O documento descreve o tráfego seletivo de proteínas dentro da célula, explicando que as proteínas contêm sinais que indicam seu destino após a síntese. Descreve os tipos de sinais de endereçamento e os mecanismos de transporte pós e co-traducional. Também explica o transporte de proteínas para o núcleo, mediado por importinas, e o papel da proteína Ran na regulação deste processo.

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 realizarem
determinadas funções.
As proteínas são essenciais para o desempenho destas funções (especialização funcional).
Exceptuando algumas poucas proteínas sintetizadas nas Mitocôndrias e Plastídeos, todas as
outras 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 a
20.000 desempenham funções distintas. Todas estas proteínas têm de chegar ao destino
correcto para que a célula funcione. Os mecanismos envolvidos no transporte intracelular das
proteínas e na sua correcta distribuição pelos compartimentos a que pertencem constitui o
Tráfego Selectivo de Proteínas ou Segregação de Proteínas.
A maioria das proteínas são sintetizadas nos
ribossomas 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 UMA
DADA PROTEÍNA, APÓS A SUA SÍNTESE, SAIBA PARA ONDE SE DEVE DIRIGIR?
As proteínas contêm na própria cadeia polipeptídica informação sobre que destino
tomar. As cadeias de aminoácidos responsáveis por esta informação designam-se por sinais de
distribuição/ transferência, que funcionam como “código postal” que envia a proteína ao seu
destino celular. Cada organelo apresenta um conjunto de proteínas receptoras aos quais se
ligam apenas alguns tipos de sequências sinalizadoras especificas. As proteínas que residem no
citosol não têm esta sequencias sinal.
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2. Tipos de sinais de endereçamento nas proteínas
Existem 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
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3. Mecanismo de transporte de proteínas
O transporte de proteínas pode ser de dois tipos:
- Transporte pós-traducional – Relativo às proteínas cujo destino é o núcleo, as
mitocôndrias, os cloroplastos e os peroxissomas. A proteína é sintetizada no citoplasma, em
ribossomas e, após a transcrição estar completa, dá-se o seu transporte.
- Transporte co-traducional – Relativo às proteínas cujo destino é a membrana
plasmática, vesiculas secretoras, endossomas ou lisossomas. Neste caso, as proteínas são
sintetizadas e incluídas simultaneamente no interior de um organelo com o qual os ribossomas
estão 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
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Transporte vesicular entre compartimentos intracelulares (topologicamente
equivalente 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
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ACUMULAÇÃO SELECTIVA DE PROTEÍNAS NO NÚCLEO – SINAL DE LOCALIZAÇÃO NUCLEAR
Sinal de localização nuclear (NLS) – sinal responsável pelo transporte de proteínas para o
núcleo. Ou seja, se este sinal for acrescentado a uma proteina, esta será encaminhada para o
núcleo.
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 nas
células 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 citosol
SINAIS CARIOFÍLICOS
As proteinas que existem no núcleo (laminas, histonas), apesar de se encontrarem
neste compartimento são sintetizadas no citosol. São transportadas com a sua conformação
final pois os poros por onde passam são suficientemente grandes. Algumas proteinas que vão
para o núcleo permanecem, enquanto outras regressam ao citosol, seguindo depois para o
núcleo e assim sucessivamente.
O destino das proteinas é determinado por sinais cariofílicos ou sinais de localização
nuclear (sinais de endereçamento), que não são rigorosamente iguais para todas as proteinas,
apesar de terem características comuns. Podem ser constituídos por uma cadeia ininterrupta
de aminoácidos ou por varias cadeias pequenas, intercaladas por cadeias de aminoácidos não
pertencentes ao sinal, que conferem à proteína um certo arranjo que lhes permite serem
reconhecidas e, desta forma, transpor a membrana.
No sinal cariofílicos existe sempre lisina e arginina, aminoácidos básicos carregados
positivamente.
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- 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 NLS
CARACTERÍSTICAS 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 poros
são 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 vão
ficar 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)
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5. Receptores de importação nuclear – Importinas
O sinal de localização tem de ser reconhecido por proteinas receptoras de importação
nuclear, importinas, que são diferentes para proteinas com diferentes sinais cariofílicos. Para o
transporte de uma proteína funcionam várias importinas. As importinas têm uma forma em
“S” e possuem uma região responsável pelo reconhecimento das proteinas e outra
responsável pela sua ligação às nucleopurinas.
Algumas proteinas para que sejam transportadas não são reconhecidas directamente
pelas importinas, pelo que entre elas existe uma proteína adaptada (semelhante às
importinas) que possui um receptor para o sinal cariofílico da proteína e o seu próprio sinal
cariofílico para ser reconhecido pela importina.
Na exportação o mecanismo é semelhante, existem sinais de exportação nuclear e
exportinas, proteinas receptoras de exportação nuclear.
Uma importina ou exportina, após se ligar a uma proteína e transportá-la ao seu
destino, regressa ao citosol ou ao núcleo, respectivamente para captar mais proteinas.
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6. A proteína Ran regula o transporte núcleo-citoplasmático
Este transporte, importação e exportação, necessita de energia, que é obtida através
da hidrólise de GTP a GDP, efectuada por proteinas enzimáticas (GTPases), Ran GTP. Por serem
constituídas apenas por uma unidade, designam-se por proteinas Ran. Possuem uma zona com
a qual se ligam ao GTP ou ao GDP. A actividade da proteína Ran é regulada por duas proteinas
localizadas junto aos poros nucleares. Quando se dá a mudança de GTP para GDP ou o
contrário, ocorrem estímulos na proteína (Ran) por parte de outras proteinas, a Ran-GAP e a
Ran-GEF.
A Ran-GAP encontra-se ligada às fibrilas citoplasmáticas e é responsável por estimular
a 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, esta
interage 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 muito
importante. Se elas não existissem, cada vez que as Ran se ligassem ao GTP hidrolisavam-na
imediatamente, quando este processo só deveria ocorrer fora do núcleo, no citosol, para que a
energia libertada desse o seu contributo para a realização do transporte núcleo-
citoplasmático.
EM SÍNTESE …
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7. Importação de proteínas cariofílicas
1- Existe uma proteína sintetizada no citosol, que possui um sinal cariofílico indicador de
que esta tem de ser transportada para o núcleo
2- 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 poro
4- 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-GTP
5- 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-GAP
6- A transformação de Ran-GTP em Ran-GDP obriga à libertação da importina, a qual fica
pronta para uma nova importação
7- A Ran-GDP retorna ao núcleo onde a Ran-GEF induz a troca do seu GDP por GTP,
tornando a proteína Ran novamente activa
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PAPEL 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.
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4- 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-GTP
9. Comparação entre importação e exportação
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