Aula 13. Compartimentalização Intracelular (Mitocôndria e Peroxissomo) [parte3]

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Figure 12-56 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Algumas proteínas são ancoradas por glicosilfosfatidil-
inositol (GPI) 
porção C-terminal de algumas ptns recebem 
ancoras de GPI 
 
segmento transmembrana é clivado 
 
podem ser liberadas da membrana plasmática em 
resposta a estimulo de fosfolipases 
tripanosomas liberam proteínas ancoradas 
por GPI quando atacadas pelo sistema imune 
Rafael Felippe Valverde 
rafaval@gmail.com 
Laboratório de Físico-Quimica Biológica G-37 
 
 
Biologia Celular para Nanociências e Nanotecnologia 
IBCCFº UFRJ 
 
Abril – 2011 
Page 713 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Figure 12-21 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Os Subcompartimentos de Mitocôndrias e Cloroplastos 
sub-compartimentos em mitocôndrias: matriz 
e o espaço intermembranar 
 
duas membranas: interna forma cristas e a 
externa contacta o citosol 
 
cloroplastos possuem ainda as membranas 
tilacóides! 
mitocôndrias e cloroplastos possuem duas 
bicamadas lipídicas 
 
especializadas na sintese de ATP 
 
possuem DNA, ribossomos, componentes da 
síntese proteica e ptns importadas do citosol 
Figure 12-22 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
A Sequencia Sinal de Importação Mitocondrial 
proteínas da mitocondria são 
capturadas no citosol (translocação 
pós-traducional!!) (≠ RE) 
 
capturadas segs após tradução como 
proteínas precursoras mitocondriais 
(não enoveladas!) 
18 aa da seq. sinal 
da citocromo 
oxidase 
aa positivamente carregado 
aa hidrofóbico 
aa neutro 
parte hidrofóbica da 
sequência sinal é 
reconhecida por 
proteína receptora 
ptns destinadas a matriz tem uma seq 
sinal formando uma hélice anfifílica 
(aa apolares de um lado e aa polares em 
outro): receptores reconhecem a 
configuração! 
translocadores da membrana mitocondrial 
trabalham em complexos (TIM e TOM) 
 
TOM e TIM (“translocase of the outer” ou “of 
the inner membrane”) 
TOM transfere proteinas na membrana 
externa e complexos TIM (23 e 22) na interna 
 
complexos possuem subunidades receptoras 
das proteínas precursoras além dos 
translocadores 
Os Translocadores Mitocondriais 
proteinas codificadas no núcleo 
passam por TOM (ajuda a inserir 
proteínas na membrana externa) 
 
proteínas ricas em folhas β 
abundantes na membrana 
externa passam por SAM 
(ajuda o enovelamento) 
 
TIM23 transporta proteínas 
solúveis para a matriz e as 
insere também na 
membrana interna 
 
TIM22 insere proteínas 
específicas na membrana 
interna (transportadores de ATP, 
ADP e Pi por ex) 
 
OXA (insere proteínas 
sintetizadas na mitocôndria) 
1 2 
3 
Figure 12-24 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
conhecimento da translocação mitocondrial é 
baseado em experimentos com mitocôndrias 
isoladas e proteínas precursoras radioativas 
proteínas precursoras mitocondriais não se 
enovelam imediatamente após tradução mas 
se associam com chaperonas (Hsp70 e outras 
específicas) 
proteínas precursoras podem chegar a matriz 
atravessando ambas as membranas de uma vez 
(in vitro) 
 
parar a translocação e tratar com protease recupera 
proteína sem peptideo sinal (peptidase na matriz e 
proteína exposta fora da mitocôndria!!) 
Durante a Translocação para a Matriz a Proteína 
Atravessa duas Bicamadas 
peptídeos são 
recuperados sem a 
seq sinal! 
1 
2 
3 
Figure 12-25 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
TIM e TOM podem trabalhar separadamente 
(rompimento experimental da membrana 
externa não impede translocação por TIM) 
Importação Proteica em Mitocondriais 
TOM transloca a sequencia sinal para o espaço 
intramembranar onde esta se liga a TIM 
abrindo o complexo 
 
TIM transloca a ptn para a matriz ou então a 
insere na membrana interna mitocondrial 
Figure 12-26 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
O Papel da Energia na Importação Proteica para a 
Matriz 
transporte direcional requer energia da 
hidrólise de ATP fora e na matriz da 
mitocôndria 
 
ligar e desligar de Hsp70 requer ATP 
 
translocação através de TIM requer gradiente 
eletroquímico de H+!! (bombas de protons 
transportam H+ para o espaço intermembrana!) 
na matriz: carga de membrana negativa em 
relação ao espaço intermembranar, favorece a 
entrada do peptídeo sinal positivamente 
carregado 
 
Hsp70 na matriz se associa a TIM23 a espera da 
proteína precursora (ciclos de quebra de ATP 
puxam a proteína) (Hsp60 ajuda enovelamento 
na matriz) 
Figure 12-27 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Bactéria e Mitocôndria Usam Mecanismos Semelhantes 
de Inserção de Porinas na Membrana 
membrana externa da mitocôndria possui 
diversas porinas (permeáveis a ions e ricas 
em folhas β) 
 
complexo TOM não consegue inserir porinas 
na membrana!! 
após translocação por TOM para o espaço 
intermembrana proteína é levada por 
chaperonas até SAM que insere e a ajuda a se 
enovelar na membrana externa 
 
mecanismo muito semelhante ao de bactérias 
Figure 12-28a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Transporte para a Membrana Interna é Realizado de 
Diferentes Formas 
mesmo mecanismo que transloca 
proteinas para a matriz usando TOM 
e TIM23 também transloca proteínas 
destinadas a membrana interna 
via nº01 
rota comum: proteína possui uma 
sequencia hidrofóbica de parada da 
translocação após o peptídeo sinal 
 
TOM libera cadeia da proteína no espaço 
intramembranar, peptídeo sinal é clivado 
na matriz e TIM23 solta a proteína na 
membrana interna 
Figure 12-28b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
poucas proteínas importadas passam por 
OXA que é mais utilizado por proteínas 
traduzidas na própria mitocôndria 
 
translocadores estruturalmente relacionados 
a OXA são encontrados na membrana de 
bactérias e no tilacóide de cloroplastos 
via nº02 
TIM23 transloca a proteína inteiramente para a 
matriz onde a peptidase cliva a seq. sinal 
expondo uma sequencia hidrofóbica no N-
terminal 
 
esta sequência guia a proteína ao complexo 
OXA que insere a proteína na membrana 
interna 
Figure 12-28c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
via nº03 
diversas proteínas que usam esta via para a 
membrana interna permanecem ancoradas 
 
outras são liberadas no espaço intermembranar 
por proteases (ex: chaperonas!!) 
Figure 12-28d Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Mitocôndria é importante na síntese de ATP e 
rica em enzimas metabólicas 
 
necessidade de transportar metabólitos 
através da membrana e não apenas proteinas 
(externa possui porinas mas a memb. interna 
não!!) 
proteínas transmembrana multi-pass 
inseridas na membrana interna (não possuem 
seq. sinal clivável) 
 
atravessam TOM e chaperonas guiam proteína 
a TIM22 sendo inseridas na membrana 
interna com auxílio do gradiente de H+ (sem 
requerimento de ATP e Hsp70) 
via nº04 
Figure 12-29a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Duas Sequências Sinal Direcionam Proteínas para a 
Membrana Tilacóide em Cloroplastos 
 
translocação em cloroplastos 
parece a de mitocôndrias (pós-
traducional, diferentes 
complexos de translocação, 
requerimento de energia etc) 
 
componentes protéicos da 
maquinaria são diferentes 
 
mitocôndria utiliza gradiente 
de H+ e cloroplasto usa 
gradiente semelhante na 
membrana tilacóide mas não 
na membrana interna (quebra 
de ATP e GTP!) 
 
células de plantas possuem 
ambas mitocôndrias e
cloroplastos (seq. sinal 
específicas!!) 
 
Figure 12-29b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
A Translocação de Proteínas Precursoras do Cloroplasto 
na Membrana Tilacóide 
utiliza translocador 
homólogo ao Sec 
bacteriano 
utiliza uma proteína 
semelhante ao SRP 
do RE 
TAT (twin arginines 
translocation) seq. 
sinal possui duas R 
que atraem para 
translocador 
específico 
Inserção 
espontânea sem 
qualquer 
translocador 
Page 721 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
peroxissomas possuem uma única bicamada 
 
não possuem DNA ou ribossomos (proteínas 
codificadas no núcleo) 
 
importação seletiva do citosol mas, em muito 
menor quantidade, vindas do RE 
Figure 12-30 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Microscopia de Três Peroxissomas em um Hepatócito 
todas as células eucarióticas possuem 
peroxissomas: ricos em enzimas 
oxidativas (catalase e urato oxidase) 
 
organela ancestral? metabolismo do O2 
em uma atmosfera tóxica (ajuda a O2 na 
célula!) 
 
mitocôndrias tornaram os peroxissomas 
obsoletos (oxidação acoplada a produção 
de ATP!) 
enzimas oxidativas altamente concentradas 
no peroxissoma criam uma mancha escura 
na micrografia eletrônica 
Figure 12-31 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
uma das principais funções do 
peroxissoma é a β oxidação 
 
β oxidação: quebra de ácidos 
graxos sequencialmente em blocos 
de dois carbonos convertidos a 
acetil CoA 
 
Acetil CoA é exportada ao citosol 
onde é utilizada em reações 
biossintéticas 
 
em eucariotos a β oxidação ocorre 
em peroxissomas e mitocôndrias 
peroxissomas possuem 
enzimas que utilizam oxigênio 
para remover átomos de 
hidrogênio de substratos 
orgânicos, produzindo 
peróxido de hidrogênio 
 
RH2 + O2  R + H2O2 
 
H2O2 é utilizado pela catalase 
para oxidar substratos (fenóis, 
alcools, formaldeido, etc) 
(detoxificação!!) 
 
quando o H2O2 se acumula na 
célula, a catalase o converte a 
H2O em reação reversa 
plasmalogênio, 
principal fosfolipidio 
da mileina é formado 
no peroxissoma 
Figure 12-32a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
peroxissoma participa no processo de 
fotorespiração (≠ de fotosíntese) (quando 
existe muito oxigênio em relação ao CO2) 
Plantas Possuem dois Tipos de Peroxissoma 
Figure 12-32b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
outro tipo de peroxissoma é encontrado em 
sementes em germinação: conversão de ácidos 
graxos em açúcar 
 
reações conhecidas como ciclo do glioxilato 
(glioxissomas) 
acetil CoA produzido pela quebra dos ácidos 
graxos é transformado em ácido succinico e 
em glicose no citosol 
 
ciclo do glioxilato não ocorre em animais 
Figure 12-33 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
mecanismo de importação ainda obscuro (envolve 
receptores solúveis e uma proteína de ancoragem 
na face citosólica) 
 
pelo menos 23 proteínas (peroxinas) participam do 
processo de importação dependente de ATP 
o receptor solúvel (Pex5) leva a carga até o 
peroxissoma voltando ao citosol após liberação 
(proteínas não precisam estar desenoveladas!!) 
(semelhança com compartimentalização nuclear!) 
 
defeito nas proteínas de importação (peroxisso0ma 
vazio) (Doença de Zellweger) 
novos peroxissomas surgem de crescimento e 
fissão (autônomos) ou a partir de uma vesicula 
precursora do RE 
 
ambas as teorias podem co-existir (fusão de 
vesículas precursoras vindas do RE e 
incorporação de proteínas feitas no citosol) 
Surgimento de 
Novos Peroxissomas