Proteossoma

Proteossoma

O proteossoma 26 S, o mais comum dos proteossomas, é um complexo de proteínas com capacidade para degradar as proteínas em seus constituintes peptídeos com 7-9 aminoácidos e consumo de ATP.

O proteossoma faz parte do sistema ubiquitina-proteossoma e degrada as proteínas previamente ubiquitinadas, sendo a ornitina descarboxilase a única excepção, sendo que esta faz a proteólise associada à antienzima do seu inibidor.

http://youtu.be/hvNJ3yWZQbE

O proteossoma 26 S é constituído por um complexo catalítico central de nome proteossoma 20 S que se liga lateralmente a complexos regulatórios 19 S. O proteossoma 20 S, em forma de cilindro, é formado por 2 anéis alfa e 2 anéis beta, na sequência alfa-beta-beta-alfa, sendo cada anel constituído por 7 subunidades e sendo os anéis alfa estruturais e os anéis beta com função catalítica.

As subunidades alfa fazem a estabilização das subunidades beta que realizam as clivagens proteicas. É função das subunidades alfa, também, a ligação ao complexo 19 S.

O proteossoma 26 S apresenta-se como um tubo, com duas entradas nas extremidades 19 S, um complexo 19 S que se liga a cadeia poliubiquitina e se anexa à subunidade 20 S, utilizando a energia do ATP para fazer o desdobramento da proteína e preparando o canal que leva ao local proteolitico 20 S.

Existem cerca de 30000 proteossomas na célula, quer intranucleares quer extranucleares.

A ubiquitina, proteína que faz parte do sistema proteossoma-ubiquitina, é uma proteína de 76 aminoácidos com função de ubiquitinar ( sinalizar ) as proteínas destinadas à degradação, necessita de enzimas para actuar e afecta praticamente todos os processos celulares como o transporte transmembrana ou a reparação e transcripção do DNA.

A via ubiquitina-proteossoma tem 2 fases ( ubiquitinação pela ubiquitina e degradação pelo proteossoma ) e dispende energia na sua acção catabólica/proteolítica, originando oligopeptídeos de 7-9 aminoácidos como produto final da degradação proteica. Esta via ocorre no citosol e tem 3 etapas distintas, cada uma das quais com intervenção de uma enzima, nomeadamente E1 ( activadora da ubiquitina ), E2 ( conjugadora ) e E3 ( ligase ).

De referir que enquanto a ubiquitinação é uma reacção reversível, a degradação com produção de oligopeptídeos de 7-9 aminoácidos é uma reacção irreversível, pois apenas assegura hidrólises e não sinteses.

A principal função do sistema proteossoma é a degradação de proteínas inutilizadas ou com erros de produção. Outras funções deste sistema são o fornecimento de aminoácidos para a síntese de novas proteínas, remoção de excesso de enzimas e remoção de factores de transcrição nomeadamente factores de transcripção não funcionais.

A actividade do sistema proteossoma no ciclo celular é principalmente evidente na transição G1 para S, anafase da mitose e no final da mitose.

O sistema proteossoma actua na degradação proteica das proteínas que controlam a formação e degradação do fuso acromático. Também, dada a replicação do DNA ser inibida por um inibidor específico para a cinase, a degradação deste inibidor por fosforilação pelo sistema ubiquitina-proteossoma origina o início desta replicação, possibilitando a transição da fase G1 para a fase S onde se sintetizam as biomoléculas que vão integrar a nova célula.

O sistema proteossoma também actua no sistema imunitário, e nomeadamente no reconhecimento dos antigéneos. Neste sistema são produzidos peptídeos antigénicos derivados dos antigéneos que levam à maturação linfocitária T específica ao nível do complexo major de histocompatibilidade.

Os proteossomas estão continuamente a degradar factores apoptóticos. A inibição dos proteossomas, por este motivo, tem-se tornado uma nova estratégia no combate ao cancro.

gp130

GP 130

GP 130, também chamado de glicoproteína 130, transdutor do sinal IL 6, receptor de oncostatina M ou IL 6β, é uma proteína transmembrana que constitui o membro fundador da classe dos receptores das citoquinas. Forma uma subunidade dos receptores de citoquinas tipo I dentro da família do receptor IL6

A gp130 tem importância na transdução do sinal que se segue à ligação da citoquina ao seu receptor.

Interactua com a janus quinase na cascata de sinalização respectiva.

Estruturalmente é composta por 5 domínios de fibronectina tipo III e um domínio imunoglobulina-like C2 na sua porção extracelular.

Características

Todos os membros da família do receptor da IL 6 se ligam com gp130 para fazerem a transdução de sinal. Isto processa-se da seguinte forma: IL6 liga-se ao seu receptor e estas 2 proteínas unidas ligam-se a gp130, formando um complexo de 3 proteínas, que se homodimerizam constituindo um complexo hexamérico, que é capaz de produzir os sinais na cascata de sinalização respectiva.

Outras proteínas se associam a gp130, como sejam cardiotropina I ( CT-I ), factor inibitório leucémico ( LIF ), factor neurotrófico ciliar ( CNTF ), oncostatina M ( OSM ) e IL 11.

Característico de gp130 é a presença do motivo WSXWS. Outras proteínas apresentam também este motivo, nomeadamente LIF-R, OSM-R e G-CSF-R.

http://youtu.be/Uy7sX6FZ69s

A perda de gp130, no rato, origina alterações letais como sejam alterações do desenvolvimento do miocárdio ventricular e defeitos hematopoiéticos onde se inclui número reduzido de stem cells no baço e fígado.

A gp130 não apresenta actividade tirosina quinase. A gp130 é fosforilado em tirosina após se complexar com outras proteínas. A fosforilação leva à associação com proteínas JAK/STAT. Também as vias ras e MAPK podem ser activadas.

A gp130 também interactua com JAK 1, SOCS 3, LIF-R e Shc 1.

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Espectrina

Espectrina

Espectrina

http://www.youtube.com/watch?v=f_pgQLKFpAg

Isoformas de espectrinas são proteínas amplamente expressas nos eritrócitos e outras células.

A α-espectrina eritróide ( SPTA 1 ) é o componente que predomina no citoesqueleto do eritrócito. As várias isoformas possuem vários domínios de interacção, como o SH3 ( Src homologia 3 ), domínio este presente em proteínas de sinalização ( proteínas tirosina quinase, STAT, etc.) bem como em proteínas do citoesqueleto, e estes domínios SH3 intermedeiam interacções proteicas ligando-se a sequências curtas, ricas em prolina, contendo o motif PXXP ( como também existe nas DNMTs).

http://www.youtube.com/watch?v=raWML8Sk6kA

A β-espectrina é uma proteína do citoesqueleto eritrocitário com especial importância, pois relaciona-se directamente com a flexibilidade do eritrócito na microcirculação. Defeitos da estrutura da β-espectrina cursam com a esferocitose e eliptocitose hereditárias.

Uma forma frequentemente utilizada pelo eritrócito, ou outra célula qualquer, na restrição da mobilidade lateral de proteínas específicas de membrana é ligá-las a grupos de moléculas de ambos os lados da membrana. A forma bicôncava do eritrócito resulta das interacções existentes entre as proteínas da membrana citoplasmática com o citoesqueleto adjacente, citoesqueleto este que consiste principalmente de uma rede de proteína filamentosa, a espectrina.

Interacções entre as diversas proteínas

A espectrina é uma proteína filamentosa longa, em forma de bastão flexível, com 100 nm de comprimento. A espectrina é a responsável pela integridade estrutural e forma da membrana plasmática, que é a única membrana do eritrócito visto estas células não terem núcleo nem outros organelos. A rede de espectrina cobre toda a superfície citosólica eritrocitária, de forma flexível, e que permite aos eritrócitos suportarem a pressão exercida na sua membrana, quando passam nos capilares. A falta ou deficiência de espectrina correlaciona-se bem com a aparição de anemia por hemólise, sendo que a severidade da anemia é paralela ao grau de defeituosidade da espectrina.

Membrana eritrocitária

A espectrina é uma proteína hidrossolúvel de 220-250 kDa, existente nos eritrócitos e demais células. Não contém lípidos ou carbohidratos. A espectrina encontra-se sempre dimerizada, formando uma dupla cadeia, na qual a cadeia α é ligeiramente mais pesada e maior que a cadeia β

Espectrina α e β

A espectrina, proteína que cobre a parte interna da membrana eritrocitária e outros tipos celulares, adopta disposição pentagonal ou hexagonal, dando suporte estrutural e tendo uma importante função na manutenção da membrana plasmática e da estrutura do citoesqueleto.

Citoesqueleto

As disposições hexagonais são formadas por tetrâmeros de espectrina associados a outros filamentos de actina nos extremos desses tetrâmeros.

Nos vertebrados há dois tipos de α-espectrina ( α I e α II ) e 5 tipos de β-espectrinas ( β I a β V ).

http://www.youtube.com/watch?v=tcfvbQKZx2A

A deformabilidade eritrocitária é permitida pela existência de 2 tipos de interacções, sendo uma horizontal entre as diversas proteínas do citoesqueleto, e que proporciona estabilidade global ao eritrócito, e outra vertical entre a espectrina e as proteínas que a ligam à camada bilipídica.

Esferócitos

A eliptocitose congénita caracteriza-se pela presença de eritrócitos ovais ou elípticos, devidos à instabilidade do esqueleto da membrana eritrocitária, provocada pela alteração qualitativa e/ou quantitativa das suas proteínas que impedem a formação de tetrâmeros de espectrina, perdendo o glóbulo vermelho, desta forma, a capacidade de recuperação da sua forma após deformação longitudinal. A causa mais frequente de eliptocitose congénita é a perda de α-espectrina ( 60% dos casos ) seguida da deficiência da proteína 4.1 ( 20 – 30% ), β-espectrina e glucoforina C.

Eliptócitos

A interacção das proteínas do citoesqueleto eritrocitário, com a camada dupla lipídica e com as proteínas transmembrana, fornece a rigidez e integridade que a membrana eritrocitária apresenta.

Distúrbios nestas proteínas levam a alterações da forma dos eritrócitos, tomando a forma esférica ou elíptica, e originando uma anemia hemolítica.

Interacções das proteínas do citoesqueleto com camada bilipidica e proteinas transmembrana

A espectrina apresenta 5 domínios, partindo do N-terminal, denominados de domínio I, II, III, IV e V. Na cadeia β, os domínios individualizados são denominados de β I a β IV a partir do C-terminal.

As cadeias α e β são fortemente homólogas e estão associadas de forma anti-paralela. O agrupamento N-terminal α da cabeça do domínio α-I fica face ao grupo C-terminal do domínio β-I. Os dímeros de espectrina associam-se formando tetrâmeros dependendo da força iónica e temperatura.

Dois tetrâmeros de espectrina ligam-se, um ao outro, através de curtos filamentos de actina que formam os “nós” da rede do citoesqueleto do eritrócito.

Ultraestrutura da membrana eritrocitária

Interacções proteicas da membrana eritrocitária

Os eritrócitos, por não possuírem núcleo nem organelos, não possuem sistema biossintético de reparação.

O citoesqueleto de espectrina é uma rede bidimensional situada sob a membrana citoplasmática eritrocitária.

A função principal do citoesqueleto de espectrina nos eritrócitos é a de suportar a camada lipídica, dando-lhe a sua forma bicôncava e a elasticidade requerida para passar através dos finos capilares sanguíneos. Outra das funções da espectrina eritrocitária é a de controlar o acúmulo de algumas proteínas transmembrana, na membrana eritrocitária durante a eritropoiese.

http://www.youtube.com/watch?v=u-SLcPdkA6o

As espectrinas são moléculas longas e flexíveis, de 200-260 nm de comprimento e 3-6 nm de largura, que existem principalmente como heterotetrâmeros formados por 2 subunidades α e 2 subunidades β, que se unem pelos extremos, numa conformação antiparalela, formando dímeros αβ, associando-se estes dímeros para formarem tetrâmeros. Estes tetrâmeros formam-se pela ligação do extremo amino de cada subunidade α com o extremo carboxílico de cada subunidade β.

Cada subunidade de espectrina é formada por uma sucessão de motivos, formados por triplas hélices, denominados repetição de espectrina, que são domínios de 106 aminoácidos flanqueados por sequências N- e C-terminais não homólogas. Enquanto as α-espectrinas estão formadas por 20 repetições de espectrinas ( denominadas α1 a α20 ), as β-espectrinas contêm 17 repetições de espectrinas ( β1 a β17 ) e a βV-espectrina contém 30 repetições de espectrina.

Quando os tetrâmeros de espectrina se esticam, os filamentos de espectrina alongam-se, podendo atingir os 200 nm de comprimento.

Para além das repetições de espectrina, as espectrinas possuem sequências adicionais que facilitam as interacções com outras proteínas ou lípidos. As α-espectrinas apresentam um domínio SH3 que se localiza entre as repetições α9 e α10 que participa na sinalização celular mediante a interacção com sítios ricos em prolina.

No C-terminal da β-espectrina, encontra-se um domínio de homologia plekstrin ( PH; também aparece este domínio PH nas proteínas tirosina fosfato ).

proteínas α-espectrinas ...... domínio SH3

proteínas β-espectrina ...... domínio PH 

Os eritrócitos humanos apresentam um tipo de tetrâmero de espectrina formado por uma subunidade αI e uma subunidade βI localizado na parte interna da membrana plasmática.

http://www.youtube.com/watch?v=qW9_Sq2vSPc

O citoesqueleto eritrocitário de espectrina tem como função o suporte para propicionar a forma do eritrócito e manter a integridade da membrana celular e as propriedades mecânicas dessa membrana. Nas células nucleadas, a espectrina tem acção sobre a arquitectura celular, mantendo-a, e a morfologia e estabilidade da membrana plasmática das células. Nas células epiteliais, por deplecção da βII-espectrina, ou também por deplecção da anquirina G, há perda da membrana lateral com expansão da área das membranas apical e basal, e transformação da célula com morfologia de coluna em célula escamosa.

A βV-espectrina também assegura flexibilidade às células não eritrocitárias.

Mutações da espectrina são responsabilizadas por diversas doenças neurodegenerativas.

O citoesqueleto de espectrina controla a disposição de alguns canais da membrana, receptores, transportadores e moléculas de adesão. Defeitos das espectrinas levam à desestabilização da estrutura da membrana que originam doenças neurodegenerativas e outras patologias.

A espectrina tem também acção na regulação do ciclo celular, podendo estar envolvida na sinalização do β-TGF ( transforming growth factor β ) que tem actuação no crescimento, diferenciação e apoptose celulares.

A αII-espectrina, que se encontra também no núcleo celular, pode participar na reparação do DNA. Doentes com doença de Fanconi não possuem αII-espectrina.

Depois da lesão celular se verificar, a αII-espectrina liga-se aos locais danificados de DNA e contribui para o recrutamento das proteínas reparadoras. A αII-espectrina também está envolvida no processo de manutenção da estabilidade cromossómica, pelo que a deplecção de αII-espectrina leva à instabilidade cromossómica, verificando-se aberrações da cromatina com diminuição do crescimento celular e da sua sobrevida.

A α-espectrina, através do domínio SH3, tem acção sobre a adesão e expansão celular.

Nas linhagens celulares derivadas dos linfócitos, a espectrina distribui-se pelo citoplasma, podendo frequentemente formar agregados.

Via reguladora importante na remodelação da membrana esquelética é a fosforilação da espectrina. Verificou-se que a fosforilação da β-espectrina é essencial para a desestabilização da membrana esquelética do glóbulo vermelho e controlo da estabilidade do complexo de Golgi. A αII-espectrina é importante na fosforilação das tirosinas. 

A βIV-espectrina pode estar envolvida no mecanismo regulador dos canais de sódio Naᵥ 1.5 através da fosforilação da βIV-espectrina por uma quinase-II dependente do cálcio/modulina.

A espectrina é essencial para o complexo de Golgi manter, e obter, a sua forma de cisternas.

proteínas αII-espectrina ...... reparação do DNA

proteínas αII-espectrina ...... instabilidade cromossómica

 proteínas βII-espectrina ...... perda da membrana lateral

 proteínas βIV-espectrina ...... regulação dos canais Naᵥ 1.5

proteínas βV-espectrina ...... flexibilidade de células que não eritrócitos

espectrina ...... manutenção da forma das cisternas do complexo de Golgi

espectrina ...... β-TGF com acção no crescimento, diferenciação e apoptose celulares

Foram identificados 3 locais de união à membrana citoplasmática, denominadas MAD ( membrane association domain ) nas β-espectrinas ( MAD 1, MAD 2 e MAD 3 ). O domínio MAD 1 encontra-se no N-terminal e é formado por domínio ABD e local de união Arp1, o MAD 2 encontra-se no C-terminal sendo constituído por domínio PH, enquanto o MAD 3 é constituído pelas repetições de espectrina β3 – β7.

Os domínios MAD 1 e MAD 2 da espectrina funcionam em conjunto na direcção da localização subcelular da espectrina.

A fosforilação da β-espectrina é essencial na desestabilização da membrana eritrocitária, na desmontagem do citoesqueleto celular durante a mitose e no controlo da estabilidade do aparelho de Golgi.

Ferritina plasmática

Ferritina plasmática

Uma muito pequena quantidade de ferritina ( cerca de 20% do total da ferritina do organismo ) aparece no plasma, a chamada ferritina plasmática, e sua concentração reflete muito fielmente o estado das reservas marciais. A ferritina total, constituída pela soma da ferritina plasmática e da ferritina tissular, é pelo facto, daquela relação se verificar, muito bem correlacionada com o ferro medular.

O doseamento da ferritina plasmática assegura, desta forma, uma apreciação das reservas marciais mais quantitativa e menos invasiva do que a biópsia óssea.

A ferritina circulante ou plasmática é composta, predominantemente, por cadeias L e contém pouco ferro ( cerca de 10 vezes menos que a ferritina tissular ).

As ferritinas plasmáticas caracterizam-se por suas origens e estruturas:

• ferritina não glicosilada: provém duma passagem passiva do citoplasma para o meio sanguíneo, extracelular, durante a renovação das células parenquimatosas; a ferritina não glicosilada constitui cerca de 30% da ferritinemia total e apresenta uma semi-vida de 5 horas
• ferritina glicosilada: secretada pelo sistema reticulo-endotelial, local principal de armazenamento das reservas marciais; tem uma semi-vida de 3 dias e representa 50-80% da ferritinemia total, com uma média de 70%

Contrariamente ao ferro, que apresenta um ritmo circadiano com um pico entre as 7 e as 10 da manhã, a ferritina plasmática não apresenta um ritmo circadiano.

O treinamento físico induz carência de ferritinemia, e é utilizado por alguns especialistas como marcador biológico de sobretreinamento.

Sinalizador celular – Ubiquitina

Sinalizador celular – Ubiquitina

Ubiquitina

A ubiquitina é uma proteína fundamental na regulação de processos biológicos, assinalando algum processo que deve acontecer ao substracto com o qual está ligado, como por exemplo as proteínas alvo serem degradadas pelo proteossoma.

O proteossoma é uma proteína com função de degradação de outros substractos, como um triturador que as células possuem.

http://youtu.be/93in7Bxo5W0

Cerca de 600 genes codificam ubiquitina-ligases no genoma humano. Foi descrita uma ubiquitina-ligase que controla a dinâmica mitocondrial, denominada MULAN ( Mitochondrial Ubiquitin Ligase Activation of NF-kB ).

O gene BRAC1, ligado ao cancro da mama e outros cancros, como pâncreas e próstata, quando mutado pode eliminar a função ubiquitina-ligase.

cDNA ou DNA complementar é o DNA sintetizado por uma molécula de RNA mensageiro numa reacção catalizada pela transcriptase reversa que quando inserido numa célula, este cDNA pode levar ao aumento dos níveis da proteína codificada.

RNAi ou RNA de interferência é uma técnica que permite inibir a acção dum gene escolhido, por exemplo o RNAi pode suprimir genes que causam tumores diminuido o desenvolvimento do cancro.

http://www.youtube.com/watch?v=93in7Bxo5W0

A via da ubiquitinação tem 3 etapas, sendo que cada uma envolve uma enzima: E1 ( enzima activadora da ubiquitina ), E2 ( enzima conjugadora ) e E3 ( ubiquitina-ligase ).

Via ubiquitina-proteossoma

A via da ubiquitina-proteossoma é uma via proteolítica que, ao contrário das demais, consome ATP e inicia-se com a ubiquitinação da proteína alvo.

Os alvos da ubiquitina são:

• receptores celulares da membrana celular
• moduladores de crescimento e supressores de tumor
• activadores e inibidores de transcripção
• reguladores de ciclo celular
• proteínas mutantes ou danificadas, sendo estas especialmente frequentes chegando a 30% das proteínas recém-sintetizadas

http://youtu.be/4DMqnfrzpKg

As chaperonas desempenham um papel activo no reconhecimento das proteínas com síntese defeituosa. As chaperonas são proteínas que auxiliam outras proteínas a se dobrarem, necessitando várias chaperonas de ATP, e algumas proteínas para atingirem a estrutura quaternária são dependentes das chaperonas. O reconhecimento da má dobragem das proteínas, ainda que não totalmente ilucidado, sabe-se que utiliza os grupos hidrofóbicos para esse reconhecimento.

As chaperonas interferem activamente na ubiquitinação, interagindo com as enzimas E2, pensando-se que as chaperonas são responsáveis pelo reconhecimento e marcação da proteína pela ubiquitina.

http://www.youtube.com/watch?v=SUCgAxI8rhg

Outro sistema importante para o reconhecimento de proteínas mal formadas é o ERAD ( Endoplasmic Reticulum Associated protein Degradation ) que é o responsável pela degradação das proteínas sintetizadas no retículo endoplasmático e que também utiliza as chaperonas como auxiliares. Estas proteínas após a ubiquitinação vão para o citoplasma e são degradadas pelos proteossomas.

A via ubiquitina-proteossoma envolve várias etapas, nomeadamente:

1. Activação: a enzima E1 activa a ubiquitina cujo resíduo C-terminal se liga covalentemente a um resíduo sulfidril-cisteína da E1 na presença de Mg²+ e com consumo de uma molécula de ATP que se degrada em AMP e Pi ( pirofosfato )
2. Transferência: a ubiquitina é transferida para a enzima E2 e liberta-se a enzima E1
3. Reconhecimento: a enzima E3 reconhece e liga-se à proteína alvo formando um complexo não covalente
4. Ubiquitinação: o complexo E2-ubiquitina liga-se a E3 por forma à ubiquitina ser transferida de E2 para o grupo amina dum resíduo lisina da proteína alvo
5. Libertação: a enzima E3 solta-se, libertando E2 e a proteína ubiquitinada
6. Poli-ubiquitinação: as etapas 3, 4 e 5 repetem-se formando uma ou mais cadeias de ubiquitina, cadeias estas que se ligam aos resíduos de lisina da última cadeia
7. Desubiquitinação: a cadeia de ubiquitina é reconhecida pelo proteossoma, sendo a proteína desubiquitinizada por enzimas próprias e a proteína desdobrada com consumo de ATP e hidrolisada, dando origem a pequenos peptídeos de 7-9 aminoácidos.

Apenas proteínas que sofreram poli-ubiquitinação são capazes de acessar ao núcleo proteolítico do proteossoma.

A enzima E3 ( ligase ) é a responsável pela especificidade da ubiquitinação capaz de fazer o reconhecimento e etiquetagem de vários substractos.

A ubiquitinação é um processo reversível em que as desubiquitinases ( enzimas hidrolíticas ) competem com o proteossoma, removendo as ubiquitinas terminais da cadeia ou mesmo a cadeia inteira.

Ao contrário da ubiquitinação, que é um processo reversível, a proteólise não o é, uma vez que as proteínas são degradadas a oligopeptídeos. Esta assimetria reaccional permite impôr uma direcção ao sistema, permitindo por exemplo o ciclo celular.

Via da ubiquitina-proteossoma ( UPP )

A ubiquitina é uma proteína das células eucarióticas, formada por 76 aminoácidos, e que tem uma função importante na regulação da síntese proteica, marcando as proteínas mal dobradas para estas serem degradadas pelos proteossomas.

A ubiquitina, para além do processo proteolítico não lisossomal, das proteínas mal dobradas, também tem acção não proteolítica no transporte pela membrana, na estrutura e transcripção da cromatina, na reparação do DNA e noutras vias sinalizadoras.

http://www.youtube.com/watch?v=4DMqnfrzpKg

As proteínas encontram-se num estado dinâmico, sendo continuamente sintetizadas e degradadas, sendo o controlo dessa actividade e degradação vital para a célula. As vias proteolíticas são os meios pelos quais as células se libertam das proteínas indesejadas.

As principais vias proteolíticas são a via lisossomal, via dependente do cálcio e via da ubiquitina-proteossoma, sendo que esta última difere das anteriores por ser selectiva e consumir ATP.

A ubiquitina é uma molécula que tanto se encontra no núcleo como no citoplasma; apresenta grande tolerância ao pH e à temperatura, apenas variando entre a conformação dobrada e não dobrada, justificada esta conformação por ser determinada por ligações de hidrogéneo.

A estrutura secundária da ubiquitina é formada por 3 segmentos em α-hélice e 5 em folhas β, tendo um peso molecular de 8564 Daltons

Estrutura tridimensional da ubiquitina

Ubiquitinas podem formar cadeias através da ligação de várias ubiquitinas, ocorrendo a ligação entre a glicina terminal e a lisina, podendo esta ligação ser feita várias vezes, originando di-, tri- ou tetra-ubiquitinas. A síntese da ubiquitina realiza-se nos ribossomas.

Tanto a ubiquitina como sua via proteolítica participam de diversos processos celulares. A ubiquitina liga-se à ciclina, na fase G1 da mitose, ajudando a regular o ciclo celular; a ubiquitina é responsável por estimular a diferenciação entre os tipos de linfócitos B e T, e seus fragmentos funcionam extracelularmente como imunossupressores. A ubiquitina tem acção na biogénese dos ribossomas, modulação de receptores celulares, expressão génica, reparação de DNA, resposta ao stress, morfogénese neuronal, memória de longo prazo, ritmos circadianos e em diversas doenças como Alzheimer, Down, cancro, HIV e Ébola.

A ubiquitinação realiza-se com a ajuda de 3 tipos de enzimas: E1, E2 e E3. Só é conhecida uma E1 ( enzima activadora da ubiquitina ) que transfere ubiquitina a todas as E2, sendo que a E2 já tem alguma especificidade ao substracto, embora sejam as E3 as que apresentam grande especificidade. Enquanto há apenas uma E1, existem 5-12 proteínas E2. As E3, de 250 kDa, são as responsáveis pelo reconhecimento da proteína e transferência da ubiquitina de E2 para E3. Actualmente aceita-se que a poli-ubiquitinação é mediada pela enzima E4, que coopera com as E3 para estabelecer a cadeia de poli-ubiquitina.

Todas as proteinas intracelulares e muitas extracelulares estão constantemente a ser reconstituídas, isto é são hidrolizadas nos seus aminoácidos constituintes e novamente sintetizadas. Esta situação de construção-destruição das proteínas é importante para funções homeostáticas. A degradação das proteínas não é feita para todas à mesma velocidade, indo o tempo de degradação proteica de fracções de segundo até semanas ( como a actina e miosina ) ou meses ( hemoglobina ). As células possuem múltiplos sistemas proteolíticos usados na degradação das proteínas e complexos mecanismos reguladores que assegurem os processos proteolíticos contínuos são altamente selectivos.

A maioria das proteínas intracelulares são degradadas pela via ubiquitina-proteossoma. Algumas proteínas de superfície e as proteínas extracelulares são tomadas por endocitose e degradadas nos lisossomas que contêm várias proteases e hidrolases. Algumas proteínas citosólicas são degradadas nos lisossomas após sofrerem autofagia e sendo assim englobadas em vacúolos que se fundem com lisossomas. Este processo é acelerado, nas células, pela falta de insulina ou aminoácidos essenciais e, no fígado, pelo glucagon.

Outra família importante de proteases citosólicas são as caspases que fazem a clivagem nos resíduos do ácido aspártico. As caspases, proteases de cisteina, têm uma função crítica na destruição dos componentes celulares no processo de apoptose.

A via ubiquitina-proteossoma liga a ubiquitina às proteínas marcadas para degradação. Este processo de marcação leva as proteínas a serem reconhecidas pela proteossoma que degrada as proteínas ubiquitinadas a pequenos polipeptídeos.

A via ubiquitina-proteossoma utiliza 3 enzimas denominadas E1, E2 e E3. Enquanto E1 e E2 preparam a ubiquitina para a conjugação, a E3 ( ligase ) reconhece o substracto proteico específico e cataliza a transferência da ubiquitina activada para esse substracto proteico.

Factores de transcripção podem ser regulados por alterações na sua localização intracelular. Um exemplo é o que se passa com NF-kB activador transcripcional pro-inflamatório mantido fora do núcleo pela sua interacção com IkB. A fosforilação desta molécula IkB desencadeia a sua degradação, o que leva a que seja reconhecido pela E3 β-transducina repeat containing protein ( β-TRCP ). A IkB é ubiquitinada e degradada rapidamente, permitindo que NF-kB fique livre e se dirija para o núcleo. Este passo é de fundamental importância na aceleração do processo inflamatório.

A via da ubiquitina-proteossoma elimina selectivamente as proteínas defeituosas, seja esse defeito por mutação, erro de síntese ou lesão por radicais de oxigéneo ou desnaturação pelas altas temperaturas.

A via proteolítica extralisossomal dependente de ATP, ubiquitina-proteossoma, é extremamente importante em diversos mecanismos reguladores celulares como transdução de sinal, controlo de ciclo celular, endocitose mediada por receptores, transcripção genética, controlo de qualidade de síntese proteica, fornecimento de aminoácidos em situação de carência nutricional ou condições patológicas, apresentação de antigenes e apoptose.

O sistema proteolítico lisossomal foi o primeiro sistema proteolítico intracelular identificado, mas foram descobertos outros sistemas intracelulares extralisossomais proteolíticos

Proteólise lisossomal

A via da ubiquitina-proteossoma é uma via proteolítica, de fundamental importância para a viabilidade celular, dependente do ATP. A ubiquitina é formada por uma protease de 1000-1500 kDa, formada por subunidades de 34-110 kDa. É formada por um núcleo catalítico cilindríco, denominado proteosoma 20 S e uma porção 19 S onde se localizam as ATPases responsáveis pelo desenovelamento das proteínas a serem degradadas pelas actividades proteolíticas da subunidade 20 S.

A ubiquitinação proteica é uma modificação pós-transducional consistindo esta da adição de uma ou mais moléculas de ubiquitina a proteínas específicas que alteram a função, localização celular ou a direccionam para a degradação no proteosoma.

Proteosoma

Nas células eucarióticas, a principal via de degradação proteica de semi-vida curta é dependente do ATP e da ubiquitina e não uma via lisossómica. Na via ubiquitina-proteossoma são degradadas proteínas reguladoras de certas funções que por isso existem em curtos períodos de tempo, bem como proteínas danificadas ou com erros na sua síntese, que são marcadas para degradação por meio da ligase de cadeia poli-ubiquitina. Estas proteínas assim marcadas são reconhecidas e degradadas pelo proteosoma 20 S após terem sido desenoveladas no proteossoma 19 S. Esta via ubiquitina-proteossoma funciona no citoplasma e núcleo das células. Proteínas associadas ao retículo endoplasmático também são degradadas pela via ubiquitina-proteossoma após o seu retrotransporte para o citoplasma.

A falta de apertado controlo do ciclo de divisão celular está implicado no desenvolvimento tumoral. A via ubiquitina-proteossoma joga uma função fundamental pelo menos em 3 períodos do ciclo de divisão celular. Na transição G1/S, a iniciação da replicação do DNA é desencadeada pela degradação dum inibidor duma cinase dependente da ciclina. Quando este inibidor é fosforilado, uma E3 o reconhece como substracto e dá-se a ubiquitinação e subsequente degradação. Na mitose, a securina ( endoprotease envolvida na separação dos cromossomas ) é ubiquitinada e degradada pela proteossoma. Na fase final da mitose, as ciclinas e factores que controlam a desmontagem do fuso mitótico sofrem degradação pela via ubiquitina-proteossoma.

Esta via ubiquitina-proteossoma também produz peptídeos antigénicos a partir de proteínas de bactérias ou virus. Os peptídeos apresentados às células citotóxicas T nas moléculas do complexo major de histocompatibilidade da classe I resultam de proteólise, limitada dos antigéneos, mediada pelos proteossomas. O γ-interferão estimula este processo induzindo a troca de subunidades catalíticas do proteosoma 20 S. O sistema dependente da via ubiquitina-proteossoma degrada tanto as proteínas celulares ( self ) como as estranhas ( non-self ).

Os peptídeos são apresentados às células citotóxicas T mas apenas os derivados das proteínas estranhas desencadeiam resposta das células T.