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Compartimentos intracelulares e endereçamento
FFI0710- Biologia Molecular e Celular II IFSC, 2015
Célula endotelial bovina corada: verde, membranas do RE; em laranja, mitocôndrias
Mecanismos de importação pelas organelas
O destino de uma proteína sintetizada no citosol depende
de sua seqüência de aminoácidos;
Sinal de distribuição
Se não há sinal: residem no citosol; Sinais diferentes podem direcionar p/:
núcleo, mitocôndrias, cloroplastos, peroxissomos ou RE.
Visão geral da principal via de distribuição de proteínas em células eucarióticas
Como a proteína pode ser importada ?
1. Transporte mediado: as proteínas se movimentam entre o citosol e o núcleo por meio dos poros nucleares (funcionam como portões seletivos).
2. Transporte transmembrana: proteínas translocadoras transportam diretamente proteínas entre citosol-organelas.
3. Transporte vesicular: carregam proteínas a partir do RE.
Todos requerem energia!
Qual o compartimento destino?
Seqüência sinalizadora (15 a 60 aminoácidos)
Sinal de distribuição típico.
Freqüentemente é removido após a síntese
As seqüências-sinal que especificam o mesmo destino podem variar.
Propriedades físicas mais importantes
que a seqüência exata.
Região sinalizadora
Arranjo específico tridimensional de átomos na superfície protéica. Persistem após a síntese.
Podem direcionar para o núcleo e
lisossomos, p.e.
Transporte mediado: citosol-núcleo
• Envelope nuclear: 2 membranas concêntricas.
O envelope nuclear é perfurado por POROS NUCLEARES
Formam canais para o trânsito de macromoléculas
Entram: proteínas nucleares Saem: RNAm maduros (mRNPs= complexo mRNA+proteínas) e
subunidades ribossomais, tRNAs
Seqüência-sinal = 1 ou 2 seq. curtas contendo várias K ou R Sinal de localização nuclear
Micrografia eletrônica de varredura (criofratuta) de uma ponta de raiz de cebola mostrando o núcleo e
os poros nucleares.
Fonte:http://www.bioweb.wku.edu
Complexo do poro nuclear (NPCs) (~80 milhões de Daltons nos vertebrados;
˜50 diferentes proteínas em múltiplas cópias) cél. típica de mamífero: 3 a 4 mil NPCs
www.scripps.edu/~stoffler/proj/NPC/npc.html
Anel distal
Cesta nuclear
Fibrilas citoplasmáticas
Anel nuclear
Domínio luminal
Membrana int.
Membrana ext. Anel citoplasmático
Membrana nuclear externa
Membrana nuclear interna Espaço perinuclear RE
Complexo poro nuclear
Modelo simplificado de translocação via NPC
a) Esquema do NPC. NE, nuclear envelope; CF, cytoplasmic filament; NF, nuclear filament. The FG-surface is formed by FG nucleoporins. b) Ions and small neutral proteins can pass via the selective filter by diffusion. c) Large molecules or complexes penetrate via NPC only within transport complexes. REVIEW: Nucleocytoplasmic Transport of Proteins (DOI: 10.1134/S0006297907130032)
Destino: núcleo
A interação de sinais de localização nuclear com o poro nuclear requer auxílio de
Receptores de importação nuclear (importinas)
Ligam-se ao sinal de localização nuclear Receptores ajudam a direcionar a proteína
por interação com as nucleoporinas.
A transferência utiliza energia da hidrólise do GTP
Mudanças conformacionais da
importina-β
Structure, Vol. 16, Issue 6, Pages 906–915, 2008.
Ran é a GTPase que dirige o transporte
Transporte citoplasma-núcleo
Volume 11, Issue 12, 2001, Pages 497–503
Antonin, W. “Don’t get stuck in the pore". The EMBO Journal (2013) 32, 173 - 175 doi:10.1038/emboj.2012.338
AS NUCLEOPORINAS FG
Como a proteína pode ser importada para organelas?
1. Transporte mediado: citosol-núcleo através dos poros nucleares que funcionam como portões seletivos.
2. Translocadores protéicos: proteínas translocadoras transmembrana transportam diretamente proteínas entre citosol-organelas.
3. Transporte vesicular: carregam
proteínas a partir do RE.
Proteína precurssora
Hsp 70 citosólica
Seqüência de direcionamento p/ a matriz
• As proteínas estão desdobradas para entrar;
• possuem uma seq.-sinal, geralmente clivada após a translocação;
• as seq-sinais são necessárias e suficientes para importação;
• O transporte a um sítio específico na
organela requer outra sequência-sinal;
Destino: mitocôndria e cloroplastos
Receptor de importação
Espaço intermembranas
citosol
Matriz mitocondrial
Poro principal de importação
Proteína precurssora
Hsp 70 citosólica
Seqüência de direcionamento p/ a matriz
Seqüência de direcionamento
clivada proteína
ativa
Sítio de contato
Importação de proteínas para o interior da matriz mitocondrial
Protease de processamento da matriz
Hsp70 da mitocondrial
Setas identificam locais de contato entre a membrana externa e interna na
mitocôndria
Destino: Retículo Endoplasmático (RE)
• Porta de entrada p/ : Golgi, endossomos, lisossomos e secreção;
• Recebe 2 tipos de proteínas do citosol:
– Hidrossolúveis, que são completamente translocadas pela membrana do RE e liberadas no lúmen.
– Transmembrânicas, que são parcialmente translocadas pela membrana do RE e tornam-se embebidas nela.
As proteínas geralmente entram enquanto são sintetizadas... (co-traducional)
A seqüência-sinal é guiada
1. Por uma partícula
reconhecedora de sinal (PRS ou SRP) presente no citosol, liga-se à sequência-sinal de RE exposta
2. Até o receptor de SRP,
embebido na membrana do RE.
Há sítios moleculares de posicionamento conectando os ribossomos que estão sintetizando proteínas aos canais de translocação disponíveis.
Síntese de proteínas solúveis e seu transporte co-traducional através da membrana do RE
(Partícula reconhecedora de sinal)
Seqüência sinal
citosol
Mammalian Sec61 Complex in: Science. 2009; 326(5958): 1369–1373.
doi: 10.1126/science.1178535
= protein conducting channel
Síntese de proteínas transmembranas na bicamada lipídica do RE
Nem todas as proteínas que entram no RE são liberadas no lúmen... Algumas permanecem na membrana do RE (ou outras organelas)
unipasso multipasso
Modelo de translocação de proteína transmembrana unipasso
Síntese e inserção na membrana do RE das proteínas unipasso do tipo II
citosol
Sequência sinal-âncora interna
Lúmen do ER
Experimentos com microssomos
Algumas proteínas são presas à membrana por uma âncora fosfolipídica
Glicosilfosfatidilinositol
(GPI)
Transporte vesicular: visão geral das vias
secretora e endocítica de distribuição de
proteínas
Qual o caminho das proteínas a partir do
RE? Como são carregadas?