Baixe Importância da Degradação Proteica em Células: Revisão Atual das Vias de Degradação e outras Resumos em PDF para Bioquímica, somente na Docsity!
Recebido em 15 de julho de 1987
Aspectos bioquímicos da degradação celular
de proteínas
por RICARDO M. BOAVIDA FERREIRA Engenheiro Agrónomo, Ph. D., Departamento de Botânica Instituto Superior de Agronomia
RESUMO
O “turnover” de proteínas é hoje reconhecido como um componente rele vante na regulação dos sistemas biológicos. Porém, a importância fisiológica da degradação proteica só muito recentemente foi devidamente apreciada, embora as suas vias e mecanismos de regulação ainda sejam mal conhecidos. Neste trabalho é apresentada uma revisão dos conhecimentos actuais sobre as diver sas vias de degradação celular de proteínas, quer em bactérias, quer em células animais e vegetais. É dada ênfase aos aspectos relacionados com as células vegetais, embora a grande maioria dos trabalhos até hoje realizados se refira ao caso das células animais.
SYNOPSIS
Protein turnover is now recognized as an importante component in the regulation of biological systems. However, the physiological significance of pro tein breakdown has only recently been appreciated. The physiological role of cellular protein degradation is discussed. Despite the physiological importance of protein breakdown, its pathways and regulation are still poorly understood. The pathways of cellular protein breakdown are reviewed, not only in bactéria, but also in animal and plant cells. Special reference is made in the case of plant cells, although most work has been concerned with animal cells.
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1. O “TURNOVER” DE PROTEÍNAS
O “turnover” das proteínas é hoje reconhecido como um com ponente importante na regulação dos sistemas biológicos. Este processo implica a ocorrência simultânea de síntese e degradação de proteínas, tendo sido definido por HUFFAKER e PETERSON (1974) como “o fluxo de aminoácidos através de proteínas”. A maioria das proteínas celulares estão sujeiteis a intenso “turnover”, isto é, estão continuamente a ser sintetizadas e degradadas e, mesmo quando a concentração de uma dada proteína se mantém constante durante um certo intervalo de tempo, ela está, no en tanto, a ser sintetizada e degradada simultaneamente. A degradação de proteínas é um mecanismo integrante do pro cesso mais geral de “turnover” e consiste na hidrólise en- zimática das proteínas com libertação dos seus aminoácidos constituintes. Tal como no caso da desintegração de isótopos radioactivos, a degradação de proteínas obedece a um modelo exponencial. Do mesmo modo, a semivida de uma proteína é definida como o tempo necessário para que seja degradada metade do número de moléculas de proteína inicialmente presentes. Uma das características importantes do “turnover” de proteínas é a sua natureza aleatória. Isto é, as moléculas de proteína (ou as suas subunidades) a serem degradadas são “seleccionadas” aleatoria mente, isto é, a probabilidade de uma molécula de uma dada proteína ser degradada é idêntica, quer ela tenha acabado de ser sintetizada quer não.
A semelhança do que acontece com as taxas de síntese pro teica, as taxas de degradação das proteínas são reguladas com pre cisão, tanto em células eucariotas como em bactérias. As taxas a que as proteínas são degradadas variam dentro duma gama bas tante ampla. Algumas proteínas-sintetizadas no embrião humano ainda se encontram presentes no olho, 70 ou mais anos após a sua formação. Outras proteínas existem durante toda a vida da célula em que ocorrem - a hemoglobina, por exemplo, é estável durante os 3 meses de vida média de um eritrócito (CREIGHTON, 1984). Mas são muito poucas as proteínas que têm uma duração tão longa como a dos exemplos acabados de referir. As semividas das proteínas individuais de uma célula ou de um organito podem também variar algumas centenas de vezes.
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2. SIGNIFICADO FISIOLÓGICO DO “TURNOVER” DE
PROTEÍNAS
Uma vez que tanto a síntese de proteínas como a sua degrada ção são energeticamente dispendiosos para a célula, para que a degradação não seja um processo exclusivamente dissipador de energia terá de prover os organismos vivos com algumas van tagens selectivas. Só recentemente foi devidamente apreciado o significado fisiológico da degradação de proteínas (GOLDBERG e DICE, 1974; GOLDBERG e ST.JOHN, 1976; DAVIES, 1982; HERSHKO e CIECHANOVER, 1982). Variações da concentração de proteínas in tracelulares podem ser conseguidas por uma alteração regulada das suas taxas de síntese, de degradação, ou de ambas - e quanto maiores forem essas taxas, maior o grau de controlo possível do teor da proteína. GOLDBERG e DICE (1974) e GOLDBERG e ST.JOHN (1976) propuseram que as enzimas cujas actividades limitam o fluxo de substratos através de vias metabólicas desenvolveram semividas particularmente curtas, de tal modo que a sua con centração intracelular possa flutuar rapidamente e com precisão em resposta a alterações ambientais. A evidência necessária ao estabelecimento da correlação entre taxas de degradação e posi cionamento das enzimas nas vias metabólicas teve base na ob servação de que, em fígado de rato, as 16 proteínas com semividas mais curtas (de entre as conhecidas) eram importantes pontos de controlo metabólico, o que não acontecia com as 10 proteínas cu jas semividas eram especialmente longas (GOLDBERG e ST.JOHN, 1976). Consequentemente, o “turnover” contínuo de proteínas deve aumentar significativamente a capacidade do organismo se adap tar prontamente a alterações no seu meio ambiente (GOLDBERG e DICE, 1974). O processo de adaptação ocorre pela síntese de um conjunto de proteínas apropriado ao novo ambiente, assim como pela remoção daquelas que já não são necessárias - a degradação terá de ser selectiva para ser funcionalmente eficaz (BALLARD, 1978). Esta adaptação é especialmente importante em condições de carência de nutrientes (as quais aceleram a degradação de proteínas), para que as células possam degradar proteínas “de luxo”, as quais vão fornecer os aminoácidos necessários à biossínte- se das proteínas mais essencias à sobrevivência. Assim, HUM-
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PHREY et al. (1977) e COOKE et al.( 1979b, 1980b) mostraram que a transferência de Lemna minor para condições adversas ou de stress conduz a um decréscimo na síntese proteica, a um grande aumento na degradação proteica e uma consequente perda de proteína solúvel. Com a gradual adaptação das plantas à situação de stress, a taxa de proteólise, inicialmente rápida, diminui à me dida que o complemento enzimático mais apropriado é sintetizado. Aqueles autores verificaram ainda que quando as plantas submeti das a stress eram incubadas em meio completo (e, portanto, na ausência de stress), não se detectava qualquer alteração na taxa de degradação proteica. Este resultado sugere que a adaptação a boas condições de crescimento se processa por um aumento na taxa de síntese proteica, a partir de um fornecimento abundante de precursores, ao contrário do que se passa em condições de stress, em que a síntese é reduzida e o fornecimento de aminoácidos está limitado aos que se libertam pela degradação proteica. As taxas de degradação das proteínas celulares podem tam bém variar sob condições que afectem a fisiologia da célula, tais como crescimento, diferenciação, etc. (GOLDBERG e ST.JOHN, 1976). É o que se passa, por exemplo, com a maturação dos reticulócitos em animais (HERSHKO e CIECHANOVER, 1982), ou com
a formação do septo e esporulação na levedura Saccharomyces
cerevisiae (JONES, 1984). Nas plantas, a degradação da proteína
de reserva durante a germinação de sementes é um pré-requisito nutricional para a planta em desenvolvimento, ao passo que a degradação da proteína foliar durante a senescência da folha forne ce aminoácidos que são exportados e armazenados de uma ou outra forma para reutilização no ciclo vegetativo seguinte (DAVIES, 1982; MATILE, 1982). Existe actualmente consenso sobre a importância da degrada ção proteica, em células eucariotas e bacterianas, no reconhe cimento selectivo e na hidrólise rápida de proteínas estrutural- mente anormais e potencialmente perigosas, as quais podem ser originadas por mutações (PLATT et al 1970), por erros na ex pressão genética (GOLDBERG, 1972; GOFF e GOLDBERG, 1986), por terminação prematura das cadeias polipeptídicas devido à incor poração de puromicina (GOLDBERG, 1972), por incorporação de certos análogos de aminoácidos (GOLDBERG, 1972; CANUT et al ., 1986), ou através de engenharia genética (GOFF e GOLDBERG, 1985). Uma outra função fisiológica do catabolismo proteico resulta
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3. AS VIAS DE DEGRADAÇÃO PROTEICA
Apesar da grande importância fisiológica da degradação pro teica, as suas vias e regulação estão ainda muito mal esclarecidas. Nas células eucariotas e bacterianas existem sistemas degrada- tivos distintos, os quais podem hidrolisar classes diferentes de proteínas ou manifestarem actividade apenas em certas condições fisiológicas ou em situações patológicas (GOLDBERG e ST. JOHN, 1976). A hipótese da presença de mais de uma via catabólica é apoiada por observações que mostram terem os inibidores da síntese proteica, tais como puromicina, cicloheximida e cloran- fenicol, efeitos diferenciais no nível básico da degradação protei ca e na degradação estimulada pelo stress (HERSHKO e TOMP- KINS, 1971; KNOWLES e BALLARD, 1976; AMENTA e BROCHER, 1980). Em células eucariotas é principalmente sob condições de carência nutricional que se observa uma significante degradação lisosso- mal da proteína intracelular, enquanto que os mecanismos não- -lisossomais, dependentes do ATP, são provavelmente responsáveis pela maior parte do “turnover” altamente selectivo das proteínas intracelulares em condições metabólicas normais (GOLDBERG e ST. JOHN, 1976; HERSHKO e CIECHANOVER, 1982; CIECHANOVER et al., 1984).
3.1. A VIA DEPENDENTE DA UBIQUITINA
Reconhece-se, hoje em dia, a existência de sistemas não-lisos- somais de degradação de proteínas numa grande variedade de células (PONTREMOLI e MELLONI, 1986). Um sistema proteolítico, dependente do ATP, presente num homogenato obtido a partir de reticulócitos, foi primeiramente demonstrado por ETLINGER e GOLDBERG (1977). Esta via não-lisossomal de degradação pro teica é dependente da ubiquitina e ocorre não só em reticulócitos mas também em vários outros tipos de células eucariotas, tanto animais (HERSHKO et al., 1982; FINLEY et al., 1984; HAAS e BRIGHT,
- como vegetais (VIERSTRA et al., 1985a, b, 1986). SHANKLIN et al. ( 1986) mostraram recentemente que a degradação do fitocromo de aveia se processa pela via proteolítica dependente da ubiqui tina.
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A ubiquitinaé um polipéptido pequeno (76 aminoácidos; peso molecular = 8600), resistente às altas temperaturas. Foi, pela primeira vez, isolado intacto e a sua função proteolítica identi ficada por HERSHKO e colaboradores (CIECHANOVER et al. 1980; HERSHKO e CIECHANOVER, 1982; HAAS e BRIGHT, 1985). Tal como o seu nome sugere, a ubiquitina tem sido encon trada em todos os eucariotas examinados até à data, incluindo algumas espécies de plantas (GOLDSTEIN et al., 1975; VIERSTRA et al., 1985a, b, 1986). VIERSTRA e colaboradores detectaram a pre sença de ubiquitina em folhas verdes, caules estiolados e sementes secas de aveia. Parece estar bem estabelecido que os procario- tas não possuem ubiquitina (HERSHKO e CIECHANOVER, 1982; KO- LATA, 1986), embora GOLDSTEIN et al. (1975) tenham referido a sua detecção em bactérias, por ensaio radioimunológico (utilizando anticorpos produzidos em coelho contra a ubiquitina bovina). A sua sequência de aminoácidos mostra um elevado grau de con servação ao longo da evolução e, embora os genes de ubiquitina sejam significativamente diferentes no que respeita à sequência de nucleótidos, eles codificam sequências de aminoácidos idênticas devido à redundância do código genético (FINLEY e VARSHAVSKY, 1985). A ubiquitina é idêntica em todos os animais examinados até ao presente, desde insectos ao homem (VIERSTRA et al., 1986). Apenas a ubiquitina de aveia e de levedura apresentam sequências de aminoácidos diferentes (em 3 posições) da sequência animal, totalmente conservada no decurso do processo evolutivo (RECH- STEINER, 1985; VIERSTRA et al., 1986). A sua ocorrência genera lizada e o elevado grau de conservação da sua sequência sugerem fortemente uma função celular fundamental e básica, de ocorrência universal (HERSHKO e CIECHANOVER, 1982; HERSHKO, 1983). A ubiquitina é uma proteína com múltiplas funções (RECH- STEINER, 1985) e com vários papéis regulatórios importantes (Ta bela II), que resultam da sua capacidade de se ligar covalentemente a uma larga gama de outras proteínas, tanto citoplasmáticas como nucleares (CIECHANOVER et al., 1984; FINLEY e VARSHAVSKY 1985). Na realidade, a ubiquitina ocorre nas células tanto na forma livre como ligada covalentemente a outras proteínas. Esta ligação dá- -se entre o grupo carboxílico da glicina terminal da ubiquitina e grupos amina livres das outras proteínas, constituindo uma ligação peptídica (caso do grupo amina livre ser o:) ou uma ligação isopeptídica (caso do grupo amina livre ser £). O conteúdo total
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de ligação ubiquitina-proteína é formado por 3 elementos: uma enzima activadora da ubiquitina (Ei), proteínas transportadoras da ubiquitina (E 2 ), e uma terceira enzima (E 3 ), a qual contém o centro de ligação da proteína. Contudo, têm sido descritos ou tros tipos de sistemas de ligação ubiquitina-proteína (PICKART e ROSE, 1985; CIECHANOVER et al., 1986; FERBER e CIECHANOVER, 1986). Assim que uma molécula de proteína é marcada com uma ou mais moléculas de ubiquitina, ela pode seguir duas vias dife rentes: (i) ser rapidamente degradada por uma protease de ele vado peso molecular, dependente do ATP e inibida por hemina, com libertação de moléculas de ubiquitina livres e reutilizáveis (HERSHKO et al., 1984), ou (ii) ser reciclada para a forma nativa por uma isopeptidase que quebra apenas as ligações isopeptídicas (HERSHKO e CIECHANOVER, 1982; RECHSTEINER, 1985). As três en zimas do sistema de ligação são também necessárias na degradação dos conjugados ubiquitina-proteína (HERSHKO, 1983). Embora a importância fisiológica da via da ubiquitina em plantas superiores não seja ainda conhecida (VIERSTRA et al., 1985b), evidência bioquímica e genética recentemente obtida in dica que, em animais, esta via é essencial para a degradação se- lectiva das proteínas intracelulares e, consequentemente, para a viabilidade das células (CIECHANOVER et al., 1984; FINLEY et al., 1984; FINLEY e VARSHAVSKY, 1985). De facto, estes autores usaram uma linha de células de rato, mutante na via da ubiquitina, para mostrar que nestas células eucariotas aquela via é responsável pela degradação das proteínas estruturalmente anormais e pela maioria (>90%) das proteínas de semivida curta. O modo pelo qual a ubiquitina aumenta a taxa de degradação das proteínas é ainda desconhecido. Pode servir como um sinal que permite que os conjugados ubiquitina-proteína sejam reconhe cidos por proteases específicas, ou pode diminuir a estabilidade da estrutura das proteínas após a conjugação, de maneira a aumen tar a sua susceptibilidade a proteases não-específicas (HERSHKO e CIECHANOVER, 1982; FINLEY e VARSHAVSKY, 1985).
3.2. OUTRAS VIAS PROTEOLÍTICAS NÃO-LISOSSOMAIS
Para além da via proteolítica descrita, dependente da ubi quitina e ATP, têm sido encontradas, noutros sistemas biológicos, outras vias proteolíticas não-lisossomais, dependentes do ATP. Um
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processo proteolítico dependente do ATP em Escherichia coli está
envolvido na inactivação proteolítica do repressor do bacteriófago lambda (HERSHKO e CIECHANOVER, 1982). A enzima responsável por esta reacção é o produto do gene recA, sendo uma proteína
com múltiplas funções (ROBERTS et ai, 1978).
Outra protease de E. coli dependente do ATP é o produto
do gene lon (CHARETTE et ai, 1981; CHUNG e GOLDBERG, 1981),
denominada protease La (GOLDBERG et ai, 1982), a qual parece
catalisar um passo inicial na degradação in vivo da maioria das
proteínas estruturalmente anormais e também de certas proteínas normais (WAXMAN e GOLDBERG, 1986). GOFF e GOLDBERG (1985)
mostraram, em E. coli , que a indução da síntese de polipéptidos
estruturalmente anormais causa um aumento de 2 a 3 vezes na
expressão do gene lon. Além disso, mutações do gene lon que co
dificam uma protease La defeituosa, não têm efeito na degradação
da grande maioria das proteínas normais de E. coli (GOLDBERG e
ST. JOHN, 1976), mas decrescem 2 a 4 vezes a taxa de degradação das proteínas estruturalmente anormais (KOWIT e GOLDBERG, 1977; GOTTESMAN e ZIPSER, 1978). A protease La é uma proteína citossólica, que contém centros de ligação para péptidos, proteínas,
ATP e DNA (CHIN et ai, 1986; KLEMES et ai, 1986). WAXMAN e
GOLDBERG (1986) mostraram recentemente que a protease La pode hidrolisar tanto péptidos pequenos como proteínas grandes, mas enquanto que a enzima requere a hidrólise do ATP para a degrada ção de proteínas, no caso de oligopeptidos ela requere apenas a ligação de ATP. VOELLMY e GOLDBERG (1981) mostraram a presença de uma actividade proteolítica dependente do ATP associada com a mem
brana plásmica de E. coli , a qual se encontra presente em níveis
normais em mutantes do gene lon que não possuem uma protease
La funcional (KLEMES et ai, 1986).
A protease La difere da protease dependente do ATP presente nos reticulócitos nos seguintes aspectos (RECHSTEINER, 1985): a enzima de reticulócitos requere a conjugação prévia dos substratos proteicos com moléculas de ubiquitina, não utiliza trifosfato de uridina, e requere uma concentração igual ou superior a 2 mM de vanádio para ser inibida (em contraste com a protease La, a qual é inibida por concentrações tão baixas como 10 \i M de vanádio - WAXMAN e GOLDBERG, 1982). A protease La e a ubiquitina são
ambas proteínas de choque térmico (ANANTHAN et ai, 1986).
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zada nos cloroplastos) desta enzima.
3.3. A VIA LISOSSOMAL DE DEGRADAÇÃO PROTEICA
3.3.1. CÉLULAS ANIMAIS
O lisossoma foi durante muito tempo considerado como o principal local da degração de proteínas em células animais, devido ao seu muito elevado conteúdo em enzimas proteolíticas. Con tudo, é importante notar que certas células, tais como reticulócitos e bactérias, contêm poucos ou nenhuns lisossomas, respectiva- mente (GOLDBERG e ST. JOHN, 1976). Os lisossomas são organi- tos delimitados por membrana, contendo uma série de enzimas hidrolíticas apenas activas a pH ácido. A matriz intralisossomal é mantida a pH 4,6 - 5,0 devido à actividade de uma bomba de protões (uma ATPase; MELLMAN et al., 1986). Estudos vários so bre o papel dos lisossomas na degradação intracelular de proteínas mostraram que: (i) as proteases lisossomais são sensíveis a al guns inibidores pouco comuns, tais como a leupeptina, pepstatina, antipaína, quimostatina (LIBBY et al., 1980; LIBBY e GOLDBERG, 1981; CREIGHTON, 1984); (ii) a autofagia lisossomal é inibida por inibidores da síntese proteica (puromicina, cicloheximida) e por inibidores da formação dos microtúbulos (vimblastina, colchicina) (AMENTA et al., 1977; ROTE e RECHSTEINER, 1983); (iii) bases fra cas, tais como cloreto de amónio, cloroquina ou metilamina, são inibidores das proteases lisossomais. O mecanismo desta inibição resulta da natureza relativamente lipofílica das formas não proto- nadas daquelas bases, que podem, por isso, penetrar rapidamente as membranas de células e vacúolos. Uma vez dentro do ambiente acídico do lisossoma, as bases tornam-se protonadas e demasiada mente polares para que possam escapar. O equilíbrio favorece a sua acumulação dentro do organito e, como consequência, o pH deste aumenta 1 a 2 unidades, o que inibe as proteases lisossomais (ROTE e RECHSTEINER, 1983; MELLMAN et al., 1986). A absorção directa de proteínas por parte dos lisossomas não tem sido observada. Muito provavelmente, estes organis mos actuam nas proteínas intracelulares por autofagia celular, em que um volume discreto de citoplasma ou um organito é se questrado por membrana e depois fundido com um lisossoma. Tal
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mecanismo nâo apresenta selectividade em relação às proteínas sequestradas (BALLARD, 1978; DICE et ai, 1978). Esta sequência de acontecimentos está bem documentada por estudos de micros- copia electrónica. A principal dificuldade em admitir que toda a degradação basal de proteína é levada a cabo pela via lisossomal resulta da observada selectividade da degradação proteica que ocorre em condições metabólicas normais. Se se assumir que a taxa de proteólise no lisossoma é maior do que a taxa de entrada das proteínas naquele organito, a obtenção de diferentes taxas de degradação para as proteínas terá que envolver especificidade no mecanismo autofágico de absorção, adsorção selectiva das proteí nas às membranas lisossomais, etc. Contudo, até ao presente não existe evidência para a ocorrência de qualquer daquelas hipóteses (GOLDBERG e ST. JOHN, 1976). Se, por outro lado, se assumir que a taxa de entrada das proteínas no lisossoma é maior do que a taxa de proteólise, então a selectividade da degradação proteica será determinada pelas propriedades estruturais das proteínas em degradação e independente da natureza do sistema proteolítico do lisossoma. Este modelo requer um equilíbrio entre as proteínas dentro e fora do lisossoma, com a sua concentração no citoplasma a exercer grandemente a concentração lisossomal. Foi obtida al guma evidência em favor desta hipótese pela observação, em va- cúolos de plantas (os quais, segundo a hipótese de MATILE, são equivalentes aos lisossomas), que uma quantidade significativa de proteínas acabadas de sintetizar aparecem no vacúolo num período de 18 h após a sua síntese (CANUT et al., 1985). Aceita-se, hoje em dia, que as proteínas associadas a mem branas e as que entram nas células por endocitose são degradadas dentro dos lisossomas. Este ponto de vista é apoiado pela ob servação de que inibidores do funcionamento dos lisossomas inibem selectivamente a degradação de várias proteínas de mem branas e a hidrólise de um número de proteínas extracelulares importadas pela célula, sem afectarem a degradação da proteína celular (LIBBY et ai, 1980; LIBBY e GOLDBERG, 1981; ROTE e RECH- STEINER, 1983). No entanto, não se conhece até que ponto os lisossomas participam no “turnover” contínuo das proteínas in
tracelulares solúveis em condições metabólicas normais. E in teressante notar que algumas proteases lisossomais desempenham um papel importante na proteólise limitada de algumas enzimas
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tribuições relativas dos sistemas lisossomal e não-lisossomal não seja uma característica fixa da célula, mas dependa da sua taxa de crescimento (LIBBY e GOLDBERG, 1981; GRONOSTAJSKI, 1985). Também é possível que a proporção relativa de funcionamento destas duas vias varie com o tecido ou espécie. No fígado, por exemplo, as proteases lisossomais parecem constituir o sistema proteolítico dominante (MORTIMORE et ai, 1983; TANAKA et ai, 1984), ao passo que os reticulócitos contêm muito poucos lisos- somas (GOLDBERG e ST. JOHN, 1976). Contudo, a evidência ac- tual não exclui a possibilidade de que uma pequena fracção da proteína celular seja degradada dentro dos lisossomas em todas as condições de crescimento. De facto, em células em crescimento, há várias referências que sugerem a ocorrência de uma baixa mas significativa taxa de proteólise no sistema lisossomal (AMENTA e BROCHER, 1980; HERSHKO e CIECHANOVER, 1982). Poucas dúvidas restam, em células de mamíferos, que a maior parte ou a totalidade da intensificação da degradação proteica devida a carência de nutrientes é levada a cabo pelo sistema lisossomal (HERSHKO e CIECHANOVER, 1982). Esta conclusão é baseada na observação de fortes correlações entre as taxas globais de degradação proteica e alterações nas características estrutu rais e funcionais do sistema lisossomal (NEELY et ai, 1974; GOLD BERG e ST. JOHN, 1976; HERSHKO e CIECHANOVER, 1982), assim como na inibição selectiva da intensificação da degradação pro teica por inibidores do funcionamento dos lisossomas (EPSTEIN et ai, 1975; KNOWLES e BALLARD, 1976; AMENTA e BROCHER, 1980; ROTE e RECHSTEINER, 1983; GRONOSTAJSKI et ai, 1985). WARD et al. (1977) e AMENTA e BROCHER (1980) mostraram, sob condições de carência nutricional, que a autofagia lisossomal pode ser estimu lada até níveis que correspondem a mais de metade da degradação proteica total da célula. Esta intensificação da degradação obser vada em condições de privação de nutrientes parece ser pronta mente reversível. Na verdade, naquelas condições, o fornecimento de nutrientes (EPSTEIN et ai, 1975) ou a inibição do sistema lisos somal (AMENTA e BROCHER, 1980) decrescem rapidamente a taxa de proteólise para o nível basal de degradação.
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3.3.2. CÉLULAS BACTERIANAS
Em E. coli , a degradação proteica é também muito acelerada
sob condições de carência de alguns nutrientes essenciais (Tabela III). Esta intensificação da taxa de proteólise afecta a degradação das proteínas de vida longa, mas não parece afectar a degradação das proteínas de vida curta ou das proteínas estruturalmente anor mais. De modo semelhante ao que acontece com as células ani
mais, em E. coli , os inibidores de síntese proteica inibem especi-
ficamente esta intensificação, a qual é também prontamente re versível (GOLDBERG e ST. JOHN, 1976). Infelizmente não há ainda informação no que se refere ao efeito da carência de nutrientes nas taxas de degradação das proteínas mitocondriais e cloroplásticas.
TABELA III — Efeito de algumas deficiências nutricionais na degra dação proteica e síntese do RNA de Escherichia coli.
Deficiência Degradação proteica Síntese do RNA
Glucose (^) aumenta diminui Azoto (^) aumenta diminui F ósforo (^) aumenta diminui Potássio (^) aumenta diminui Magnésio (^) aumenta diminui Enxofre (^) aumenta diminui
Extraído de GOLDBERG e ST. JOHN (1976).
3.3.3. CÉLULAS VEGETAIS
Em 1967, os vacúolos das leveduras foram identificados por MATILE e WIEMKEN como os lisossomas destas células, por con terem uma série de enzimas hidrolíticas. Em 1978, MATILE es
tendeu este conceito ao vacúolo das plantas superiores, com base
em observações morfológicas que mostravam a presença de mate rial citoplásmico parcialmente degradado em vacúolos de plantas,
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formação no que diz respeito ao papel dos vacúolos na degradação de proteínas em condições metabólicas normais. CANUT et al. (1985) mostraram recentemente que ocorre rápida degradação de proteínas nos vacúolos de culturas de células de Acer pseudoplatanus em crescimento activo. Estes autores re
ferem que vacúolos isolados de células previamente marcadas com 3 H-leucina durante 18 h, continham 30% da 3 H-proteína acabada de sintetizar, e que degradaram metade dessa proteína durante 6 h in vitro. Subsequentemente, CANUT et al. (1986) mostaram, naquelas células, que as proteínas estruturalmente anormais eram degradadas mais rapidamente que as normais, e que a degradação de uma parte importante das proteínas estruturalmente anormais ocorria dentro dos vacúolos. Estas observações contrastam com a situação presente nos animais (ver acima), mas é semelhante ao que se verifica em leveduras (LIU et al., 1984). Uma vez dentro do vacúolo, as proteínas normais e as estruturalmente anormais foram degradadas à mesma taxa por um sistema proteolítico não específico, sugerindo uma transferência preferencial das proteínas estruturalmente anormais para dentro dos vacúolos. A degradação de proteínas nas células vegetais é estimulada por uma variedade de “stresses” (MOTHES, 1931; HUMPHREY et al., 1977; COOKE et al., 1979a, b). Assim, em condições normais de crescimento, a enzima ribulose bisfosfato carboxilase de plantas C 3 não parece sofrer degradação, sendo rapidamente degradada quando as plantas são submetidas a algumas situações de stress (Tabela IV). Por outro lado, a semivida média da proteína solúvel de Lem- na minor é 7,1 dias em condições normais de crescimento, de crescendo para 2,1 dias quando as plantas são incubadas na ausên cia de nutrientes, para 2,8 dias quando as plantas são incubadas na ausência de azoto, e para 2,5 dias quando as plantas são submeti das a um stress osmótico (COOKE et al., 1979b). Contrariamente ao que se passa com as células animais e bacterianas, em Lemna minor , a cicloheximida inibe parcialmente a degradação proteica estimulada pelo stress, mas também inibe parcialmente a taxa
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basal do catabolismo proteico (COOKE et al., 1980b). Estes autores mostraram que a intensificação da degradação proteica devida ao stress não parece ser devida a um aumento na actividade de enzi mas proteolíticas solúveis. Evidência bioquímica e ultra-estrutural levou COOKE et al. ( 1980a, b) a proporem um modelo geral para a degradação proteica estimulada pelo stress em Lemna minor , segundo o qual o stress afectaria a permeabilidade de certas mem branas, particularmente o tonoplasto, permitindo uma interacção entre enzimas proteolíticas vacuolares e proteínas citoplasmáticas.
TABELA IV — Comportamento da ribulose bisfosfato carboxilase de várias espécies no que diz respeito à sua degradação in vivo.
Espécie Condições Padrão de Referências de incubação das plantas
degradação
Trigo e cevada (C 3 ) normais não se degrada HUFFAKER e MILLER (1978) Trigo e cevada (C 3 ) (^) escuro degrada-se PETERSON e HUFFAKER (1975) WITTENBACH (1979) Lemna minor (C 3 ) (^) normais não se degrada FERREIRA e DAVIES (1987a) Lemna minor (C 3 ) (^) escuro não se degrada FERREIRA e DAVIES (1987a) Lemna minor (C 3 ) ausência de azoto
não se degrada FERREIRA e DAVIES (1987b) Lemna minor (C 3 ) (^) ausência total de nutrientes, com luz
degrada-se^) (^) FERREIRA e DAVIES (1987b)
Lemna mtnor (C 3 ) (^) ausência total de nutrientes,
*degrada-se( ) (^) FERREIRA e DAVIES (1987b)
às escuras Lemna minor (C 3 ) stress osmótico não se degrada DAVIES e FERREIRA (1987) Milho (C 4 ) (^) normais degrada-se (^) SIMPSON et al. (1981) () Com ambos os tipos de subunidades a serem degradados à mesma taxa.*
4. CONCLUSÃO
Neste trabalho procurou fazer-se uma revisão actual dos conhecimentos sobre diversos aspectos da degradação celular de proteínas. Foi dada ênfase aos aspectos relacionados com as plan tas, embora a quase totalidade dos trabalhos até hoje realiza
