Transporte de proteínas para o núcleo

Rodrigo Campos - 2014
Endomembranas
A grande maioria das proteínas são sintetizadas no citosol, mas nem todas agem ali. O
seu destino depende de uma sequência de aminoácidos, chamada sequência sinal (peptídeo
sinal – um sinal que a direciona para outro local; fica na extremidade da proteína). As
proteínas que não a possuem ficam no citoplasma e exercem sua função ali mesmo. As que a
possuem são direcionadas para outros compartimentos. É importante destacar que em alguns
tipos de transporte a sequência sinal é clivada ao fim do processo e em outros não.
OBS: Há também regiões-sinal, que marcam enzimas que devem ser direcionadas do Golgi
para os lissossomos. Ficam espalhadas pela proteína e geralmente não são clivadas.
- Transporte de proteínas para o núcleo:
O envelope nuclear possui poros, por onde as proteínas entram e saem. As pequenas
conseguem se difundir facilmente, mas as grande precisam ser transportadas ativamente.
Moléculas de RNA, que são sintetizadas no núcleo, e subunidades do ribossomo, que
são ali montadas, são exportadas para o citosol; todas as proteínas que atuam no núcleo são
sintetizadas no citosol e devem ser importadas.
. Importação:
O transportador de importação (destacar que há um transportador para importação e
outro para exportação) reconhece a sequência sinal da proteína e a leva até o núcleo através
dos poros.
No núcleo, a proteína RAN-GTP se liga ao transportador, gerando uma mudança de
conformação que libera a proteína.
Pronto! A proteína já está no núcleo, o objetivo foi cumprido. Mas há uma série de
processos ainda.
O transportador é somente de importação, portanto não tem sentido ele ficar dentro
do núcleo. Para ele sair, precisa estar ligado a RAN-GTP. Já no citoplasma, uma proteína
desacopladora retira a RAN-GTP. Pronto, o transportador de importação está livre no citosol
novamente. Mas ainda não acabou...
A RAN-GTP precisa voltar ao núcleo (pois é lá que ela age).Para isso, a RAN-GAP retira
um fosfato da RAN-GTP, que vira então RAN-GDP. Só assim a RAN volta para o nucleo. Já lá
dentro, A RAN-GEF troca o GDP por GTP, e a RAN-GDP volta a ser RAN-GTP.
Agora a exportação...
. Exportação:
O transportador de exportação reconhece a sequencia sinal e se se liga a proteína e
também a RAN-GTP (perceba que os 2 transportadores só saem do núcleo ligados a RAN-GTP,
daí a importância de ela estar no núcleo).
No citosol, a proteína é liberada. A RAN-GAP transforma a RAN-GTP em RAN-GDP, que
volta para o núcleo, onde a RAN-GEF vai transformá-la em RAN-GTP (mesmo processo da
importação). O transportador de exportação volta sozinho para o núcleo.
Conclusões:
- Tanto a proteína importada quanto a exportada NÃO perdem a sequencia sinal. O motivo
para isso é simples: na divisão celular, o envelope celular é desmontado. Com isso, as
proteínas saem do núcleo. A manutenção da sequencia sinal garante que todas elas voltem
para o núcleo quando o envelope for remontado!
- O transporte para o núcleo é pós-traducional – só ocorre após as proteínas terem sido
completamente sintetizadas;
- O transporte ocorre com as proteínas enoveladas corretamente.
- Transporte de proteínas para as mitocôndrias:
As proteínas são sintetizadas no citosol e dali seguem para as mitocôndrias.
Para isso, precisam atravessar várias membranas.
Para isso, são necessários diferentes transportadores.
Na membrana externa está o complexo TON; na membrana interna está o complexo TIM (que
divide-se em TIM 23 e TIM 22 – com funções diferentes, obviamente) e o complexo OXA.
O complexo TON reconhece a sequencia sinal e faz com que a proteína consiga a atravessar a
membrana externa.
Agora a proteína está no espaço intermembrana.
O TIM 23 puxa a proteína até a matriz mitocondrial. Lá ela sofre enovelamento e perde a
sequencia sinal.
(pausa para um conclusão importante: as proteínas que vão para a mitocôndria NÃO estão
enoveladas. Isso ocorre graças a proteínas chaperonas, que se ligam à proteína a ser
transportada, impedindo o seu enovelamento. Essas chaperonas serão importantes também
no retículo, portanto lembre-se delas.)
Quando a proteína perde a sequencia sinal, chaperonas se ligam novamente, impedindo o
enovelamento precoce e incorreto.
As proteínas podem ficar na matriz, exercendo lá a sua função, ou podem ir para a membrana
interna(exercendo sua função no espaço intermembrana). Nesse caso, elas possuem uma 2ª
sequencia sinal (que é hidrofóbica, se prendendo na parte hidrofóbica da membrana). O
complexo OXA leva a proteína da matriz para a membrana interna. Proteínas que são sintetizas
dentro da mitocôndria e que exercem sua função na membrana interna também são
transportadas pelo complexo OXA.
As proteínas multipasso (que passam várias vezes pela membrana) sofrem um processo
diferente. A proteína se liga ao complexo TOM e depois ao TIM 22 (ao invés do TIM 23!). Este
reconhece a 2ª sequencia sinal (com várias regiões hidrofóbicas, que diz que a proteína deve ir
para a membrana interna). A proteína é puxada e, conforme aparece uma região hidrofóbica,
ela se prende na membrana. Quando mais regiões hidrofóbicas, mais passagens pela
membrana a proteína vai ter.
OBS: no caso de proteínas de membrana, a 2ª sequencia sinal não é clivada.
Conclusões:
- O transporte é transmembrana.
- É pós-traducional.
- Ocorre com as proteínas não-enoveladas.
- Perde a sequencia sinal.
- Transporte para o Retículo Endoplasmático:
A proteína possui uma sequencia sinal que diz que deve ir para o RE.
A proteína PRS (partícula reconhecedora de sinal) reconhece a sequencia e se liga ao complexo
ribossomo + RNA + proteína, interrompendo a tradução e direcionando a proteína para a
membrana.
A proteína PRS se liga ao receptor PRS, na membrana, que leva complexo até uma proteína de
translocação. A proteína PRS se solta e a tradução volta. Conforme vai sendo traduzida, passa
para o lúmen do RE. Enquanto isso, a sequencia sinal é clivada e a proteína exerce sua função
ali mesmo.
As que exercem sua função na membrana possuem uma 2ª sequencia sinal, hidrofóbica, e as
multipasso têm várias regiões hidrofóbicas (como explicado anteriormente).
Controle de qualidade no RE:
As proteínas só saem do RE após esse controle. Checa se estão enoveladas corretamente.
A BIP impede o enovelamento da proteína. Um bloco de açúcar com 3 glicoses no final é
adicionado na região da asparagina, sendo que 2 dessas glicoses são perdidas.
A calnexina(uma chaperona) confere e auxilia no correto enovelamento. A ultima glicose é
perdida. O enovelamento é novamente conferido. Se estiver correto, a proteína sai do RE. Se
não estiver, uma glicosiltransferase adiciona outra glicose e o ciclo recomeça (a proteína passa
novamente pela calnexina, que confere o enovelamento...)
Se após algumas tentativas a proteína não conseguir ser enovelada corretamente, sai do
lúmen e vai para o citosol para ser degradada.
Conclusões:
- Transporte trasnmembrana
- Co-traducional
- Perde a sequencia sinal
- Transporte para o Golgi:
O transporte a partir do RE para o Golgi e deste para a membrana é intermediado por vesículas
de transporte através de ciclos de brotamento e fusão de vesículas. Lembre-se que, para sair
do RE, a proteína deve estar corretamente enovelada e montada.
As proteínas, para sairem do RE, não necessitam de uma sequencia sinal, mas as que são
residentes do lúmem do RE precisam. Elas possuem uma sequencia KDEL, que permite a
recuperação das proteínas que devem ficar no RE mas que escapam em vesículas de
transporte em direção a face cis do Golgi (lembrando que o Golgi tem uma face cis e uma
trans). Essas face cis possui uma proteína receptora que reconhece a sequencia KDEL e
empacota a a proteína em vesículas especiais que voltam para o RE. Esse receptor só se liga a
sequencia em um pH especifico. No golgi, o pH é mais ácido que no RE. Isso aumenta a
afinidade do receptor com a sequencia. Como no RE o pH é mais básico, a proteína se solta do
receptor, passando a exercer ali sua função.
As proteínas que voltam do Golgi para o RE possuem revestimento de COP I
As proteínas que vão para o Golgi são revistidas de COP II. Entram no compartimento cis e são
transportados até o trans, onde são enviadas para seus destinos finais, através das vesículas de
transporte.
- Transporte para o lisossomo:
O lisossomo possui pH ácido, mantido por uma bomba de prótons. Isso é importante para que
as hidrolases possam agir com máxima eficiência.
As proteínas que devem ir para o lisossomo são marcadas com manose 6-fosfato, que são
reconhecidas por receptores na face trans do Golgi. Assim, ligam-se às hidrolases lisossomais e
ajudam a empacotá-las em vesículas transportadoras específicas, que brotam da rede trans e
se fundem com o endossomo tardio, entregando seu conteúdo na luz dessa organela.
O ph no endossomo é mais ácido. Assim, o receptor se dissocia da hidrolase. Após isso, o
receptor volta para a face trasn do Golgi através de vesículas que brotam dos endossomos
tardios.
As vesículas que vão do Golgi para o lisossomo são revestidas por clatrina.
- Transporte para a membrana plasmática:
Proteínas de membrana e lipídeos são transportados por vesículas que se fundem com a
membrana plasmática (exocitose).
Essa é a via constitutiva (a vesícula vai pra membrana para já ser exocitada). Algumas células
possuem uma 2ª via secretora, na qual as proteínas e outras substâncias são armazenadas
inicialmente em vesículas secretoras, para serem liberadas mais tarde. Essas vesículas são
formadas por brotamento a partir da rede trans do Golgi e liberam seu conteúdo para o
exterior da célula em resposta a sinais extracelulares. Essas é a via regulada, encontrada em
células especializadas na secreção de produtos como hormônios, neurotransmissores...
O último passo na via secretora regulada é o estímulo para a liberação da exocitose. O sinal é
geralmente um mensageiro químico, como um hormônio.
Quando a vesícula se funde com a membrana plasmática (quando recebe o sinal), a sua
membrana se torna parte das membrana plasmática. Logo depois ela é removida e as
proteínas de membrana da vesícula voltam para a rede trans do Golgi, sendo reutilizadas.
Obs: Clatrina: A montagem da camada de clatrina nas vesículas possui 2 funções: ela fornece
força para pucar a membrana para o brotamento e auxilia na captura de receptores específicos
de membrana e as moléculas ligadas a ele.
Adaptinas são necessárias para ligar a cobertura de clatrina na membrana e reter vários
receptores protéicos transmembrana, que por sua vez capturam, para dentro da vesícula,
moléculas específicas para serem transportadas. A dinamina estrangula a vesícula, permitindo
que seja liberada.
OBS: As vesículas devem ser altamente seletivas em relação a membrana com a qual se
fusionarão. Isso envolve as SNARES, que existem em conjuntos complementares v-SNARE, na
membrana da vesícula, e t-SNARE, na membrana da célula alvo.
Proteínas Rab conferem se o reconhecimento entre a v e a t-SNAREestá correto.
As proteínas Rab se ligam a superfície da vesícula em brotamento. Quando ela encontra a
membrana alvo-correta, a ligação entre a v e a t-SNARE faz com que a vesícula permaneça
ligada por tempo suficiente para permitir à proteína Rab hidrolisar o GTP a ela ligado, o que
prende a vesícula na membrana alvo, preparando para a fusão que segue.
OBS: Revestimento de COP II: Sar I fica livre no citosol, ligada a GDP. Devido a um sinal, GEF
troca GDP por GTP. Essa troca gera um mudança conformacional que faz com que Sar I
exponha uma cauda hidrofóbica que se liga a molécula a ser transportada. Isso permite que
Sar I ligue-se a COP II e a molécula. COP II forma um formato vesicular. Sar I hidrolisa GTP,
ligando a GDP.