriz peroxissomal.Fonte: LODISH, 2014.

Peroxissomos

IMPORTAÇÃO DE PROTEÍNAS

OBS: Alterações nos mecanismos de transporte para o lúmen de peroxissomos e na biogênese dessa organela estão relacionadas a uma série de doenças. Ex. de doença: A Síndrome de Zellweger, que é considerada rara, se dá pela interferência na importação de proteínas para os peroxissomos. Nesses pacientes, as células possuem peroxissomos vazios e, por conta disso, essas pessoas têm anomalias no desenvolvimento do cérebro, fígado e rins. Essa síndrome é causada por mutações em qualquer um dos 12 genes relacionados à importação de proteínas para os peroxissomos, sendo que a mutação no gene Pex1 é a mais comum. A adrenoleucodistrofia ligada ao cromossomo X é um outro exemplo de doença relacionada aos peroxissomos.

Peroxissomos

ORIGEM

A origem dos peroxissomos é muito discutida. Alguns pesquisadores defendem a hipótese de que os peroxissomos das células vieram da incorporação de peroxissomos de vida livre, que foram incorporados por células eucariotas (como as mitocôndrias). Porém, outros defendem que os peroxissomos se originaram de vesículas que brotaram do RE.OBS: Essa organela sofre mecanismos de fissão, assim como as mitocôndrias, originando peroxissomos-filhos.

Modelo explicando como os peroxissomos se proliferam e como um novo peroxissomo se forma.Fonte: ALBERTS, 2017.

QUIZ

PEROXISSOMOS

Nessa atividade, você deverá responder a 3 questões de múltipla escolha, de acordo com o tema estudado.Boa sorte!

Peroxissomos

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TESTE SEUS CONHECIMENTOS

QUIZ

Questão 1

Qual das características abaixo NÃO pertence aos peroxissmos?

Genoma próprio

Membranaúnica

Fazemfissão

Peroxissomos

Right!

CORRETO!

O mecanismo de importação de proteínas para os peroxissmos é dito como pós-traducional. Como se chama o conjunto de proteínas envolvidas nesse mecanismo ?

Peroxinas

Complexo TOM

Porinas

QUIZ

Questão 2

Peroxissomos

Right!

Peroxissomos

CORRETO!

Os peroxissomos estão envolvidos no metabolismo oxidativo de carboidratos, lipídeos e aminoácidos e na síntese de lipídeos. Qual das opções abaixo é um exemplo de uma função dessa organela?

Desintoxicação de ROS

Síntese deproteínas da maquinaria deimportação

Síntese de proteínas para os mecanismos defissão e fusão

QUIZ

Questão 3

Peroxissomos

CORRETO!

Peroxissomos

PRÓXIMA UNIDADE

Núcleo

Nessa unidade iremos aprender sobre as características e o funcionamento do Núcleo de uma célula.Bons estudos!

Núcleo

ESTRUTURA DO DNA

TRANSCRIÇÃO

ÁCIDOS NUCLEICOS

REPLICAÇÃO DO DNA

DEFINIÇÕES GERAIS

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

MECANISMOS DE CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA

Núcleo

DEFINIÇÕES GERAIS

Robert Brown foi o primeiro pesquisador a observar a existência do núcleo. A hipótese mais antiga é aceita da origem do núcleo é a Hipótese Autógena, em que o núcleo teria se originado a partir de uma organização gradual de membranas ao redor do material genético, circundando-o. O sistema de membrana teria se originado de invaginações da membrana plasmática de uma célula procariota ancestral, dando origem a uma célula eucariota. O núcleo é delimitado por uma membrana dupla (o envelope nuclear) e, por isso, ocorre a divisão em membrana nuclear interna (voltada para o nucleoplasma) e membrana nuclear externa (voltada para o citosol). Além disso, a comunicação entre nucleoplasma e citosol se dá por meio de poros nucleares. OBS: A membrana nuclear externa é contínua com a membrana do RE e, por isso, essa membrana nuclear pode apresentar ribossomos aderidos.

Envelope nuclear.Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

Quando a célula está em interfase (ou seja, não está se dividindo) a estrutura do núcleo está organizada da seguinte forma:

Lâmina nuclear;
Envelope nuclear contendo poros;
Estruturas subnucleares - Nucléolo;
Estrutura da cromatina.

1 - Lâmina nuclear: A lâmina nuclear está localizada no lado do nucleoplasma, estando ligada à membrana nuclear interna. Ela é formada por uma rede de proteínas de lâminas nucleares, denominadas Lâmina A, Lâmina B e Lâmina C, pertencentes à família dos filamentos intermediários. Trata-se de uma estrutura responsável pela forma e estabilidade do envelope nuclear, pois está ancorada à membrana nuclear interna através de ligações com proteínas que formam a estrutura do poro nuclear, além de interagir com proteínas transmembranas. Além disso, também interage com a estrutura da cromatina, sendo responsável pela ligação entre cromatina e envelope nuclear.

Lâmina nuclear.Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

2 - Envelope nuclear contendo poros: O complexo de poros nucleares é uma estrutura extremamente organizada, sendo composta por, no mínimo, 30 proteínas diferentes, que podem estar presentes em até 32 cópias. As proteínas que formam a estrutura do poro são denominadas nucleoporinas (família de proteínas que se organizam e formam o complexo do poro nuclear). Esse complexo de poros está distribuído ao longo do envelope nuclear, sendo que o número de poros presentes varia de acordo com o tipo celular. Ex.: Fibroblastos tem de 3 a 4 mil poros, já as células da glia apresentam cerca de 20 mil poros. O complexo de poros atravessa a membrana nuclear externa e interna, formando um canal de passagem, por onde passam cerca de 1000 macromoléculas por segundo de forma bidirecional (trata-se de um mecanismo de transporte mediado).

Complexos de poros nucleares.Fonte: ALBERTS, 2017.

OBS: Alguns autores defendem que a estrutura das nucleoporinas está relacionada às estruturas de clatrinas e COPII, tamanha a sua organização. Isso pode significar uma origem evolutiva comum para nucleoporinas e proteínas de revestimento. Além disso, a mudança estrutural na membrana do envelope nuclear forma uma curvatura, que é semelhante ao observado em curvaturas por clatrina, COPI e COPII.

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

2 - Envelope nuclear contendo poros: A organização da estrutura do poro é diferente no lado voltado para o citosol e no lado do citoplasma, como pode ser visto nas imagens abaixo:

Estrutura do poro nuclear. Em (B) tem-se a face nuclear, enquanto em (C) há a face citosólica do poro nuclear.Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

2 - Envelope nuclear contendo poros: As nucleoporinas podem ser classificadas de acordo com a sua função na organização do complexo do poro nuclear:

Proteínas do anel (transmembrana): São responsáveis por ancorar o complexo do poro nuclear ao envelope nuclear;

Nucleoporinas de suporte: Formam uma estrutura de camada, sendo responsáveis por estabilizar o complexo do poro na membrana. Algumas dessas proteínas são responsáveis por gerar uma curvatura no envelope nuclear;

Estruturas do poro nuclear. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

Nucleoporinas do canal: Estão presentes no interior do canal, preenchendo o centro do poro. Possuem função de ancoramento, mas também formam uma estrutura descrita como um emaranhado, que gera uma região desordenada de nucleoporinas no canal. Elas possuem números de repetição de aminoácidos de fenilalanina e glicina, também denominadas repetições FG. Esse emaranhado formado pelos aminoácidos bloqueia a passagem passiva de moléculas pelo centro do canal, permitindo a passagem livremente apenas de pequenas moléculas (de até 5 mil daltons), enquanto moléculas maiores entram no núcleo por meio de transporte ativo (algumas proteínas maiores passam lentamente pelos poros, mas proteínas maiores de 60 mil daltons usam o transporte ativo);

Estruturas do poro nuclear. Fonte: ALBERTS, 2017.

2 - Envelope nuclear contendo poros:

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

Fibrilas: Se projetam, a partir da estrutura do poro, tanto para o lado citosólico (fibrilas citosólicas, que parecem tentáculos com extremidades soltas), quanto para o lado do nucleoplasma (cesta nuclear, que parece uma cesta de basquete com as pontas presas). Ambas são responsáveis pela interação com as macromoléculas que vão passar através do poro, contendo também repetições FG.

Estruturas do poro nuclear. Fonte: ALBERTS, 2017.

2 - Envelope nuclear contendo poros:

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

A organização estrutural do complexo poro é conservada em diferentes organismos, sendo que o diâmetro varia muito em leveduras (100 nm) e vertebrados (130 nm); as fibrilas citosólicas têm, aproximadamente, 50 nm em ambos; a região central tem entre 33 nm (leveduras) e 37 nm (vertebrados); e as fibrilas nucleares variam entre 95 nm (leveduras) e 120 nm (vertebrados). Porém, independente do organismo, a organização do poro apresenta estrutura semelhante e dimensões próximas. O complexo do poro nuclear é uma estrutura dinâmica, que atua como um diafragma (transporte controlado por comportas), abrindo e fechando de acordo com a molécula que deve atravessar. Além disso, ele permite a passagem de proteínas enoveladas pelo transporte ativo. O encaminhamento de proteínas para o núcleo depende de uma sequência sinal de endereçamento, também chamada de sinais de localização nuclear, sendo responsáveis pela seletividade desse processo.

2 - Envelope nuclear contendo poros:

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

Os sinais de endereçamento são constituídos por uma sequência curta de aminoácidos, que pode variar de acordo com a proteína. Além disso, esses sinais podem estar localizados em qualquer lugar dessa sequência de aminoácidos (não necessariamente na extremidade N- ou C-terminal). Essas sequências de sinalização podem formar alças na superfície da proteína que será encaminhada, favorecendo sei reconhecimento para que seja encaminhada para o transporte.

Fonte: ALBERTS, 2017.

2 - Envelope nuclear contendo poros:

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

OBS: O vírus SD40 é utilizado como modelo de estudo sobre o transporte de proteínas para o núcleo, através da localização de sua proteína antígeno T, que contém uma sequência de localização nuclear (Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-). Porém, quando a sequência de localização é alterada (Pro-Pro-Lys-Thr-Lys-Arg-Lys-Val-), sua localização muda, sendo encontrada no citoplasma, pois há um impedimento de seu encaminhamento para o núcleo.

Função de um sinal de localização nuclear. Fonte: ALBERTS, 2017.

2 - Envelope nuclear contendo poros:

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

Os sinais de sinalização nuclear são reconhecidos por receptores solúveis, que pertencem à família das carioferinas (receptores de transporte nuclear), podendo ser classificados como importinas ou exportinas, dependendo da direção de transporte através do poro nuclear. Além disso, há uma grande variação dessas proteínas, para que diferentes sinais possam ser reconhecidos pela célula. Essas proteínas receptoras podem interagir diretamente com a proteína carga através da sequência de localização nuclear, ou via proteínas adaptadoras (que formam uma "ponte" entre as importinas/exportinas e o sinal de localização nuclear). As importinas e exportinas interagem tanto com o sinal, quanto com as repetições FG da rede de nucleoporinas que preenchem o centro do poro, pelo qual o complexo de carioferinas irão se ancorar às fibrilas e, a partir daí, irem se ligando e desligando das nucleoporinas do canal até atravessar o poro.

Receptores de importação nuclear (importinas). Fonte: ALBERTS, 2017.

2 - Envelope nuclear contendo poros:

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

Enzimas GTPases (que hidrolisam GTP a GDP e Pi) também são fundamentais para regular o transporte via poro. Trata-se da proteína Ran (da família GTPase monomérica, pertencente à superfamília Ras), que pode ser encontrada ligada ao GDP ou ao GTP.

Compartimentalização de Ran-GDP e Ran-GTP. Fonte: ALBERTS, 2017.

2 - Envelope nuclear contendo poros:

OBS: A superfamília Ras (que inclui ARF-1, ARF-6, Rab, Ran) participa de mecanismos de transdução de sinal, regulação da montagem do fuso metódico e proliferação celular, etc.As importinas/exportinas têm uma região que interage com a proteína Ran. Essas proteínas Ran circulam entre o núcleo e o citosol, via poro nuclear. Porém, duas outras proteínas regulatórias irão definir se a Ran estará ligada ao GTP ou GDP:

Ran-GAP ou ativadora de GTPase: localizada no citosol;

Ran-GEF ou fator troca de nucleotídeo de guanina: localizada no núcleo, interagindo com a estrutura da cromatina.

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

A Ran-GDP (Ran ligada ao GDP) se liga ao receptor de importação (que é específico para a conformação de Ran-GDP), que apesar de não ser relacionado estruturalmente às carioferinas, interage com a sequência fenilalanina e glicina do poro e transportam a Ran-GDP para o núcleo. No nucleoplasma, a Ran-GEF desloca o GDP da Ran-GDP e substitui por um GTP (não ocorre fosforilação, só deslocamento), formando a Ran-GTP. Essa Ran-GTP atravessa o poro nuclear ligada ao seu receptor de exportação e chega ao citosol. No citosol, ela encontra a Ran-GAP, que vai ativar a Ran para que ela hidrolise o GTP ligado a ela a um GDP, liberando Pi. Ou seja, Ran-GTP fica no nucleoplasma, enquanto a Ran-GDP fica no citosol. Essa localização é determinada pela Ran-GAP e pela Ran-GEF.

Compartimentalização de Ran-GDP e Ran-GTP. Fonte: ALBERTS, 2017.

2 - Envelope nuclear contendo poros:

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

A importação nuclear ocorre através dos seguintes passos:

Interação entre a importina e a carga, via sinal de localização nuclear;
Complexo importina-carga interage com fibrila citosólica, por meio das repetições FG;
Complexo vai para a região central do poro;
Complexo passa pelo emaranhado do poro e chega ao nucleoplasma;
Como a interação entre importina e carga é forte, a Ran-GTP interage com a importina, fazendo com que ela mude sua conformação e libere a carga no nucleoplasma (ocorre a formação do complexo binário importina-Ran-GTP);
O complexo importina-Ran-GTP interage com as fibrilas nucleares e passa pelo poro, chegando ao citosol;
Ran-GAP ativa a Ran, fazendo-a hidrolisar seu GTP à GDP e Pi;
Importina perde afinidade pela Ran e fica livre para se ligar em uma nova proteína.

Importação nuclear. Fonte: ALBERTS, 2017.

2 - Envelope nuclear contendo poros:

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

Já a exportação nuclear se dá pelos seguintes passos:

A exportina no nucleoplasma se liga à uma proteína com sequência sinal de exportação nuclear e também se liga à Ran-GTP, formando um complexo ternário;
O complexo ternário exportina-carga-Ran-GTP se liga às fibrilas e atravessa o poro nuclear;
No citosol, Ran-GAP ativa a Ran e faz com que ela hidrolise seu GTP a GDP e Pi;
Exportina muda de conformação e libera sua carga e a Ran-GDP no citosol;
Exportina livre volta ao nucleoplasma para recomeçar o ciclo de exportação.

OBS: Além de proteínas, moléculas de RNA (RNAm, RNAr, RNAt, etc.) também passam via poro nuclear. Como esses ácidos nucleicos são formados por nucleotídeos (e não por proteínas), eles precisam interagir com proteínas que atuam como proteínas adaptadoras, que vão interagir com os receptores de exportação, sendo responsáveis pelo transporte dessas moléculas do núcleo para o citosol, via poro nuclear.

Exportação nuclear. Fonte: ALBERTS, 2017.

2 - Envelope nuclear contendo poros:

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

O nucléolo é considerado o principal subcompartimento presente no núcleo.Os subcompartimentos são regiões no núcleo destinadas a funções específicas, porém não são delimitadas por uma membrana. Tratam-se de um agregado de macromoléculas.

Nucléolo de um fibroblasto humano. Fonte: ALBERTS, 2017.

3 - Estruturas subnucleares - nucléolo:

O nucléolo ainda pode ser dividido em sub-regiões, como:

Centro fibrilar: que contém DNA e RNA polimerase tipo I;
Componente fibrilar denso: que contém pré-RNA ribossomal;
Componente granular: que contém pré-ribossomos.

Além disso, no nucléolo, há grande concentração de proteínas acessórias, enzimas de processamento de RNA, ATPases, GTPases, proteínas quinases, RNA helicases, entre outros.

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

O nucléolo, portanto, é a região do núcleo destinada à formação de subunidades ribossomais e, por isso, seu tamanho pode variar dependendo do tipo celular (pode sofrer, inclusive, alterações em uma única célula), de acordo com a sua taxa de produção proteica. Os nucléolos são densamente corados em microscopia eletrônica, devido à presença de uma rede de RNAs e proteínas, que ficam concentradas ao redor dos genes que codificam os RNAr sendo transcritos (ou seja, devido ao agregado de moléculas envolvidas na síntese de RNAr e na montagem de ribossomos).

Ribossomo eucariótico. Fonte: ALBERTS, 2017.

3 - Estruturas subnucleares - nucléolo:

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

OBS: Ribossomos são formados pela associação entre RNAr e proteínas. A síntese de proteínas ocorre no citosol, logo, as proteínas ribossomais e todas as enzimas envolvidas no processo que ocorre no nucléolo são sintetizadas (traduzidas) no citosol. Elas, então, interagem com importinas e são encaminhadas para o núcleo, onde irão se associar ao RNAr, na região do nucléolo, formando as subunidades ribossomais, que serão transportadas, separadamente, via complexo do poro nuclear. No nucléolo, também ocorrem a produção de outros RNAs não codificadores (como RNAt); a organização de outros complexos RNA-proteína (como a enzima telomerase, que é responsável pela manutenção das extremidades dos cromossomos durante a replicação do DNA); e a montagem de partículas que reconhecem o sinal que encaminha as proteínas para o RE. Além disso, o nucléolo apresenta uma dinâmica característica do mecanismo de divisão celular

3 - Estruturas subnucleares - nucléolo:

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

A cromatina é formada pela associação dos seguintes componentes:

DNA;

Proteínas Histonas (H1, H2A, H2B, H3, H4);

Proteínas Não-Histonas: proteínas que participam da estrutura dos cromossomos, dos processos de replicação e reparo do DNA e da ativação e repressão da atividade gênica.

A diferença na estrutura de cromatina e cromossomos são os aspectos morfológicos e fisiológicos (ambos têm a mesma composição, o que muda são esses aspectos). e descondensar, dependendo dos sinais externos recebidos, que regulam a expressão gênica dessa célula). OBS: O número de cromossomos é o que define uma espécie, pois cada uma tem um número.

4 - Estrutura da cromatina:

Cariótipo (conjunto cromossômico) humano. Fonte: JUNQUEIRA, 2013.

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

A cromatina pode ser dividida, de acordo com o grau de compactação do DNA no cromossomo, em:

Heterocromatina: região da cromatina altamente condensada e empacotada, ligada às proteínas histônicas e não-histônicas, sendo densamente corada em microscopia. São regiões do DNA que estão inativas, pois estão densamente empacotados (ou seja, inacessíveis às proteínas responsáveis pela expressão dos genes dessa região);

Eucromatina: região menos condensada e, consequentemente, mais clara na microscopia, apresentando menor concentração de moléculas. São regiões do DNA ativas.

4 - Estrutura da cromatina:

Micrografia eletrônica de um núcleo, com heterocromatina (HC), eucromatina (EC) e nucléolo (NU). Fonte: JUNQUEIRA, 2013.

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

A heterocromatina pode ser constitutiva (característica permanente de um local do cromossomo, ou seja, está sempre empacotada) ou facultativa (devido a alterações em histonas, são regiões que podem se condensar e descondensar, dependendo dos sinais externos recebidos, que regulam a expressão gênica dessa célula).OBS: Se juntar todos os cromossomos de uma célula diploide humana, estima-se a criação de uma fita de, aproximadamente, 2m de comprimento. Essa molécula, porém, deve caber no núcleo de uma célula, que tem cerca de 6 µm de diâmetro. Por conta disso, a molécula de DNA deve ser empacotada (tanto em hetero, como em eucromatina) em um arranjo altamente organizado, para que seja capaz de se empacotar e desempacotar, dependendo dos sinais gênicos que a célula receber.

4 - Estrutura da cromatina:

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

Existem, portanto, 5 níveis de empacotamento de DNA:

1° Nível (Nucleossomo): trata-se de uma fibra (fita) de 11 nm. A fita dupla de DNA se enrola de 1,8 a 2 vezes em uma estrutura formada pelo arranjo de 8 histonas (octâmero de histonas). O octâmero de histonas consiste em 2 cópias de cada histona (duas H2B, duas H2A, duas H3, duas H4), exceto H1. Entre essas estruturas de nucleossomos há um DNA de ligação.

2° Nível (Fibra de Cromatina): trata-se de uma fibra de 30 nm, formada a partir da histona H1, que se liga no DNA de ligação entre os nucleossomos, fazendo com que a fita de 11 nm se enrole nela mesma, formando a fibra de 30 nm.

4 - Estrutura da cromatina:

Compactação da cromatina. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

COMPONENTES DO NÚCLEO INTERFÁSICO

3° Nível (Fibra de 300 nm): se origina quando a fibra de 30 nm interage com uma estrutura proteica chamada esqueleto/arcabouço proteico (proteínas não-histônicas), gerando a formação de alças.

4° Nível (Fibra de 700 nm): ocorre quando a fibra de 300 nm se enrola nela mesma.

5° Nível (Fibra de 1400 nm): ocorre quando o DNA é duplicado, durante o ciclo celular, formando essa fibra de 1400 nm (cromossomo mitótico inteiro). Ou seja, cada molécula de DNA empacotada no cromossomo mitótico apresenta um tamanho aproximado 10 mil vezes menor do que a sua extensão em comprimento.

4 - Estrutura da cromatina:

Compactação da cromatina. Fonte: ALBERTS, 2017.

Arcabouço proteico (verde) e alças. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

ESTRUTURA DO DNA

Além da diferença quanto à presença de uma membrana nuclear, os procariotos e eucariotos também diferem em relação à estrutura do DNA:

Procariotos: apresentam DNA de fita dupla circular, associado à face interna da membrana plasmática; não possuem histonas e íntrons; apresentam 2 tipos de DNA, sendo um o cromossômico e outro o DNA não-essencial ou plasmidial (que é bem pequeno, de fita dupla e circular, mas também pode ser encontrado na forma linear, contendo genes de resistência a antibióticos); e fazem transcrição e tradução no citoplasma (no mesmo compartimento).

Eucariotos: A replicação do DNA, a transcrição e o splicing ocorrem no núcleo (na mitocôndria, ocorre na matriz), enquanto a tradução acontece no citoplasma. Apresenta um genoma de fita dupla linear.

Núcleo

ÁCIDOS NUCLEICOS

São moléculas de polímeros formados pela associação de nucleotídeos, atuando no armazenamento e expressão de informações genéticas. Os nucleotídeos (nt) são formados por um açúcar de 5 carbonos (pentose), uma base nitrogenada e um fosfato. A base nitrogenada fica sempre localizada no carbono 1', enquanto o fosfato fica no carbono 5'. No carbono 2', pode haver uma hidroxila (OH) para riboses, ou um hidrogênio (H) para desoxirriboses. No carbono 3', há uma OH importante para o mecanismo de replicação de DNA. As bases nitrogenadas podem ser purinas (adenina e guanina) ou pirimidinas (citosina, timina e uracila), sendo formadas por anéis heterocíclicos.

Estrutura de nucleotídeos. Fonte: NELSON, 2019.

Pentoses de um nucleotídeo. Fonte: ALBERTS, 2017.

Bases nitrogenadas de um nucleotídeo. Fonte: NELSON, 2019.

Núcleo

ÁCIDOS NUCLEICOS

Existem, basicamente, dois tipos de ácidos nucleicos:

Ácido ribonucleico (RNA): fita simples que possui capacidade de se enovelar de várias formas. Apresenta 2 purinas (adenina e guanina) e 2 pirimidinas (uracila e citosina).

Fragmento de RNA. Fonte: ALBERTS, 2017.

Uracila. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

ÁCIDOS NUCLEICOS

Existem, basicamente, dois tipos de ácidos nucleicos:

Ácido desoxirribonucleico (DNA): fita dupla em formato de hélice, formada a partir do pareamento de bases, sendo 2 purinas (adenina e guanina) e 2 pirimidinas (timina e citosina). As duas fitas são antiparalelas e mantidas unidas através de ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas (H-N ou H-O).

As bases nitrogenadas são pareadas de forma complementar (adenina com timina / citosina com guanina). Entre T e A, ocorrem 2 ligações de hidrogênio. Já entre C e G, ocorrem 3 ligações de hidrogênio.

A dupla-hélice do DNA. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

ÁCIDOS NUCLEICOS

OBS: Ligações incorretas entre bases nitrogenadas (A com C; A com G; ou T com G) podem ocorrer e deformar o padrão da hélice. Essa deformação é reconhecida por enzimas de reparo do DNA, que substituem os nucleotídeos adicionados de forma incorreta no pareamento. Na face interna da hélice de DNA, há as bases nitrogenadas. Na face externa da hélice, encontram-se açúcares e fosfatos. OBS: A hélice de DNA apresenta 10 nt por volta, tendo 0,34 nm entre 2 nt. Uma volta completa na hélice, portanto, tem 3,4 nm. A hélice apresenta ainda uma região de fenda maior e uma de fenda menor

A dupla-hélice do DNA. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

REPLICAÇÃO DO DNA

A replicação do DNA ocorre na fase S da interfase (o DNA ainda está confinado e empacotado no núcleo), uma vez a cada ciclo de divisão celular.Esse processo é mediado por enzimas chamadas DNA polimerases: DNA polimerase α e δ (atuam na polimerização do DNA); DNA polimerase β e ε (atuam no reparo de mutações), DNA polimerase γ (atua na polimerização do DNA mitocondrial).A replicação de DNA ocorre através de um mecanismo semiconservativo (cada fita parental faz a síntese de uma fita-filha), na direção 5' para 3' e segue as seguintes regras:

As DNA polimerases que vão polimerização a nova fita não são capazes de iniciar a replicação de DNA. Portanto, para que isso ocorra, é necessário que se encontre uma OH livre no carbono 3' da pentose, que é fornecido por um iniciador (primer). A partir do OH livre em 3', a DNA polimerase começa a adicionar os nucleotídeos, formando a fita nova;

A presença de íons Mg²⁺ estabilizam as enzimas DNA polimerases;
As DNA polimerases acrescentam nucleotídeos a fita recém-sintetizada obedecendo sempre o pareamento de bases com a fita molde.

Processo semiconservativo de replicação do DNA. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

REPLICAÇÃO DO DNA

A DNA polimerase é descrita como uma estrutura semelhante à mão direita humana, com 3 regiões: "palma" (onde a fita molde se encaixa), "dedos" e "polegares" (que reconhecem os nucleotídeos). A cada ciclo de polimerização (ou seja, a cada nucleotídeo adicionado a fita-filha), a estrutura abre e fecha essa mão, de modo que a DNA polimerase vá percorrendo a fita-parental, lendo cada nucleotídeo dessa fita e acrescentando um nucleotídeo correspondente à fita-filha. Além disso, esse é um mecanismo bidirecional (ocorre nas duas direções). O DNA de procariotos possui um único ponto de origem da replicação e, a partir desse ponto, a dupla-hélice será aberta (afastada) para que haja a síntese da fita-filha a partir da fita-molde. Já em eucariotos, há múltiplas origens de replicação. Ou seja, ocorre a abertura da dupla-fita para a replicação em vários pontos do DNA. Isso é importante, porque o tamanho do genoma de eucariotos é muito maior que o de procariotos, de forma que um único ponto de origem de replicação acarretaria em um grande tempo para que esse processo ocorra.

DNA-polimerase. Fonte: LODISH, 2014.

Origem de replicação. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

REPLICAÇÃO DO DNA

A replicação do DNA segue as seguintes etapas:

Reconhecimento da região de origem da replicação (que é rica em sequências de AT): a origem de replicação é reconhecida por proteínas iniciadoras;
A partir desse reconhecimento, ocorre uma deformação na hélice, permitindo a interação da enzima DNA helicase (responsável por romper as ligações de hidrogênio que mantém a dupla-fita unida e, dessa forma, abrir a dupla-fita, expondo-a para que sirva como molde). Por ser um processo bidirecional, há 2 DNA helicases em cada origem de replicação (cada uma irá abrir em uma direção).

Início da replicação. Fonte: ALBERTS, 2017.

Atuação da DNA helicase. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

REPLICAÇÃO DO DNA

Após esse processo, tem-se a interação da enzima DNA-primase, que vai inserir uma pequena molécula de RNA (iniciador de RNA ou primer), responsável por fornecer a OH na extremidade 3', para que a DNA polimerase possa reconhecer e começar a polimerização.
A DNA polimerase vai então interagir com a extremidade 3' e começar a polimerizar bidirecionalmente.

Início da replicação. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

REPLICAÇÃO DO DNA

A DNA polimerase começa a polimerizar a fita-filha na mesma direção da abertura da forquilha de replicação em uma das fitas (polimerização contínua, que forma a fita-líder). Entretanto, na outra fita vai ocorrer uma polimerização na direção contrária da abertura da forquilha (polimerização descontínua, que forma a fita-atrasada).Na polimerização descontínua, a DNA polimerase, inicialmente, polimeriza na direção contrária à abertura da forquilha após se ligar ao primer de RNA. Em seguida, essa enzima se solta e retorna para um primer recolocado na região inicial pela DNA primase. Sendo assim, a DNA polimerase inicia uma nova polimerização a partir desse novo primer, até encontrar o iniciador da polimerização anterior. Após isso, a enzima se solta e retorna mais uma vez para encontrar um novo primer recolocado e repete o processo anterior. Dessa maneira, ao fim, os diversos fragmentos antigos de primer serão removidos e uma DNA ligase ligará os pequenos fragmentos de Okazak (do DNA novo que está sendo polimerizado na fita-filha) à cadeia crescente, formando uma fita contínua e íntegra.

Síntese da fita-atrasada. Fonte: ALBERTS, 2017.

Forquila de replicação com fita-líder e fita-atrasada. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

REPLICAÇÃO DO DNA

OBS: O atraso na polimerização da fita-descontínua ou atrasada gera uma região onde ocorre o pareamento de bases intracadeia (da mesma fita), o que atrasa ainda mais a ação da DNA polimerase nessa fita. Para que isso não ocorra, proteínas que se ligam às fitas-simples irão interagir com essa fita-simples do DNA e impedir a formação dessa estrutura secundária, para manter a fita linear. Conforme a DNA polimerase da fita descontínua vai progredindo, ela gera o deslocamento dessas proteínas e impede que haja um atraso ainda maior na polimerização.

Efeito das proteínas ligadoras de fita simples de DNA. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

REPLICAÇÃO DO DNA

No núcleo, há proteínas pertencentes à família das chaperonas que são responsáveis por retirar as histonas que estão à frente da forquilha de replicação e recolocar as histonas originais e recém-sintetizadas atrás dessa forquilha. Ou seja, as proteínas chaperonas de histonas NAP1 e CAF1 restauram o complemento total de histonas nas moléculas filhas, que, em sua grande maioria, será híbrido (com histonas originais e recém-sintetizadas).

Atuação das chaperonas de histonas . Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

REPLICAÇÃO DO DNA

A cada ciclo de replicação de DNA, ocorre um encurtamento das pontas dos cromossomos em ambos os lados, pois a fita descontínua não consegue acompanhar toda a fita-molde. Ou seja, fica sobrando o final da fita-molde (telômero), que é onde se estava ligada a última sequência de primer que não foi removida. Dessa forma, os nucleotídeos que sobram são degradados por enzimas exonucleases, encurtando o cromossomo.

Extremidade encurtada da fita descontínua. Fonte: LODISH, 2014.

O tamanho dos telômeros (extremidade dos cromossomos) está relacionado a processos de envelhecimento celular. Quando esse encurtamento alcança sequências do cromossomo que são críticas para a sobrevivência da célula, essa célula envelhece e acaba morrendo.

Localização do telômero. Fonte: LODISH, 2014.

Núcleo

REPLICAÇÃO DO DNA

Esse encurtamento ocorre em cada ciclo de mitose em células somáticas, mas, em células germinativas, células tronco e células tumorais, o tamanho dos telômeros é mantido. Essa manutenção se dá pela presença ativa da enzima telomerase (TERT) nessas células. A expressão e atividade dessa enzima é inibida quando a célula se torna somática e passa a sofrer mitose. Quando uma célula somática é modificada e se torna tumoral, a atividade da telomerase é recuperada e a célula começa a se proliferar de maneira desordenada e sem controle.

Telomerase. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

REPLICAÇÃO DO DNA

A telomerase é um complexo formado por RNA e uma proteína capaz de formar pareamento de bases com os dois últimos nucleotídeos da ponta do cromossomo. Assim, essa enzima TERT começa a polimerizar e aumentar o tamanho da fita-molde (usando o RNA da enzima como molde para a polimerização). A sequência complementar ao RNA da TERT não codifica nenhuma informação, mas fornece sustentação para que a DNA primase adicione o primer, permitindo que a DNA polimerase se ligue e copie o pedaço restante que ficaria sobrando e seria degradado (impede-se a degradação). Posteriormente, a sequência complementar ao RNA da TERT será degradada por exonucleases.

Replicação do telômero. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

TRANSCRIÇÃO

Assim como a tradução, a transcrição permite que as células expressem as suas informações presentes no DNA. A região do DNA envolvida no mecanismo de transcrição é conhecida como gene. Ou seja, o gene é a região do DNA que é transcrita como uma única unidade e que carrega informações sobre uma característica hereditária particular. Em geral, o produto final de um gene pode ser:

Uma única proteína ou um conjunto de proteínas relacionadas, que são geradas pelo processamento pós-traducional;

Um único RNA ou um conjunto de RNA's relacionados.

OBS: Cada gene pode ser transcrito e traduzido com eficiências diferentes, o que permite que a célula produza grandes quantidades de um tipo de proteínas, porém pequenas quantidades de outro tipo.

Diferentes modos de um gene ser expresso. Fonte: ALBERTS, 2017.

Quando um gene codifica uma proteína, muitas cópias idênticas de RNA podem ser produzidas a partir de um mesmo gene. Cada molécula de DNA pode direcionar a síntese de várias moléculas idênticas de proteínas e, desse modo, as células são capazes de sintetizar uma grande quantidade de proteínas rapidamente, quando necessário.

Núcleo

TRANSCRIÇÃO

A célula regula a expressão de cada um de seus genes na maior parte das vezes a nível de transcrição, de acordo com a necessidade. O gene, geralmente, é maior do que a sequência codificadora do produto (proteína ou RNA). Essas regiões que ficam antes ou depois da região codificadora do produto são chamadas regiões não-traduzidas (UTR), quando o gene codifica um mRNA, ou regiões não-codificantes, quando o gene codifica um RNA como produto final. Essas regiões possuem papel importante na regulação do mecanismo de transcrição. O mecanismo de transcrição é catalisado por RNA polimerases, que podem ser a RNA polimerase I (codifica genes do RNAr), RNA polimerase II (codifica RNAm e outros pequenos RNA regulatórios) e RNA polimerase III (codifica RNAt e outros RNA's pequenos com atividade regulatória).

RNA polimerase. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

TRANSCRIÇÃO

A transcrição envolve as seguintes regras:

Abertura da dupla-fita de DNA e a cópia/transcrição de uma região do DNA pela RNA polimerase, que polimeriza uma molécula de RNA ao ler a sequência da molécula de DNA.

A transcrição ocorre na direção de 5' para 3';

A fita de RNA não permanece ligada à fita de DNA molde por ligações de hidrogênio, pois, após a formação de um híbrido de RNA-DNA (com cerca de 8 nt pareados), a cadeia de RNA é deslocada. Com isso, a hélice de DNA se reassocia e as moléculas de RNA produzidas são liberadas do DNA molde como uma molécula de fita-simples.

A RNA polimerase não transcreve toda a fita do DNA, apenas as regiões dos genes.

RNA polimerase realizando transcrição de um gene. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

TRANSCRIÇÃO

OBS: Um gene pode ser transcrito usando uma fita de DNA como molde, ao mesmo tempo em que outros genes podem ser transcritos usando a outra fita.A direção da transcrição é determinada pela presença de regiões regulatórias (como UTR) no início de cada gene. A transcrição pode ocorrer em duas direções, dependendo de qual fita for usada (respeitando o sentido 5' para 3'):

Da esquerda para a direita;
Da direita para a esquerda.

A fita antiparalela à fita-molde usada para gerar o RNA transcrito é chamada DNA fita codificadora, pois apresenta os mesmos nucleotídeos do RNA transcrito, substituindo apenas as timinas por uracilas.

Direção da transcrição em um segmento curto de um cromossomo bacteriano. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

TRANSCRIÇÃO

Há proteínas chamadas fatores gerais de transcrição que são necessárias para a iniciação da transcrição pela RNA polimerase II eucariótica. São elas:

TFIID: possui uma subunidade TBP que reconhece TATA-box (região regulatória rica em nt do tipo A e T); e uma subunidade TAF (fatores associados a TBP) que reconhece outras sequências de DNA próximas ao ponto de início da transcrição e regula a ligação de TBP ao DNA.
TFIIB;
TFIIF;
TFIIE;
TFIIH: responsável por desespiralizar/desenrolar o DNA no sítio de início da transcrição (atividade helicase); fosforilar e ativar a Ser5 do domínio C-terminal (CTD) da RNA polimerase, ativando essa enzima; e liberar a RNA polimerase do promotor.

OBS: TATA-box é uma região regulatória rica em nucleotídeos do tipo adenina e timina, presente na região promotora (local onde a transcrição se inicia, ou seja, que promove a transcrição). A TATA-box fica localizada antes da região codificadora (ou seja, antes do primeiro nt que será transcrito pela RNA polimerase), na posição -35 e -10 a partir do nucleotídeo +1.

Núcleo

TRANSCRIÇÃO

Para que a transcrição tenha início, deve haver anteriormente as seguintes etapas:

Reconhecimento da região TATA-box pela subunidade TBP;
Interação de TFIID com o DNA gera distorção na fita de DNA;
TFIIB interage também com a região promotora, sinalizando para outros fatores de transcrição e para a RNA polimerase que aquela é uma região promotora;
TFIIH começa a separar a dupla-fita do DNA no ponto de início da transcrição, expondo a fita-molde, e ativa RNA polimerase ao fosforilar (CTD);
Essa ativação muda a conformação da enzima RNA polimerase, de modo que ela dissocie os fatores gerais de transcrição e possa iniciar a polimerização da molécula de RNA.

OBS: A RNA polimerase de procariotos não necessita de proteínas acessórias para reconhecer as regiões promotoras. Apenas a enzima é suficiente para reconhecer a região promotora e iniciar a transcrição.

Iniciação da transcrição de um gene eucariótico pela RNA polimerase II. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

TRANSCRIÇÃO

Chaperonas de histonas (como SSRP1 e Spt16) montam e desmontam os nucleossomos durante a passagem da RNA polimerase no mecanismo de transcrição (ou seja, desempacotam para que a RNAPII percorra a dupla-fita de DNA e reempacotam depois que a enzima passou). O mecanismo de splincing ou processamento de RNA (que ocorre apenas em eucariotos) é responsável por retirar íntrons (sequências não-codificantes) presentes entre éxons (sequências codificantes). Esse processo ocorre porque a RNA polimerase atua como suporte (região de ligação) para diversas proteínas responsáveis por esse processamento de RNA. Essas proteínas se associam próximo à região carboxi-terminal da RNAP e são transferidas para o RNA nascente no momento adequado.

Etapas que levam um gene à proteína em eucariotos (A), com splicing, e em procariotos (B). Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

TRANSCRIÇÃO

Ex.: As proteínas envolvidas na transferência da 7-metilguanosina para a formação da estrutura de capa no RNAm interagem com a RNAP no início da transcrição, de forma que a molécula de RNA é capeada assim que sua extremidade 5' emerge da RNAP. Na medida que RNAP continua a transcrição, sua cauda (região carboxi-terminal) é fosforilada e isso atrai várias proteínas envolvidas no splicing e proteínas envolvidas na adição da cauda poli-A na extremidade 3'. Tratam-se, portanto, de um mecanismo co-traducional, que forma o RNA maduro.OBS: Somente o RNA maduro é reconhecido por proteínas responsáveis pelo transporte desse RNAm para o citosol, via poro nuclear.

Interação de proteínas de capeamento da extremidade 5' e de processamento da extremidade 3' com a RNA polimerase. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

TRANSCRIÇÃO

Os mecanismos de término de transcrição são específicos para cada RNAP de eucariotos. No caso da RNAPII, o término está relacionado ao sinal de poli-adenilação, em que após a sequência da cauda poli-A emergir da RNAPII, proteínas denominadas fatores de clivagem interagem com a cadeia de RNA nascente e dissociam-na da RNAPII, terminando a transcrição. Para a RNAPI, a proteína fator de liberação da transcrição (PTRF) interage com a RNAPI e, quando encontra uma sequência rica em T, diminui a interação entre RNA e DNA, desestabilizando o complexo de transcrição e terminando-a. Já a RNAPIII termina a transcrição quando encontra uma região de sequência rica em T, que diminui a interação entre RNAPIII e a fita-molde de DNA, finalizando a transcrição.

Etapa de término da transcrição. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

MECANISMOS DE CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA

Somente a leitura da sequência de nt do genoma não é suficiente para se construir um organismo inteiro, pois a expressão desses genes é ativada ou desativada em condições específicas. Por isso, diferentes tipos celulares, em organismos multicelulares, diferem em estrutura e função. A diferenciação celular é consequência da síntese e acúmulo de diferentes tipos de RNA e proteínas. Porém, alguns desses processos são comuns entre diferentes tipos celulares (diferentes células podem ter as mesmas proteínas, às vezes). Ex. de proteína específica de apenas um tipo celular: hemoglobina nas hemácias.

Importância do mecanismo de controle da expressão gênica. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

MECANISMOS DE CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA

Existem vários níveis de controle da expressão gênica e, dessa forma, a célula pode controlar as proteínas que ela produz em diferentes pontos, como:

Controle transcricional: controla quando e como um determinado gene vai ser transcrito. É o mais importante controle, pois garante que a célula não gaste energia sintetizando intermediários que não serão utilizados pela célula.
Controle do processamento do RNA: controla como o transcrito de RNA é submetido ao processamento.
Transporte do RNA e controle da localização: seleciona os RNA's que vão ser transportados do núcleo para o citosol.
Controle da tradução: seleciona quais RNAm do citoplasma serão traduzidos pelos ribossomos.

Controle da degradação do RNAm: desestabiliza seletivamente certas moléculas de RNAm, inativando-as. Essas moléculas serão encaminhadas para degradação.

Etapas de controle da expressão gênica. Fonte: ALBERTS, 2017.

Controle da atividade proteica: define se as proteínas específicas serão ativadas, desativadas, degradadas ou compartimentalizadas após sua transcrição.

Núcleo

MECANISMOS DE CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA

Além disso, a modificação de histonas (por metilação, acetilação e fosforilação) atua ligando e desligando genes em resposta à necessidade ou não da expressão desses genes (heterocromatina facultativa). Quando as histonas se organizam no nucleossomo, as extremidades N-terminal dessas proteínas se estendem além do complexo de octâmero do nucleossomo (para fora), ficando expostas para que diferentes enzimas interajam com essas regiões e modifiquem essa cauda N-terminal. Essas modificações têm um impacto importante nos níveis de empacotamento do DNA, pois interferem na interação entre DNA e o nucleossomo. A acetilação diminui a compactação da estrutura da cromatina, caracterizando a região como eucromatina (transcricionalmente ativa). Já a metilação promove um maior empacotamento, deixando os genes inacessíveis à maquinaria de transcrição, como uma heterocromatina (transcricionalmente inativa).

Exemplo de metilação (a) e acetilação (b) de histonas. Fonte: LODISH, 2014.

Caudas de histonas. Fonte: ALBERTS, 2017.

Acetilação, metilação e fosforilação de uma histona. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

MECANISMOS DE CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA

A heterocromatina constitutiva trata-se de sequências altamente repetitivas de nucleotídeos que nunca são transcritos. Ex. de heterocromatina constitutiva: centrômeros (regiões que ligam as cromátides-irmãs após o ciclo de replicação celular) e telômeros (sequência localizada na ponta dos cromossomos). A heterocromatina facultativa trata-se de regiões que, em um mesmo organismo, se encontram condensadas em algumas células e descondensadas em outras. Ex. de heterocromatina facultativa: genes passíveis de regulação e inativação do cromossomo X.

Regiões de telômero e centrômero de um cromossomo. Fonte: LODISH, 2014.

Núcleo

MECANISMOS DE CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA

Corpúsculo ou Corpos de Barr são corpos corados presentes em células somáticas de fêmeas, havendo apenas um corpúsculo por célula. Trata-se de um dos dois cromossomos X que se encontra em um estado altamente condensado (geneticamente inativo), enquanto o outro cromossomo X é geneticamente ativo. São utilizados para diagnóstico fácil de várias doenças genéticas, ao se coletar uma célula da boca, por exemplo, corar e olhar no microscópio. OBS: Fêmeas com Síndrome de Turner (X0) não apresentam corpúsculo de Barr; Machos com Síndrome de Klinefelter (XXY) apresentam corpúsculo de Barr em suas células.A inativação do cromossomo X em fêmeas (fatores epigenéticos) pode ocorrer devido à Hipótese de Lyon. Segundo essa hipótese, dos cromossomos X está inativado em todas as células de fêmeas de mamíferos, para impedir que essas células femininas com 2 cromossomos X expressem o dobro de produtos gênicos ligados a esse cromossomo, quando comparadas às células XY de machos. Esse mecanismo ficou conhecido como mecanismo de compensação de dose e ajudou pesquisadores a elucidarem a base genética de muitas doenças ligadas ao cromossomo X, como a Distrofia Muscular de Duchenne.

Núcleo

MECANISMOS DE CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA

Ou seja, no início do desenvolvimento do embrião da fêmea, um dos cromossomos X torna-se altamente condensado em um tipo de heterocromatina em cada célula somática do organismo, sendo que em cada uma das células isso ocorre ao acaso (não se tem definido qual dos dois cromossomos X irá se condensar). Dessa forma, o cromossomo em questão permanece inativado por todas as divisões celulares daquela célula e de sua progênie (é fielmente mantido por muitos ciclos de replicação de DNA e mitoses).

Inativação do X. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

MECANISMOS DE CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA

Essa inativação pode ser vista claramente em algumas gatas fêmeas (ou em gatos machos que tenham a Síndrome de Klinefelter). Isso porque essas gatas podem apresentar coloração laranja, preta e branca e, nessas gatas, um dos cromossomos X possui o alelo do gene que expressa a pelagem da cor laranja, enquanto o outro cromossomo X expressa o alelo desse mesmo gene para a cor preta. Já o gene da cor branca está em um autossomo, não sendo controlado por regulação gênica. Quando essas gatas são heterozigotas, a inativação de um dos cromossomos X ao acaso em cada uma de suas células somáticas, durante o desenvolvimento, gera a formação de regiões de cores diferentes no corpo do animal (algumas células terão o cromossomo X para a cor laranja desativado e outras células terão o da cor preta desativado), que apresentaria a cor preta, laranja e branca em diferentes locais. Se a gata for homozigota, ela poderia ser apenas da cor preta e branca ou laranja e branca, assim como os machos, pois só teria o alelo para uma cor (laranja ou preta).

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MECANISMOS DE CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA

A inativação do cromossomo X é iniciada a partir da ativação de um gene que fica localizado próximo ao centrômero, denominado gene XIST (ou centro de inativação do X). Esse gene codifica o RNA XIST (ou transcrito primário de inativação do cromossomo X). Quando esse gene é expresso, os RNA's produzidos começam a se associar ao cromossomo X gradativamente, de forma extremamente organizada (o que explica o porquê de não agirem no outro cromossomo X), podendo se associar a enzimas modificadores de histonas, que levam a um silenciamento gênico gradativo. OBS: Aproximadamente, de 10 a 15% dos genes presentes no cromossomo X, inclusive o gene XIST, não são inativados nesse processo, permanecendo ativos.

Inativação do cromossomo X em mamíferos. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

MECANISMOS DE CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA

Além de tudo isso, no controle transcricional (com fatores de transcrição), há proteínas reguladoras e coativadoras, que interagem com sequências regulatórias, controlando o início da transcrição. A interação desses fatores leva a torções na hélice de DNA (que são importantes para interação entre esses diversos fatores). As sequências regulatórias (cis atuantes) configuram regiões de ligação para esses reguladores e podem estar localizadas próximas à região promotora ou após a região codificadora, podendo, inclusive, estar muito distantes umas das outras. A interação desses reguladores (repressores ou ativadores) via proteínas mediadoras leva à formação de alças na molécula de DNA, que permitem que esses reguladores da transcrição possam interagir com proteínas associadas à região promotora, controlando a expressão dos genes em questão.

Região de controle gênico. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

MECANISMOS DE CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA

Esse processo pode se dar com:

Controle negativo: o sítio de ligação ao repressor sobrepõe a região promotora e o repressor no sítio impede que a RNAP inicie sua função, inativando o gene;
Controle positivo: sítio de ligação ao ativador fica anteriormente e próximo à região promotora, de modo que o ativador associado a ele auxilia no recrutamento de RNAP e no início da transcrição.

Os fatores de transcrição regulados por ligantes podem ter receptores de superfície de membrana, quando o ligante é hidrofílico (desencadeia respostas rápidas que agem direto sobre a proteína ou respostas lentas que agem na transcrição gênica e síntese proteica, alterando o comportamento da célula como um todo), ou receptores intracelulares (que ficam no citosol ou no núcleo), quando o ligante é hidrofóbico.

Tipos de receptores e suas formas de ação no controle gênico. Fonte: ALBERTS, 2017.

Núcleo

MECANISMOS DE CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA

Ex. de fator de transcrição: CREB é ativado pela via de PKA após interação do hormônio glucagon ou epinefrina com a proteína G.Dessa forma, como resultado há uma ativação de genes envolvidos no metabolismo do glicogênio.

AMPc levando a alterações na transcrição gênica. Fonte: ALBERTS, 2017.

vERDADEIROOU FALSO

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Núcleo

Essa atividade contém 5 questões de verdadeiro ou falso sobre o tema estudado.Vamos começar?Boa sorte!

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

VERDADeIRO

falsO

1/5

As proteínas importinas e exportinas atuam no transorte de proteínas para o nucleoplasma e para o citosol, respectivamente. Esse transporte ocorre através da interação com a sequência sinal e com as repetições FG das fibrilas presentes no poro nuclear.

Núcleo

VERDADeIRO

1/5

Os sinais de sinalização nuclear são reconhecidos por receptores solúveis, que pertencem à família das carioferinas, podendo ser classificados como importinas (transporte para o nucleoplasma) ou exportinas (transporte para o citosol). As importinas e exportinas interagem tanto com o sinal, quanto com as repetições FG da rede de nucleoporinas que preenchem o centro do poro, de modo a atravessa-lo.

Núcleo

VERDADEIRO

falsO

A heterocromatina é a região menos condensada da cromatina (transcricionalmente ativa), sendo visivelmente mais clara. Por outro lado, a eucromatina é a região mais condensada (transcricionalmente inativa), sendo visivelmente mais escura na microscopia.

2/5

Núcleo

falso

2/5

A heterocromatina é uma região da cromatina altamente condensada e empacotada, sendo densamente corada em microscopia (são regiões do DNA que estão inativas). Já a eucromatina é a região menos condensada e, consequentemente, mais clara na microscopia, apresentando menor concentração de moléculas (são regiões ativas do DNA).

Núcleo

VERDADeIRO

falsO

3/5

A replicação do DNA é um processo bidirecional, no qual ocorre a formação de uma fita-líder (através da polimerização contínua) e de uma fita-atrasada (por meio da polimerização descontínua).

Núcleo

VERDADeIRO

3/5

A replicação é um mecanismo bidirecional (ocorre nas duas direções). Nesse processo, quando a DNA polimerase começa a polimerizar a fita-filha na mesma direção da abertura da forquilha de replicação, ocorre a polimerização contínua, que forma a fita-líder. Entretanto, na outra fita, em que a polimerização ocorre na direção contrária da abertura da forquilha, há a polimerização descontínua, que forma a fita-atrasada.

Núcleo

VERDADeIRO

falsO

4/5

A expressão gênica pode ser controlada em diferentes etapas. São elas: controle transcricional; controle do processamento do RNA; transporte do RNA e controle da localização; controle da tradução; controle da degradação do RNAm; e controle da atividade proteica.

Núcleo

VERDADeIRO

4/5

Existem vários níveis de controle da expressão gênica e, dessa forma, a célula pode controlar as proteínas que ela produz em diferentes pontos, sendo eles: controle transcricional; controle do processamento do RNA; transporte do RNA e controle da localização; controle da tradução; controle da degradação do RNAm; e controle da atividade proteica.

Núcleo

VERDADEIRO

falsO

O mecanismo de splincing ocorre em todos os organismos vivos, sendo responsável por retirar íntrons (sequências não-codificantes) presentes entre éxons (sequências codificantes) na molécula de RNA que está sendo produzida.

5/5

Núcleo

falso

5/5

PRÓXIMA UNIDADE

O mecanismo de splincing, ou processamento de RNA, ocorre apenas em eucariotos, sendo responsável por retirar íntrons (sequências não-codificantes) presentes entre éxons (sequências codificantes) na molécula de RNA sendo formada, de modo a gerar como produto um RNA maduro.

Núcleo

Ciclo Celular e Divisão Celular

Nessa unidade iremos aprender sobre as características e os mecanismos que envolvem o Ciclo Celular e a Divisão Celular.Bons estudos!

Ciclo Celular e Divisão Celular

FASE S (CONTROLE)

DEFINIÇÕES GERAIS

MITOSE

MITOSE X MEIOSE

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

CONTROLE DO CICLO CELULAR

DEGRADAÇÃO DE CICLINAS

MOLÉCULAS QUE INDUZEM O CICLO CELULAR

Ciclo Celular e Divisão Celular

DEFINIÇÕES GERAIS

O ciclo celular é um ciclo de duplicação dos cromossomos e divisão da célula em duas.Os detalhes moleculares do ciclo celular variam de um organismo para outro, porém algumas características são universais. São elas:

O material genético deve ser duplicado de forma fiel e segregado com exatidão para as células-filhas;
O ciclo nas células eucarióticas pode ser dividido em 4 etapas: Fase M (mitose), Fase S (síntese/replicação/duplicação de DNA), Fase G1 (intervalo entre M e S) e Fase G2 (intervalo entre S e M).

OBS: As fases G1 e G2, de intervalo, permitem o crescimento celular e fornecem o tempo necessário para a célula monitorar o ambiente interno e externo, se certificando de que as condições estão apropriadas antes que a célula de fato entre em fases mais drásticas (S e M).As fases G1, S e G2 também são denominadas de intérfase, pois ocorrem entre a fase M.

Ciclo celular. Fonte: ALBERTS, 2017.

As 4 fases do ciclo celular. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

DEFINIÇÕES GERAIS

OBS: O ciclo celular completo, em células de mamíferos em cultura, leva cerca de 24 horas para acontecer. Dessas 24h, 30 minutos são gastos na fase M; 9h são gastas na fase G1; 10h são necessárias para a fase S; e 4h30min são utilizados para a fase G2. Entretanto, a duração das fases pode variar, caso as condições não estejam favoráveis para a ocorrência do ciclo (a célula pode atrasar o avanço para as fases seguintes, até que as condições se tornem favoráveis). Em alguns casos, a célula pode, inclusive, entrar em um estado de inativação denominado de G0, onde podem permanecer por dias, semanas ou até anos. A fase M pode ser dividida de acordo com o seu momento de divisão celular. Ou seja, a mitose ainda se divide em prófase, prometáfase, metáfase, anáfase e telófase, além da citocinese (fase da divisão da célula em 2, que pode ou não ser considerada como parte da mitose).

Eventos da divisão celular. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

DEFINIÇÕES GERAIS

As etapas e as transições entre as fases do ciclo celular são extremamente controladas (cada evento é disparado em um tempo específico, desde que o evento anterior tenha se completado). Ou seja, o controlador é responsável por estacionar em pontos específicos durante o ciclo e verificar se cada etapa foi cumprida de maneira correta. Caso a resposta seja positiva passa-se então para a etapa seguinte. Caso contrário, permanecerá estacionado até que o problema seja resolvido. Esses pontos de parada são denominados de pontos de checagem do ciclo celular, sendo que os principais pontos de checagem estão localizados no final de G1, final de G2 e no meio da fase M. Esses pontos atuam por meio de sinais intracelulares negativos que, caso necessário, vão interromper o ciclo celular.

O controle do ciclo celular. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

DEFINIÇÕES GERAIS

A checagem em G1 verifica se houve o aumento na expressão de genes envolvidos na síntese de proteínas, como DNA polimerases e DNA helicases, garantindo que a célula tenha quantidades ideais de enzimas para a síntese de DNA. Além disso, também ocorre a verificação de danos na molécula de DNA, de modo que qualquer alteração não seja propagada para as fitas-filhas. Se houver danos, enzimas de mecanismo de reparo serão ativadas para corrigir esses erros antes que a célula entre na fase S. Já a checagem em G2 é responsável por verificar se a célula pode entrar em mitose. Ou seja, verifica se toda a replicação do DNA foi concluída e se a célula aumentou a sua área de membrana o suficiente para que a célula se divida em duas. Por fim, a checagem em M atua na transição entre as fases de metáfase e anáfase, em que se verifica o alinhamento correto dos cromossomos antes que a célula comece a se dividir.

O controle do ciclo celular. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

CONTROLE DO CICLO CELULAR

Há alguns fatores que controlam o ciclo celular, atuando como o "coração" do sistema de controle do ciclo celular. Trata-se de duas famílias de proteínas quinases dependentes de ciclina (há 4 Cdk em vertebrados: Cdk1, Cdk2, Cdk4 e Cdk6; já em leveduras há apenas a Cdk1) e as ciclinas (que ativam as proteínas quinases e tem esse nome por serem sintetizadas e degradadas a cada etapa do ciclo celular).

Ciclina de G1/S: começam a ser sintetizadas no início de G1 e são degradadas na transição de G1 para S;
Ciclina de S: começam a ser sintetizadas no meio de G1 e são degradadas após o fim de S (em M);
Ciclina de M: começam a ser sintetizadas no início de G2 e são degradadas na transição entre metáfase e anáfase.

Ciclina e Cdk. Fonte: ALBERTS, 2017.

OBS: No ponto de checagem entre G2 e M, as Cdks aumentam a fosforilação de proteínas que controlam a condensação dos cromossomos, a desintegração do envelope nuclear, a montagem do fuso e outros eventos da mitose.

Ciclo Celular e Divisão Celular

CONTROLE DO CICLO CELULAR

A interação Cdk-ciclina torna esse complexo apenas parcialmente ativo. Devido a isso, Cdk pode ainda ser fosforilada pela quinase ativadora de Cdk (CAK), que adiciona um fosfato na Cdk e torna o complexo Cdk-ciclina ativo. Entretanto, esse complexo ativo pode ser bloqueado/inibido momentaneamente, quando a proteína Wee1 adiciona um fosfato inibitório em Cdk. Com isso, a Cdk muda sua conformação e o complexo Cdk-ciclina se torna inativo. Para que esse complexo seja reativado, uma fosfatase (como a Cdc25 presente em leveduras) é necessária para retirar o fosfato inibitório. Para que esse complexo seja reativado, uma fosfatase (como a Cdc25 presente em leveduras) é necessária para retirar o fosfato inibitório.

Ativação das Cdks. Fonte: ALBERTS, 2017.

Regulação da atividade de Cdk por fosforilação. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

CONTROLE DO CICLO CELULAR

Outro mecanismo de controle da ativação do complexo Cdk-ciclina são as proteínas Cki (proteínas inibitórias do complexo), como a p27, p21, p16 e Sic1, que interagem com o complexo ativo, tornando-o inativo.

Cki inibindo o complexo ciclina-Cdk. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

DEGRADAÇÃO DE CICLINAS

A degradação de ciclinas ocorre quando essas proteínas são reconhecidas pelo complexo enzimático ubiquitinas-ligase (como APC/C, Cdc20, Cdh1 e SCF, que também acabam funcionando como proteínas reguladoras/controladoras do ciclo), que adiciona cadeias de poliubiquitina. Dessa forma, as ciclinas são encaminhadas para a degradação em complexos de proteassomos. OBS: Quando o complexo ciclina-Cdk precisa ser reativado após inibição por Cki, ocorre a transferência de ubiquitinas para as Ckis, de modo que elas são encaminhadas para a degradação em proteassomos.

Controle da proteólise por APC/C e SCF durante o ciclo celular. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

FASE S (CONTROLE)

A maquinaria de controle do ciclo celular na fase S garante que a duplicação de cada cromossomo só ocorra uma vez por ciclo. Por conta disso, o início da replicação de DNA é dividida em 2 etapas de controle diferentes: 1ª Etapa de controle: Ocorre na mitose tardia (final da mitose) e no início da fase G1. Trata-se da etapa de reconhecimento da origem de replicação ou etapa de licenciamento das origens de replicação.O início da síntese de DNA só ocorre nas origens de replicação após a ligação de ORC. Quando a origem de replicação é reconhecida pelo complexo de proteínas chamado complexo de reconhecimento da origem (ORC), ele irá interagir com essa região da fita de DNA. Após isso, as proteínas Cdc6 e Cdt1 serão responsáveis por ligar as helicases inativas ao DNA, perto da origem de replicação.OBS: Em G1, as helicases estão inativas.

Controle da iniciação da replicação do DNA. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

FASE S (CONTROLE)

Quando a célula receber um estímulo para proliferar via interação com mitógeno em seus receptores, ocorre a ativação de cascatas de sinalização, que vão ativar a expressão de genes envolvidos na ativação de ciclinas-Cdks da fase S. As S-Cdk ativas irão fosforilar proteínas iniciadoras, que vão interagir com a helicase, de modo a inativar ORC, Cdc6 e Cdt1. Em seguida, outra proteína quinase (DDK da fase S) vai fosforilar proteínas iniciadoras que interagem com a helicase, ativando-a. Além disso, ocorre o recrutamento de outras enzimas da maquinaria responsável pela síntese de DNA. As duas helicases irão, então, se mover para fora da origem de replicação. Essa origem de replicação não poderá ser reutilizada até que ocorra a montagem de um novo complexo ORC, fazendo com que as origens de replicação sejam ativadas uma única vez a cada ciclo celular.

Controle da iniciação da replicação do DNA. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

FASE S (CONTROLE)

2ª Etapa de controle: Quando são detectados danos na molécula de DNA, o ciclo é interrompido até que esse dano seja reparado. A partir do momento em que ocorrem danos no DNA, várias proteínas quinases são recrutadas para o local do dano, dando início a uma via de sinalização que provoca essa interrupção no ciclo celular. As primeiras quinases que atuam após a lesão do DNA (que pode ocorrer devido à uma exposição a Raio-X, por exemplo) são as proteínas ATM, que reconhecem quebras na dupla-fita de DNA; ou as proteínas ATR, que reconhecem quebras somente em uma das fitas de DNA. Ou seja, dependendo do tipo da lesão, será recrutada ATM ou ATR. Outras proteínas quinases também são ativadas por ATM ou ATR: ATM ativa Chk2 e ATR ativa Chk1. Tanto Chk1, quanto Chk2 são proteínas que fosforilam p53.

Ativação de p53. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

FASE S (CONTROLE)

A p53 é conhecida como uma proteína supressora de tumor, pois ela interrompe a progressão do ciclo celular, impedindo que o DNA com danos seja utilizado como molde (impede que o dano seja perpetuado). A p53 é expressa de forma constitutiva na célula, mas é inativada pela proteína regulatória Mdm2.Mdm2 faz parte do complexo de proteínas que transfere ubiquitinas para a proteína-alvo e, portanto, marca p53 para degradação. Quando a p53 é fosforilada por Chk2 ou Chk1, ela se liberta de Mdm2 e, uma vez ativada, se liga à uma região que regula a transcrição do gene p21. O gene p21 é responsável pela síntese de uma mRNA que codifica uma Cki (a p21).

Como um dano no DNA interrompe o ciclo celular. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

FASE S (CONTROLE)

Dessa forma, a Cki p21 inibe o complexo ciclina-Cdk, responsável pela transição entre G1 e S, impedindo que a célula progrida no ciclo celular antes que o dano no DNA seja reparado. OBS: Seja devido a um dano célula ou a situações de proliferação, há ativação de diferentes tipos de proteínas (além das citadas até agora), que geram uma cascata de sinalização para a formação de uma rede intrincada de sinais de ativação/bloqueio, controlando a progressão ou transição de fases do ciclo celular.

Como um dano no DNA interrompe o ciclo celular. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MOLÉCULAS QUE INDUZEM O CICLO CELULAR

Quando moléculas de mitógeno (estimuladores de divisão celular) ou fatores de crescimento (estimuladores de crescimento celular, que também aumentam a captação e utilização de nutrientes) se ligam aos seus receptores, há a ativação de uma cascata de sinalização que ativa a transcrição de genes envolvidos com a produção e proteínas que participam do ciclo celular (como ciclinas, Cdks e proteínas de replicação do DNA). Com isso, ocorre um crescimento e uma proliferação celular.

Mecanismos que coordenam o crescimento e a divisão celular. Fonte: ALBERTS, 2017.

Estímulo mitógeno para que haja replicação do DNA. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE

Em G2, há a duplicação da estrutura dos centrossomos (que são centros organizadores de microtúbulos, compostos por 2 centríolos). Ao final da fase G2, portanto, os centrossomos já estão duplicados.Na fase S, ocorre a duplicação de DNA. Ou seja, cada cromatina é duplicada, sendo que as fitas duplicadas permanecem unidas através do centrômero. Dessa forma, essas fitas ligadas pelo centrômero recebem o nome de cromátides-irmãs.A partir desse ponto, pode-se iniciar a mitose, com as seguintes etapas:

Prófase;
Prometáfase;
Metáfase;
Anáfase;
Telófase;
Citocinese.

Cromossomo replicado. Fonte: ALBERTS, 2017.

Replicação de centríolos. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE

1- Prófase:Na prófase, os cromossomos estão replicados, sendo que cada um deles é composto por duas cromátides-irmãs em sua forma de condensação máxima, de forma que a separação dessas cromátides-irmãs para as células-filhas seja facilitada. A condensação intensa das cromátides-irmãs se deve às histonas e outras duas proteínas que possuem estruturas semelhantes entre si (ambas são formadas por 2 cadeias polipeptídicas idênticas, que contêm regiões de ligação ao ATP e uma região denominada de cotovelo/dobradiça, responsável pela mudança de conformação dessa proteína). Essas proteínas são as condensinas (que estão envolvidas na condensação e organizam as alças de 30 nm quando elas estão organizadas na fibra de 300 nm) e as coesinas (envolvidas na coesão e garantem que as cromátides-irmãs permaneçam juntas até a etapa de anáfase, que é quando elas irão se separar).

Condensina (A) e sua atuação (B). Fonte: ALBERTS, 2017.

Coesina. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE

1- Prófase:Fora do núcleo, inicia-se a formação do fuso mitótico entre os dois centrossomos, que se replicaram e começaram a se separar. A formação do fuso mitótico é onde os microtúbulos que emergem dos centrossomos duplicados começam a interagir entre si, via proteína motora cinesina. A cinesina pode estar organizada como um dímero que desliza um microtúbulo em relação a outro e, esse movimento, acaba afastando os centrossomos para polos opostos.

Prófase, com cromossomos (laranja) e microtúbulos (verde). Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE

2- Prometáfase:A prometáfase se inicia de forma abrupta, com a fragmentação do envelope nuclear. O núcleo se desorganiza quando as ciclinas-Cdks da fase M fosforilam as proteínas de lâminas nucleares (filamentos intermediários responsáveis pela organização do núcleo). A partir disso, ocorre a diminuição da afinidade entre as lâminas, de forma que a rede de lâminas nucleares se desfaz.

Quebra e remontagem do enevelope e lâminas nucleares. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE

2- Prometáfase:Com tudo isso, os cromossomos, então, são liberados no citosol e começam a interagir com microtúbulos. Ou seja, os cromossomos se ligam à extremidade (+) dos microtúbulos do fuso, por meio de sua estrutura proteica chamada placa de cinetocoro (responsável pelo ancoramento dos cromossomos aos microtúbulos). Dessa forma, os cromossomos entram em um intenso movimento a partir da interação com esses microtúbulos.

Prometáfase, com cromossomos (laranja) e microtúbulos (verde). Fonte: ALBERTS, 2017.

Cinetecoro. Fonte: ALBERTS, 2017.

Locais de ligação de microtúbulos no cinetecoro. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE

2- Prometáfase:A interação cromossomo-microtúbulo ocorre em etapas que, conjuntamente, são chamadas de mecanismo de caça e captura. Nesse mecanismo, os microtúbulos se polimerizam e despolimerizam de forma contínua e acabam interagindo com os cromossomos dispersos no citosol. As primeiras interações ocorrem de forma lateral e os cromossomos deslizam sobre os microtúbulos via proteínas motoras. As proteínas cinesinas e dineínas participam ativamente na formação do fuso mitótico, pois deslizam os microtúbulos de polos opostos. As cinesinas mediam as interações entre microtúbulos e cromátides-irmãs, enquanto as dineínas ligam às extremidades dos microtúbulos ao córtex de actina e se movem em direção ao centrossomo, puxando o fuso mitótico em direção ao córtex celular (afastando um centrossomo do outro).

Proteínas motoras do fuso. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE

2- Prometáfase:O mecanismo de caça e captura prossegue até que todos os cromossomos estejam ligados a microtúbulos originados de centrossomos de polos opostos, gerando uma conformação estável. Enquanto isso não ocorrer, a estrutura permanece instável e a mitose fica parada na etapa da prometáfase.

Formas de ligação dos microtúbulos ao cinetocoro. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE

3- Metáfase:Na metáfase, os cromossomos passam a estar alinhados em uma estrutura chamada placa equatorial do fuso, entre os polos do fuso. Nessa fase, os centrossomos já estão em polos opostos e os microtúbulos já podem ser classificados de acordo com sua função na metáfase. Essa classificação separa os microtúbulos em:

Microtúbulos astrais: aqueles microtúbulos voltados para o córtex celular, ou seja, voltadas para a região de microfilamentos próxima à membrana plasmática);
Microtúbulos do cinetocoro: aqueles que se ligam ao cromossomo;
Microtúbulos interpolares: aqueles que interagiam uns com os outros na prófase, sendo responsáveis pelo afastamento dos centrossomos para polos opostos.

Metáfase, com cromossomos (laranja) e microtúbulos (verde). Fonte: ALBERTS, 2017.

Fuso na metáfase mitótica. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE

3- Metáfase - Anáfase:A partir do momento em que todos os cromossomos estão alinhados na placa equatorial da célula, ocorre a fase de controle da mitose, na transição entre metáfase e anáfase. Além disso, na metáfase, as cromátides-irmãs estão interligadas via associação com proteínas coesinas. A enzima responsável pela retirada das coesinas (que permite a separação das cromátides-irmãs na anáfase) é denominada separase. A separase permanece inativa quando está ligada à proteína securina, até que se receba um sinal indicando que a anáfase pode acontecer (esse sinal é o alinhamento de todos os cromossomos na metáfase). O complexo proteico promotor da anáfase (APC/C) é fosforilado pelo complexo ciclina-Cdk (pertencente ao mecanismo de controle da transição metáfase-anáfase), aumentando sua afinidade pela proteína Cdc20 (ativadora de APC/C). Quando APC/C se torna ativo, ele irá marcar a securina para a degradação, liberando a separase. Esta separase ativa cliva as coesinas, permitindo a separação das cromátides-irmãs para polos opostos, de modo que, futuramente, se encaminhem para as células-filhas.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE

Início da separação das croátides-irmãs pela APC/C. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE

4- Anáfase:Na anáfase, as cromátides-irmãs separam-se de forma sincronizada, para formar dois cromossomos-filhos, sendo que cada um é puxado lentamente pelos microtúbulos em direção a um dos polos do fuso.

Anáfase, com cromossomos (laranja) e microtúbulos (verde). Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE

4- Anáfase:A anáfase pode ainda ser dividida em 2 processos independentes um do outro, porém não excludentes (ambos ocorrem, mesmo que sejam independentes):

Anáfase A: em que o movimento dos cromossomos em direção aos polos opostos é promovido pelo encurtamento dos microtúbulos que estão ancorados na placa de cinetocoro, via despolimerização, o que puxa as cromátides-irmãs uma para cada lado;
Anáfase B: em que ocorre o distanciamento dos centrossomos, que começa após as cromátides-irmãs terem se separado. Esse distanciamento é gerado pelo deslizamento dos microtúbulos um em relação ao outro.

Os dois processos de anáfase. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE

O funcionamento correto dessa etapa de separação das cromátides-irmãs é fundamental para a manutenção do número de cromossomos nas células-filhas. Se houver alguma interferência nesse processo, haverá uma alteração cromossômica numérica.As alterações cromossômicas podem ser de dois tipos:

Numéricas: São geradas na anáfase, correspondendo à variação no número de cromossomos, o que abrange a adição ou perda de um ou mais cromossomo. Essas alterações podem ainda ser subclassificadas como euploidias, que é a diminuição ou aumento de pelo menos um conjunto cromossômico haplóide, levando ao aborto espontâneo; e aneuploidias, que é a adição ou perda de um cromossomo, podendo ser uma monossomia (2n-1), dissomia (2n), trissomia (2n+1), tetrassomia (2n+2), pentassomia (2n+3).
Estruturais: São alterações que ocorrem na estrutura do cromossomo, que podem ser deleções, duplicações, inversão ou translocação de genes.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE

5- Telófase: Na telófase, os dois conjuntos de cromossomos-filhos chegam aos polos do fuso e começam a descondensar. Ainda no início da telófase, há a necessidade da reorganização do núcleo ao redor do conjunto de cromossomos e, por isso, ocorre a desfosforilação das proteínas de lâmina nuclear, fazendo com que elas readquiram afinidade entre si. Com isso, ocorre interação entre elas e um novo envelope nuclear começa a se formar ao redor de cada conjunto cromossômico que foi separado, reorganizando e completando a formação de dois núcleos. Em seguida, se inicia a formação do anel contrátil, que começa a se contrair para estrangular a membrana e realizar a divisão celular.

Telófase, com cromossomos (laranja) e microtúbulos (verde). Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE

6- Citocinese: Na citocinese, o citoplasma é dividido em dois através de um anel contrátil, que comprime gradativamente a célula em duas partes para criar duas células-filhas, sendo cada uma com um núcleo. OBS: Anel contrátil é um grupamento formado pelos filamentos de actina e miosina, com proteínas estruturais e regulatórias. A presença de formina é discutida. Em células animais, a citocinese começa ainda na anáfase, com o surgimento do sulco de clivagem próximo à membrana plasmática, gerado a partir do anel contrátil.

Anel contrátil (A) e sulco de clivagem (B). Fonte: ALBERTS, 2017.

Citocinese, com cromossomos (laranja) e microtúbulos (verde). Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE

Além de actina e miosina, septinas (a quarta família do citoesqueleto) e o complexo ESCRT (presente em mecanismos que exigem a mudança de morfologia da membrana, como os corpos multivesiculares) também participam da citocinese. As septinas estão localizadas uma de cada lado na membrana e formam um anel que vai estrangular essa membrana, além de participar do recrutamento das proteínas do complexo ESCRT-3. Esse complexo ESCRT-3, por sua vez, auxilia na aproximação das membranas para que haja a separação. Quando a clivagem termina, o anel contrátil é completamente desfeito e a região do corpo mediano (estrutura formada no final da clivagem) persiste ainda por um tempo, como uma ponte entre as duas células-filhas dos animais. Essa estrutura possui restos do fuso central, derivado dos microtúbulos interpolares antiparalelos.

Anel contrátil. Fonte: ALBERTS, 2017.

Após a separação, um corpo mediano residual permanece no lado interno da membrana plasmática, onde o fuso atuou, e age como ponto de referência para a montagem do córtex celular, orientando o fuso mitótico na próxima divisão celular.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE

Corpo mediano ainda unindo as células. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE X MEIOSE

A mitose corresponde a um ciclo de divisão celular que, como resultado, mantém o mesmo número de cromossomos da célula-mãe nas células-filhas. Ou seja, há uma fase S para uma divisão celular. Além disso, na mitose os centrômeros se dividem na etapa da anáfase. Já a meiose é uma forma de divisão celular na qual um único ciclo de replicação de DNA na fase S é seguido por dois ciclos de segregação de cromossomos. Ou seja, há duas divisões celulares após uma fase S. Além disso, a meiose envolve os processos de crossing-over e pareamento de cromossomos homólogos, ocorrendo com duas anáfases.

Comparação entre meiose e mitose. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE X MEIOSE

Na meiose I, os cromossomos homólogos duplicados (formam pares firmemente ligados) se emparelham e são segregados para núcleos-filhos. Já na meiose II, ocorre a segregação das cromátides-irmãs, assim como na mitose. OBS: Na mitose os cromossomos homólogos não formam pares e as cromátides-irmãs são separadas em uma divisão única. Algumas etapas da meiose merecem um destaque especial, como:

Prófase I - Meiose I;
Anáfase I (Meiose I) e Anáfase II (Meiose II).

Comparação entre meiose e mitose. Fonte: ALBERTS, 2017.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE X MEIOSE

1- Prófase I - Meiose I: Na etapa da prófase I, os cromossomos homólogos duplicados se emparelham e ocorre o mecanismo de recombinação genética (crossing-over). Entretanto, para que o crossing-over ocorra, os cromossomos homólogos duplicados precisam estar muito próximos uns dos outros, de modo a permitir a troca de informações entre eles. Essa aproximação é gerada pela formação de um complexo de proteínas que vão interagir com os cromossomos gradativamente, formando uma estrutura chamada complexo sinaptonêmico.

Crossing-over. Fonte: ALBERTS, 2017.

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MITOSE X MEIOSE

1- Prófase I - Meiose I: A formação desse complexo se dá através das seguintes etapas: leptóteno, zigóteno, paquíteno e diplóteno, seguido pela diacinese. Neste processo, há a associação de proteínas com um homólogo duplicado e, posteriormente, com o outro homólogo, de modo que essas proteínas acabam aproximando esses homólogos duplicados e permitam a troca de informações genéticas (crossing-over).

Estágios da formação do complexo sinaptonêmico na profáse I. Fonte: ALBERTS, 2017.

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MITOSE X MEIOSE

2- Anáfase I (Meiose I) e Anáfase II (Meiose II): Na anáfase I, os cromossomos homólogos serão separados para as células-filhas, enquanto na anáfase II, assim como na mitose, as cromátides-irmãs são separadas. Essas diferenças estão relacionadas com interações entre microtúbulos e placas de cinetocoro.

Comportamento dos cromossomos na meiose I, meiose II e mitose. Fonte: ALBERTS, 2017.

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MITOSE X MEIOSE

2- Anáfase I (Meiose I) e Anáfase II (Meiose II): Na mitose, observa-se uma estrutura de bi-orientação, em que as duas placas do cinetocoro, presentes nas cromátides-irmãs, se ligam a microtúbulos de diferentes polos do fuso, segregado as cromátides-irmãs.Já na meiose I, observa-se uma estrutura de mono-orientação, em que os dois cinetocoros das cromátides-irmãs estão localizados lado-a-lado em cada homólogo, estando ligados a microtúbulos do mesmo polo do fuso.

Mono-orientação. Fonte: ALBERTS, 2017.

Bi-orientação. Fonte: ALBERTS, 2017.

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MITOSE X MEIOSE

2- Anáfase I (Meiose I) e Anáfase II (Meiose II): Na anáfase I (meiose I), a separase vai degradar as coesinas que estão localizadas ao longo dos braços das cromátides-irmãs, separando apenas esses braços. A coesina Rec8 (específica da meiose), que está localizada próxima aos centrômeros, mantém juntas as cromátides-irmãs, sendo resistente à separase. Na meiose, ocorre uma perda gradual na coesão entre as cromátides-irmãs. A proteína SHUGOSHIN ("espírito guardião") é responsável por regular esse processo gradual. Durante a meiose I, as cromátides-irmãs são mantidas juntas através da interação de coesinas, principalmente as coesinas Rec8, que são protegidas pela SHUGOSHIN. Isso porque, para que as coesinas sejam reconhecidas pelas separases, elas precisam ser fosforiladas por ciclina-Cdk. A SHUGOSHIN atua recrutando a fosfatase PP2A, que vai remover os fosfatos dessas coesinas localizadas na região do centrômero.Com a retirada do fosfato, as coesinas do local não serão reconhecidas pela separase, não sendo clivadas. Com isso, mantém-se as cromátides-irmãs unidas durante a meiose I, possibilitando a bi-orientação no fuso da meiose II. Na meiose II, a SHUGOSHIN é inativada.

Ciclo Celular e Divisão Celular

MITOSE X MEIOSE

Função das coesinas durante a mitose e meiose. Fonte: LODISH, 2014.

Quiz

Esta atividade é composta por um quiz de 5 questões de múltipla escolha, sobre o tema estudado.Boa sorte!

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Ciclo Celular e Divisão Celular

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

Quais são os pontos de checagem do ciclo celular?

Checagem em G1, G2 e M

Checagem em G1, S e telófase

questÃO 01

Ciclo Celular e Divisão Celular

QUESTÃO 02

Quando ocorre uma lesão no DNA, ocorre uma cascata de sinalização que leva à ativação de uma proteína conhecida como supressora de tumor. Quem é essa proteína e como ela atua?

Ciclo Celular e Divisão Celular

A p53, que atua interrompendo a progressão do ciclo celular

CAK, que atua ativando o complexo ciclina-Cdk

Ciclina, que atua interrompendo a progressão do ciclo celular

ORC, que atua reconhecendo a origem de replicação

questÃO 03

Telômero

Cromossomos homólogos

Como são chamadas as fitas de cromatina duplicadas que permanecem unidas através do centrômero, estando presentes na mitose?

Cromátides-irmãs

Centrossomos

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questÃO 04

Em qual fase da mitose ocorre a formação da placa equatorial do fuso?

Metáfase

Metáfase II

Ciclo Celular e Divisão Celular

Prometáfase

Anáfase

questÃO 05

Separase

SHUGOSHIN

Fosfatase PP2A

Rec8

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Qual das proteínas abaixo NÃO atua na manutenção da coesão entre as cromátides-irmãs durante a meiose I?

Parabéns! 🎉

quiz completO

PRÓXIMA UNIDADE

Ciclo Celular e Divisão Celular

Morte Celular

Nessa unidade iremos aprender sobre as características e os mecanismos que envolvem a Morte Celular.Bons estudos!

Morte Celular

DEFINIÇÕES GERAIS

AUTOFAGIA

NECROSE

APOPTOSE

ETAPAS DA APOPTOSE

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

REGULADORAS IAP DA APOPTOSE

MORTE CELULAR E A MULTICELULARIDADE

VIA INTRÍNSECA DA APOPTOSE

BASES MOLECULARES DA APOPTOSE

VIA EXTRÍNSECA DA APOPTOSE

REGULADORAS ANTI-APOPTPSE (VIA INTRÍNSECA)

REGULADORAS PRÓ-APOPTPSE (VIA INTRÍNSECA)

FAMÍLIA BCL2 REGULADORAS DE APOPTOSE

OUTRAS REGULADORAS DA APOPTOSE

Morte Celular

DEFINIÇÕES GERAIS

A morte celular é um processo que pode ocorrer por múltiplos mecanismos, com semelhanças e divergências entre si. Por conta disso, foi, inclusive, necessária a criação de um comitê responsável por organizar uma nomenclatura adequada para todas essas vias. Quando as células são expostas a diferentes tipos de estresse, que podem ser irrecuperáveis ou não, sejam eles intra ou extracelulares, esses estresses podem ativar muitas cascatas de sinalização que podem levar à célula à morte. OBS: Cada via de morte celular regulada (RCD) é iniciada e propagada via mecanismos que podem estar interconectados. A morte celular regulada (RCD) não é exclusiva para organismos multicelulares, podendo acontecer em organismos unicelulares (como leveduras e alguns procariotos). Cada tipo de RCD pode se manifestar com variadas características morfológicas, seja uma morfologia necrótica ou uma morfologia apoptótica, por exemplo. Além disso, as vias de morte celular programada podem ter a participação de algumas organelas, como mitocôndrias e vacúolos.

Morte Celular

DEFINIÇÕES GERAIS

Morfologicamente, há 3 classificações de morte celular, que podem ocorrer em condições fisiológicas e patológicas diferentes. São elas:

Autofagia: Também é uma RCD, porém nesta ocorre a formação de vacúolos no citoplasma, formação de uma estrutura chamada autofagossomo e a degradação do material via lisossomo.

Necrose: Funciona como uma "explosão descontrolada", que ocorre com um inchaço e rompimento da célula. Com isso, há a liberação de componentes intracelulares, que vai resultar em processos inflamatórios. Essa via ocorre, geralmente, quando as células são expostas a processos patológicos.

Apoptose: Trata-se de uma RCD, sendo conhecida como uma "demolição organizada". É caracterizada pelo encolhimento da célula, condensação da estrutura da cromatina, fragmentação do núcleo, formação de bolhas na membrana plasmática e eliminação dos detritos por fagócitos.

Apoptose (A e B) e necrose (C). Fonte: ALBERTS, 2017.

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DEFINIÇÕES GERAIS

Existem ainda outros mecanismos que são variações de morte celular, como: entose, ferroptose, methuose, paraptose, mitoptose, partanatose, piroptose, netose e necroptose. Portanto, vale lembrar que a morte celular programada não é sinônimo de apoptose, já que a apoptose é apenas um tipo de RCD. O mecanismo no qual a célula é levada à morte, geralmente, é específico de acordo com o tipo de célula, tipo de estímulo e ambiente em que a célula se encontra. A morte celular pode ser acidental, devido a um traumatismo ou doença, que leva a um processo patológico seguido por necrose. Entretanto, este também pode ser um mecanismo programado, tratando-se de um processo fisiológico normal geneticamente regulado, o que leva à apoptose ou autofagia. OBS: Cada mecanismo de morte celular possui sinais e estratégias específicas, dependendo do tipo celular envolvido.

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NECROSE

1- Causas relacionadas ao oxigênio:

Hipóxia (O₂ baixo) - anemias, envenenamentos, insuficiência cardiorrespiratória, etc.
Anoxia (O₂ ausente) - afogamentos, partos prematuros, etc.
Isquemia (falta de circulação) - trombos, compressões, etc.

4- Causas relacionadas a agentes biológicos:

Vírus
Bactérias
Fungos

Existem algumas possíveis causas de agressão celular que levam uma célula à necrose.

2- Causas relacionadas a agentes químicos:

Venenos - arsênico, cianeto, fenóis, etc.
Drogas terapêuticas e drogas não-terapêuticas - álcool, narcóticos, etc.

Poluição do ar - tabagismo, etc.
Inseticidas e herbicidas

3- Causas relacionadas a agentes físicos:

Temperatura - frio ou calor excessivo.
Mecânicos - traumatismos.
Variações repentinas de pressão atmosférica
Radiações ionizantes
Correntes elétricas

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NECROSE

Durante a necrose, a célula sofre algumas alterações, como:

Inchamento celular: influxo de água devido ao rompimento ou desestruturação da membrana plasmática, que leva a célula a se romper e extravasar seu conteúdo intracelular (originando inflamação local);

Diminuição na produção de energia: função mitocondrial comprometida;

Núcleo picnótico: retração e adensamento do núcleo;

Perda total da compartimentalização citoplasmática.

Necrose. Fonte: ALBERTS, 2017.

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MORTE CELULAR E A MULTICELULARIDADE

A morte celular está relacionada ao número de células presentes em um organismo, sendo esse um processo altamente regulado. Ou seja, a taxa de divisão deve estar equilibrada a taxa de morte celular. OBS: A regulação é derivada de sinais, que correspondem às informações ambientais.

Múltiplos sinais extracelulares e seus efeitos na célula animal. Fonte: ALBERTS, 2017.

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APOPTOSE

A apoptose é um tipo específico de morte celular programada, como características morfológicas e moleculares típicas. Ela pode ser:

Um mecanismo de controle populacional;
Uma defesa contra infecções causadas por vírus ou bactérias.

Nesse processo, não ocorre um extravasamento de material intracelular, ou seja, não há desencadeamento de uma resposta inflamatória.As principais alterações sofridas pela célula durante a apoptose são:

Condensação da cromatina e fragmentação do DNA;
Transferência de fosfatidilserina para a camada externa da bicamada lipídica (que pode ser acompanhada por microscopia);
Condensação e fragmentação do citoplasma;
Zeiose: mecanismo importante para permitir a formação de vesículas chamadas corpos apoptóticos, que confinam o material intracelular e não permitem o extravasamento desse conteúdo intracelular, evitando a ocorrência de uma resposta inflamatória. Os corpos apoptóticos são, então, engolfados (fagocitados) por células fagocíticas ou macrófagos, por exemplo.

Apoptose. Fonte: LODISH, 2014.

Morte Celular

APOPTOSE

A zeiose é um mecanismo de formação de bolhas na superfície da membrana. Essas bolhas, inicialmente, permanecem ligadas à célula via estruturas que formam protusões preenchidas por microtúbulos. Posteriormente, essas bolas se desprendem e formam os corpos apoptóticos. No início da apoptose, a membrana plasmática sofre uma desorganização, apesar de ainda permanecer intacta. Nessa desorganização, a fosfatidilserina é transferida da camada interna para a camada externa da bicamada. Com isso, os fagócitos irão reconhecer essa fosfatidilserina na camada externa e, então, irão remover essa célula do meio. OBS: A anexina V é uma proteína que se liga a fosfolipídeos e possui alta afinidade pela fosfatidilserina. Portanto, mudanças na simetria da membrana plasmática podem ser visualizadas em microscopia através da interação de anexina V com a membrana. Dessa forma, ao se conjugar a anexina V a moléculas que emitem fluorescência, é possível identificar as células que estão entrando em apoptose.

Célula normal e apoptótica. Fonte: LODISH, 2014.

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APOPTOSE

A morte celular por apoptose está envolvida em mecanismos de remodelamento tecidual (morte de células que não são mais necessárias), sendo um processo regulado. Isso ocorre, por exemplo, durante o desenvolvimento embrionário, como no remodelamento das patas de camundongos ou na perda da cauda de girinos. No início do desenvolvimento desses animais, as patas formam uma estrutura semelhante à uma pá, com todos os dedos fusionados. Ao longo do desenvolvimento, os dedos individuais se separam quando as células do tecido da membrana interdigital começam a morrer por apoptose.

Formação dos dedos na pata de um camundongo em desenvolvimento por apoptose. Fonte: ALBERTS, 2017.

Morte Celular

BASES MOLECULARES DA APOPTOSE

Existem alguns mecanismos moleculares que controlam/regulam a apoptose. A apoptose ocorre através da ativação de uma família de proteases (enzimas que degradam proteínas) chamadas caspases (cisteína protease específica para ácido aspártico). Essas proteínas fazem parte de um grupo filogeneticamente conservado de enzimas que são produzidas na sua forma inativa (os zimógenos).Para que essas caspases sejam ativadas, elas precisam perder a sua região denominada prodomínio, que é a região que mantém a proteína inativa. A retirada desse prodomínio só é possível através da aproximação de uma caspase com outra caspase (quando uma caspase se aproxima de outra, uma cliva o prodomínio da outra). Sem prodomínio, as duas caspases formam um dímero e, a partir daí, elas estão ativas.

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BASES MOLECULARES DA APOPTOSE

A família das caspases é classificada em 2 classes:

Caspases iniciadoras: são aquelas que estimulam a cascata proteolítica, ou seja, são as primeiras caspases ativadas pela aproximação de uma com a outra. A partir do momento em que as caspases iniciadoras são ativadas, elas irão começar a clivar os prodomínios de outras caspases, que serão as caspases executoras. Isso significa que as caspases iniciadoras apresentam domínios essenciais para a propagação do estímulo apoptótico.

Ex.: Caspases 2, 8 e 9.

Caspases executoras: são responsáveis por degradar uma infinidade de proteínas celulares, levando a célula à morte.

Ex.: Caspases 3, 6 e 7.

Morte Celular

BASES MOLECULARES DA APOPTOSE

A partir de um sinal para que a célula entre em apoptose, ocorre a formação de complexos proteicos, via interação de proteínas adaptadoras, que vão aproximar as caspases. A partir da interação das caspases iniciadoras com esses complexos proteicos, elas formarão o dímero e irão retirar os prodomínios uma da outra. A partir da ativação de uma caspase iniciadora, muitas caspases executoras serão ativadas e irão degradar várias proteínas celulares, de modo a causar a morte da célula.

Ativação de caspases durante a apoptose. Fonte: ALBERTS, 2017.

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BASES MOLECULARES DA APOPTOSE

São exemplos de alvos das caspases executoras:

Proteínas que formam a lâmina nuclear (da família dos filamentos intermediários);
Famílias do citoesqueleto, como a actina;
Proteínas que participam de mecanismos de adesão célula-a-célula ou célula-matriz extracelular, como a β-catenina;
Enzimas responsáveis pela fragmentação da molécula de DNA.

OBS: A fragmentação da molécula de DNA após ativação da cascata de apoptose ocorre quando a célula não está saudável. Isso porque quando a célula está saudável, uma enzima endonuclease ou CAD (que degrada DNA) é traduzida no citosol, mas ao mesmo tempo também é traduzida a enzima ICAD (que inibe a CAD). Elas formam um complexo no citosol que é encaminhado para o núcleo.

Ativação de caspases durante a apoptose. Fonte: ALBERTS, 2017.

Quando a cascata de apoptose é ativada, a caspase tem a proteína ICAD como alvo, degradando-a e liberando CAD. CAD irá, então, formar um dímero ativo que vai degradar a molécula de DNA.Esse é o mecanismo que ocorre nas células interdigitais de camundongos, por exemplo.

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ETAPAS DA APOPTOSE

1 - Estímulo externo (via extrínseca) ou estímulo interno (via intrínseca) é recebido pela célula. Sendo que o estímulo externo se dá através da interação com linfócitos T citotóxicos ou pela ausência de fatores de crescimento. Já os estímulos internos ocorrem por meio de danos no DNA ou falta de sinais de sobrevivência.2 - Detecção e propagação do sinal gerado, através da ativação de caspases.3 - Degradação de proteínas celulares, devido à ativação das caspases executoras.4 - Fase pós-morte, em que se tem o fenótipo apoptótico, com a formação dos corpos apoptóticos, e eliminação dos restos celulares.

Morte Celular

VIA EXTRÍNSECA DA APOPTOSE

Ex. de ativação da via extrínseca após exposição de uma célula à uma infecção viral: Quando uma célula é infectada, ela dispara uma resposta imune, com produção de anticorpos via linfócitos B, além de uma resposta mediada por linfócitos T citotóxicos (responsáveis por levar à célula infectada à morte). Os linfócitos T citotóxicos possuem proteínas em sua membrana denominadas de ligantes Fas, que atuam como ligantes para receptores chamados receptores de morte Fas, presentes na superfície da célula que foi infectada.

A interação entre ligantes Fas com os receptores de morte Fas dispara a via extrínseca da apoptose, já que a região da cauda do receptor (os domínios de morte) interagem com proteínas adaptadoras intracelulares e formam FADD (proteína associada à Fas com domínio de morte). Isso gera uma interação e aproximação de caspases iniciadoras, principalmente das caspases 8.A interação dessas proteínas forma o complexo de sinalização indutor de morte (complexo DISC).

Via extrínseca da apoptose ativada por meio de receptores de morte Fas. Fonte: ALBERTS, 2017.

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VIA INTRÍNSECA DA APOPTOSE

Também conhecida como via mitocondrial, essa via é ativada em resposta a alterações drásticas na célula, como danos ao DNA. Essa via depende da liberação de proteínas que estão localizadas no espaço intermembrana das mitocôndrias. A proteína citocromo C é fundamental para o início dessa via. O citocromo C, que está localizado no espaço intermembrana, participa da cadeia transportadora de elétrons nas mitocôndrias. Quando essa proteína é liberada no citosol, ela interage com a proteína Apaf1 (ou fator 1 de ativação de proteases apoptóticas). Essa interação faz com que a Apaf1 mude de conformação e passe a interagir com outras Apafs, formando um complexo com 7 Apafs ligadas ao citocromo C (a apoptossoma).

Via intrínseca da apoptose.Fonte: ALBERTS, 2017.

A apoptossoma é responsável por recrutar as caspases iniciadoras, gerando a aproximação entre elas, ativando-as. Como resultado, tem-se a ativação de caspases executoras e a morte celular.

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FAMÍLIA BCL2 REGULADORAS DE APOPTOSE

As vias que levam a célula a entrar em apoptose são reguladas pela família de proteínas Bcl2. Os membros dessa família possuem 4 regiões que podem ou não estar presentes nos membros dessa família. São as regiões BH1, BH2, BH3 e BH4, compostas por sequências de aminoácidos altamente conservadas.A família Bcl2 pode ser dividida em 2 classes:

Proteínas antiapoptóticas: possuem as 4 regiões BH.

Ex.: Bcl2, BclXL.

Proteínas pró-apoptóticas: estimulam a apoptose. Podem ter as regiões BH3, BH1 e BH2.

Ex.: Bax e Bak.Além das proteínas pró-apoptóticas BH3-apenas.Ex.: Bad, Bim, Bid, Puma, Noxa.

As três classes de proteínas da família Bcl2. Fonte: ALBERTS, 2017.

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REGULADORAS PRÓ-APOPTPSE (VIA INTRÍNSECA)

Quando o estímulo apoptótico dispara a via intrínseca, as proteínas efetoras da família Bcl2 pró-apoptóticas se tornam ativas e se agregam na membrana externa da mitocôndria, formando poros. Esses poros permitem a saída de proteínas, como a citocromo C, presentes no espaço intermembrana.

Proteínas efetoras pró-apoptóticas da família Bcl2 envolvidas na via intrínseca. Fonte: ALBERTS, 2017.

O papel das proteínas efetoras pró-apoptóticas da família Bcl2 na liberação de proteínas intermembrana mitocondriais na via intrínseca da apoptose. Fonte: ALBERTS, 2017.

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REGULADORAS ANTI-APOPTPSE (VIA INTRÍNSECA)

Quando a via intrínseca está inativa (na ausência de estímulos para a célula entrar em apoptose), as proteínas antiapoptóticas da família Bcl2 impedem a formação desses poros na membrana mitocondrial externa, mantendo o citocromo C e outras proteínas no espaço intermembrana. Porém, na presença de estímulos apoptóticos, as proteínas pró-apoptóticas BH3-apenas são ativadas e interagem com as proteínas da família Bcl2 (inibindo as proteínas antiapoptóticas e ativando outras proteínas pró-apoptóticas), de modo a permitir a formação de poros.OBS: A via extrínseca e a via intrínseca podem interagir, amplificando a cascata de ativação das caspases. Ex.: A proteína pró-apoptótica Bid pode ser ativada pela caspase 8 da via extrínseca. Uma vez ativada, ela potencializa a via intrínseca através da inibição da Bcl2, permitindo a formação do poro e da apoptossoma.

Como as proteínas da família Bcl2 antiapoptóticas e BH3-apenas pró-apoptóticas regulam a via intrínseca da apoptose. Fonte: ALBERTS, 2017.

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REGULADORAS IAP DA APOPTOSE

As IAPs são proteínas inibidores da apoptose, sendo responsáveis por bloquear caspases que, por exemplo, são ativadas de forma espontânea (caspases que se aproximam por algum motivo, na ausência de sinais para que a célula entre em apoptose). Na ausência de sinais para que a célula entre em apoptose, as IAPs vão se ligar às caspases dimerizadas e bloquear a cascata de caspases. Entretanto, quando a via de apoptose é ativada, proteínas anti-IAP são liberadas do espaço intermembrana, junto com o citocromo C e outras proteínas, é vão bloquear as IAPs, permitindo a progressão da apoptose.

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OUTRAS REGULADORAS DA APOPTOSE

As 3 principais vias de bloqueio da apoptose têm a participação fundamental dos fatores de sobrevivência extracelulares:

Fator de sobrevivência + receptor de membrana = estimula transcrição de genes que codificam proteínas antiapoptose, como Bcl2.
Fator de sobrevivência + receptor de membrana = ativa proteínas quinases intracelulares (Akt ativa), que inativam proteínas pró-apoptose, como a Bad. A Bad inibida libera Bcl2, ativando-a.
Fator de sobrevivência + receptor de membrana = ativa cascata de MAP-quinase, que fosforilam e inativam proteínas que bloqueiam as IAPs, tornando as IAPs ativas para bloquearem a apoptose.

Três maneiras pelas quais os fatores de sobrevivência extracelulares podem inibir a apoptose. Fonte: ALBERTS, 2017.

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AUTOFAGIA

Essa via não tem bases moleculares explicadas, mas sabe-se que dispõe de, aproximadamente, 30 genes envolvidos. A autofagia começa no citoplasma da própria célula, sendo responsável pela digestão de moléculas e organelas modificadas (componentes internos defeituosos). A ativação de uma via de sinalização inicia a formação de uma membrana denominada membrana autofagossômica, que é gerada a partir da fusão de vesículas de forma gradativa, o que faz com que haja a formação de uma membrana dupla (de origem desconhecida, apesar de haver a suspeita de que essa membrana se origina de fragmentos do Complexo de Golgi), resultando na estrutura do autofagossomo. Para que isso ocorra, primeiro há a formação de uma estrutura de cálice com membrana dupla, que pode envolver parte do citoplasma ou uma organela inteira, para que depois tenha-se o autofagossomo.

Modelo de autofagia. Fonte: ALBERTS, 2017.

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AUTOFAGIA

Esse autofagossomo (ou vesícula autofágica) envolve uma parte do citoplasma, que pode ou não conter organelas. Após esse englobamento, a membrana externa do autofagossomo se fusiona com a membrana de lisossomos, permitindo que haja a degradação do conteúdo do autofagossomo (a fusão libera uma vesícula grande envolta por uma única bicamada no interior do lisossomo, já que essa membrana não é mais dupla devido à fusão da membrana externa). Com a liberação da vesícula no interior dos lisossomos, as lipases e proteases lisossomais irão degradar a vesícula autofágica e seu conteúdo.OBS: A membrana do lisossomo possui proteínas permeases de aminoácidos, que permitem o transporte dos aminoácidos livres para o citosol, para serem utilizadas na síntese de novas proteínas.

As quatro vias de degradação nos lisossomos. Fonte: ALBERTS, 2017.

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AUTOFAGIA

OBS: Cerca de 30 proteínas participam da formação dos autofagossomos, sendo que elas foram identificadas através da avaliação genética de mutantes de leveduras com defeitos no mecanismo de autofagia. Cada grupo dessas proteínas tem alguma função na autofagia, como a Atg8. A proteína Atg8 é ligada covalentemente ao fosfolipídeo fosfatidiletanolamina, o que permite que essa proteína se ligue na membrana do autofagossomo, principalmente, no lado voltado para o citosol da vesícula autofágica. Essa ligação é fundamental para a formação da membrana do autofagossomo.

A via autofágica. Fonte: LODISH, 2014.

A Atg8 está presente em ambas as superfícies da membrana, sendo que aquelas que ficam do lado de dentro do autofagossomo serão degradadas após a fusão com lisossomo. Alguns autores descrevem que a fusão entre autofagossomo e lisossomo (ou seja, a interação entre as membranas dos dois) só ocorre após a retirada de Atg8 da membrana. Entretanto, essa etapa ocorre apenas após o fechamento da vesícula autofágica, formando o sistema de membrana dupla.

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AUTOFAGIA

Além disso, alguns autores afirmam também que a Atg8 esconde uma proteína de fusão, inibindo a fusão da membrana do autofagossomo com lisossomo antes que essa vesícula se feche. Já a Atg12 possui uma estrutura similar às ubiquitinas, sendo um grupo relacionado com enzimas conjugadoras da ubiquitina. Devido a isso, essa proteína é responsável pela ligação com Atg5, formando um dímero que vai se associar com Atg16. Este último é responsável pelo crescimento da membrana que origina o autofagossomo. OBS: A associação entre Atg12 e Atg5 é similar ao processo de ligação entre ubiquitina e proteína-alvo.

A via autofágica. Fonte: LODISH, 2014.

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AUTOFAGIA

A autofagia de duas formas:

Autofagia não-seletiva: engloba uma região do citoplasma, formando o autofagossomo em condições de privação alimentar, quando nutrientes externos são limitados e os metabólitos derivados da digestão no citosol ajudam a célula a sobreviver.
Autofagia seletiva: cargas específicas são empacotadas no autofagossomo. Essa estrutura tende a conter pouco citosol e a forma do autofagossomo reflete o formato da carga. Esse tipo de autofagia é responsável pela degradação de mitocôndrias, ribossomos e outras organelas.

OBS: A autofagia é um mecanismo fundamental para a sobrevivência da célula, levando à uma resposta adaptativa pela falta de nutrientes, já que as células têm capacidade de reciclar essas macromoléculas para usá-las como nutrientes, mantendo a célula viva. Se as fontes de nutrientes não forem restituídas/recuperadas, a célula é levada à morte, pois ela começaria a englobar diferentes organelas e moléculas do citoplasma, que seriam encaminhadas para a degradação no lisossomo.

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Nessa atividade você terá que completar um texto, de acordo com o conteúdo estudado nesta unidade.Boa sorte!

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RESPOSTAS

A autofagia é um tipo de morte celular programada que é ativada em momentos de privação alimentar ou para a degradação de organelas.Outro tipo de RCD é a apoptose, que ocorre quando um sinal intra ou extracelular leva à ativação de caspases iniciadoras. Estas, por sua vez, irão clivar o prodomínio de caspases executoras, ativando-as. Como consequência haverá a degradação de várias proteínas celulares, levando a célula à morte. No entanto, existem algumas proteínas reguladoras, como as antiapoptóticas (da família Bcl2) e as IAPs que atuam regulando negativamente a apoptose, impedindo que esta aconteça.Já a necrose não é um tipo de morte celular programada, ocorrendo devido à uma patologia ou traumatismo, de modo análogo a uma "explosão descontrolada".

antiapoptóticas

autofagia

caspases executoras

IAPs

apoptose

necrose

caspases iniciadoras

prodomínio

A _____________ é um tipo de morte celular programada que é ativada em momentos de privação alimentar ou para a degradação de organelas.Outro tipo de RCD é a ______________, que ocorre quando um sinal intra ou extracelular leva à ativação de _________________________. Estas, por sua vez, irão clivar o ________________ de ________________________, ativando-as. Como consequência haverá a degradação de várias proteínas celulares, levando a célula à morte. No entanto, existem algumas proteínas reguladoras, como as ________________ (da família Bcl2) e as ______ que atuam regulando negativamente a apoptose, impedindo que esta aconteça.Já a ____________ não é um tipo de morte celular programada, ocorrendo devido à uma patologia ou traumatismo, de modo análogo a uma "explosão descontrolada".

Morte Celular

Referências Bibliográficas

ALBERTS, B. et al. Biologia Molecular da Célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Histologia Básica. 12. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2013.LODISH, H. et al. Biologia Celular e Molecular. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014.NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios da Bioquímica de Lehninger. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2019.

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