Em formação

Existe alguma maneira de fazer a proteína passar pela membrana celular?


A proteína não pode passar pela membrana celular porque é uma molécula grande. Até agora, existe alguma técnica que possa fazer a proteína passar pela membrana celular na Vivo? Eu quero criar uma proteína-droga que deve ser DNA acessível para alcançar seu local de reação. Como posso fazer isso?


Vários métodos de transfecção de proteínas estão disponíveis.

O mais simples é a eletroporação. Usando pulsos elétricos, poros transitórios podem ser formados, de modo que as proteínas externas podem ir para o interior da membrana.

Vários reagentes de transfecção de proteínas estão disponíveis comercialmente. Acho que o mecanismo é semelhante à lipofecção do DNA.

http://www.clontech.com/US/Products/Transfection_and_Cell_Culture/Protein_Transfection/Protein_Transfection_Reagent https://www.neb.com/products/m2563-transpass-p-protein-transfection-reagent https: //www.thermofisher. com / pedido / catálogo / produto / 89850

Fusão com o domínio de transdução da proteína do fator de transcrição de transativação (TAT) da proteína TAT do HIV. Esta sequência de 11 aminoácidos ajuda as proteínas a atravessar a membrana plasmática.

http://www.nature.com/mt/journal/v8/n1/full/mt2003155a.html


Estou adicionando alguns métodos aqui.

Lipossomas

Os lipossomas foram projetados para levar medicamentos a locais onde os efeitos são desejados. As drogas são encerradas em vesículas de lipossomas, mas ao atingir a membrana plasmática, os lipossomas podem se fundir com a membrana plasmática e liberar drogas dentro dos lipossomas, embora todos os lipossomas não sejam projetados para fundir a membrana celular. A lipofecção do DNA é um pouco diferente desse tipo de lipossoma porque o DNA não está necessariamente contido em vesículas.

nanopartículas

Isso é relativamente novo. Não tenho muito conhecimento sobre nanopartículas, mas sei que são usadas para transfectar DNA ou RNA in vitro e in vivo. Não sei quão populares são as nanopartículas para transfecção de proteínas, mas existem publicações.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24859743


17.5: Direcionando o tráfego de proteínas nas células

  • Contribuição de Gerald Bergtrom
  • Professor Emérito (Biociências) na University of Wisconsin-Milwaukee

Cada proteína polipeptídica traduzida pelos ribossomos a partir de uma sequência de bases em um mRNA tem uma localização funcional específica, seja no citoplasma, nas membranas celulares, no interior de organelas ou em fluidos extracelulares. Nesta seção, consideramos o movimento e a classificação das proteínas no sistema de endomembrana, bem como o transporte de proteínas para dentro e para fora das organelas


O que é uma proteína de membrana? (com fotos)

Proteínas de membrana são proteínas que estão incorporadas entre os fosfolipídios que compõem a estrutura de bicamada das membranas celulares. A proteína de membrana desempenha tarefas específicas que são essenciais para o bom funcionamento da célula. Isso inclui o transporte de moléculas e íons para dentro e para fora da célula, iniciando vias de sinalização e tornando a célula reconhecível por outras células. Existem dois tipos principais de proteínas de membrana: periférica e integral. & # 13

As proteínas da membrana periférica estão incorporadas em um lado da membrana celular, seja na superfície externa ou na parede interna. As proteínas integrais da membrana estão embutidas na membrana celular e se projetam na célula ou no ambiente externo. Uma proteína de membrana integral que se estende por toda a membrana celular, da superfície externa da célula à superfície interna da célula, é chamada de proteína transmembrana. & # 13

Uma proteína de membrana periférica que reside na superfície externa da membrana celular interage com moléculas que são liberadas por outras células. Por meio de um processo denominado sinalização celular, uma célula pode se comunicar com outra, liberando mensageiros químicos. Os mensageiros são reconhecidos por proteínas da membrana periférica externa. & # 13

As proteínas da membrana periférica que estão localizadas na superfície interna da membrana celular fornecem uma base para a estrutura da célula. Estes incluem as proteínas do citoesqueleto actina e espectrina. Uma enzima chamada proteína quinase C é outra proteína da membrana periférica interior. Ele inicia as vias de sinalização dentro da célula. & # 13

As proteínas da membrana periférica não interagem com a região apolar da membrana celular. Em vez disso, eles são ligados à membrana celular por meio de interações entre a região polar dos fosfolipídios e a região polar da proteína. Muitas proteínas da membrana periférica também se ligam às proteínas integrais da membrana. & # 13

As proteínas integrais da membrana transportam moléculas do ambiente externo para o interior da célula. Alguns podem transportar moléculas livremente, enquanto outros requerem energia para transportar moléculas. As proteínas integrais da membrana também servem como receptores para moléculas específicas e como enzimas para vias metabólicas específicas. & # 13

A cadeia de uma proteína de membrana integral pode passar através da membrana celular uma vez ou tecer para dentro e para fora da membrana celular várias vezes. Eles contêm cadeias laterais apolares, o que lhes permite interagir com as cadeias de ácidos graxos dos fosfolipídios. Essa interação mantém a proteína integral da membrana firmemente na membrana celular. As proteínas de membrana integral também têm uma região polar que se estende para dentro da célula ou para o ambiente externo. & # 13 & # 13


Detalhes para ajudá-lo a compreender a difusão

A diferença entre difusão e osmose

A osmose é um tipo específico de difusão que consiste em a água atravessar uma membrana semipermeável e entrar em uma área de maior concentração de soluto. Em contraste, a difusão padrão muitas vezes permite que os solutos e os solventes se movam livremente em direção ao equilíbrio.

Como regra geral, a difusão envolve o movimento líquido de moléculas em uma solução com uma concentração mais alta para uma área de uma concentração mais baixa. A pressão osmótica tem potencial para ser muito poderosa e é a única força necessária para mover a água das raízes mais baixas para o topo das árvores mais altas em qualquer lugar do mundo.

Se a água dissolve qualquer outra substância, geralmente é porque as moléculas da água, que são polares, e o soluto são realmente atraídos um pelo outro. Cada íon, átomo ou molécula de soluto tem uma carga no mínimo de uma região que atrai um ou outro lado da molécula de água.

As moléculas estão em movimento aleatório e constante em torno umas das outras quando estão na água líquida, mas por causa dessa atração, as moléculas de água são um pouco mais propensas a se moverem em direção às moléculas de água, em vez de outras partículas de solvente.

Este é um movimento em rede que gradualmente resulta em uma distribuição mais uniforme do soluto. No processo de osmose, apenas as moléculas de água podem mover e equalizar as concentrações.

Osmose e difusão estão, de fato, relacionadas, mas não são exatamente a mesma coisa. Com a difusão, as moléculas se movem de uma área de alta concentração para uma área de baixa concentração, enquanto a osmose é simplesmente a difusão de água através de qualquer tipo de membrana semipermeável.

Ambos os processos têm a ver com moléculas se movendo para baixo em um gradiente de concentração, entretanto, o termo “osmose” se refere especificamente ao movimento das moléculas de água, enquanto a difusão também pode envolver qualquer outro tipo de molécula.

A difusão e a osmose são ambas de natureza espontânea, o que significa simplesmente que ocorrem sem a ajuda de qualquer tipo de energia externa. "Osmose" refere-se essencialmente apenas ao movimento da água que está no estado líquido, mas o termo "difusão" também pode significar o movimento das moléculas no estado gasoso ou líquido.

Um exemplo inclui quando o gás dióxido de carbono é liberado no centro de uma sala e, subsequentemente, se difunde por toda a sala até que a concentração de dióxido de carbono seja uniforme e uniforme em toda a sala.

O termo “osmose” é freqüentemente usado em ciências como fisiologia e biologia celular. Se a célula for colocada em uma solução hipertônica ou em uma solução com concentração de soluto maior do que a que se encontra dentro da célula, a água sai da célula espontaneamente - ou osmose.

Em ambos os casos, é fácil dizer que a difusão da água realmente ocorreu através da membrana da célula.


Existe alguma maneira de fazer a proteína passar pela membrana celular? - Biologia

C2006 / F2402 '07 ESBOÇO DA PALESTRA # 7

(c) 2007 Dra. Deborah Mowshowitz, Columbia University, Nova York, NY. Última atualização 06/02/2007 19:26 PM

Folhetos: 6B -- Hipótese de Sinal - Importação Co-translacional 7A = Como as proteínas se inserem na membrana ER 7B = Golgi e lisossomos não na web.

Para obter um bom vídeo (e uma explicação) de um experimento de perseguição de pulso, tente este link: http://www.sumanasinc.com/webcontent/anisamples/majorsbiology/pulsechase/pulsechase.html

I. ER - Como funciona a importação co-translacional?

A. Hipótese de sinal - Como os ribossomos chegam ao ER e a proteína do amp entra no ER -- Folheto 6B. As etapas abaixo referem-se ao folheto. Veja Becker fig. 22-16 (20-16) ou Purves 12.15

  • Função: bloqueia temporariamente a tradução que transporta a proteína nascente para o ER.
  • Estrutura: SRP contém proteínas + RNA = partícula grande contendo ácido ribonucleico e proteína amp como um ribossomo ou spliceossomo. Chamado de 'RNP' para ribonucleoproteína partigo.

3. Como a cadeia de crescimento entra no ER?

  • SRP é lançado, recicla - divisão GTP
  • Ribossomo se liga ao poro / translocon
  • Translocon se abre e o peptídeo entra (como alça).
  • Ribossomo retoma a tradução.
  • A proteína é liberada no lúmen do RE
  • Ribossomo e mRNA são liberados

Agora tente o problema 3-4, especialmente a parte D. (se algumas das partes não forem óbvias, espere até mais tarde.)

B. Como as proteínas cruzam ou entram na membrana ER? (Veja a apostila 7A, fundo de 6B, e / ou fig. 22-17 (20-17) de Becker)

1 . Como as proteínas entram / passam através da membrana - pontos importantes

uma. Membrana ER contém poro fechado (também chamado de canal ou translocon) para a cadeia crescente.

Nota sobre a terminologia: O termo & quottranslocon & quot é usado em (pelo menos) 2 maneiras diferentes. Às vezes usado para significar apenas o próprio canal, e às vezes é usado para significar todo o complexo de proteínas necessárias para a translocação de proteínas através da membrana - o canal, receptor SRP, etc. Deve ficar claro a partir do contexto a que uso se destina a qualquer momento.

b. O SP provavelmente forma um laço, não uma seta. O laço entra no canal (translocon) na membrana. O loop SP é provavelmente o que abre (portas) o canal no lado citoplasmático.

c. A cadeia de proteína em crescimento passa pelo canal à medida que a cadeia é sintetizada. (Importação co-tradução.)

d. Onde a proteína vai parar? A proteína pode percorrer todo o caminho através da membrana e terminar como uma proteína solúvel no lúmen (como no exemplo acima) ou a proteína pode ir no meio do caminho e terminar como uma proteína transmembrana (veja abaixo).

e. Como as proteínas transmembrana ficam ancoradas na membrana? Uma sequência hidrofóbica pode desencadear a abertura do poro lateralmente, de modo que a proteína desliza para fora do poro, lateralmente, na bicamada lipídica. Essas sequências hidrofóbicas são chamadas de sequências de 'parada-transferência' e / ou sequências de 'âncora'.

2 . Tipos de proteínas que podem resultar (consulte o folheto 7A)

uma. Proteína solúvel no lúmen . Acontece se a proteína passar por todo o caminho através da membrana e o SP (na extremidade amino) for removido, como acima.

b. Proteína de membrana integral ancorada na membrana por SP sem domínio citoplasmático. Isso acontece se SP estiver na extremidade amino e não for removido.

c. Proteína transmembrana de passagem única - obtenha uma de 2 possibilidades:

(1). Tipo 1: a extremidade do aminoácido está no lado do lúmen da membrana (no lado E) A extremidade do carboxil está no citoplasma (no lado P da membrana)
Uma maneira de isso acontecer: se o SP estiver na extremidade amino e o SP for removido, e houver uma sequência hidrofóbica (atuando como uma sequência de parada-transferência) no meio do peptídeo.

(2) Tipo 2: a extremidade do carboxil está no lado do lúmen da membrana (no lado E) A extremidade do aminoácido está no citoplasma (no lado P)
Uma maneira de isso acontecer: se SP estiver no meio, não na extremidade amino. SP, neste caso, não é removido - ele se torna o domínio transmembrana da proteína. (SP dobra como sequência de parada-transferência.)

d. Proteína transmembrana multipass. (Requer um SP e várias sequências hidrofóbicas (iniciar / parar).

(1). As sequências hidrofóbicas podem interromper o processo (de movimentação através dos poros) e ancorar a proteína na membrana, conforme explicado acima.

(2) Sequências hidrofóbicas no meio do peptídeo podem reiniciar o looping & # 8594 multipass protein. Estas são normalmente chamadas de sequências de & quotstart-transfer & quot.

(3). As sequências de 'início-transferência' e 'parada-transferência' são provavelmente equivalentes. O papel depende de onde ocorrem na proteína.

(4). Cada SP também é uma "sequência de transferência de início", mas nem toda sequência de início / parada é necessariamente um SP. Para atuar como um SP, uma sequência deve ser vinculada ao SRP. Se uma sequência hidrofóbica não se liga ao SRP, ela não direcionará os ribossomos para o ER.

e. Proteínas ancoradas em lipídios: Proteínas a serem ancoradas aos lipídios no lado de fora da membrana plasmática são geralmente feitas da seguinte forma: A proteína é feita no RER e inserida na membrana ER. Depois que a proteína atinge a membrana plasmática, o domínio extracelular é separado do resto da proteína e ligado ao lipídeo. (Proteínas a serem ancoradas à membrana plasmática no dentro são feitos em ribossomos citoplasmáticos.) Consulte Becker se estiver curioso sobre os detalhes.

Agora termine o problema 3-1 e tente o amplificador 3-2, A -C. Para testar a si mesmo na estrutura / inserção de proteínas integrais de membrana, tente o problema 3-3.

II. O que mais acontece no / no pronto-socorro?

UMA . O que acontece dentro ER

1. Terminal SP geralmente removido por sinal de peptidase (enzima) dentro do ER.

2. Dobramento de proteína - requer acompanhantes.

uma. Chaperones (também chamados de chaperonins) - proteínas necessárias para auxiliar no enovelamento de proteínas. Os acompanhantes são usados ​​sempre que uma proteína permanece desdobrada ou se desdobra para atravessar uma membrana (ou se desdobra do outro lado). Dois ou mais tipos de chaperones estão envolvidos no enovelamento de proteínas - diferentes são encontrados em diferentes partes da célula.

b. Os acompanhantes são de dois tipos principais (famílias) - HSP 60 (forma barril) ou HSP 70 (liga-se a regiões hidrofóbicas). Diferem no peso molecular (60 K vs 70 K) e no modo de ação. (Veja um texto avançado se estiver curioso sobre os mecanismos.)

c. O principal acompanhante dentro do pronto-socorro é um membro da família HSP 70, também chamada de & quotBiP & quot

d. Freqüentemente chamado de HSP = proteínas de choque térmico, porque essas proteínas são produzidas em grandes quantidades após a exposição a altas temperaturas. (Foi assim que foram descobertos pela primeira vez.)

3. Modificações enzimáticas. As enzimas apropriadas dentro do ER catalisam o seguinte:

uma. Fazendo ligações S-S . Em eucariotos, todas as ligações S-S são formadas em proteínas dentro do ER. As proteínas feitas no citoplasma não possuem ligações S-S. As proteínas citoplasmáticas contêm cisteínas e têm grupos SH livres.

b. Início da N-glicosilação (os oligossacarídeos são adicionados ao N da amida das cadeias laterais da asparagina - chamada de glicosilação N.) Ver Becker fig. 12-7 se você está curioso sobre os detalhes bioquímicos.

4. Algumas proteínas permanecem no RE (no lúmen ou na membrana), a maioria segue para o Golgi.

5. O que acontece com as proteínas no RE que não se dobram adequadamente? Veja Becker p. 755-757 (733-734).

  • Uma grande proporção de todas as proteínas produzidas na célula não se dobra adequadamente e é degradada.

  • A destruição de muitas proteínas é regulada - o nível de atividade da proteína pode ser controlado pela degradação da proteína, bem como pela taxa de síntese, feedback da atividade, modificação, etc. Mais detalhes e / ou exemplos a seguir.

B. O que acontece em lado de fora de ER (além da síntese de proteínas)

1. Síntese lipídica --

uma. Inserção: Lípidos produzidos e inseridos no lado citoplasmático da membrana por enzimas ligadas à / na membrana.

b. Lançando: Enzimas ('flippases') necessárias para mover os lipídios anfipáticos de um folheto (lado P) da membrana para outro folheto (lado E).

c. Transporte: Os lipídios podem atingir partes da célula não conectadas ao RE por meio de vesículas e / ou proteínas de transporte (troca).

2. Algumas desintoxicações e outras reações são catalisadas por proteínas no lado cito do RE. Veja o texto para detalhes se estiver interessado.

Para revisar a estrutura e função do ER, tente o problema 3-4.

III. Complexo de Golgi - Estrutura e função de amp

A. Como as coisas chegam lá - de ER em vesículas revestidas (revestimento feito de proteína chamada coatomer ou COP em vez de clatrina). Para ver a animação de como os materiais passam do ER para e através do Golgi, clique aqui.

B. Estrutura & amp Fluxo de tráfego geral - S ee Purves, fig 4.12 ou Becker fig. 12-4 e 12-8 e apostila 7B.

1. Dois lados da pilha

uma. cis/ formando rosto (lado mais próximo do núcleo & amp ER)

b. trans/ rosto amadurecendo (longe do núcleo)

2. Três peças ou compartimentos básicos em uma pilha

uma. CGN (rede cis-Golgi) ou cis Golgi

b. cisterna medial (sacos) - parte entre 'cis' e 'trans' Golgi

c. TGN (rede trans-Golgi) ou trans Golgi

3 . Diferentes enzimas / funções marcadoras encontradas em diferentes partes. (Ver Becker figs 12-5 e amp 12-6) Enzimas exclusivas de qualquer organela ou compartimento celular são chamadas de 'enzimas marcadoras' = sua presença é um 'marcador' para a presença desse compartimento ou organela.

4. Bolsas em pilha conectadas por tráfego de vesículas - não está completamente claro para onde vão as vesículas de transporte ou o que elas carregam. Isto é claro que a proteína e os lipídios recém-produzidos passam pelo Golgi a partir do cis cara para o trans rosto, e que as vesículas de uma pilha podem se fundir com outra em vitro. Modelos para transporte através do Golgi são discutidos com mais detalhes posteriormente.

C. Função - que reações ocorrem dentro do Golgi?

1. Concluir a glicosilação N - oligosacch. que foi adicionado às glicoproteínas no ER é modificado. Oligosacch. está ligado a? N? de cadeias laterais de amida de asparaginas (asn's).

2. Faça glicosilação O de glicoproteínas. Açúcares são adicionados a "O" da hidroxila da cadeia lateral de ser & amp thr.

3. Reúna açúcares de proteoglicanos (cadeias lineares de sequência de repetição = GAGs)

4. Concentre-se, classifique as proteínas . Isso ocorre em trans rosto (TGN). Diferentes áreas do Golgi têm receptores que prendem proteínas que vão para destinos diferentes.

Para revisar como as proteínas são direcionadas ao lugar certo e modificadas no ER e no Golgi, tente o problema 3-2.

4. Transporte pelo Golgi - As cisternas são estacionárias ou progridem?

Um plano de fundo

1. Vesículas de transporte pode brotar de um saco (cisterna) do Golgi e se fundir com outro. No entanto, não está totalmente claro para que lado vão as vesículas de transporte ou o que elas carregam.

uma. Direção do tráfego de vesículas: é isso cis para trans = para a frente = anterógrado ou vice-versa = retrógrado? (Modelos mais antigos presumiam que era para frente, mas as evidências atuais indicam que é ambos - algumas vesículas vão em uma direção e outras na outra, como mostrado em Becker fig. 12-8.)

b. O que as vesículas carregam?

1. Proteínas de carga - Proteínas recém-feitas a partir do ER e / ou

2. Enzimas de modificação - Usado no Golgi para modificar as proteínas de carga recém-feitas

2. Direção Líquida de Transporte. É claro que a proteína e os lipídios recém-produzidos passam pelo Golgi a partir do cis cara para o trans rosto, como mostrado nesta animação.

3. Vesículas de uma pilha podem se fundir com cisternas de outra pilha in vitro . (Veja o problema 3-10.)

1. & quotModelo de Transporte de Vesículas & quot ou Modelo de Cisterna Estacionária

uma. As vesículas de transporte movem-se principalmente para a frente (anterógrado) -- para trans enfrentar. Para uma animação desse processo, veja aqui.

b. Vesículas transportam carga - as vesículas carregam proteínas recém-feitas de uma parte do Golgi para a próxima parte para modificações adicionais.

c. Os sacos de Golgi (e suas enzimas características) permanecem imóveis - as proteínas (carga) recém-preparadas passam de saco em saco por meio de vesículas.

d. Composição enzimática de cada saco permanece o mesmo . Cada parte permanece no mesmo lugar e mantém suas enzimas características ('marcadores'). São os substratos das enzimas (as proteínas de carga recém-formadas) que passam, carregadas pelas vesículas de saco em saco.

2. & quotModelo de maturação isternal & quot = um modelo de progressão modificado

uma. As vesículas de transporte se movem principalmente retrógradas -- para cis enfrentar.

b. Vesículas carregam enzimas para modificar e classificar proteínas. Eles não carregam as proteínas recém-feitas do RE.

c. Sacs of Golgi se movem , carregando proteínas e lipídeos recém-feitos para dentro. Novos sacos são constantemente formados no cis face do material transportado do ER. Sacos velhos são perdidos do trans enfrentam à medida que envelhecem.

d. A composição enzimática de cada saco muda com o tempo. A composição enzimática de cada saco individual muda constantemente à medida que envelhece e passa de cis para trans enfrentar. No entanto, as enzimas características encontradas nos sacos em cada posição do Golgi (cis, medial e trans) permanecem as mesmas, porque as enzimas são "passadas de volta". As vesículas recuperam as enzimas dos sacos "mais velhos" (mais perto da face trans) e carregam eles de volta para os sacos mais novos (mais perto da face cis).

3. Modelo de conexão - outra possibilidade é que os sacos de Golgi estejam realmente conectados (embora pareçam estar separados) e que as proteínas se movam para frente e para trás de um saco para o outro, embora o fluxo de massa líquida de proteínas recém-feitas seja de cis para trans. Não há muita evidência ou entusiasmo para este modelo, mas alguns dados recentes usando proteínas geneticamente modificadas marcadas com GFP foram interpretados em apoio a este modelo.

4. O que realmente acontece? Os modelos acima não são mutuamente exclusivos, portanto, um modelo híbrido é possível. Somente novos experimentos gerando novos dados resolverão a questão de como o material realmente se move. Nem todos os materiais podem se mover pelo Golgi da mesma maneira. Para uma revisão dos modelos e dos dados de 1998 (o 100º aniversário da descoberta do Golgi), consulte Coming to Grips with the Golgi.

Para revisar o tráfego através do Golgi, tente o problema 3-10.

V. Lisossomos - um exemplo de classificação no final do Golgi

A. Como as proteínas chegam aos lisossomos (Ver Becker fig. 12-9) - Caminho normal (as etapas referem-se aos números no folheto 7B)

1. Como as hidrolases chegam ao Golgi?

uma. Síntese enzimática: As hidrolases são feitas em ribossomos ligados ao ER. As enzimas entram no ER co-translacionalmente (à medida que são feitas).

b. Transporte para Golgi: As hidrolases são transportadas em vesículas para Golgi. Etapas 1 e 2.

2 . Como as hidrolases são identificadas e marcadas para transporte para os lisossomos?

uma. Sinal de Localização - A maioria das hidrolases destinadas aos lisossomas tem uma sequência / patch especial.

b. Lendo o LS - A (s) enzima (s) reconhecem a sequência / patch e adicionam Manose-6-P (a N-glicosilação começa no ER pela adição do oligossacarídeo padrão. A modificação dos açúcares padrão para M6P ocorre em Golgi - esta modificação só acontece às proteínas com o sequência de aminoácidos adequada = hidrolases solúveis ligadas aos lisossomos) Etapa 3.

3. Função do receptor M6P - como a tag é reconhecida?

uma. Vinculando o M6P - Receptor em parte especial do trans Golgi liga proteínas com M6P. Passo 4.

b. Ordenação em trans Golgi - Proteínas com M6P e seus receptores se acumulam em poços revestidos (passo 5) e botão off (passo 6) e vá para uma vesícula / endossomo de classificação (passo 7).

4. Classificação após o Golgi

uma. Classificando vesícula / endossomo classifica vários tipos de receptores e hidrolases. O mesmo que acontece durante a RME quando os receptores e ligantes são classificados. (passo 7)

b. Reciclagem: Receptores M6P reciclados de volta para Golgi (etapas 8A e 10) vesículas com hidrolases adicionam-se ao antigo lisossoma ou formam um novo (etapas 8B e 9) Observe que 8A e 8B são equivalentes aos mesmos números no folheto do RME. 8B vai para o lisossoma e 8A recicla de volta para a membrana de onde veio.

c. SNAREs. Como as várias vesículas se fundem quando atingem o alvo adequado? Existem proteínas transmembrana correspondentes (SNAREs) na membrana alvo e na membrana da vesícula. Os domínios citoplasmáticos das proteínas são complementares e se emparelham. Veja a hipótese SNARE em Becker, p. 348-349 (352-353), se você estiver interessado em mais detalhes.

B. Doenças lisossomais -- da próxima vez - e se as hidrolases não forem produzidas e / ou não atingirem o lisossoma?

Da próxima vez: Resumo das doenças lisossomais - Você pode tratar alguma doença de depósito lisossomal? Como as enzimas chegam aos peroxissomos, núcleos e mitocôndrias?


Filtração

A filtração é outro processo passivo de mover o material através de uma membrana celular. Enquanto a difusão e osmose dependem de gradientes de concentração, a filtração usa um gradiente de pressão. As moléculas se moverão de uma área de maior pressão para uma área de menor pressão. A filtração não é específica. Isso significa que não classifica as moléculas, elas passam devido aos gradientes de pressão e seu tamanho. Se as moléculas forem pequenas o suficiente para atravessar a membrana, elas o farão. A força que empurra as moléculas é denominada pressão hidrostática.

Um exemplo de filtragem é fazer café. Pense no filtro de café como a membrana celular e nos grãos de café, no sabor e na cafeína como as moléculas. A pressão é exercida pela água da máquina. Ele força os materiais através do filtro de café para a cafeteira. Moléculas pequenas como cafeína, água e sabor passam pelo filtro, mas os grãos de café não. Eles são muito grandes. Se você fizer furos no filtro, o pó de café vai acabar no seu café! O filtro de café representa a membrana de filtração, que normalmente é uma camada de células.

A filtração é um dos principais métodos usados ​​para a troca capilar. A pressão arterial fornece a força motriz ou pressão hidrostática para forçar a saída dos materiais dos capilares para as células ou para formar o filtrado (fluido no néfron do rim). A pressão hidrostática é contrariada pela pressão osmótica. Lembre-se de que a pressão osmótica é criada devido ao aumento da concentração de soluto e puxará a água em direção à área de solutos mais elevados. Essas duas pressões devem estar em equilíbrio para a homeostase dos volumes de fluido. Em nosso corpo, moléculas grandes, como proteínas plasmáticas e glóbulos vermelhos, não devem passar para fora do sangue através das membranas celulares que revestem os capilares. Se passarem e acabarem nos tecidos ou nos rins e mais tarde na urina, é anormal e um sinal de doença.


O que é transporte por membrana? (com fotos)

As células animais têm uma membrana seletivamente permeável ao seu redor, que separa o conteúdo interno da célula do ambiente externo. O processo pelo qual íons e pequenas moléculas solúveis, ou solutos, passam através da membrana celular é conhecido como transporte por membrana. Essas moléculas geralmente são substâncias vitais para o funcionamento e manutenção da célula, como glicose e aminoácidos. Existem quatro tipos principais de transporte por membrana: difusão passiva, ou simplesmente difusão facilitada, transporte ativo primário e transporte ativo secundário. Muitos desses mecanismos de transporte envolvem o uso de moléculas de proteínas especializadas localizadas na membrana celular, chamadas proteínas de transporte de membrana.

A difusão passiva ocorre espontaneamente e é impulsionada pela atividade aleatória das moléculas em uma solução. As moléculas se movem de uma área de alta concentração, onde há muitas delas densamente compactadas, para uma área de baixa concentração, onde há menos moléculas mais espaçadas umas das outras. Moléculas pequenas podem alcançar o transporte de membrana por difusão através da membrana celular. A taxa de difusão pode ser afetada por muitas coisas, incluindo a composição da membrana celular e o tamanho e a carga da molécula. O tipo mais conhecido de difusão passiva é a osmose, um processo que envolve o movimento de moléculas de água de uma área de alta concentração para uma área de menor concentração.

A difusão facilitada envolve o uso de proteínas de transporte de membrana dentro da membrana celular, chamadas proteínas de canal. Essas proteínas agem como poros na membrana celular, permitindo a passagem de partículas solúveis em água, mas impedindo a passagem de moléculas lipofílicas, ou "amantes da gordura". A difusão segue o mesmo mecanismo de ação, com as moléculas movendo-se de áreas de alta concentração para áreas de baixa concentração.

O transporte ativo primário usa energia para mover íons e moléculas de áreas de alta concentração para áreas de baixa concentração. A energia necessária para que o transporte ativo primário ocorra é geralmente na forma de um nucleotídeo denominado trifosfato de adenosina (ATP). Uma das formas mais comuns de transporte ativo é a bomba de sódio-potássio, que ajuda as células a manter uma carga elétrica conhecida como potencial de repouso e também controla o volume celular. A bomba de sódio-potássio move os íons de sódio para o exterior da célula e libera íons de potássio no citoplasma da célula.

O transporte ativo secundário usa proteínas de transporte de membrana chamadas antipórteres e simportadores. Os antipórteres movem íons e moléculas ao transportar um tipo de partícula contra seu gradiente de concentração usual, de baixa para alta concentração, enquanto transportam o outro tipo de partícula da maneira normal, de alta para baixa concentração. Simportadores transportam dois tipos diferentes de moléculas ou íons através da membrana celular ao mesmo tempo e na mesma direção.


Proteínas em Membranas de Plasma

As proteínas constituem o segundo principal componente das membranas plasmáticas. Proteínas integrais são, como o nome sugere, completamente integrados na estrutura da membrana. Na verdade, suas regiões hidrofóbicas que abrangem a membrana interagem com a região hidrofóbica da bicamada fosfolipídica. Nós nos referimos a alguns tipos especializados de proteínas integrais como integrinas. Veja a imagem abaixo.

O modelo de mosaico fluido da membrana plasmática descreve a membrana plasmática como uma combinação fluida de fosfolipídios, colesterol e proteínas. Os carboidratos ligados aos lipídios (glicolipídios) e às proteínas (glicoproteínas) se estendem da superfície externa da membrana. Atribuição de imagem: OpenStax Biology

As proteínas integrais de membrana de passagem única geralmente têm um segmento transmembrana hidrofóbico que consiste em 20-25 aminoácidos. Alguns abrangem apenas parte da membrana - associando-se a uma única camada. Por outro lado, outras se estendem de um lado a outro da membrana e ficam expostas em ambos os lados.

Algumas proteínas complexas consistem em até 12 segmentos de uma única proteína. Essas proteínas se dobram extensivamente e se incorporam à membrana (veja a imagem abaixo). Este tipo de proteína tem uma região ou regiões hidrofílicas e uma ou várias regiões levemente hidrofóbicas. Este arranjo de regiões da proteína tende a orientar a proteína ao lado dos fosfolipídios, com a região hidrofóbica da proteína adjacente às caudas dos fosfolipídios e a região ou regiões hidrofílicas da proteína projetando-se da membrana e em contato com o citosol ou fluido extracelular.

As proteínas de membranas integrais podem ter uma ou mais alfa-hélices que abrangem a membrana (exemplos 1 e 2). Por outro lado, eles podem ter folhas beta que abrangem a membrana (exemplo 3). Atribuição de imagem: “Foobar” / Wikimedia Commons

Proteínas Periféricas

Podemos encontrar proteínas periféricas nas superfícies externas e internas das membranas. Na verdade, eles se ligam a proteínas integrais ou a fosfolipídios. Junto com as proteínas integrais, as proteínas periféricas podem servir como enzimas. Eles também podem servir como acessórios estruturais para as fibras do citoesqueleto. Além disso, eles podem servir como parte dos locais de reconhecimento da célula. Às vezes nos referimos a isso como proteínas “específicas da célula”. O corpo reconhece suas próprias proteínas e ataca proteínas estranhas associadas a patógenos invasivos.


5.4 Transporte a granel

Difusão, osmose e transporte ativo são usados ​​para transportar moléculas bastante pequenas através das membranas das células plasmáticas. No entanto, às vezes partículas grandes, como macromoléculas, partes de células ou mesmo microrganismos unicelulares, podem ser engolfadas por outras células em um processo denominado fagocitose ou "alimentação de células". Nessa forma de endocitose, a membrana celular envolve a partícula, arranca e traz a partícula para dentro da célula. Por exemplo, quando as bactérias invadem o corpo humano, um tipo de glóbulo branco chamado neutrófilo remove os invasores por meio desse processo. Da mesma forma, na pinocitose ou “consumo de células”, a célula absorve gotículas de líquido. Na endocitose mediada por receptor, a absorção de substâncias pela célula é direcionada a um único tipo de substância que se liga a uma proteína receptora específica na superfície externa da membrana celular (por exemplo, hormônios e suas células-alvo) antes de sofrer endocitose. Algumas doenças humanas, como a hipercolesterolemia familiar, são causadas pela falha da endocitose mediada por receptor. Exocitose é o processo de exportação de material para fora das vesículas celulares que contêm substâncias que se fundem com a membrana plasmática e o conteúdo é liberado para o exterior da célula. A secreção de neurotransmissores nas sinapses entre neurônios é um exemplo de exocitose.

Information presented and the examples highlighted in the section support concepts and learning objectives outlined in Big Idea 2 of the AP ® Biology Curriculum Framework. The learning objectives listed in the Curriculum Framework provide a transparent foundation for the AP ® Biology course, an inquiry-based laboratory experience, instructional activities, and AP ® exam questions. Um objetivo de aprendizagem mescla o conteúdo exigido com uma ou mais das sete práticas científicas.

Grande Ideia 2 Os sistemas biológicos utilizam energia livre e blocos de construção moleculares para crescer, se reproduzir e manter a homeostase dinâmica.
Enduring Understanding 2.B Growth, reproduction and dynamic homeostasis require that cells create and maintain internal environments that are different from their external environments.
Conhecimento Essencial 2.B.2 Growth and dynamic homeostasis are maintained by the constant movement of molecules across membranes.
Prática de Ciências 1.4 O aluno pode usar representações e modelos para analisar situações ou resolver problemas qualitativa e quantitativamente.
Objetivo do aprendizado 2.12 The student is able to use representations and models to analyze situations or solve problems qualitatively and quantitatively to investigate whether dynamic homeostasis is maintained by the active movement of molecules across membranes.
Grande Ideia 2 Os sistemas biológicos utilizam energia livre e blocos de construção moleculares para crescer, se reproduzir e manter a homeostase dinâmica.
Compreensão Duradoura 2.D O crescimento e a homeostase dinâmica de um sistema biológico são influenciados por mudanças no ambiente do sistema.
Conhecimento Essencial 2.D.4 Plants and animals have a variety of chemical defenses against infections that affect dynamic homeostasis.
Prática de Ciências 1.1 O aluno pode criar representações e modelos de fenômenos naturais ou artificiais e sistemas no domínio.
Prática de Ciências 1.2 O aluno pode descrever representações e modelos de fenômenos naturais ou feitos pelo homem e sistemas no domínio.
Objetivo do aprendizado 2.30 The student can create representations or models to describe nonspecific immune defenses in plants and animals.

Apoio ao Professor

Ask students to consider how large polar molecules required by cells, such as proteins and polysaccharides, can enter cells when they are unable to cross cell membranes. These molecules enter cells through the active transport mechanism of endocytosis. This video on endocytosis and exocytosis can be used to demonstrate this information.

In addition to moving small ions and molecules through the membrane, cells also need to remove and take in larger molecules and particles (see Table 5.2 for examples). Algumas células são mesmo capazes de engolfar microrganismos unicelulares inteiros. Você pode ter hipotetizado corretamente que a absorção e liberação de grandes partículas pela célula requer energia. Uma partícula grande, entretanto, não consegue passar pela membrana, mesmo com a energia fornecida pela célula.

Endocitose

Endocytosis is a type of active transport that moves particles, such as large molecules, parts of cells, and even whole cells, into a cell. There are different variations of endocytosis, but all share a common characteristic: The plasma membrane of the cell invaginates, forming a pocket around the target particle. The pocket pinches off, resulting in the particle being contained in a newly created intracellular vesicle formed from the plasma membrane.

Fagocitose

Phagocytosis (the condition of “cell eating”) is the process by which large particles, such as cells or relatively large particles, are taken in by a cell. For example, when microorganisms invade the human body, a type of white blood cell called a neutrophil will remove the invaders through this process, surrounding and engulfing the microorganism, which is then destroyed by the neutrophil (Figure 5.21).

In preparation for phagocytosis, a portion of the inward-facing surface of the plasma membrane becomes coated with a protein called clathrin , which stabilizes this section of the membrane. The coated portion of the membrane then extends from the body of the cell and surrounds the particle, eventually enclosing it. Once the vesicle containing the particle is enclosed within the cell, the clathrin disengages from the membrane and the vesicle merges with a lysosome for the breakdown of the material in the newly formed compartment (endosome). When accessible nutrients from the degradation of the vesicular contents have been extracted, the newly formed endosome merges with the plasma membrane and releases its contents into the extracellular fluid. The endosomal membrane again becomes part of the plasma membrane.

Conexão da prática científica para cursos AP®

Atividade

Create a representation/diagram to describe how a neutrophil, a type of human white blood cell, attacks and destroys an invading bacterium. What cellular organelles are involved in this process?

Apoio ao Professor

Student diagrams should show receptors in the neutrophil that bind to the bacteria and the plasma membrane of the neutrophil surrounding the bacteria. The diagram should also show a lysosome merging with vesicle containing the bacteria, and breakdown of the bacteria by the lysosome.

Pinocytosis

A variation of endocytosis is called pinocytosis . This literally means “cell drinking” and was named at a time when the assumption was that the cell was purposefully taking in extracellular fluid. In reality, this is a process that takes in molecules, including water, which the cell needs from the extracellular fluid. Pinocytosis results in a much smaller vesicle than does phagocytosis, and the vesicle does not need to merge with a lysosome (Figure 5.23).

A variation of pinocytosis is called potocytosis . This process uses a coating protein, called caveolin , on the cytoplasmic side of the plasma membrane, which performs a similar function to clathrin. The cavities in the plasma membrane that form the vacuoles have membrane receptors and lipid rafts in addition to caveolin. The vacuoles or vesicles formed in caveolae (singular caveola) are smaller than those in pinocytosis. Potocytosis is used to bring small molecules into the cell and to transport these molecules through the cell for their release on the other side of the cell, a process called transcytosis.

Receptor-mediated Endocytosis

A targeted variation of endocytosis employs receptor proteins in the plasma membrane that have a specific binding affinity for certain substances (Figure 5.24).

In receptor-mediated endocytosis , as in phagocytosis, clathrin is attached to the cytoplasmic side of the plasma membrane. If uptake of a compound is dependent on receptor-mediated endocytosis and the process is ineffective, the material will not be removed from the tissue fluids or blood. Instead, it will stay in those fluids and increase in concentration. Some human diseases are caused by the failure of receptor-mediated endocytosis. For example, the form of cholesterol termed low-density lipoprotein or LDL (also referred to as “bad” cholesterol) is removed from the blood by receptor-mediated endocytosis. In the human genetic disease familial hypercholesterolemia, the LDL receptors are defective or missing entirely. People with this condition have life-threatening levels of cholesterol in their blood, because their cells cannot clear LDL particles from their blood.

Although receptor-mediated endocytosis is designed to bring specific substances that are normally found in the extracellular fluid into the cell, other substances may gain entry into the cell at the same site. Flu viruses, diphtheria, and cholera toxin all have sites that cross-react with normal receptor-binding sites and gain entry into cells.

Link para aprendizagem

See receptor-mediated endocytosis in action, and click on different parts for a focused animation.

  1. The bacteria will be destroyed and will not cause any illness.
  2. The bacteria will survive but will not cause illness.
  3. The bacteria will be destroyed, but will still cause illness.
  4. The bacteria will survive and possibly will cause illness.

Exocitose

The reverse process of moving material into a cell is the process of exocytosis. Exocytosis is the opposite of the processes discussed above in that its purpose is to expel material from the cell into the extracellular fluid. Waste material is enveloped in a membrane and fuses with the interior of the plasma membrane. This fusion opens the membranous envelope on the exterior of the cell, and the waste material is expelled into the extracellular space (Figure 5.25). Other examples of cells releasing molecules via exocytosis include the secretion of proteins of the extracellular matrix and secretion of neurotransmitters into the synaptic cleft by synaptic vesicles.


Cell membrane proteins give up their secrets

Rice University researchers are using a custom computer-modeling program to predict how transmembrane proteins will fold from basic genomic data. Here, the experimentally determined native structure of the bacteriorhodopsin subdomain (left), a predicted structure using AWSEM membrane (center), and a comparative alignment of both structures (right: native in beige, predicted in blue) shows how well the predictive algorithm succeeded. Credit: Bobby Kim/Rice University

Rice University scientists have succeeded in analyzing transmembrane protein folding in the same way they study the proteins' free-floating, globular cousins.

Rice theoretical biologist Peter Wolynes and his team at the university's Center for Theoretical Biological Physics (CTBP) have applied his energy landscape theory to proteins that are hard to view because they live and work primarily inside cell membranes.

The method should increase the technique's value to researchers who study proteins implicated in diseases and possibly in the creation of drugs to treat them, he said.

The study appeared this week in the Anais da Academia Nacional de Ciências. Lead author Bobby Kim, a graduate student, and co-author Nicholas Schafer, a postdoctoral research associate, are both members of Wolynes' Rice lab.

Membrane proteins are critical to such functions as photosynthesis and vision, among many others. They can also serve as a cell's gatekeepers by deciding what may pass through, and also as its gates by helping transport nourishment from the outside and waste from the inside. Because of these multiple roles, they constitute a large percentage of drug targets.

While their function is clear, information about how they fold lags far behind what is available for globular proteins, Wolynes said. "This is strange because membrane proteins are about 30 percent of the genome," he said.

Wolynes and his colleagues use raw genomic information to predict how strands of amino acids will fold into functional proteins by following paths of least resistance (aka the principle of minimal frustration) dictated by the energy associated with each "bead" in the strand. The closer a protein gets to its functional "native" state, the more stable it becomes. Wolynes' pioneering theory graphically represents this energy as a funnel.

The researchers test their computer models by comparing them to the structures of actual proteins acquired through X-ray crystallography. Plenty of structures are available for globular folded proteins, which float around the body to carry out tasks essential to life.

But until recent years, similar structures for transmembrane proteins have been hard to come by because of the difficulty of isolating them for imaging without destroying them. Recent advances use a detergent to wash most of the membrane away from a protein of interest, Wolynes said. "It leaves a fatty layer around the protein but nevertheless gives a sort of coating that allows the whole molecule to form a crystal lattice later on," he said.

Wolynes was inspired to study membrane proteins when he noticed that two widely used cell biology textbooks were in complete disagreement about how they folded.

"One of them, after listing all the rules, said, 'This is evidence that it's kinetically controlled.' The other said, 'This is evidence that it's equilibrium-controlled.' They're written in that way of introductory textbooks where anything they tell you about, they act as if it's absolutely certain. And they were in direct opposition.

"I would say I'm still not certain, but I think our work points much more in the direction that folding is thermodynamically (equilibrium) controlled, at least once the protein is stuck in the membrane."

Kim and Schafer modified a protein-folding algorithm used by the Wolynes lab called the Associative Memory, Water-Mediated, Structure and Energy Model (AWSEM) to account for outside influences unique to membrane proteins, including the translocon mechanism that inserts partially folded proteins into a membrane, and the membrane itself.

With the algorithm, they successfully determined that thermodynamic funnels still seem to hold the upper hand in folding proteins inside a membrane, as they do for globular proteins.

"We had a database of membrane protein structures from many different labs and we were able to learn the parameters that were transferable between them," Kim said. "These parameters specify how strongly two residues (the "beads") should interact and take into account the surrounding environment. That allowed us to make predictions from the raw sequences."

The researchers expect to fine-tune the AWSEM-membrane algorithm as more structures become available. "I don't think we're done learning about membrane interactions," Wolynes said, suggesting that much of the funneled folding happens after the protein enters the membrane and that very little of it is due to the hydrophobic (kinetic) interactions that play a somewhat larger role in globular protein folding. "My gut feeling is that's going to be right," he said.

"The significance of the paper is that we now have an algorithm to predict membrane protein structure pretty well based on the raw genome sequence," Wolynes said. "This is going to be very useful to interpret a new generation of experiments."


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