TEXTO_COMPLEMENTAR_3a_SERIE_05

COLÉGIO PEDRO II – CAMPUS TIJUCA II
DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA E CIÊNCIAS – COORD.: PROFa. CRISTIANA LIMONGI
1º & 2º TURNOS 3ª SÉRIE / ENSINO MÉDIO REGULAR & INTEGRADO ANO LETIVO 2015
PROFESSORES: FRED & PEDRO MURTA
TEXTO COMPLEMENTAR 05 / 2015: CHAPERONAS, PROTEASSOMAS & PRÍONS
CHAPERONAS & PROTEASSOMAS
CLASSES DAS CHAPERONAS
Ao longo da evolução, as células
incorporaram mecanismos bastante eficientes
para evitar que erros na transmissão da
informação genética se propaguem na replicação,
na transcrição e na tradução. Ainda assim, com
todo esse cuidado de assegurar que a sequência
de aminoácidos esteja correta, ainda é possível
que uma proteína não consiga desempenhar suas
funções por erro no enovelamento. Na verdade,
uma quantidade significativa de proteínas precisa
de ajuda para atingir a configuração terciária
correta.
Essa ajuda é fornecida por uma família de
proteínas que, além de auxiliar o enovelamento
proteico, encaminha a proteína à destruição, caso
não seja possível atingir a configuração correta.
Essas proteínas são chamadas de chaperonas,
que usam energia da hidrólise de ATP para
desenovelar
proteínas,
possibilitando
novo
enovelamento, dessa vez na forma correta ou no
lugar correto. Elas têm por função assistir outras
proteínas na obtenção de seu dobramento
apropriado. Muitas são expressas em resposta à
elevação de temperatura ou outra criticidade
celular. A razão para este comportamento é que o
dobramento da proteína é muito afetado pelo calor
e, portanto, algumas chaperonas agem em reparar
o dano potencial causado pela falha de
dobramento. Outras chaperonas estão envolvidas
no dobramento de novas proteínas que deixam o
ribossomo. O mecanismo de ação das chaperonas
foi completamente elucidado por Art Horwich e
Ulrich Hartl (1989).
Existem diferentes famílias de chaperonas;
cada uma age na assistência à dobra proteica de
uma forma diferente. Em procariotos como E. coli,
muitas
destas
proteínas
são
altamente
expressivas sob condições de alta criticidade
como, por exemplo, em altas temperaturas. Por
esta razão, o termo “Heat Shock Protein” (HSP)
foi historicamente usado para nomeá-las:
HSP60: Liga-se a proteínas malformadas na
presença de ATP ou ADP, e embora não
seja capaz de desfazer agregações
anteriores, pode usar a energia do ATP,
para que outra chaperona consiga modificar
o enovelamento da proteína.
HSP70: Tem duas tarefas importantes: (1)
ajudar o enovelamento e (2) impedir que
várias proteínas malformadas formem
agregados muito nocivos. Ela ajuda
proteínas que estejam sendo sintetizadas
em ribossomos livres no citoplasma ou
proteínas que foram transferidas para o
interior
do
retículo
endoplasmático,
mitocôndrias ou núcleo, para o que
precisam ser desenoveladas, transportadas
e reenoveladas. Sua expressão na célula
resulta em uma tendência decrescente de
apoptose.
HSP90: São as menos compreendidas
chaperonas. São necessárias para a
viabilidade em eucariotos (possivelmente
procariotos também).
HSP100: Têm sido estudadas in vivo e in
vitro por sua capacidade de direcionar e
desdobrar as proteínas marcadas e
deformadas na presença de ATP. Acreditase que algumas, em vez de catalisar a
renaturação de proteínas são responsáveis
pela destruição seletiva de proteínas
marcadas e deformadas.
PROTEÍNAS AUXILIARES
Elas foram descobertas em experimentos
em que células eram submetidas a altas
temperaturas, cerca de 42ºC, para células que
vivem a 37ºC. Em temperaturas mais altas, a
quantidade total de proteínas sintetizada era maior
do que na temperatura normal, no mesmo
período, o que já era esperado. Mas a surpresa é
que havia um grupo de proteínas que antes nem
era perceptível, mas depois do choque térmico
aparecia em quantidade maior. Eram proteínas
que hidrolisavam ATP e estavam sempre
associadas a outras proteínas, algumas também
recém-sintetizadas, ajudando no enovelamento
delas. São encontradas no citosol, nas
mitocôndrias e no retículo endoplasmático.
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PROTEASSOMAS: TRITURADORES DE
PROTEÍNAS
E se as chaperonas não conseguirem
consertar as proteínas mal-enoveladas? Na
verdade, elas tentam várias vezes, mas, ainda
assim, nem sempre conseguem. Se não for
possível consertar a proteína, as chaperonas
encaminham essa proteína para degradação. Se
você acha que a degradação de proteínas dentro
de uma célula só pode ocorrer dentro dos
lisossomos, saiba que durante muitos anos essa
era a ideia em vigor. Depois, através de
experimentos de fracionamento celular e, mais
tarde, de Biologia Molecular, descobriu-se que
existem enzimas que degradam proteínas
(enzimas proteolíticas) no citosol também.
Eram enzimas que funcionavam muito bem
em pH 7,0. A descoberta surpreendeu muito, já
que se achava que as enzimas proteolíticas não
saíam degradando tudo porque estavam presas
aos lisossomos. Mas o fato é que elas não saem
degradando tudo! Como explicar? A resposta veio
do fato de as enzimas proteolíticas citosólicas não
estarem dispersas, e sim arranjadas em conjuntos
enzimáticos chamados proteassomas (figura 1):
Uma proteína com erro estrutural de
conformação,
potencialmente
nociva
ou,
minimamente, inativa por ser malformada é
degradada nos proteassomas da seguinte forma:
uma
substância
sinalizadora
denominada
ubiquitina se liga a esta proteína. Assim, ela é
direcionada ao proteassoma, que permite sua
entrada. A proteína é, então, degradada pelas
proteases do proteassoma, e seus aminoácidos
constitutivos são liberados para o citoplasma. A
ubiquitina sai inalterada, pronta para marcar
outras moléculas de proteínas malformadas que
devam ser degradadas.
Fonte: http://enbiologger.blogspot.com.br/2011/09/chaperonaproteina.html
Figura 1: Esquema de um proteassoma visto ao ME de
transmissão (cores fantasia).
Ilustração produzida com base em Alberts, Bruce e outros.
Fundamentos da Biologia Celular, ArtMed Editora, 1999, p.
236. In Pezzi, Gowdak & Mattos. Biologia, volume 1, FTD
Editora, 2010, p.93.
PROTEASSOMAS E CHAPERONAS MANTÊM
AS PROTEÍNAS EM ORDEM
Além da vantagem óbvia de evitar o
acúmulo de proteínas malformadas e, portanto,
inúteis, a importância do trabalho das chaperonas
e dos proteassomas fica mais evidente quando
examinamos as consequências do acúmulo de
proteínas malformadas, que têm tendência de
agregação. Os agregados proteicos só se formam
se o sistema de degradação não funcionar, mas,
uma vez iniciada a agregação, a atividade das
proteases fica difícil porque as proteases não têm
acesso às proteínas e eles (os agregados)
também não entram nos proteassomas. Um
agregado proteico que cresça muito pode levar a
célula à morte ou causar enorme prejuízo ao
tecido. Um tipo particular de agregado proteico é o
que se chama placa β−amiloide, marcante em
algumas doenças neurodegenerativas como o mal
de Alzheimer.
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PRÍONS
Um príon é um agregado supramolecular
acelular, composto por proteínas com capacidade
de modificar outras proteínas, tornando-as cópias
das proteínas que o compõem. Um príon não
possui ácido nucleico (DNA ou RNA). São
conhecidos treze tipos de príons, dos quais dez
afetam mamíferos; dentre estes, sete têm por alvo
a nossa espécie.
Príon é um acrônimo das palavras
Proteinaceous e Infection. São agentes
causadores de doenças neurodegenerativas
humanas e animais (Prusiner 1991; 1998). A
presença de ácido nucleico na partícula infectante
está praticamente excluída já que vários
procedimentos que modificam ou hidrolisam
ácidos nucleicos falharam em inativar diversos
príons. A principal doença animal é o scrapie, que
acomete rebanhos ovinos e caprinos e que parece
estar
relacionado
com
a
Encefalopatia
Espongiforme Bovina (“Doença da Vaca Louca”).
Estudos
epidemiológicos
demonstraram
a
transmissão de scrapie por via de ração oriunda
de ovelhas. Mais recentemente, casos de
encefalopatias humanas em jovens foram
reportados e se acredita que tenham se originado
de transmissão bovina.
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Pelo menos três doenças humanas são
causadas por príons: Kuru; doença de
Creutzfeldt-Jakob (DCJ) e a síndrome de
Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS) que
ilustram o caráter transmissível e familiar destas
desordens (Prusiner 1991). Um dos achados
patológicos mais frequentes na DCJ é a presença
de placas amiloides semelhantes às encontradas
na doença de Alzheimer (AD). Alguns autores
acreditam que as duas doenças apresentam a
mesma etiologia. Todas as doenças supostamente
causadas por príons afetam a estrutura do cérebro
ou dos tecidos neurais, não possuem cura e são
sempre fatais.
Outro aspecto interessante das doenças
causadas por príons é que são ao mesmo tempo
de caráter hereditário e transmissível. O gene PRP
está presente nos cromossomos do hospedeiro.
De alguma forma não compreendida, a proteína é
convertida da isoforma celular benigna (PRPC)
para uma forma patogênica (PRPSC), resultando a
doença degenerativa. É possível que outras
doenças degenerativas (por exemplo, AD) tenham
esse mesmo padrão.
DESCOBERTA
Nos anos 60 foi desenvolvida a hipótese de
que as encefalopatias espongiformes eram
causadas por agentes infecciosos constituídos
unicamente por proteínas. Esta hipótese foi
formulada para explicar o fato de um misterioso
agente infeccioso descoberto, causador de scrapie
e doença de Creutzfeldt-Jakob, ser resistente à
radiação ultravioleta (o UV causa dano direto ao
DNA, causando erro ao ser introduzido na
sequência de pares de bases).
Stanley B. Prusiner (1982) anunciou que
sua equipe havia purificado o hipotético príon
infeccioso
e
que
tal
agente
consistia
principalmente de uma proteína específica –
apesar
de
ele
não
conseguir
isolar
satisfatoriamente a proteína até dois anos depois
de seu anúncio. Prusiner conferiu o nome príon ao
agente infeccioso, e PRP (do inglês Protease
Resistant Protein, “proteína resistente à
protease”).
Varias evidências experimentais indicam
que uma proteína, a PRPSC, é o único componente
do príon infeccioso. Entretanto várias formas
dessa proteína são infectantes. Todas são
capazes de inativar a ação dos proteassomas, o
que as torna imunes à degradação por suas
proteases (figura 2). Filamentos amiloides em
cérebros de animais e humanos são constituídos
de PRPSC e são de grande interesse tanto para o
entendimento
da
patogenia
de
doenças
comprovadamente causadas por príons como da
doença de Alzheimer (AD).
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Figura 2: Ação dos proteassomas e imunidade do príon
patogênico.
http://genomasur.superforo.net/t7-proteasomas-yFonte:
chaperonas
ORIGEM
O gene PRP sintetiza a “proteína príon
celular” (também chamada “PRPC”), está presente
em todas as células do corpo e é altamente
conservado evolutivamente no genoma de
mamíferos, indicando a importância da proteína
não patogênica para o organismo. A PRPC, em
condições normais, é capaz de proteger os
neurônios da morte e está envolvida também no
mecanismo de diferenciação neuronal. Entretanto,
uma mutação no gene faz com que seja formado
um príon defeituoso, que leva às doenças
priônicas. O príon atua ainda como um “molde”
que, ao entrar em contato com o PRPC presente
nas células, faz com que a proteína normal se
altere. Ainda não se sabe o mecanismo que
articula esse tipo de ação. Nenhuma defesa
imunológica consegue eliminar o príon do
organismo, que também é resistente aos
processos de desnaturação. O príon defeituoso
causa aglomerados no cérebro, em estruturas
denominadas
“placas
amiloides”.
Essa
acumulação é tóxica e provoca a morte de muitos
neurônios (quadro semelhante ao do Mal de
Alzheimer).
Sua proliferação é extremamente rápida e
causa as encefalopatias espongiformes, doenças
cujo sintoma mais comum é a demência. Os
príons são os menores agentes patogênicos
conhecidos e podem ser observados apenas com
a ajuda dos mais potentes microscópios
eletrônicos.
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Os príons patogênicos são formas alteradas
de proteínas normais presentes no cérebro de
mamíferos capazes de infectar seres vivos e se
autorreplicar em seu interior este agente etiológico
era diferente dos demais agentes infecciosos
(fungos, bactérias e vírus), pois a propagação das
doenças em cirurgias ocorria mesmo com a
utilização de métodos comuns de assepsia sobre
os instrumentos, embora fosse interrompida
quando se utilizavam métodos de desnaturação
ou degradação proteica, sugerindo que o agente
transmissor seria constituído basicamente por
proteína. Outra importante observação foi a de
que, quando expostos à radiação ultravioleta (que
normalmente destrói ácidos nucleicos), os extratos
com poder infeccioso estudados não perdiam esta
capacidade.
Sabe-se que formas distintas da proteína
componente do príon podem ocorrer, sendo uma
delas patogênica e a outra não. O que chama a
atenção é o fato de que, apesar de apresentarem
funções diferentes, as duas formas da proteína
possuem
sequências
primárias
idênticas,
alteradas em suas conformações tridimensionais.
O PRÍON NA CÉLULA
Em condições normais, os PRP são
sintetizados no retículo endoplasmático. Ainda
nele, carboidratos são acoplados, sendo que à
medida que atravessam o complexo golgiense
serão
remodelados.
Experimentalmente,
comprovou-se que na ausência de colesterol a
conversão de PRPC em PRPSC é inibida. Existe
uma tendência, sob certas condições e in vitro,
das PRPSC se acumularem no citosol das células
infectadas.
PRINCIPAIS DIFERENÇAS GERADAS PELA
ALTERAÇÃO CONFORMACIONAL
Na proteína PRPC há predomínio da
estrutura secundária alfa-hélice em relação às
folhas-beta pregueadas. Já na PRPSC predomina a
folha-beta.
Apenas a proteína PRPSC é amiloide, ou
seja, tem a capacidade de formar naturalmente
grandes agregados insolúveis de proteína. Em
oposição, a PRPC é considerada globular e
altamente
solúvel;
A
proteína
PRPC
é
caracterizada como sensível à digestão por
proteases, enquanto a PRPSC não o é.
COLÉGIO PEDRO II
PROVÁVEIS FUNÇÕES DO PRPC
1)
2)
3)
4)
Peça fundamental na comunicação entre
células nervosas.
Proteção ao estresse oxidativo.
Participação na excitabilidade celular e
transmissão sináptica.
Apoptose
celular
(morte
celular
programada).
DIFERENÇAS ENTRE PRPC E PRPSC
As diferenças entre a forma celular e
scrapie da proteína príon são resultantes apenas
das diferentes configurações moleculares. Essa
alteração
na
conformação
tem
como
consequência a não-funcionalidade da PRPSC, mas
a ativação de seu poder infeccioso. Deve-se frisar,
contudo, o fato de que a toxicidade da PRPSC é
restrita ao sistema nervoso. Sua proliferação em
outros tecidos é possível, mas não considerada
patogênica.
INFECÇÃO PRIÔNICA
A infecção pode se dar, mais comumente,
por cinco formas:
1)
Hereditariedade.
2)
Uso de material cirúrgico contaminado.
3)
Consumo de carne de animais infectados.
4)
Mutação eventual.
5)
Uso de hormônios.
DOENÇAS PRIÔNICAS HUMANAS
1)
Encefalopatias
Espongiformes
Transmissíveis (Humanas e Bovina: “Mal da
Vaca-Louca”).
2)
Scrapie.
3)
Doença de Creutzfeldt-Jakob (DCJ).
4)
Kuru.
5)
Síndrome
de
Gerstmann-SträusslerScheinker (GSS).
6)
Insônia Familiar Fatal.
Os príons patogênicos são responsáveis
pelas doenças classificadas como encefalopatias
espongiformes, que recebem este nome devido ao
aspecto de esponja adquirido pelo tecido nervoso
cerebral acometido pelas doenças.
Estudos mais aprofundados acerca destas
doenças
podem,
inclusive,
auxiliar
no
entendimento de outras patologias que acometem
o cérebro e que ainda não estão completamente
desvendadas, como o mal de Parkinson e o mal
de Alzheimer.
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Como se dá a morte celular desencadeada
pela infecção priônica? As moléculas de príon
patogênicas, diferentemente da forma celular
(globular), são amiloides. Em outras palavras, elas
formam
naturalmente
grandes
agregados
insolúveis e fibrosos de proteína. Não se sabe ao
certo exatamente como essas proteínas causam
doenças, mas acredita-se que elas se acumulem
nos lisossomos, posto que também seriam mais
resistentes à ação de proteases (em relação à
PRPC). Assim, o acúmulo proteico nos lisossomos
causaria o rompimento destas organelas e a
consequente digestão citoplasmática, levando à
morte das células afetadas. Formar-se-iam, dessa
forma, os grandes espaços no tecido nervoso
doente,
característicos
das
encefalopatias
espongiformes.
1)
KURU: É uma doença cerebelar, com perda
da coordenação muscular, de rápida
evolução (um ano até o óbito). Acredita-se
ser
disseminada
pelos
rituais
de
canibalismo de uma tribo da Papua-Nova
Guiné. A cessação da prática de
canibalismo fez com que o Kuru quase
desaparecesse.
2)
DOENÇA DE CREUTZFELDT-JAKOB
(DCJ): Na maioria dos pacientes ocorre, de
forma progressiva, um prejuízo mental,
embora cerca de 20% dos pacientes
tenham uma fase inicial extremamente
rápida (alguns dias). A tríade clínica é de
demência progressiva, contrações rápidas
das extremidades e do tronco causando
movimento involuntário dos membros e do
corpo e eletroencefalografia típica. Embora
o quadro da DCJ seja muito característico,
outras doenças podem produzir quadros
semelhantes.
A
doença
que
mais
comumente se confunde com DCJ é a
doença de Alzheimer (DA) familiar. A DCJ é
considerada a vertente humana da
famigerada doença da vaca louca.
3)
DOENÇA
DE
GERSTMANNSTRÄUSSLER-SCHEINKER (GSS): Ocorre
perda
da
coordenação
muscular
progressiva,
tremores,
distúrbio
da
articulação da fala e diminuição de reflexos
profundos. Atinge pacientes de 30 a 60
anos, com sobrevida média de cinco anos
após o início dos sintomas. O EEG e
exames de neuroimagem mostram atrofia
cerebral e cerebelar.
COLÉGIO PEDRO II
REFERÊNCIAS
Fenton, W. A. & Horwich, A. L. (2003).
Chaperonin-mediated protein folding:
fate of substrate polypeptide. Q Rev
Biophys 36: 229-256.
Mayer, M. P. & Bukau, B. (2005). HSP70
chaperones: cellular functions and
molecular mechanism. Cell Mol Life Sci
62: 670-684.
Terasawa et al. (2005). Constantly
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knowledge
of
HSP90.
J
Biochemistry (Tokyo), 137: 443-447.
http: //www2.bioqmed.ufrj.br/lapa/intro.html
http: //pt.wikipedia.org/wiki/Príon
http: //pt.wikipedia.org/wiki/Chaperona
(com adaptações).
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