biologia celular i retendopl aula 16 vol2

8/2/2019 Biologia Celular I RetEndopl Aula 16 Vol2

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Retculo endoplasmtico

Ao final desta aula, voc dever ser capaz de: Conhecer a morfologia do retculo endoplasmtico,

em seus domnios liso e rugoso.

Entender as funes do retculo endoplasmtico,correlacionando-as com os diferentes domnios.

Entender o mecanismo da sntese de protenassolveis para secreo e protenas transmembrana.

Entender o mecanismo de biognese da bicamadalipdica que constitui as membranas celulares.

Pr-requisitosBioqumica I: conceito de aminocido,

peptdeo, protena.

Biologia Celular I: estrutura de

membrana, transporte ativo.

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Biologia Celular I | Retculo endoplasmtico

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Na aula anterior, vimos que aproximadamente metade do total de

membranas totais de uma clula pertence ao retculo endoplasmtico.

O retculo forma uma rede contnua de membranas que ocupa boa parte

do citoplasma na maioria das clulas. Se um corante fluorescente, que

no atravessa as membranas (portanto no vaza), for injetado comuma agulha bem fina no lmen do retculo, vai se espalhar por todo

o espao do lmen, j que este contnuo. Na Figura 16.1 esto as

fotos dessa experincia, e a a gente passa a achar que o retculo merece

mesmo esse nome!

A funo mais conhecida do retculo a sntese de protenas de

membrana e protenas para secreo; entretanto, esta no sua nica

funo importante: a bicamada lipdica que constitui as membranas

celulares tambm montada por ele. Nas regies do retculo que esto

realizando sntese protica (veja o boxe), ribossomos aderem superfcievoltada para o citossol. Esta regio chamada de retculo rugoso (Figura

16.3). J a biognese (montagem a partir de molculas precursoras) de

membranas ocorre em regies desprovidas de ribossomos; esta regio do

retculo chamada de retculo liso. Alm dessas funes, o retculo tambm

desempenha outras muito importantes, como o controle da homeostase de

clcio (voc viu na Aula 14) e alguns processos de detoxicao.

INTRODUO

Figura 16.1: Uma clula de mamfero cujo retculo endoplasmtico teve seu lmentotalmente preenchido por um corante uorescente. Na foto da direita, uma regioda periferia da clula mostrada em maior ampliao.Foto: Hugh Pelham


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O retculo e sua sadeNa membrana do retculo endoplasmtico liso de algumas clulas existem enzimas capazes de catalisar

importantes processos de detoxicao. Elas modicam toxinas lipossolveis, que podem, portanto,atravessar membranas, tornando-as solveis em meio aquoso. Elas podem ser ento excretadas pelas

clulas e depois ltradas no rim. As enzimas mais importantes que fazem esse trabalho so as da famlia

do citocromo P450.

Apenas recordandoSabemos que todas as protenas celulares so sintetizadas a partir de informaes contidas no DNA. Para

cada protena produzido, a partir do DNA, um filamento de RNA-mensageiro (RNAm), que lido pelos

ribossomos (Figura 16.2). Os ribossomos tambm so formados por RNA, mas do tipo ribossomal (RNAr).Conforme a fita de RNAm passa pelo ribossomo, aminocidos trazidos por RNAt, ou transportador, so

acoplados uns aos outros, formando a cadeia peptdica. A figura a seguir esquematiza as etapas do que

conhecido como Dogma central da biologia molecular.

Morfologia e distribuio do retculo endoplasmtico

As membranas do retculo formam um labirinto de tbulos e cisternas que se distribui por

todo o citoplasma (Figura16.3). A membrana externa do envoltrio nuclear tambm parte do

retculo, como voc estudar em Biologia Celular II.

O retculo muito dinmico e suas membranas esto constantemente se reorganizando.

A rede de microtbulos do citoesqueleto (voc ver na Aula 23) contribui para o espalhamento

e sustentao dessas membranas.

Figura 16.2: A informao contida no DNA transmitida ao RNA na transcrio, que por sua vez serve demolde para a sntese de protenas na traduo.


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Todas as protenas so sintetizadas no retculo?

Aprendemos, e aceitamos sem maiores questionamentos, que as protenas que permane-

cero solveis no citossol e as que sero direcionadas para organelas como ncleo, mitocndrias

ou cloroplastos so sintetizadas em ribossomos livres, enquanto as protenas da membrana

plasmtica, do prprio retculo e do complexo de Golgi, alm daquelas que sero secretadas pela

clula ou estocadas em compartimentos como os lisossomos, so sintetizadas em ribossomos

aderidos ao retculo, formando o retculo rugoso. Cabe, ento, perguntar: Sero os ribossomos

aderidos ao retculo diferentes daqueles livres no citossol?No! Todos os ribossomos de uma

clula so idnticos e formados, como voc sabe, por duas subunidades que se unem em torno

do lamento de RNAm (Figura 16.4).

Figura16.3:As membranas do domnio rugoso doretculo endoplasmtico (A) possuem ribossomosaderidos ao seu lado voltado para o citoplasma.J no domnio liso do retculo (B), as membranasso desprovidas de ribossomos. Os dois domniosformam um nico compartimento (C) com reaslisas e rugosas, de acordo com a atividade desntese da clula.Fotos: (A) Lelio Orei, (B) Daniel Friend


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Figura 16.4: Os aminocidos que compem as protenas so adicionados de acordo com a leitura (traduo)que os ribossomos fazem ao longo de uma ta de RNA mensageiro. A uma mesma ta podem associar-semuitos ribossomos (polirribossomo ou polissomo) que vo produzindo vrias cpias da mesma protena.Ao nal da leitura, as subunidades ribossomais se separam e se incorporam ao conjunto de subunidadesribossomais livres no citossol.

Quando a sntese de uma protena que precisa passar pelo retculo se inicia, os primeiros

aminocidos expostos fora do ribossomo constituem uma seqncia sinal. Essa seqncia entose liga a uma partcula reconhecedora do sinal ou SRP (do ingls Signal Recognition Particle). A

membrana do retculo, por sua vez, possui um receptor para o conjunto seqncia de sinal (SRP)

(Figura 16.5). A membrana do retculo possui tambm um receptor que forma uma ncora para

adeso do ribossomo. A SRP interrompe a sntese das protenas endereadas ao retculo at

que o ribossomo esteja acoplado sua membrana. A partir do acoplamento, a cadeia protica

continuar sendo sintetizada para dentro do lmen do retculo.

Como voc sabe, uma cadeia protica, mesmo ainda no enovelada, no pode atravessar

diretamente uma bicamada lipdica. Quando o ribossomo vai se acoplar ao retculo, forma-se umcanal hidroflico transmembrana por onde a protena nascente vai passar. Esse canal formado por

protenas transmembrana que se agrupam apenas quando o ribossomo vai se acoplar. Esse canal

hidroflico recebe o nome de translocon. O ribossomo se ajusta no translocon, de modo que nada

mais atravesse o canal alm da cadeia protica e nada vaze do lmen do retculo para o citossol.

O ribossomo permanecer aderido at terminar de sintetizar a seqncia primria de aminocidos

da protena. No final da sntese, a seqncia sinal cortada por uma enzima especfica. Concluindo,

o que define se um ribossomo ficar livre ou aderido ao retculo o tipo de protena (com ou sem

seqncia de sinal) que ele estiver sintetizando naquele momento.


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Figura 16.5: Quando uma protena endereada ao retculo comea a ser sintetizada, ela expe uma seqnciasinal que ser reconhecida pela SRP. A SRP interrompe a sntese da protena at ligar-se a uma protenareceptora na membrana do retculo. Assim, o ribossomo pode ligar-se ao complexo de translocao, por onde

a cadeia polipeptdica penetrar. Ao fim da sntese da cadeia protica, as duas subunidades do ribossomo sesoltam da membrana do retculo e se separam, voltando ao estoque citoplasmtico de ribossomos.


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Que tipos de protena so sintetizadas no retculo?

So sintetizadas no retculo protenas transmembrana, isto , aquelas que ficam inseridas

na membrana plasmtica, na membrana do complexo de Golgi, de organelas como os lisossomos

ou do prprio retculo. Protenas que ficaro solveis em compartimentos, como as enzimas

lisossomais, e protenas que sero secretadas, como hormnios ou enzimas digestivas tambm

so sintetizadas em ribossomos aderidos ao retculo endoplasmtico.

Como uma protena que est sendo sintetizada chega luz do retculo?

Uma das principais caractersticas da seqncia sinal ser rica em aminocidos hidrof-

bicos, assim como a regio da SRP qual ela se liga. Uma vez que o ribossomo esteja aderido

membrana do retculo (atravs do receptor para SRP), a cadeia polipeptdica em formao se

alinha ao translocon (Figura 16.6). Assim, conforme a protena vai crescendo, vai penetrandodiretamente na luz do retculo. A seqncia sinal hidrofbica, j livre da ligao SRP, mantm

a cadeia protica ancorada parte interna do translocon. Terminada a sntese da protena, a

seqncia sinal cortada enzimaticamente e a protena fica livre no lmen do retculo, a partir

de onde ter incio um processo de acabamento e endereamento ao seu destino final.

Figura 16.6: Mecanismo de translocao de uma protena para o lmen do retculo endoplasmtico.Para que o esquema fique mais claro, os ribossomos e o RNAm foram omitidos, mas eles esto l!


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Como as protenas transmembrana atravessam a bicamadalipdica?

As protenas que atravessam a bicamada lipdica possuem

seqncias ricas em aminocidos hidrofbicos no meio da cadeia primria

de aminocidos. Assim, alm da seqncia sinal inicial, que prende a

protena nascente ao translocon, uma segunda seqncia hidrofbicaimpedir que a cadeia penetre integralmente atravs do poro aquoso,

fazendo com que uma parte da protena se projete para o citossol (Figura

16.7). Da mesma forma que no caso anterior, a seqncia sinal inicial

clivada enzimaticamente ao m do processo. interessante notar que a

seqncia sinal inicial atua como um marco que sinaliza a transferncia

da cadeia protica nascente para o lmen do retculo, enquanto a segunda

seqncia hidrofbica atua como um sinal de parada dessa transferncia.

O complexo translocador, por sua vez, abre-se, permitindo que essasseqncias hidrofbicas de incio e interrupo da transferncia quem

em contato com a bicamada lipdica. Assim se insere na membrana uma

protena unipasso (Figura 16.7).

Figura 16.7: As protenas transmembrana unipasso possuem, alm da seqncia sinal,

um segmento da cadeia rico em aminocidos hidrofbicos que car em contatocom a bicapa lipdica. O restante da cadeia primria de aminocidos car exposto

do lado da membrana voltado para o citossol. Ao nal da sntese, a seqncia sinal

clivada por uma enzima.

Problemas e solues:

Como obrigar a cadeia polipeptdica a passar pelo complexo translocador?A ligao da SRP seqncia sinal de transferncia leva o ribossomo a se ancorarna membrana, apontando a cadeia polipeptdica na direo do poro do complexo

translocador. Certamente, isso ajuda a direcionar a cadeia para dentro do retculo, mas

o que obriga a cadeia nascente a passar pelo translocon o seu prprio crescimento:

medida que o peptdio vai sendo sintetizado junto ao ribossomo, a outra extremidade vaisendo translocada pelo poro.


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E as protenas multipasso?

Entendido o processo de insero de uma protena unipasso, ca

fcil imaginar como uma cadeia peptdica pode atravessar muitas vezes

a bicamada lipdica, como fazem as protenas multipasso (veja na Aula 8).

Essas possuem seqncias de incio e interrupo da transferncia que se

alternam ao longo da cadeia em crescimento (Figura 16.8).

Figura 16.8: As protenas multipasso alteram seqncia de incio (start) e interrupo (stop) da transfernciaque resultam em muitas passagens pela membrana.

Detalhe importante:Os processos de sntese e insero de protenas no retculo descritos at agora

resultam em insero da protena pela extremidade NH2

(amino), cando

a terminao COOH (carboxila) sempre voltada para o citossol. No que

pensando que todas as protenas so assim. Muitas tm a extremidade COOHvoltada para o exterior e outras possuem as duas extremidades da cadeia

voltadas para o mesmo lado da membrana. Isso acontece quando a seqncia

de transferncia est inserida no meio da cadeia peptdica, deixando de fora

do retculo justo a extremidade NH2. A posio em que as seqncias de incio

e interrupo da transferncia ocupam na cadeia em formao far toda a

diferena (Figura16.9).

Figura 16.9: Formao de uma protena duplo passo. Repare que, neste exemplo, a seqncia de iniciao (sinalinicial) no est na ponta da protena, fazendo com que as duas extremidades da cadeia (amino e carboxila)quem voltadas para o mesmo lado da membrana, no caso, o citossol. O sinal de interromper a transferncia

a segunda seqncia de ancoragem membrana.


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Terminada a sntese da cadeia polipeptdica primria, a protena

ainda no pode ser considerada pronta. As seqncias sinal, por exemplo,

so clivadas e eliminadas da protena nal. Esse processo de fnalizao

da protena envolve vrias protenas auxiliares, responsveis pelo correto

dobramento da cadeia, a adio de acares e outros processos que serodetalhados na prxima aula.

O retculo liso e a biognese da bicamada lipdica

Embora na maioria das clulas a superfcie do retculo esteja quase

todo o tempo associada a ribossomos, sendo, portanto, chamada de

retculo rugoso, todos os lipdeos de todas as membranas celulares so

associados no retculo endoplasmtico liso (Figura 16.3 B, C).

Os termos liso e rugoso se referem a estados funcionais transit-

rios das membranas do retculo. O compartimento delimitado por essas

membranas nico. Assim, podemos dizer que um retculo no rugoso,

ele est rugoso (a mesma coisa se aplica ao estado liso).

Figura 16.10: A fosfatidilcolina formada por um conjunto de reaes que rene

a colina, o glicerol fosfato e dois cidos graxos numa nica molcula.


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Todas as enzimas responsveis por catalisar a sntese de

fosfolipdeos se localizam na membrana do retculo do lado voltado

para o citossol, onde esto as molculas precursoras colina, glicerol

fosfato e cidos graxos (Figura 16.10). Com isso, todos os lipdeos

sintetizados sero inicialmente adicionados ao lado da bicamadavoltados para o citossol. Se lembrarmos que uma membrana uma

bicamada lipdica em que as quantidades de lipdeo em cada camada

equivalente, assim como as reas ocupadas por eles, no retculo liso

deveria haver um desequilbrio entre as duas camadas (Figura 16.11).

Figura 16.11: Desequilbrio de rea hipottica das camadas do retculo endoplas-mtico liso quando da montagem da membrana (se voc j leu O Pequeno

Prncipe, de Antoine Saint-Exupry, certamente lembrou da cobra que engoliu o

elefante...).

Humor e cinciaQuem acha que os cientistas so pessoas sisudas, que encaram a cinciacomo coisa muito sria, com a qual no se brinca, est muito enganado. Um

exemplo de como se pode fazer cincia sria sem perder o senso de humor

a enzima scramblase. Ao ser batizada, seus descobridores compararam suaatividade do cozinheiro que vira um ovo na chapa para que frite dos dois

lados. So o que chamamos de ovos mexidos, para os pesquisadores de lngua

inglesa:scrambled eggs .

Esse desequilbrio de rea que teoricamente deveria existir nuncafoi realmente observado. Assim, acredita-se que ele muito rpido, sendo

imediatamente corrigido por uma enzima chamada scramblase (veja o

boxe), capaz de ipar um fosfolipdeo, translocando-o para a face da

membrana voltada para a luz do retculo (Figura 16.12).

O fosfolipdeo sintetizado em maior quantidade a fosfatidilcolina

(Figura 16.10). Essa produzida pela adio de colina a duas cadeias de

cido graxo e uma molcula de glicerol fosfato.


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Figura 16.12: Novos lipdeos so adicionados sempredo lado da membrana do retculo voltado para ocitossol. Com isso, s esse folheto tenderia a crescer.

A distribuio de lipdeos entre os dois folhetos

equilibrada pela enzima scramblase, que os distribui

pelos dois folhetos da bicamada lipdica.

Outros lipdeos, como a fosfatidiletanolamina, a fosfatidilserina e o fosfatidilinositol, so

sintetizados e acrescentados membrana dessa mesma forma.

A ao da scramblase tende a equilibrar o nmero de molculas em cada folheto da

bicamada e a homogeneizar os dois lados da bicamada, ipando os diversos tipos de fosfolipdeos

aleatoriamente. Entretanto, conforme comentamos na Aula 7, a bicamada lipdica da membrana

plasmtica assimtrica, isto , alguns tipos de lipdeos s so encontrados na face voltada para o

citossol, enquanto outros s existem no folheto voltado para o meio extracelular (Figura 16.13).

Figura 16.13: Assimetria da bicamada lipdica: a fosfatidilserina (negativa) s existe no lado voltado para ocitossol, e os glicolipdeos (hexgonos), s no lado externo.


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Essa assimetria resulta de uma outra classe de enzimas, as ipases. As ipases atuam na

membrana plasmtica e, seletivamente, viram fosfatidilserina e fosfatidiletanolamina do folheto

externo para o folheto voltado para o citossol. Enquanto as ipases gastam energia para realizar

a transferncia de fosfolipdeos entre os folhetos da bicamada, as scramblases se valem da prpria

energia da sntese.A incorporao de colesterol membrana tambm ocorre no retculo liso. A maioria do

colesterol vem pronto na dieta e s precisa ser disponibilizado (aguarde a Aula 20). Ele sintetizado

em apenas algumas clulas animais, principalmente hepatcitos. Apenas uma pequena parte

inserida na membrana do retculo liso. A maior parte secretada em associao com molculas

hidroflicas, servindo de precursor para vrios outros esteris. Nessas clulas, o domnio liso do

retculo muito mais abundante.

O retculo tambm responsvel pela sntese de outros lipdeos. Entre os mais importantes

temos as ceramidas, que so depois enviadas para o complexo de Golgi (prxima aula), ondeservem de precursoras de glicoesngolipdeos e a esngomielina.

A membrana plasmtica, a dos lisossomos, do complexo de Golgi, dos endossomas e a

prpria membrana do retculo so todas sintetizadas por ele. Alm disso, mitocndrias

e peroxissomos tambm dependem de lipdeos que so inicialmente sintetizados no retculo e

transferidos por protenas transportadoras especcas para as membranas dessas organelas (Figura

16.14). A partir dessa incorporao essas organelas crescem, podendo depois se dividir.

Figura 16.14: Mecanismode importao de fosfoli-

pdeos para a membrana

mitocondrial.

Como o material sintetizado sai do retculo endoplasmtico?

As novas protenas, solveis no lmen do retculo ou as transmembrana, inseridas na

membrana do retculo, saem dessa organela em vesculas. Essas vesculas no partem de qualquer

lugar do retculo. Parece haver uma regio de sada, os elementos transicionais, uma rea do retculo

onde se misturam os domnios liso e rugoso, capaz de fazer brotamento de vesculas, que se dirigemento ao complexo de Golgi e da para outros compartimentos. Ns vamos junto com elas!


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RESUMO

O retculo endoplasmtico uma rede contnua de membranas, ocupando

a maior parte do citoplasma, e tem domnios liso e rugoso.

Dentre as mais importantes funes do retculo endoplasmtico esto a

sntese de protenas de membrana e para secreo, no domnio rugoso; a

biognese da membrana, no domnio liso, e a manuteno da homeostase

de clcio.

Os ribossomos que fazem a sntese de protenas no citoplasma e os que

fazem a sntese associados ao retculo so os mesmos, o que muda so as

caractersticas da cadeia protica que est sendo sintetizada.

Os primeiros aminocidos da cadeia peptdica das protenas que devem

ser sintetizadas para dentro do retculo formam uma seqncia sinal que

reconhecida por um receptor citoplasmtico (SRP) que dirige o ribossomo

para o retculo.

No nal da sntese, a seqncia sinal cortada da cadeia protica, que ca

solta no lmen do retculo.

Protenas transmembrana, alm da seqncia de sinal que as dirige ao

retculo, tm uma seqncia hidrofbica de ancoragem que as prende

bicamada lipdica.

As membranas plasmtica e dos compartimentos que se comunicam,

como retculo, complexo de Golgi, endossomos e lisossomos, so montadas

no retculo endoplasmtico liso. Nesse processo, a membrana preexistente

aumenta de extenso porque a elas so acrescentados novos fosfolipdeos,

sintetizados a partir de precur-sores citoplasmticos.

Como os novos fosfolipdeos so todos acrescentados ao lado citoslico da

membrana do retculo liso, metade dos fosfolipdeos translocada para o

outro lado por scramblases.

J na membrana plasmtica, enzimas mais especcas, as ipases, translocam

seletivamente fosfatidilserina e fosfatidiletanolamina para o folheto

citoslico.

Os fosfolipdeos das membranas de mitocndrias e peroxissomos so

transportados um a um, a partir do retculo liso para a organela a que sedestinam.


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EXERCCIOS

1. Quais as funes do retculo endoplasmtico?

2. Por que dizemos que o retculo no rugoso e, sim, que est rugoso?

3. Qual a diferena entre ribossomos aderidos ao retculo e livres no citoplasma?

4. Como a seqncia de endereamento reconhecida?

5. Se os ribossomos aderem ao lado citoplasmtico da membrana do retculo como

a protena vai separar dele?

6. Como as protenas transmembrana atravessam a bicamada lipdica?

7. Qual o destino da seqncia sinal que direciona a protena para o retculo?

8. Como se formam as protenas multipasso?

9. Como so sintetizadas as bicamadas lipdicas?

10. Como feita a importao de lipdeos para a membrana mitocondrial?

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