Síntese e secreção celular - Nuepe UFPR

Este texto didático foi desenvolvido pelo Núcleo de Ensino Pesquisa e Extensão
do Departamento de Biologia Celular da Universidade Federal do Paraná, NUEPE,
para ser utilizado no do Programa Um Computador Por Aluno, PROUCA. Nível: ensino
médio.
Todas as sugestões para melhoria desse trabalho são bem-vindas.
Contato
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quaisquer meios deve obedecer a licença Creative Commons CC-BY-NC-SA
Agencias financiadoras
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RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO E COMPLEXO
DE GOLGI: AÇÃO CONJUNTA NOS
Núcleo de Ensino Pesquisa e
Extensão – NUEPE
BioCel – UFPR
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PROCESSOS DE SÍNTESE E SECREÇÃO
CELULAR
Autores
Rafael Fratoni de Oliveira
Bruno Reis Martins
Márcia Helena Mendonça
Ruth Janice Guse Schadeck
Revisão
Jordana Dinorá de Lima
Ilustrações
Débora Thalita Ruppel
Ruth Janice Guse Schadeck
Agradecimentos
Carolina Camargo de Oliveira
Agências financiadoras
Conselho Nacional de
Desenvolvimento Científico e
Tecnológico, CNPq e Fundação
Araucária- PR
Apresentação
.
A síntese de proteínas acontece somente nos
ribossomos, no interior da célula. No entanto, centenas de
tipos diferentes de proteínas possuem funções no meio
extracelular como anticorpos, hormônios, enzimas e
proteínas
sintetizadas
estruturais.
nos
As
proteínas
ribossomos
secretadas
associados
ao
são
retículo
Programa de formação de
professores
Programa Institucional de
Bolsas de Iniciação à Docência
PIBID/CAPES , PIBID/UFPR
endoplasmático rugoso (RER). Para que essas proteínas
cheguem até o meio extracelular existe uma elaborada via
que conecta o RER ao complexo de Golgi, do qual partem
as vesículas de secreção.
.
Esclarecimentos
Alguns links direcionam para imagens de células obtidas através de microscopias de alta tecnologia,
acompanhadas de textos em inglês. Sugerimos que sejam analisadas com base nos comentários, presentes
neste trabalho, que acompanham o link. Não haverá nenhum prejuízo dos objetivos propostos se o textos
em inglês forem ignorados.
.
UM EXEMPLO DE SECREÇÃO: SECREÇÃO DE ANTICORPOS
Figura 1 - O espirro espalha até 40.000 gotículas cujo diâmetro varia de 0.5
a 5 µm e muitas doenças podem ser transmitidas através deste via.
Imagem de domínio público. Autor: James Gathany.
Ao longo do dia os seres humanos entram em contato
com agentes patogênicos como vírus, bactérias e fungos,
através de superfícies contaminadas, alimentos não
higienizados, mãos sujas, espirro e muitas outras situações.
Mas o organismo se defende de todas essas agressões,
através de um intrincado sistema composto por vários tipos
celulares diferentes, o sistema a imunológico. A síntese e
secreção celular desempenham papel fundamental nestes
mecanismos: moléculas essenciais para a defesa são
sintetizadas e secretadas por diferentes células deste sistema,
como, por exemplo, a secreção de anticorpos.
Os anticorpos são proteínas ligadas à carboidratos ou açúcares. Esta classe de
proteínas é denominada glicoproteína. A síntese da parte protéica acontece pelos
ribossomos ligados ao RER e a adição dos carboidratos pela ação conjunta do RER e
complexo de Golgi. Os anticorpos são sintetizados no plasmócito, uma célula do sistema
imunológico.
O plasmócito pode ser acessado clicando aqui. Preste
atenção à grande quantidade de RER. Qual é a
explicação para este fato?
Esta questão pode ser respondida com uma analogia a produção de automóveis.
Para um carro ser produzido, ele percorre uma linha de montagem. Ao deslocar-se por
ela, o veículo passará por diversas máquinas e funcionários, que irão adicionar peças,
apertar parafusos, testar componentes e avaliar o que está sendo produzido. Ao final, o
que tinha entrado na linha de produção como matéria bruta, sai na forma de um
automóvel completamente funcional. Tudo isso acontece de forma sequencial e cada uma
das etapas depende da anterior.
Assim, como uma fábrica que deve aumentar a sua produção necessita de maior
número de máquinas e operários, células que sintetizam grande quantidade de proteínas
para a secreção apresentam grande extensão do RER no seu citoplasma, como é o caso
dos plasmócitos.
QUAL É A MORFOLOGIA DO RER?
Para responder esta pergunta clique na figura abaixo e acesse uma célula
interativa tridimensional. Gire-a em vários ângulos e observe o RER.
http://3d.cl3ver.com/11VrPc
Como visto na animação interativa
anterior,
o
RER
é
um
membranas
formado
por
achatadas,
denominadas
sistema
de
vesículas
cisternas,
recobertas por ribossomos. Este sistema
de membranas
se comunica com
o
envoltório nuclear, conforme mostrado na
figura 2, ao lado. “Imagine agora um corte
que destaca uma fatia muito fina do RER.
Ao se observar esta fatia ao microscópio
eletrônico
de
transmissão
aparecerá
como
cisternas
RER
ela
delgadas,
alongadas e dispostas, muitas vezes, de
forma sequencial e paralela”.
Figura 2. Representação esquemática do núcleo e
RER.
O COMPLEXO DE GOLGI E AS VESÍCULAS RELACIONADAS
O complexo de Golgi (figura 3) é constituído por pilhas de sacos achatados,
denominados cisternas, geralmente mais dilatadas nas suas bordas. Várias pilhas podem
se distribuir de forma concêntrica e comunicar-se entre si.
Clique aqui e acesse uma figura mostrando pilhas concêntricas do complexo
de Golgi. A imagem superior foi obtida através de microscopia eletrônica de
transmissão e a inferior através criofratura, um método em microscopia eletrônica
que permite uma observação tridimensional.
As pilhas apresentam, na maioria das vezes, uma face convexa cujo ângulo de
curvatura é de diferentes grandezas, e uma face côncava, que da mesma forma,
apresenta um ângulo de curvatura de diferentes grandezas, dependendo do tipo celular
analisado. Ressalta-se que a morfologia precisa, como o tamanho e número de cisternas
nas pilhas e a quantidade de pilhas difere de célula para célula.
Figura 3 – A. Representação esquemática do complexo de Golgi. B. Complexo de Golgi em leucócito
humano observado através de microscopia eletrônica de transmissão. Imagem de domínio público.
Convencionou-se denominar face cis aquela que recebe as vesículas de transporte
vindas do RER e face trans a oposta, na qual acontecem os brotamentos de vesículas
com conteúdos destinados à secreção, aos lisossomos e à membrana plasmática. Veja
na figura 3 a indicação destas faces.
Numerosas vesículas são observadas associadas ao complexo de Golgi: vesículas
originárias do RER, vesículas secretoras, vesículas que transportam componentes entre
as cisternas do complexo de Golgi (brotam em uma cisterna e fundem-se na seguinte). A
seguir será mostrada a construção 3D do complexo de Golgi em uma célula produtora
de insulina.
Este tipo de imagem é criada a partir de observações em microscópio
eletrônico de transmissão adequado para esta finalidade. Nesta metodologia, denominada
de tomografia eletrônica, são realizados cortes em sequência cujas imagens são
"empilhadas" e modeladas para a formação da imagem 3D.
Acesse o link do complexo de Golgi em 3D de uma célula
produtora de insulina e
preste atenção aos seguintes aspectos:
• A animação inicia-se mostrando uma pilha do complexo de Golgi com
as cisternas destacadas em diferentes cores: azul claro, rosa, verde e
azul escuro;
• na seqüência são adicionadas vesículas de secreção de contendo
insulina, mostradas em azul;
• logo após são agregadas à modelagem vesículas que realizam o
transporte entre as vesículas do complexo de Golgi, representadas em
branco;
• após a visualização do complexo de Golgi e das vesículas associadas
são acrescentados o retículo endoplasmático em amarelo, vesículas
endocíticas em púrpura, mitocôndria em verde e vesículas que
brotaram do Golgi em vermelho;
• os ribossomos aparecem amarelo-ouro e os microtúbulos em verdebrilhante.
COMO ACONTECE A ATUAÇÃO CONJUNTA DO RER E COMPLEXO DE
GOLGI NA SECREÇÃO CELULAR?
Acompanhe na figura 5 as etapas sequencciais descritas abaixo.
1. As proteínas são sintetizadas pelos ribossomos aderidos ao RER e liberadas no lúmen
do RER, dentro do qual se difundem.
2. Em determinadas regiões do RER brotam vesículas, denominadas vesículas de
transporte, contendo as proteínas sintetizadas.
3. As vesículas se deslocam sobre os filamentos do citoesqueleo até à face cis do
complexo de Golgi, a qual se fundem e descarregam nas proteínas no interior das
cisternas.
4. As proteínas se difundem no lúmen das cisternas do complexo de Golgi e são
transportadas ao longo das mesmas até atingirem a face trans através de transporte
vesicular: brotam pequenas vesículas de uma cisterna que se fundem à cisterna
seguinte.
5. Na face trans são acumuladas em regiões das cisternas nas quais brotam vesículas,
que podem ser imediatamente transportadas à membrana plasmática e sofrer
exocitose - veja esta animação a partir de 1min42seg - ou dar origem às vesículas de
secreção, também chamadas de vesículas secretórias ou grânulos de secreção. As
vesículas de secreção podem ser armazenadas em grande quantidade à espera do
momento adequado para realizar a exocitose.
Figura 4 - Ação sequencial do RER e complexo de Golgi na síntese e secreção de proteínas.
Importante - Nem todas as proteínas secretadas são distribuídas pelo sangue. Por
exemplo, as proteínas da matriz extracelular da cartilagem são secretas e ficam
compondo a matriz que está ao redor das células. Da mesma forma as enzimas
digestivas sintetizadas e secretadas pelo pâncreas vão para luz intestinal (veja o
pâncreas na animação interativa), além de muitos mediadores químicos que atuam
nas células vizinhas, dentre outros.
O COMPLEXO DE GOLGI TAMBÉM FAZ SÍNTESE? SIM!!!
Veja todo este processo no vídeo abaixo que descreve
.
uma animação simplificada do processo da síntese e secreção
celular
de
glicoproteínas,
sem
entrar
em
detalhamentos
bioquímicos. Mais especificamente, o vídeo mostra qual o papel
dos ribossomos, RER e complexo de Golgi, na produção e
secreção desses compostos
Clique na imagem para acessar o vídeo
https://www.youtube.com/watch?v=N7WutbMim1E
O complexo de Golgi desempenha um importante papel na síntese de
glicoproteínas e outros compostos que contém carboidratos. Vamos aqui focar as
glicoproteínas, pois a maior parte das proteínas que são processadas via RER e
complexos de Golgi pertencem a esta classe.
Figura 5 - Representação esquemática e uma glicoproteína.
A adição de carboidratos acontece enquanto a proteína está sendo sintetizada no
RER pela transferência à proteína nascente de um oligossacarídio, uma pequena cadeia
de carboidratos ou açúcares. Ainda no RER inicia-se a modificação deste oligossacarídio,
que continua complexo de Golgi, onde moléculas de açúcares são removidos assim
como moléculas de novos açúcares são adicionados.
Quer ver detalhes sobre a glicosilação?Acesse aqui!
Em resumo
1. A
cadeia
polipetídica
é
sintetizada
pelos
ribossomos
aderidos ao RER.
2. Ainda durante a síntese é transferido um oligossacarídio para a mesma.
3. Após terminada a síntese a glicoproteína é transferida ao complexo de Golgi no
qual o oligossacarídio sofre inúmeras modificações.
O complexo de Golgi é
muito desenvolvido em células
que intensa glicosilação de
glicoproteínas,
células
do
epidídimo,
como
as
epitélio
do
Assim
torna-se
possível a sua observação
com
nitidez
microscópio
mesmo
de
luz,
ao
como
observado ao lado.
É bom ressaltar que os
sáculos achatados só são
observados
à
nível
Figura 6 - Complexo de Golgi observado ao microscópio de luz.
de
microscopia eletrônica.
AS PROTEÍNAS NA MEMBRANA PLASMÁTICA E DOS LISOSSOMOS
TAMBÉM SÃO SINTETIZADAS À NÍVEL DE RER
Além das proteínas secretórias, o sistema de endomembranas formado pelo RER e
Complexo de Golgi sintetiza as proteínas da membrana plasmática e lisossomos, como
representado na figura a seguir. Estas proteínas, da mesma forma que as proteínas
secretadas, são transportadas ao longo do RER e complexo de Golgi. Chegando à face
trans são empacotas de forma seletiva em vesículas, e são enviadas para os seus
diferentes destinos finais, ou seja, vesículas contendo enzimas lisossomais são dirigidas
aos lisossomos, e vesículas contendo proteínas da membrana são enviadas à membrana
plasmática.
Figura 7- Principais destinos das proteínas sintetizadas no RER e modificadas pelo complexo de Golgi:
secreção, lisossomos e membrana plasmática.
Proteínas da membrana plasmática
Veja no detalhe “1” da figura 7
que as proteínas de membrana ficam
inseridas na membrana do RER desde o
momento de sua síntese, não sendo
liberadas
no
lúmen.
São,
sim,
transportadas ao longo do RER e
complexo de Golgi, sempre inseridas na
membrana. Após a fusão das vesículas
que brotam na face trans do complexo
Figura 8 – Proteína imersa na bicamada lipídica.
de Golgi com a membrana plasmática, como mostrado em “7” da figura 7, se difundem
lateralmente e passam a fazer parte da membrana plasmática.
Proteínas dos lisossomos
A figura 9 mostra proteínas lisossomais, dentre elas as enzimas hidrolíticas que
atuam em pH ácido, as quais também são sintetizadas no RER e transportadas via
vesicular para o complexo de Golgi.
Figura 9 - Na figura ao lado está
representada a estrutura de um
lisossomo.
Além
das
enzimas
hidrolíticas que ficam no seu meio
interno,
existem
proteínas
de
membrana, como as transportadoras
dos produtos da digestão para o
citoplasma. Estas também têm
origem no RER.
Secreção regulada e constitutiva
Secreção regulada - Necessita de um estímulo para que as vesículas que se
acumulam próximas à plasmática, e que contém as proteínas armazenadas para a
secreção, se fundam a membrana e ocorra a exocitose. Acontece em células
especializadas em secreção.
Figura 10 - Secreção regulada e secreção constitutiva.
A secreção pancreática é um
exemplo
de
secreção
regulada.
As
células secretoras, células acinares do
pâncreas, sintetizam grande quantidade
de proteínas, as enzimas digestivas, que
são lançadas no intestino. Devido a isso
ela
apresenta
extensivo
RER.
As
enzimas são produzidas pelo RER, vão
Acesse os links abaixo para analisar células
acinares do pâncreas observadas através
de microscopia eletrônica de transmissão.
Note as grandes vesículas de secreção
armazenadas que aparecem bem elétron
densas (escuras)
http://www.cellimagelibrary.org/images/35997
e a presença de extenso RER.
para o complexo de Golgi e para as
http://www.cellimagelibrary.org/images/10763
vesículas de secreção. Estas vesículas,
também chamadas de grânulos de zimogênio ou grânulos de secreção, ficam
armazenadas até o momento em que o alimento chega ao trato digestório. Através de
sinalizações moleculares é então desencadeada a exocitose e as enzimas secretas são
liberadas em um sistema de canais coletores que chegam até o intestino.
A secreção de insulina é outro exemplo de secreção regulada. A diabetes é uma doença
caracterizada por distúrbios relacionados à insulina, um hormônio petídico, que é
secretado pelas células beta das ilhotas de Langherans no pâncreas.
Quer saber mais sobre secreção de insulina diabetes? Clique aqui!
Secreção constitutiva - É aquela na qual
as vesículas formadas na face trans do
complexo de Golgi são formadas continuamente e imediatamente sofrem a exocitose sem
a necessidade de um estímulo específico. Acontece em todas as células. Transporta
proteínas de secreção, proteínas que ficam associadas na face extracelular da membrana
plasmática e proteínas que ficam inseridas na membrana, dentre outras. É a via de
secreção também chamada “via padrão”. Neste caso as vesículas formadas não se
acumulam na célula e são chamadas atualmente de vesículas de transporte. Alguns
autores ainda se referem às mesmas como vesículas de secreção.