aula6_retículo endoplasmático e complexo de golgi 2015-3

O Sistema de Endomembranas I: RE e CG

Arnaldo R. Santos Jr.

O Sistema de Endomembranas(Lodishc et al., 2005)

Retículo Endoplasmático

� Formado por um sistema de membranas interconectadasna forma de tubos ramificados que delimitam uma cavidade(luz ou lúmen).

� Distingue-se dois tipos: o RE rugoso e o RE liso.

� Presentes em uma mesma células, formando uma estruturacontínua.

� Contínuo com o envoltório nuclear.

� Não existe ligação com a membrana plasmática.

� Ocupa em media 10% do volume celular.

� Corresponde a mais da metade do total de membranas emuma célula animal.

� Quantidade e localização no citoplasma variam de acordocom o tipo e metabolismo celular.

Morfologia do Retículo Endoplasmático (RE)

Visão esquemática do RE

(Stevens e Lowe, 2001)(Alberts et al., 2008)

Métodos de estudo: microscopia de luz

RER de células pancreáticas exócrinas, altamente se cretoras (Alberts et al., 2008).

Morfologia do Retículo Endoplasmático

REL de uma célula secretora de hormônios esteróides, as célula Intersticial (Alberts et a., 2008).

Morfologia do Retículo Endoplasmático

Composição química� Duas porções:

� Membranas:

� Distribuição assimétrica dos componentes

� Lipídeos (~30%)

� Proteínas (~70%)

� Cadeias transportadoras de elétrons

� Luz

� Variável, com o tipo celular (secreção)

� Proteínas residentes

Composição química: membranas

� Lipídeos: bicamanda

1. Face citoplasmática: fosfatidilinositol, fosfatidiletanolaminoe fosfatidilserina

2. Face luminal: fostatidilcolina e esfingomielina

� Proteínas: estruturais, receptores ou enzimas

1. Face citoplasmática: enzimas oxidativas.

2. Face luminal: glicoproteínas e enzimas relacionadas amodificação de substâncias.

3. Cadeias transportadoras de elétrons: citocromo p450(hidroxilação de substratos) e citocromo b5 (dessaturaçãode ácidos graxos).

4. RER tem aproximadamente 20 proteínas não observadas noREL (associação dos ribossomos as membrana do RE).

Aspectos funcionais� Síntese de proteínas:

� Proteínas solúveis, residentes, secretadas ou de outrasorganelas e transmembranicas;

� Síntese e modificação de lipídeos� Fosfolipídeos, ceramidas, colesterol� Elongação e dessaturação de ácidos graxos

� Síntese de hormônios esteróides� Progesterona, andrógenos, estrógenos, glicocorticóides e

mineralocorticóides.� Modificação de lipídeos e proteínas

� Alteração na conformação final� Formação de pontes dissulfeto� Glicosilação� Adição ancoras glicosilfosfatidilinositol a proteínas.

� Detoxificação� Glicogenólise

Síntese proteica

� Os ribossomos associados ao RE são idênticos aospresentes livres no citoplasma.

� A associação ao RE é transitória. Terminada a leiturado mRNA o ribossomo é liberado no citoplasma.

� A transferência de proteínas para o lúmen do REocorra durante a tradução.

� Em outras organelas a importação de proteínasocorre pós-traducionalmente.

� Algumas proteínas (poucas) ser transportadas já emsua forma final para o RE.

(Alberts et al., 2008)

(Alberts et al., 2008)

Síntese proteica

(Stevens e Lowe, 2001)

(Lod

ish

et a

l., 2

005)

• Síntese bloqueada nocitoplasma ( seqüência sinal +partícula de reconhecimentodo sinal - SRP ).

• Reconhecimentodo ribossomo/SRP.• Reinício dasíntese.

• Término dasíntese;• Desassociaçãodo ribossomo

Síntese proteica – transferência cotraducinal

• Peptídeo sinal (~20 aa hidrofóbicos)• SRP é uma ribonucleoproteína• Hidrolise do GTP libera a partícula

� A Interação do ribossomoao RE:

� Ligação de receptorescom a p180.

� Complexo sec61(relacionado com oancoramento doribossomo.

� A cadeia polipeptídicanascente se liga a um poroaquoso fisiológico (2nm):somente na presença docomplexo ribossomo-peptídeo nascente.

Síntese proteica – transferência cotraducinal

Transferência de proteínas solúveis

� Diretamente do ribossomo para a luz do RE.

� Presença de proteínas chaperonas de lingação (BiP).

� Translocon: receptores SRP, poro aquoso, peptidase dosinal, complexo Sec61, TRAM e as BiPs.

O complexo de proteínas na membrana do RE que estárelacionado a translocação é denominado translocon .

(Lodish et al., 2005) (Lodish et al., 2005)

Transferência de proteínas solúveis

Transferência de proteínas de membrana

� Proteínas transmembrana apresentam segmentoshidrofóbicos inseridos nas biomembranas.

� A inserção de um segmento hidrofóbico pode ocorrer:

1.A proteína não possui sítio de clivagem da sequênciasinal.

2.Uma segunda sequência hidrofóbica seria inserida namembrana do RE

� Nesses casos: proteínas transmembranas unipasso.

� Pode haver mais de uma sequência hidrofóbica,formando proteínas transmembrana multipasso.

Transferência de proteínas de membrana

Transferência de proteínas de membrana

Síntese de lipídeos

� Fosfolipídeos são produzidos no RE e serão utilizadosem diversas membranas celulares.

� Síntese ocorre em duas etapas.

1.Dois ácidos graxos são ligados a um glicerolfosfato(citoplasma).

2.Diferenciação da cabeça polar: inserção do inositol,serina, etanolamina ou colina.

� Ocorre a translocação dos fosfolipídeos formados(flipases).

� A translocação é preferencial para alguns lipídeos, emespecial a fosfatidilcolina (assimetria de membrana).

Síntese de lipídeos

Síntese de lipídeos

� Flipase na membrana do RE e Proteínas transportadoras.

� Carregam os lipídios produzidos à outras membranas.

� Pode ocorrer transporte de lipídios pelo tráfico de vesículas.

(Lodish et al., 2005)

Síntese de colesterol e hormônios esteroides

� Síntese de colesterol também ocorre na membrana do RE apartir da Acetil Co-A.

� Também pode ser aproveitado o colesterol exógeno.

� O colesterol é precursor dos hormônios esteroides.

� A síntese de esteroides: passos intermediários que ocorremna membrana do RE, mitocôndria e peroxissomo.

1. Formação do colesterol no RE

2. Colesterol produzido no RE é transportado para amitocôndria: formação da pregnenolona.

3. A pregnenologa vai ao RE: produtos finais são oshormônios esteroides.

Síntese de colesterosl e esteróides: células intersticiais de Leydig

(Bloom e Fawlcet, 1977)

Enzimas citoplasmáticas e no RE utilizam 22 passos para a produção do colesterol. As enzimas citoplasmáticas catalizam até Farnesil-PP (exceto aformação de Mevalonato ). Demais etapas ocorrem no REL. A sintese de esteróides envolve a atividade conjunta das Mitocôndrias, o RELcitoplasma.

(Gartner e Hiatt, 1999)

Modificações em proteínas e lipídeos

� Adoção da conformação final das proteínas no RE

� É facilitada por proteínas chaperonas BiP presentes na luz.

� Auxiliam na aquisição da conformação terciárias e quarternárias das proteínas.

� Quando a conformação final não é correta:

1.Podem ser degradadas presentes na luz do RE

2.Podem ser transportadas ao citoplasma onde podem ser degradadas.

Modificações em proteínas e lipídeos

Modificações em proteínas e lipídeos

� Formação de pontes dissulfeto

� É favorecida pela dissulfeto isomerase (PDI).

(Lod

ish

et a

l., 2

005)

Modificações em proteínas e lipídeos

� Glicosilação

� Proteínas modificadas pela adição covalente decarboidratos.

� Ocorre a formação de um oligossacarídeo na membrana doRE.

� Esse carboidrato permanece ancorado a membrana pelodolicol.

� Ação da oligossacaril-transferase:

1. Reconhece os resíduos de asparagina (Asn ou N) daproteína nascente

2. Catalisa a trasferência do oligossacarídeo para oaminoterminal da asparagina (glicosilação N-ligada).

Modificações em proteínas e lipídeos

� Organização da estrutura tridimensional da proteína.

(Lodish et al., 2005)

Modificações em proteínas e lipídeos

Modificações em proteínas e lipídeos

� Adição de ancora glicosil-fosfatidilinositol (GPI)

� Algumas proteínas da superfície celular interagem com amembrana por uma ancora de GPI.

� Ancora GPI: ligação covalente da proteína (extremidade C-terminal) com um carboidrato de um glicolipídeo (o GPI).

(Lodish et al., 2005)

Modificações em proteínas e lipídeos

� Elongação e dessaturação de ácidos graxos

� A elongação ocorre por uma série de reações em cadeia.

� A formação das insaturações ocorrem por desidrogenação.

� Permite que substâncias tóxicas insolúveis sejameliminadas.

� Reação de oxidação do citocromo p450

� Ocorrem principalmente no fígado, embora possam ocorrerem outros órgãos ou tecidos.

� Aumento de tamanho do REL. Com a eliminação, este voltaas suas dimensões normais.

Detoxificação

Reserva de Cálcio

� Proteínas ligadoras de Cálcio no RE fazem do RE umreservatório de elemento.

� Nas células musculares o REL: retículo sarcoplasmático.

http://individual.utoronto.ca/gramolini/

Glicogenólise

� A degradação de glicogêniocitoplasmático (hepatócitos),é realizada por regiões do RE(glicose-6-fosfatase).

� Glicose-6-fosfatase:desfosforilação final daglicose na degradação doglicogênio.

(Lombello e Carvalho, 2013)

Complexo de Golgi

� No CG são realizados processos de modificação desubstâncias produzidas no RE.

� O CG tem grande papel na secreção celular.

� É composto por sáculos achatados e independentes,mas com contínua troca de material por vesículas.

� Geralmente localizado próximo ao núcleo.

� Nas células animais, costuma ocupar a região central.Em células polarizadas, costuma ficar voltado para aface secretora da célula.

� Em geral existe uma relação espacial entre o RE e oCG.

Estrutura do CG� Cisternas achatados (ou sáculos) com ~ 10nm de

espessura.

� Na maioria dos eucariotos as cisternas são organizadas em pilhas.

� Em geral, cada pilha apresenta de 4 a 8 cisternas sobrepostas.

� O espaço entre as cisternas fica preenchido por uma matriz proteica difusa que se associa as membranas do CG.

� Em mamíferos, as pilhas de cisternas são conectadas lateralmente por pontes membranosas (cinta de Golgi).

� Em protozoários e plantas onde as pilhas de cisternas são independentes e, muitas vezes, denominadas dictiossomos.

Estrutura do CG

Neurônios fusiformes: histoquímica para a enzima tiaminopirofosfatase (TPPase), marcadora das cisternas medianas do CG

(Lombello et al, 2013)

Métodos de estudo

Métodos de estudo

Composição química� Membranas

� Diferentes compartimentos com composição e espessura variável.

� Lipídeos: 35-40% (fosfolipídeosem distribuição assimétrica)

� Proteínas: 60-65% (enzimas, proteínas estruturais, proteínas da formação e direcionamento de vesículas).

� As enzimas são características de cada compartimento.

� Luz

� Monossacarídeos, nucleotídeos, polissacarídeos, e proteínas de secreção.

� Conteúdo varia com o tipo celular.

Demonstração histoquímica da compartimentalização no CG. Normalmente mais de uma cisterna mostra-se marcada. Isto su gere que estescomponentes se concentram de forma geral e não específica em cada compartimento. A) sem marcação. B) Marcação com ósmio reduz ascisternas cis (C e D). As enzimas Nucleosídeo Difosfatase se localiza em C e a Fosfatase Ácida em D (Alberts et al., 2008).

Aspectos funcionais

� Os diferentes compartimentos do CG:

� Processamento de proteínas e lipídeos: glicosilação, sulfatação e fosforilação.

� Síntese de polissacarídeos (componentes da membrana plasmática, parede celular ou matriz extracelular).

� Transporte e endereçamento de substâncias

� Formação do acrossomo

� Formação de membranas celulares por transporte vesicular.

� Glicosilação

� Cadeias glicídicas podem ser ligados a:

1. Amina de resíduos de asparagina (Asn ou N): N-ligados

2. Hidroxila de resíduos de serina ou treonina: O-ligados

� A porção glicídica adicionada: estrutura 3D, adesãocelular, sinalização celular em receptores demembrana.

Processamento de proteínas e lipídeos: glicosilação

� Açúcares O-ligados

� Carboidratos O-ligados são produzidos no CG (exceto em leveduras).

� Iniciada pela adição de GlaNAc de no OH lateral dos resíduos de serina ou treonina.

� Outros carboidratos são sucessivamente adicionados.

� Exemplo: carboidratos do sistema ABO

(Lombello et al, 2013)

Processamento de proteínas e lipídeos: glicosilação

(Lodish et al., 2005). (Santos Jr. e Vicente, 2013).

Processamento de proteínas e lipídeos: glicosilação

� Açúcares N-ligados

� Adição e processamento inicial no RE. O oligossacarídeoresultante chega ao CG.

� Dois tipos de açucares N-ligados:

� Ricos em manose:

1. Sofrem pouca alteração estrutural no CG.

2. Nenhum oligossacarídeo é adicionado.

3. Remoção de um ou mais resíduos de manose.

� Complexos:

1. Remoção de algumas manoses.

2. Adição sequencial de alguns carboidratos.

3. Grande variedade de oligossacarídeos complexos.

Processamento de proteínas e lipídeos: glicosilação

(Lombello et al, 2013)

Processamento de proteínas e lipídeos: glicosilação

� Pode ocorrer em cadeias glicídicas (em proteínas e lipídeos).

� A reação pela doação do sulfato da 3-fosfoadenosina-5’-fosfosulfato (PAPS).

� PAPS é transportado do citoplasma para a rede trans do CG.

� Dentre os componentes produzidos: proteoglicanos.

Processamento de proteínas e lipídeos: sulfatação

Síntese de polissacarídeos

� São sintetizado diferentestipos de polissacarídeosno CG.

� Em vegetais:

� Hemiceluloses(xiloglicanos) e ácidospécticos (pectinas).

� Em animais:

� Glicosaminoglicanos.

Transporte e endereçamento de substâncias

� A via biossintética não é restrita à secreção. Essavia, ou parte dela, pode ser utilizado em outrasfinalidades.

� Componentes da MP e lisossomos seguem a mesmavia.

� Proteínas residentes do RE e do CG seguem etapasiniciais da via secretora, sendo retidas oudirecionadas ao seus locais de ação.

� Sentido de transporte:

1.Anterógrado: mediado por COPII

2.Retrógrado: mediado por COPI

Transporte e endereçamento de substâncias

� Existem dois modelos de transporte no CG:

� Modelo de transporte vesicular:

1.Cisternas como compartimentos fixos.

2.As vesículas são responsáveis pelo fluxo de moléculas.

3.Componentes podem escapar de seus compartimentos. Voltam por transporte retrógrado.

� Modelo de maturação das cisternas:

1.As cisternas migram em direção a região trans.

2.As vesículas provenientes do RE fundem-se entre sim para formar a região cis.

3.A rede trans se desfaz com o brotamento vesicular.

Transporte e endereçamento de substâncias

Transporte e endereçamento de substâncias

� Os produtos de secreção no CG podem seguir doiscaminhos:

� Secreção constitutiva:

� Secreção de maneira contínua e não regulada.

� Secreção regulada:

� Produtos permanecem retidos em vesículas(grânulos) de secreção até sinal específico parasua liberação.

Transporte e endereçamento de substâncias: vai biossintética

Transporte e endereçamento de substâncias: vai biossintética

http://www.pucrs.br/fabio/histologia/atlasvirtual/maxim/76a9.htmhttp://minerva.ufpel.edu.br/~mgrheing/cd_histologia/cito/citoplasma.htm

Grãos-de-secreção em

célula de glândula salivar de camundongo

� Enzimas lisossomais são produzidas no RE, processadas e transferidas ao endossomo.

� Reconhecimento da manose-6-fosfato incorporada.

Transporte e endereçamento de substâncias: para o endossomo

� Proteínas conhecidas:

1. COP I

� Entre as cisternasde Golgi;

� CG → RE.

2. COP II

� RE → CG.

3. Clatrina

� MP → endossomo→ CG

(Lodish et al., 2005)

Transporte e endereçamento de substâncias: formação de vesículas

� Formação de uma estrutura em forma de cesta, que leva ao brotamento da membrana. Interagem com receptores que reconhecem produtos.

Transporte e endereçamento de substâncias: formação de vesículas

(Lodish et al., 2005)

Vesículas recobertas

COPCOP ClatrinaClatrina

Reconhecimento e fusão das vesículas

� O transporte vesicular dever ser altamente seletivo noreconhecimento da membrana alvo com a qual serfundirá.

� Reconhecimento: mediado pelas proteínas Rab.

� Rab são GTPases monoméricas. Mas de 60 membros

� Fusão: mediado pelas proteínas SNARE.

� Existem 35 tipos conhecidos de SNAREs, cada umaassociada a um organela em particular.

� São comumente agrupas em v-SNAREs (vesículas) e t-SNAREs (membranas alvo)

Reconhecimento das vesículas,

Fusão das vesículas

Formação do acrossomo� Formação e agregação de vesículas do CG.

� Enzimas acrossomais são semelhantes as lisossomais.

Gartner e Hiatt, 1999

http://www.udel.edu/biology/Wags/histopage/empage/e mr/emr.htmBloom e Fawlcet, 1977

Brefeldina (BFA) bloqueia o transporte anterógrado no CG

� A BFA é um composto tóxico produzido por fungos.

� Acarreta desorganização do CG em células de mamíferos.

1. A rede trans se redistribui ao redor do centro organizador de microtúbulos (MTOC).

2. Demais componentes são transportados ao RE.

� A BFA inibe a ativação de GTPase de recrutamente de ARF1, impedindo a associação de COPI e clatrina.

� Bloqueia a chegada na rede trans, mas não o transporte retrógrado.

� Mecanismo independente de COPI

BibliografiaBásica

� Alberts, B.; Johnson, A.; Lewis, J.; Raff, M.; Roberts, K.; W alter, P. Molecular Biology of the Cell , 5th ed., GarlandScience, New York, pp. 749-779, e 723-74, 2008.

� Lombello, C.B.; Lourenço, L.B.; Carvalho, H.F. Complexo de Golgi, In: Carvalho, H.F. & Recco-Pimentel, S.M. ACélula , 3ª ed., São Paulo: Manole, pp. 337-353, 2013.

� Lombello, C.B.; Carvalho, H.F. Retículo endoplasmático, I n: Carvalho, H.F. & Recco-Pimentel, S.M. A Célula , 3ª ed.,São Paulo: Manole, pp. 321-336, 2013.

Complementar

� Alberts, B.; Johnson, A.; Lewis, J.; Raff, M.; Roberts, K.; W alter, P. Fundamentos de Biologia Celular , 2ª edição,Artmed, 2006.

� De ROBERTIS, E.M.F. Jr.; HIB, J. Biologia Celular e Molecular , 4ª edição, Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2006.

� Junqueira, L.C.; Carneiro, J. Biologia Celular e Molecular , 8ª edição, Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2013.

� Lodish, H.; Berk, A.; Matsudaira, P.; Kaiser, C.A.; Krieger , M.; Scott, M.P.; Zipursky, L.; Darnell, J. Biologia Celular eMolecular , 5a edição, Porto Alegre: Artmed, 2005.

� Karp, G. Biologia Celular e Molecular , 3ª edição, Barueri, SP: Editora Manole, 2005.

� Persico, A.; Cervigni, R.I.; Barretta, M.L.; Colanzi, A. Mit otic inheritance of the Golgi complex. FEBS Letters 583:3857–3862, 2009.

� Pollard, T.D.; Earnshaw, W.C. Biologia Celular . Rio de Janeiro, RJ: Elsevier, 2006.

� Salway, J.G. Metabolismo Passo a Passo , 3ª edição, Porto Alegre, RS: Artmed, 2009.

� Sallet, P.C.l. Prêmio Nobel: dinamite, neurociências e out ras ironias. Rev. Psiquiatr. clín ., 36: 7-40, 2009

� Tiné, M.A.S.; Cortelazzo, A.; Buckeridge, M.S. Occurrence of xyloglucan containing protuberances in the storage cellwalls of cotyledons of Hymenaea courbaril L. Rev. Bras. Bot. , 23(4): 415-419, 2000