Tráfego selectivo de proteínas para o nucleo

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Tráfego selectivo de proteínas para o nucleo

  1. 1. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUC Tema 5 – Tráfego Selectivo de Proteínas 1. Introdução Os compartimentos intracelulares distinguem-se pela sua morfologia e estrutura e,portanto, possuem um conjunto próprio de ferramentas moleculares para realizaremdeterminadas funções. As proteínas são essenciais para o desempenho destas funções (especialização funcional).Exceptuando algumas poucas proteínas sintetizadas nas Mitocôndrias e Plastídeos, todas asoutras são sintetizadas por ribossomas livres no citosol ou ligados ao Retículo Endoplasmático. Uma célula animal típica contém cerca de 10 biliões de proteínas, das quais 10.000 a20.000 desempenham funções distintas. Todas estas proteínas têm de chegar ao destinocorrecto para que a célula funcione. Os mecanismos envolvidos no transporte intracelular dasproteínas e na sua correcta distribuição pelos compartimentos a que pertencem constitui oTráfego Selectivo de Proteínas ou Segregação de Proteínas. A maioria das proteínas são sintetizadas nosribossomas citosólicos e muitas permenecem no citosol. Outras podem ter outros destinos: - Exportação (via secretora) - Incorporação em compartimentos intracelulares - Integração em membranas COMO SE EXPLICA O TRÁFEGO SELECTIVO DE PROTEÍNAS, OU SEJA, QUE UMADADA PROTEÍNA, APÓS A SUA SÍNTESE, SAIBA PARA ONDE SE DEVE DIRIGIR? As proteínas contêm na própria cadeia polipeptídica informação sobre que destinotomar. As cadeias de aminoácidos responsáveis por esta informação designam-se por sinais dedistribuição/ transferência, que funcionam como “código postal” que envia a proteína ao seudestino celular. Cada organelo apresenta um conjunto de proteínas receptoras aos quais seligam apenas alguns tipos de sequências sinalizadoras especificas. As proteínas que residem nocitosol não têm esta sequencias sinal. 1 Tema 4 - Biomembranas
  2. 2. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUC 2. Tipos de sinais de endereçamento nas proteínasExistem dois tipos de SINAIS DE ENDEREÇAMENTO: (A) – Sequências sinais – consistem nas sequências de sinal que existem em qualquer uma das extremidades da proteína (grupo amina e grupo carboxílico) que podem ser reconhecidos ate quando a proteína possuí a sua organização final. (B) – Configurações sinais – os sinais encontram-se intercalados e, assim, irreconhecíveis, mas quando a proteína se organiza, os sinais ficam justapostos e já reconhecíveis pelas proteínas receptoras. O que interessa é a organização final da proteína.SEQUÊNCIAS SINALIZADORAS 2 Tema 4 - Biomembranas
  3. 3. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUC 3. Mecanismo de transporte de proteínasO transporte de proteínas pode ser de dois tipos: - Transporte pós-traducional – Relativo às proteínas cujo destino é o núcleo, asmitocôndrias, os cloroplastos e os peroxissomas. A proteína é sintetizada no citoplasma, emribossomas e, após a transcrição estar completa, dá-se o seu transporte. - Transporte co-traducional – Relativo às proteínas cujo destino é a membranaplasmática, vesiculas secretoras, endossomas ou lisossomas. Neste caso, as proteínas sãosintetizadas e incluídas simultaneamente no interior de um organelo com o qual os ribossomasestão em contacto e que depois as movimenta. TRANSPORTE DE PROTEÍNAS: - Poros nucleares – estes poros funcionam como portões selectivos com as proteínas que se movem do citosol até ao núcleo - Transporte transmembranar – as proteínas atravessam a membrana de um organelo através de translocadores proteicos transmembranares - Transporte vesicular – transporte de proteínas em vesículas 3 Tema 4 - Biomembranas
  4. 4. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUCTransporte vesicular entre compartimentos intracelulares (topologicamenteequivalente mas sem continuidade espacial) As proteínas cujos destinos finais são o complexo de Golgi, lisossomas e a superfície celular são transportadas através de pequenas vesículas (que brotam da membrana do compartimento, como uma pequena gema) e transportam a proteína no seu interior. A libertação de proteínas ocorre por fusão da vesícula com o compartimento alvo. 4. Transporte Núcleo – Citoplasmático 4 Tema 4 - Biomembranas
  5. 5. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUCACUMULAÇÃO SELECTIVA DE PROTEÍNAS NO NÚCLEO – SINAL DE LOCALIZAÇÃO NUCLEARSinal de localização nuclear (NLS) – sinal responsável pelo transporte de proteínas para onúcleo. Ou seja, se este sinal for acrescentado a uma proteina, esta será encaminhada para onúcleo. Experiência demonstrativa da função do “sinal de localização nuclear (NLS)”Um sinal de localização nuclear: Antigene T – proteína que inicia a replicação do DNA viral nascélulas infectadas. (A) – A cadeia normal de Antigene T contém lisina. Como tal, a proteína foi importada para o seu local de acção o núcleo (B) – A cadeia foi alterada, foi substituída uma lisina por trionina, portanto a proteína permaneceu no citosolSINAIS CARIOFÍLICOS As proteinas que existem no núcleo (laminas, histonas), apesar de se encontraremneste compartimento são sintetizadas no citosol. São transportadas com a sua conformaçãofinal pois os poros por onde passam são suficientemente grandes. Algumas proteinas que vãopara o núcleo permanecem, enquanto outras regressam ao citosol, seguindo depois para onúcleo e assim sucessivamente. O destino das proteinas é determinado por sinais cariofílicos ou sinais de localizaçãonuclear (sinais de endereçamento), que não são rigorosamente iguais para todas as proteinas,apesar de terem características comuns. Podem ser constituídos por uma cadeia ininterruptade aminoácidos ou por varias cadeias pequenas, intercaladas por cadeias de aminoácidos nãopertencentes ao sinal, que conferem à proteína um certo arranjo que lhes permite seremreconhecidas e, desta forma, transpor a membrana. No sinal cariofílicos existe sempre lisina e arginina, aminoácidos básicos carregadospositivamente. 5 Tema 4 - Biomembranas
  6. 6. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUC - Proteínas importadas para o núcleo possuem um Sinal de Localização Nuclear (NLS) - Proteínas exportadas do núcleo possuem um Sinal de Exportação Nuclear (NES) –sequência de aminoácidos rica em leucina - para além do NLSCARACTERÍSTICAS DO TRANSPORTE DE PROTEINAS PARA O NÚCLEO - A proteína é sintetizada por ribossomas livres no citosol - transporte pos-traducional - O transporte da proteína dá-se atraves de um “canal” hidrofílico (poro nuclear) –uma vez que o citosol e o núcleo são topologicamente semelhantes - A proteína é transportada na sua conformação final (terciária) uma vez que os porossão suficientemente grandes - O sinal cariofílico não é clivado (retirado) após a entrada da proteína no núcleo –Isto é importante visto que, durante a mitose, o núcleo vai desorganizar-se e as proteinas vãoficar espalhadas no citosol. Para elas regressarem ao núcleo, depois da divisão celular,necessitam do sinal. Caso este tivesse sido clivado, a proteina já não poderia regressar. - O transporte da proteína requer energia (GTP) 6 Tema 4 - Biomembranas
  7. 7. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUC 5. Receptores de importação nuclear – Importinas O sinal de localização tem de ser reconhecido por proteinas receptoras de importaçãonuclear, importinas, que são diferentes para proteinas com diferentes sinais cariofílicos. Para otransporte de uma proteína funcionam várias importinas. As importinas têm uma forma em“S” e possuem uma região responsável pelo reconhecimento das proteinas e outraresponsável pela sua ligação às nucleopurinas. Algumas proteinas para que sejam transportadas não são reconhecidas directamentepelas importinas, pelo que entre elas existe uma proteína adaptada (semelhante àsimportinas) que possui um receptor para o sinal cariofílico da proteína e o seu próprio sinalcariofílico para ser reconhecido pela importina. Na exportação o mecanismo é semelhante, existem sinais de exportação nuclear eexportinas, proteinas receptoras de exportação nuclear. Uma importina ou exportina, após se ligar a uma proteína e transportá-la ao seudestino, regressa ao citosol ou ao núcleo, respectivamente para captar mais proteinas. 7 Tema 4 - Biomembranas
  8. 8. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUC 6. A proteína Ran regula o transporte núcleo-citoplasmático Este transporte, importação e exportação, necessita de energia, que é obtida atravésda hidrólise de GTP a GDP, efectuada por proteinas enzimáticas (GTPases), Ran GTP. Por seremconstituídas apenas por uma unidade, designam-se por proteinas Ran. Possuem uma zona coma qual se ligam ao GTP ou ao GDP. A actividade da proteína Ran é regulada por duas proteinaslocalizadas junto aos poros nucleares. Quando se dá a mudança de GTP para GDP ou ocontrário, ocorrem estímulos na proteína (Ran) por parte de outras proteinas, a Ran-GAP e aRan-GEF. A Ran-GAP encontra-se ligada às fibrilas citoplasmáticas e é responsável por estimulara Ran-GTP a hidrolisar a GTP. Assim, a Ran-GTP muda de forma tornando-se Ran-GDP,ocorrendo libertação de uma molécula de fósforo (P). Quando a GDP entra no poro encontra a Ran-GEF, localizada no nucleoplasma, estainterage com a Ran-GDP, libertando o GDP, deixando que a Ran se ligue ao GTP (livre),formando uma nova Ran-GTP Assim, no núcleo existe fundamentalmente Ran-GTP e no citosol Ran-GDP. A existência de proteínas estimuladoras, como a Ran-GAP e a Ran GEF, é muitoimportante. Se elas não existissem, cada vez que as Ran se ligassem ao GTP hidrolisavam-naimediatamente, quando este processo só deveria ocorrer fora do núcleo, no citosol, para que aenergia libertada desse o seu contributo para a realização do transporte núcleo-citoplasmático. EM SÍNTESE … 8 Tema 4 - Biomembranas
  9. 9. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUC7. Importação de proteínas cariofílicas1- Existe uma proteína sintetizada no citosol, que possui um sinal cariofílico indicador de que esta tem de ser transportada para o núcleo2- A proteína receptora, importina, vai encarregar-se deste transporte. Esta reconhece o sinal e liga-se à proteína formando o complexo importina/cargo (proteína)3- Só o complexo importina/cargo é que poderá atravessar o poro. Vai-se ligando e desligando às nucleoporinas das fibrilas nucleoplasmáticas, deslocando-se assim até ao interior do poro4- Já no interior do núcleo o complexo (importina) liga-se a uma proteína Ran-GTP, libertando-se automaticamente o cargo (proteína). Forma-se o complexo importina/Ran-GTP5- O complexo Importina + Ran-GTP é exportado para o citosol e, à saída dos poros, a Ran-GTP é estimulada a hidrolisar o seu GTP quando contacta com a Ran-GAP6- A transformação de Ran-GTP em Ran-GDP obriga à libertação da importina, a qual fica pronta para uma nova importação7- A Ran-GDP retorna ao núcleo onde a Ran-GEF induz a troca do seu GDP por GTP, tornando a proteína Ran novamente activa 9 Tema 4 - Biomembranas
  10. 10. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUCPAPEL DA PROTEÍNA RAN NA LIBERTAÇÃO E LIGAÇÃO DO CARGO 8. Exportação de proteínas cariofílicas 1- As exportinas entram livres no núcleo. Quando se ligam à Ran-GTP ficam com grande afinidade para com a proteína a exportar. Forma-se assim, o complexo exportina/cargo (proteína) /Ran-GTP 2- O complexo atravessa o poro de nucleopurina em nucleopurina 3- No citosol encontra a Ran-GAP. Esta vai estimular a hidrólise do GTP, mudando a Ran- GTP d forma, separando-se do complexo. Automaticamente o cargo também se liberta. 10 Tema 4 - Biomembranas
  11. 11. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUC4- O cargo já se encontra no seu destino, a exportina regressa ao núcleo para transportar mais cargos. A Ran-GDP também regressa a núcleo, onde encontra a Ran-GEF que vai estimular a troca do GDP pelo GTP, formando-se novamente Ran-GTP9. Comparação entre importação e exportação 11 Tema 4 - Biomembranas

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