Cell Biology@Yale

Conteúdo da palestra

Introdução

O caminho secreto nas células eucarióticas é usado para enviar proteínas e lipídios para a membrana plasmática e certas organelas ligadas à membrana e para libertar material fora da célula. Existem dois tipos de secreção: a constitutiva e a regulada. A secreção constitutiva é a via padrão e é usada principalmente para repor o material na membrana plasmática e em certas organelas ligadas à membrana. A secreção regulada termina em vesículas secretoras que armazenam o material secretado até que um sinal desencadeie a fusão com a membrana plasmática. Ambos os tipos de secreção usam o mesmo caminho, mas as sequências de sinal desviam as proteínas para o caminho regulado. As células também recuperam o material da membrana plasmática através da endocitose. Este material pode ser reciclado para a membrana plasmática ou degradado no lisossoma.

Princípios da Via Secreta

Proteínas e lipídios são sintetizados no ER e depois transportados para o Golgi. As proteínas são classificadas no Golgi e enviadas para a membrana plasmática, lisossoma ou vesículas secretoras. O transporte de proteínas e lipídios entre os compartimentos ligados à membrana é mediado por vesículas que brotam de um compartimento e depois se fundem com o compartimento subsequente. Coelhos, amarras e SNAREs aumentam a probabilidade de que as vesículas se fundam com a membrana alvo correta. As células mantêm a integridade e funcionalidade das ER e Golgi, inibindo as proteínas residentes de entrar nas vesículas e recuperando as proteínas que escapam.

Glycosylation

Glycosylation é a ligação covalente dos açúcares às proteínas que acontece com a maioria das proteínas nas ER. A glicosilação ajuda as proteínas a dobrarem-se, visa proteínas a organelas específicas (por exemplo lisossoma), e inibe a proteólise. Além disso, muitas proteínas na superfície das células e na matriz extracelular que envolve as células são fortemente glicosiladas para uma variedade de fins biológicos.

N-linked glycosylation occurs in the ER and involves the addition of a group of 14 sugars to the amine group of asparagines. Os grupos contêm uma mistura de N-acetilglucosamina, manose e glicose. Os resíduos de glicose são removidos nas Urgências antes de a proteína ser transportada para o Golgi. No Golgi as cadeias laterais de açúcar podem ser modificadas adicionando diferentes açúcares.

A glicosilação ligada ao O é a segunda forma e envolve a adição de açúcares às serinas ou às treoninas. A glicosilação O-linked começa provavelmente no Golgi pela adição de um único açúcar. Outras enzimas adicionam açúcares em grupos de dois e as cadeias laterais do açúcar podem tornar-se extremamente longas.

O complexo Golgi é uma pilha de cisterna de membrana com composições bioquímicas únicas. As cisternas são geralmente chamadas cis, rede medial, trans e trans-Golgi com proteínas que entram nas cis do ER e saem do TGN. As cisternas parecem conter um conjunto único de enzimas que modificam as cadeias laterais do açúcar nas proteínas. Por exemplo, a manose é removida principalmente na cisterna medial enquanto que a galactose é adicionada na cisterna trans.

Transporte Vesicular

Transporte entre compartimentos de membrana é mediado por pequenas vesículas. As vesículas contêm uma camada proteica que impulsiona a formação de vesículas e recruta proteínas para as vesículas. As vesículas são orientadas para o compartimento correcto através de uma combinação de proteínas de Rab e SNAREs. Os coelhos são uma grande família de pequenas proteínas de ligação GTP, e cada compartimento de membrana no caminho secreto parece conter uma proteína de coelho única. As SNAREs são proteínas em vesículas e compartimentos de membranas que se emparelham para mediar a fusão. SNAREs compreendem outra grande família de proteínas e diferentes compartimentos que provavelmente contêm proteínas únicas SNARE.

Formação de vesículas

Formação de vesículas do ER é mais claramente entendida e servirá como um exemplo de como as vesículas se formam. O mecanismo é provavelmente semelhante para outros compartimentos. A montagem de um revestimento proteico impulsiona a formação e a montagem do revestimento começa com a ligação da pequena proteína de ligação GTP Sar1. Sar1-GTP associa-se ao ER e insere uma pequena hélice no folheto externo do bocal da membrana do ER para iniciar a curvatura da membrana. Sar1-GTP recruta dois outros conjuntos de proteínas que compõem a capa da vesícula: o complexo Sec23-Sec24 que se liga às proteínas de carga e o complexo Sec13-Sec31 que ajuda a impulsionar a formação da vesícula. A seleção da carga para a maioria das proteínas requer uma seqüência de sinais que interage com o complexo Sec23-24. Proteínas solúveis dentro do lúmen do associado da ER com receptores de carga que contêm uma sequência de sinal que liga o Sec23-Sec24. O complexo de revestimento que envolve vesículas do ER é chamado de COP II.

Vesículas alvo para o Compartimento Correcto

Dois conjuntos de proteínas aparecem para ajudar as vesículas a fundir-se com a membrana alvo correcta. Um conjunto envolve amarras que localizam os compartimentos da membrana alvo e interagem com os componentes do revestimento da vesícula. Várias amarras diferentes foram identificadas nas células e cada uma parece localizar-se em um compartimento distinto. As amarras formam estruturas que se afastam da membrana do compartimento para dentro do citosol. Isto pode ajudar as amarras a interagir com as vesículas que chegam do compartimento da membrana anterior.

Um segundo conjunto de proteínas que ajuda a visar correctamente a vesícula para a membrana apropriada são as SNAREs. As SNAREs também medeiam a fusão entre as membranas. As vesículas contêm uma proteína SNARE (vSNARE) e os compartimentos de membrana contêm 2 a 3 proteínas SNARE (tSNAREs). As proteínas SNARE em vesículas e compartimentos de membranas interagem com a especificidade. As células animais expressam 35 proteínas SNARE diferentes, mas apenas determinados conjuntos de SNAREs interagem entre si. Ao localizar as SNAREs que interagem apenas com as vesículas e sua membrana alvo, as células asseguram que as vesículas se fundem com sua membrana alvo correta.

Fusão da Membrana

Proteínas SNARE intermediam a fusão entre as vesículas e seu compartimento de membrana alvo. As proteínas SNARE contêm regiões longas que formam estruturas helicoidais. Os domínios helicoidais em vSNAREs e tSNAREs interagem e aparecem com zíper para cima. A energia liberada através do emparelhamento completo de vSNAREs e tSNAREs é pensada para impulsionar a fusão entre a membrana da vesícula e a membrana do compartimento, embora o mecanismo exato permaneça pouco claro.

Algumas vesículas encaixam em sua membrana alvo, mas não se fundem. Por exemplo, as vesículas secretas armazenam proteínas e outras pequenas moléculas até que a célula seja sinalizada para libertá-las. Algumas vesículas secretoras acoplam-se na membrana plasmática através da interação de vSNAREs e tSNAREs, mas as SNAREs são impedidas de emparelhar completamente para impulsionar a fusão da membrana. Sinais externos provocam a remoção da inibição do emparelhamento, permitindo que as vesículas se fundam com a membrana plasmática.

Proteína de classificação na rede trans-Golgi

Upon atingindo a rede trans-Golgi, a maioria das proteínas são direcionadas ao seu destino final. A via padrão parece ser o transporte para a membrana plasmática, já que a membrana plasmática precisa substituir continuamente lipídios e proteínas. Outras proteínas são classificadas em lisossomas e vesículas secretoras. O sinal para enviar uma proteína para o lisossoma envolve a cadeia lateral do açúcar. A maioria das proteínas lisossômicas contém manose 6-fosfato que é adicionada no cis-Golgi. O receptor que liga a manose 6-fosfato reside na rede trans-Golgi e recruta proteínas do revestimento para a rede trans-Golgi. A clatrina forma a camada ao redor dessas vesículas, e as vesículas acumulam proteínas lisossômicas antes de brotarem da rede trans-Golgi. Estas vesículas se fundem com endossomos. A luz dos endossomos tem um pH baixo, fazendo com que o receptor de manose 6-fosfato se dissocie das proteínas lisossômicas. O receptor de manose 6-fosfato é devolvido à rede trans-Golgi e a vesícula contendo as proteínas lisossômicas amadurece em um lisossomo funcional.

algumas proteínas são classificadas em vesículas secretas que armazenam estas proteínas até que a célula seja sinalizada para liberá-las. O mecanismo pelo qual as proteínas são classificadas em vesículas secretas já que estas proteínas não compartilham uma seqüência comum de sinal de classificação.

Endocitose

Células não só liberam material para o ambiente externo mas também absorvem material do exterior da membrana plasmática através da endocitose. Existem várias formas de endocitose.

Fagocitose permite que algumas células (macrófagos, neutrófilos) se engolam e absorvam partículas grandes como microorganismos e células mortas. A fagocitose envolve a protrusão da membrana plasmática ao redor da partícula. A protrusão é impulsionada pela polimerização da actina. A membrana plasmática eventualmente envolve a partícula e os fusíveis para envolvê-la completamente e formar uma grande vesícula endocítica.

Pinocitose forma vesículas muito menores (~ 100 nm) e permite que as células absorvam pequenas quantidades de fluido extracelular e porções da membrana plasmática. Uma forma de pinocitose é a endocitose mediada por clatrina que permite que as células absorvam proteínas específicas da superfície celular.

A endocitose mediada por clatrina começa com a formação de fossa na membrana plasmática. A fossa é circundada no lado citoplasmático por proteínas adaptadoras que ligam a clathrina à fossa. Os adaptadores também interagem com as proteínas da membrana plasmática que são alvo de endocitose. A fossa pode acomodar ~ 1000 proteínas. A polimerização da clatrina impulsiona a formação de uma vesícula que eventualmente se afasta da membrana plasmática. A dinamina GTPase catalisa a reação de pinçamento. As vesículas revestidas de clatrina se fundem com endossomos onde o baixo pH dissocia os ligandos dos receptores. Algumas proteínas são então retornadas à membrana plasmática enquanto outras são direcionadas ao lisossomo onde são degradadas.

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