Sistema de Endomembranas, Síntese Protéica e Síntese de Lipídios, Fosfolipídios e Esteróides

1. Sistema de Endomembranas

O Sistema de Endomembranas é um dos maiores compartimentos celulares. É composto por cisternas, sáculos e túbulos que se comunicam através de vesículas transportadoras.

Uma vesícula transportadora brota da membrana da organela doadora, trafega pelo citosol e se funde na membrana da organela receptora; deste modo, não só o conteúdo da vesícula, mas também a sua membrana, são transferidos à organela receptora.

As organelas que compôem o Sistema de Endomembranas são formadas por membranas bilipídicas similares à Membrana Plasmática.

São elas: Retículo Endoplasmático Rugoso, Retículo Endoplasmático Liso, Complexo de Golgi, Endossomas, Lisossomas e Peroxissomas.

A parte externa da membrana de cada organela, relacionada com o Citosol, é chamada face citosólica e a interna, face luminal.

Renovação das estruturas celulares

A célula está constantemente renovando seu sistema de endomembranas.

A permanente produção de membranas tem como objetivo suprir as demandas funcionais, renovar as membranas desgastadas pelo envelhecimento ou duplicá-las antes da mitose.

Para isto é necessário a síntese de lipídios, proteínas e hidratos de carbono.

Estas moléculas se incorporam à membrana do Retículo Endoplasmático (RE); à medida que o sistema de endomembranas se desenvolve, porções do RE se desprendem, na forma de vesículas que se fundem a outras organelas membranosas.

Algumas proteínas de membrana são sintetizadas no citoplasma e transferidas para organelas específicas.

A. Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)

É composto por uma rede tridimensional de túbulos e cisternas interconectados, que vai desde a membrana nuclear (a cisterna do RE é contínua com a cisterna perinuclear) até a membrana plasmática.

É dividido em dois setores: RERugoso — com poliribossomas aderidos à face citosólica — e RELiso — que além de não possui polirribossomas aderidos, apresenta diferente composição protéica e enzimática de sua membrana e conteúdo.

A ligação de polirribossomas à superfície citosólica do RER é feita através de proteínas integrais:

Docking protein (partícula receptora de reconhecimento de sinal)
Riboforinas I e II (proteínas receptoras do ribossoma)
Proteína do Poro

A presença de polirribossomas no RER possibilita sua função: síntese de proteínas.

Por isto, ele é tão desenvolvido em células com intensa síntese protéica, destinada à exportação ou a organelas com membrana.

Além disso, o RER também participa de modificações pós-traducionais protéicas: sulfatação, pregueamento e glicosilação.

B. Retículo Endoplasmático Liso (REL)

As células que possuem REL mais desenvolvido realizam intensa atividade de síntese de esteróides, colesterol e triglicérides, armazenam glicogênio ou possuem atividade de desintoxicação (ex.: hepatócito).

As enzimas necessárias ao metabolismo de lipídios e açúcares estão associadas à membrana do REL ou em seu lume. Além disso, o REL tem importante função no controle do Ca2+ intracelular.

Nas fibras musculares estriadas, onde a liberação de Ca2+ para o citossol é essencial para o mecanismo de contração das miofibrilas, mecanismos ativos de transporte associados à membrana do REL possibilitam a rápida movimentação do Ca2+ para fora e para dentro de suas cisternas.

C. Complexo de Golgi (CG)

O Complexo de Golgi é um sistema de cisternas achatadas e ligeiramente curvas, que se situam entre o RE e a Membrana Plasmática (MP).

O CG possui uma face cis (convexa), voltada para o núcleo, e uma face trans (côncava), voltada para a membrana plasmática. Entre elas estão as cisternas medianas.

As moléculas protéicas chegam ao CG pela incorporação de vesículas de transporte, advindas do RER, na face cis.

Daí migram, também através de vesículas transportadoras, para as cisternas medianas e, finalmente para a cisterna trans, de onde serão endereçadas à MP, aos lisossomas, ao RE ou ao próprio Golgi.

Funções:

O CG modifica as proteínas produzidas pelo RER, alterando seu padrão de glicosilação, fosforilação, sulfatação e hidroxilação.

Além disso, enzimas associadas à membrana do CG concentram e endereçam — bioquimicamente — estas proteínas para os diferentes compartimentos membranares.

Assim, p.ex., vesículas contendo as hidrolases ácidas, que formarão os lisossomas, expressarão em suas membranas o receptor de manose-6-fosfato.

As vesículas brotam do Complexo de Golgi recobertas por ou proteínas que se conectam com o domínio citosólico das proteínas transmembranares características de cada vesícula (por ex.: manose-6-fosfato na membrana de lisossomas).

O complexo protéico constituído) se autoconstroem, induzindo, na face citosólica da membrana do CG, a força mecânica que provoca a sua invaginação. Inicialmente forma-se uma fosseta, que em seguida se converte em uma vesícula, que destaca e é liberada no citosol.

Sinais relacionados ao Complexo de Golgi :

As proteínas depois de endereçadas e encapsuladas em vesículas, podem seguir os seguintes caminhos:

1. Inserir-se à MP, se contiverem proteínas (ou lípideos) com domínios de ancoragem na membrana plasmática.

2. Fundir-se à MP e promover a exocitose do seu conteúdo, se contiverem proteínas destinadas ao meio extracelular.

3. Acomodar-se no citoplasma, como grânulos de secreção, para posteriormente serem exocitados.

4. Formar lisossomas que poderão se fundir com endossomas.

5. Voltar às Cisternas Cis do CG.

6. Fundir-se ao RE, tranferindo a este proteínas processadas no CG.

Desta forma, os mecanismos de secreção celular podem ser classificados em duas vias distintas:

A Via Secretória Regulada controla o transporte de proteínas destinadas aos lisossomas(4) e para vesículas secretoras(3). A liberação destas proteínas depende da ordenação de uma substância indutora.

A Via Secretória Constitutiva, ou Padrão, não tem um processo regulador próprio, as moléculas são secretadas automaticamente. É seguida pelas proteínas destinadas à MP(1) e ao meio extra-celular(2).

D. Compartimento Endossômico:

O Compartimento Endossômico é o conjunto de vesículas endocíticas mais ou menos próximas da membrana plasmática.

Os Endossomas são vesículas formadas pelos mecanismos de endocitose (micropinocitose, pinocitose e fagocitose).

De acordo com as proteínas associadas à face citossólica das vesículas, elas podem migrar através do citoesqueleto para regiões mais internas da célula, associando-se a lisossomas e formando endossomas secundários. Algumas vesículas endossômicas podem voltar à membrana plasmática, reciclando assim receptores e fosfolipídios.

Nos endossomas secundários, as enzimas hidrolíticas dos lisossomas podem ser ativadas (pH ácido) e digerir o material endocitado. Endossomas tardios contêm material já parcialmente ou totalmente digerido.

Corpos residuais são formados pelo acúmulo de substâncias que as enzimas da célula não conseguem digerir.

2. Síntese Protéica

Introdução: A necessidade de síntese das células

A Síntese Protéica depende dos genes presentes no DNA de cada célula e de todo um aparato enzimático necessário para a transcrição e tradução. No processo de diferenciação celular, fatores de crescimento e diferenciação, hormônios, neurotransmissores e fatores da matriz extracelular podem induzir uma cascata de sinais intracelulares que alteram a expressão gênica da célula. Isso é controlado por fatores de transcrição que ativam ou reprimem diferentes genes. Assim, após esse processo, um hepatócito expressará genes diferentes daqueles expressos em um neurônio.

A transcrição depende de enzimas que produzirão o RNA mensageiro a partir do DNA. O RNA mensageiro migrará através do complexo de poros nucleares para o citoplasma, onde ocorrerá a síntese protéica.

A síntese, ou tradução protéica, é um processo que requer um filamento de RNA mensageiro (RNAm), RNA´s transportadores e subunidades ribossômicas.

As subunidades ribossômicas associam-se ao RNAm, formando o Polirribossoma, estrutura composta de uma fita de RNAm e cerca de 15 ribossomos aderidos, que possibilita a síntese de um grande número de moléculas protéicas ao mesmo tempo.

Fotomicrografia eletrônica de transmissão de célula rica em polirribossomas livres:

A constituição da proteína sintetizada depende diretamente do código genético, revelado no RNA pela sequência de códons.

Estes são trincas (tríplets) (UAA, UGA ou UAG) de nucleotídeos que se relacionam especificamente com os 20 aminoácidos usados na síntese de proteínas.

O número de códons na fita de RNAm determina o tamanho da proteína. Existem, ao todo, 64 códons. Como existem mais códons (64) que aminoácidos (20), quase todos os aminoácidos podem ser reconhecidos por mais de um códon, isso porque algumas trincas de nucleotídeos atuam como sinônimos.

O local onde ocorre a síntese protéica está relacionado com o destino da proteína produzida:

Um Peptídios Sinal, pequena sequência de aminoácidos na porção N-terminal ou C-terminal da proteína, vai endereçar a proteína a diferentes locais das células.

– Assim, proteínas destinadas ao núcleo celular, às mitocôndrias e aos peroxissomos são sintetizadas em Polirribossomas livres.

– As proteínas que precisam ser empacotadas e enviadas para fora da célula (proteínas de superfície da Membrana Plasmática, ou que constituirão o conteúdo dos lisossomas e de outros componentes do sistema de endomembranas) serão sintetizadas no RER.

A. Regulação da Síntese Protéica

A síntese de proteínas pode ser dividida em três etapas:

A etapa de iniciação é regulada por proteínas citosólicas denominadas fatores de iniciação agem no reconhecimento do RNAm pelo subunidade menor do ribossomo, e sua ligação ao RNAm. Um outro fator de iniciação, media a ligação das duas subunidades ribossômicas no RNAm, ao final da etapa de iniciação, após o desligamento dos outros IF´s.

A etapa de elongamento começa quando o segundo RNAt se aproxima do sítio A do ribossomo, se unindo ao RNAm. Esta reação é mediada por um fator de elongamento, e consome energia. Um outro fator de elongamento, é responsável pela translocação, isto é, o deslocamento do ribossomo pelo RNAm.

A etapa de terminação determina a conclusão da síntese da proteína, quando o ribossoma atinge o códon de terminação (UAA, UGA ou UAG). Isto faz com que o sítio A seja ocupado por um fator de terminação: impedindo a ligação de um outro RNAt. Depois disto ocorre o desprendimento do polipeptídeo, que depende de outro fator de terminação.

B. Síntese de proteínas destinadas ao RER

As primeiras etapas da síntese de uma proteína ocorrem sempre em ribossomas livre no citosol, mesmo se ela for destinada ao RER.

A ligação do ribossoma ao RER se dá logo após o início da tradução, quando emerge, da proteína em construção, um peptídeo sinal. Este direciona e possibilita, através de sua ligação à partícula de reconhecimento do sinal, a união do complexo ribossomo-proteína ao RER.

Desta forma, toda proteína que contém um peptídeo sinal é liberada na luz do RER, depois de concluída a sua síntese.
As proteínas destinadas à inserção na membrana do RER também possuem sinais específicos. Além do peptídeo sinal, possuem um ou mais sinais adicionais, que possibilitam a ancoragem (sinal de ancoragem) e a situação destas proteínas transmembranas.

De acordo com a natureza da proteína, ela permanecerá na membrana do RER, ou passará, através do sistema de vesículas, para outra organela (CG, endossoma) ou à MP.

C. Glicosilação de Proteínas

Para cada proteína, especificamente, existem reações importantes “pós-traducionais”, que concluem sua moldagem e a torna pronta estruturalmente e funcionalmente.

Estas reações ocorrem no interior do CG, nas suas regiões Cis, Mediana e Trans.

As principais modificações pós-traducionais realizadas no CG estão listadas abaixo:

D. Endereçamento de proteínas

Os intinerários seguidos pelas proteínas dependem de certos sinais (químicos) em suas moléculas e de receptores específicos distribuídos nos locais por onde elas passam.

É isto que faz, por exemplo, uma enzima hidrolítica, recém sintetizada, se dirigir ao endossoma e não à superfície celular.

3. Síntese de lipídios, fosfolipídios e esteróides

A síntese de fosfolipídio para as membranas celulares é feita por proteínas integrais da membrana do REL.

Algumas moléculas de fosfolipídio, depois de sintetizadas pelas enzimas do REL, são completadas no CG. Só então atingem as membranas celulares.

O transporte dos fosfolipídio às membranas celulares é feito através de vesículas transportadoras ou por proteínas transportadoras especiais, que atravessam o citosol, translocando o fosfolipídio, sempre, de uma membrana rica em fosfolipídeo (REL) , para outra (por.ex.: peroxissoma), pobre em fosfolipídio.

Durante este transporte as moléculas de fosfolipideos sofrem inúmeras alterações, o que explica a diferente composição lipídica das diversas membranas celulares.

Produção de hormônios esteróides, nas células gonadais e supra-renais, inicia-se com a captação do colesterol do meio extra-celular.

O colesterol é, então, transportado até a mitocôndria, onde é convertido em pregnenolona.

Esta sai da mitocôndria e penetra no RE, onde continua seu metabolismo por meio de diversas enzimas que atuam sequencialmente, para formar a desoxicorticosterona, o desoxicortisol e o andrógeno androstenediona.

O desoxicorticosterona e o desoxicortisol retornam à mitocôndria, onde serão convertidos, respectivamente em corticosterona e cortisol.

Posteriormente, a corticosterona, nas células da zona glomerulosa da supra-renal, o corticosterol é convertido no mineralocorticóide aldosterona.

Vesículas Secretórias com grãos de Zimogênio- Secreção Serosa:

Peroxissomos

São estruturas em forma de vesículas, semelhantes ao lisossomos, contendo certas enzimas relacionadas a reações que envolvem oxigênio.

Uma das enzimas é a catalase, que facilita a decomposição da água oxigenada em água e oxigênio.

Além disso os grandes peroxissomos existentes nos rins e no fígado têm um importante papel na destruição de moléculas tóxicas.

São encontrados em todas as células eucarióticas e são especializados no processamento das reações oxidativas.

Em termos físicos, semelhantes aos lisossomos, mas diferem-se em dois aspectos importantes:

Que sejam formados por auto – replicação (talvez brotamento do REL) e não pelo complexo de Golgi.

Além de conterem enzimas que degradam gorduras e aminoácidos, tem grandes também grandes quantidades de enzima catalase, que converte o peróxido de hidrogênio ( água oxigenada) em água e gás oxigênio.

Fonte: ROBERTIS, E. M. F. De. & HIB, Jose. Bases da Biologia Celular e Molecular (Modificado)