Complexo de Golgi

Biologia celular
Célula animal
Organelos da célula animal Nucléolo Núcleo celular Ribossomas Vesícula Retículo endoplasmático rugoso Complexo de Golgi Citoesqueleto Retículo endoplasmático liso Mitocôndria Vacúolo Citoplasma (composto de Citosol) Lisossomo Centrossoma Membrana plasmática Peroxissoma (ausente na imagem)
Célula vegetal
Organelos da célula vegetal a. Plasmodesmo b. Membrana plasmática c. Parede celular 1. Cloroplasto d. Tilacóides e. Grânulo de amido 2. Vacúolo f. Vacúolo g. Tonoplasto h. Mitocôndrias i. Peroxissoma j. Citoplasma k. Pequenas vesículas membranosas l. Retículo endoplasmático rugoso 3. Núcleo m. Poro nuclear n. Envoltório nuclear o. Nucléolo p. Ribossomos q. Retículo endoplasmático liso r. Vesículas Golgi s. Complexo de Golgi t. Citoesqueleto
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Na biologia celular, aparelho de Golgi, complexo de Golgi, dictiossoma, golgiossomo ou complexo golgiense é uma organela de células eucarióticas. O nome é uma homenagem ao italiano Camillo Golgi, que foi o seu descobridor. É constituído por dobras de membranas e vesículas, e sua função primordial é o processamento de proteínas ribossomáticas e a sua distribuição por entre essas vesículas. Funciona, portanto, como uma espécie de sistema central de distribuição na célula, atuando como centro de armazenamento, transformação, empacotamento e remessa de substâncias.

O complexo Golgiense é responsável também pela formação dos lisossomos que atuam como enzimas sintetizadas e segregadas no RER, da lamela média dos vegetais e do acrossomo do espermatozoide, do glicocalix e está ligado à síntese de polissacarídeos. Acredita-se, ainda, que a organela seja responsável por alguns processos pós-traducionais, tais como adicionar sinalizadores às proteínas, que as direcionam para os locais da célula onde atuarão.

A maior parte das vesículas transportadoras que saem do retículo endoplasmático, são transportadas até o complexo de Golgi, onde são modificadas, ordenadas e enviadas na direção dos seus destinos finais. A organela está presente na maior parte das células eucarióticas, mas tende a ser mais proeminente nas células de órgãos responsáveis pela secreção de certas substâncias, tais como o pâncreas, a hipófise e a tireoide.

Descoberta

Devido ao seu tamanho relativamente grande, o Complexo de Golgi foi uma das primeiras organelas celulares a ser descrita e observada em detalhes. A estrutura foi descoberta em 1898 pelo médico italiano Camillo Golgi, durante uma investigação sobre o sistema nervoso¹. Inicialmente, logo após observar a estrutura em seu microscópio, ele a chamou de aparelho reticular interno.

A organela foi então rebatizada em sua homenagem não muito tempo após o anúncio de sua descoberta, sendo que Camillo Golgi ganhou o prêmio Nobel junto com Santiago Ramón y Cajal devido ao reconhecimento do trabalho de ambos na pesquisa e descoberta da estrutura do sistema nervoso². No entanto, algumas dúvidas sobre essa primeira descrição foram levantadas, argumentando-se que a aparência da estrutura era, na verdade, apenas uma ilusão de ótica criada pela técnica de observação utilizada por Golgi. Com o desenvolvimento de microscópios modernos, no caso o eletrônico, no século XX, especificamente no ano de 1954 , a descoberta foi confirmada^{3, 4}.

Identificação

Ele pode ser observado através de microscopia de fluorescência, localizando moléculas na região perinuclear da célula ou através da impregnação pela prata, método desenvolvido por Golgi e Cajal, quando descreveram pela primeira vez essa organela. Também pode ser observado através de microscopia eletrônica, onde será possível verificar a presença de cisternas empilhadas, de onde brotam ou se fundem vesículas.⁵

Quanto maior for a necessidade de produção e secreção de compostos celulares e extracelulares, maior será o volume do aparato de Golgi presente na célula, estando localizado mais perto da região do núcleo celular como, por exemplo, nos hepatócitos, nos neurônios e nas células glandulares em geral^.

Funções do Complexo de Golgi

• Síntese de polissacarídeos: Alguns polissacarídeos são sintetizados pelo complexo de Golgi. Nos vegetais, após a mitose, faz-se necessário a criação da lamela média para que haja separação das duas células. Essa lamela é criada a partir da secreção de pectina, que, junto à hemicelulose, são polissacarídeos sintetizados pelo Golgi. Esses polissacarídeos,em conjunto com outros componentes, formam a parede celular dos vegetais. Nos animais, a relação entre Golgi e polissacarídeos se dá pela síntese de glicosaminoglicanas, que atuam como anticoagulantes.

• Formação do acrossomo: O Complexo de Golgi possui uma função muito importante no processo de fecundação, pois é dele que surge o acrossomo. O acrossomo é uma vesícula que surge durante uma mudança morfofuncional na maturação dos espermatozoides. Essa mudança consiste no processo de acomodação do complexo de Golgi nos dois terços anteriores da cabeça do espermatozoide, envolvendo o núcleo. Sua função é permitir a entrada do material genético paterno no ovócito secundário e para isso faz uso de enzimas hidrolíticas que estão localizadas na cabeça do espermatozoide. Essas enzimas são liberadas na forma de exocitose quando ocorre a fusão da membrana do acrossomo com a membrana plasmática do espermatozoide, criando poros por onde as enzimas serão liberadas.
• Glicosilação Ao contrário do retículo endoplasmático, o Complexo de Golgi possui diversos açúcares ligados a nucleotídeos, utilizados por uma porção de enzimas glicosil-transferases responsáveis pelas reações de glicosilação em moléculas de proteínas e lipídeos ao atravessarem o aparelho de golgi. Por exemplo, os oligossacarídeos N-ligados, que são adicionados a proteínas no reticulo endoplasmático, com frequência são aparados inicialmente pela remoção de manoses, seguido da adição de outros açúcares, incluindo a galactose, N-acetilglicosamina e ácido siálico.

Outros processos ocorrem no Complexo de Golgi, como a glicosilação O-ligada e a adição de cadeias de glicosaminoglicanas a proteínas-núcleo, para a formação de proteoglicanas. Também ocorre a sulfatação dos açúcares nas proteoglicanas e de tirosinas selecionadas em proteínas, nos compartimentos mais tardios do aparelho de Golgi.

Estrutura

Sistema de endomembranas celular. O complexo Golgiense está representado como dobras de membrana na cor verde.

O complexo de Golgi consiste em um conjunto de compartimentos achatados definidos por membranas, chamados de cisternas, que são descontínuas, ou seja, não se comunicam diretamente. Esse conjunto se assemelha a uma pilha de pratos, sendo que cada uma dessas pilhas de Golgi contém, geralmente, 4 a 6 cisternas, embora alguns flagelados unicelulares possam ter até 60⁶. Muitas dessas pilhas estão, em células animais, conectadas por uma rede de túbulos entre cisternas correspondentes, constituindo, portanto, um único complexo.

Cada pilha de Golgi possui uma face cis e uma face trans. A face cis, que é convexa, corresponde à face de entrada das vesículas provenientes de outras organelas, enquanto a face trans, que é côncava, corresponde à face de saída das vesículas, com destino à superfície celular ou a outros compartimentos. Ambas as faces estão associadas a compartimentos compostos de uma rede de estruturas tubulares e de cisternas: a rede cis de Golgi (CGN, Cis Golgi Network) e a rede trans de Golgi (TGN, Trans Golgi Network). Portanto, o complexo de Golgi normalmente é constituído de uma configuração mínima formada por:

• rede cis do Golgi, ou CGN,
• cisternas cis,
• cisternas mediais,
• cisternas trans e
• rede trans do Golgi, ou TGN.

Dentro de cada cisterna existem enzimas que modificam proteínas que chegam ao complexo de Golgi. Assim, chegando na CGN, as proteínas passam primeiramente pela rede cis de Golgi e continuam de acordo com a sequência: cisternas cis, cisternas mediais e, por fim, cisternas trans. Ao sair da TGN, as proteínas podem ir adiante e seguirem para os lisossomos, ou para as vesículas secretoras ou para a superfície celular, ou também podem ser devolvidas para o compartimento anterior. Entretanto, destaca-se que ambas as redes cis e trans atuam na distribuição de proteínas, já que as proteínas que entram na CGN podem ir adiante no aparelho de Golgi (fluxo anterógrado) ou serem devolvidas para o RE (fluxo retrógrado), caso não tenham sido produzidas de forma correta.

À medida que se movem de cisterna a cisterna através das pilhas, as proteínas são modificadas sucessivamente em cada estágio, até que a glicosilação se complete.  As enzimas localizadas em cada cisterna são diferentes. Por exemplo, nas cisternas mediais estão localizadas enzimas que catalisam a remoção de resíduos de manose e a adição de N-acetilglicosamina; já nas cisternas trans e na rede trans de Golgi, existem enzimas que catalisam a adição de galactose e ácido siálico⁷. Ainda, sabe-se que essas diferentes enzimas têm valores de pH ótimo diferentes, e que, desse modo, cada compartimento do complexo de Golgi possui um valor de pH próprio⁸, motivo pelo qual não há comunicação direta entre as cisternas: caso isso ocorresse, o pH de todo o complexo seria homogeneizado e várias enzimas seriam desnaturadas. Essa diferença de pH é explicada pela presença de bombas de próton dependentes de ATP nas membranas do complexo de Golgi^{7, 8}, que promovem a acidificação das cisternas, sendo que, conforme observado em estudos, o número de bombas de próton aumenta gradativamente no sentido de cis para trans⁸.

Transporte

Vários minutos após a síntese de proteínas na parte rugosa do retículo endoplasmático (RE), a maioria delas deixa a organela dentro de pequenas vesículas de transporte formadas com o auxílio de COP II ligadas a membranas. Essas vesículas que brotam de regiões do RE que não estão recobertas por ribossomos levam as proteínas para outra organela limitada por membrana, o aparato de Golgi, mais especificamente em sua rede cis.

Depois que as proteínas secretadas e as de membrana passam por modificações no Golgi, são transportadas para fora por uma série de vesículas que parecem brotar da porção trans. Algumas vesículas transportam proteínas de membrana destinadas para membrana plasmática ou proteínas solúveis que serão liberadas da superfície celular; outras levam proteínas solúveis ou de membrana aos lisossomos e outras organelas.

Existem dois movimentos conhecidos das vesículas: o movimento anterógrado e o retrógrado. A dinâmica dos movimentos no Aparato de Golgi segue uma espécie de “polarização”. O trajeto mais comum é o Anterógrado, no sentido cis → trans. Nesse trajeto a vesícula passa pelas cisternas cis, medial e trans, respectivamente, sofrendo as modificações necessárias. Na região Trans a clatrina é a responsável por formar as vesículas, podendo assim ser endereçada a um local. Já no caso do transporte retrógrado há uma sinalizção química (geralmente duas lisinas seguidas por outros dois aminoácidos ou então a sequência KDEL), que indica que a vesícula deverá retornar ao Retículo Endoplasmático. Nesse caso a Cop I auxilia o processo.⁹

As proteínas destinadas a outros compartimentos que não o RE ou Golgi na via secretora são direcionadas para uma rede complexa de membranas e vesículas denominada rede trans-Golgi (TGN). A partir desse ponto principal de separação, uma proteína pode ser carregada em pelo menos três tipos diferentes de vesículas. Após sair da TGN, o primeiro tipo de vesícula imediatamente move-se e funde-se à membrana plasmática liberando seu conteúdo por exocitose. Em todos os tipos celulares, algumas proteínas são transportadas nessas vesículas e secretadas continuamente da mesma maneira. Exemplos de proteínas liberadas por essa secreção constitutiva (ou contínua) incluem o colágeno, pelos fibroblastos, as proteínas séricas, pelos hepatócitos, e os anticorpos, pelos linfócitos B ativados. O segundo tipo de vesícula que brota da TGN, conhecido como vesícula secretora, é armazenado dentro da célula até que um sinal para exocitose provoque a liberação do seu conteúdo na membrana plasmática, por exemplo os hormônios proteicos, as enzimas digestivas, as proteínas do leite e os neurotransmissores.

O terceiro tipo de vesícula que brota da TGN é direcionado ao lisossomo, organela responsável pela degradação intracelular de macromoléculas, e para organelas de armazenamento semelhantes aos lisossomos, em algumas células. As proteínas destinadas aos lisossomos são, primeiro, transportadas por vesículas da TGN para um compartimento normalmente chamado de endossoma tardio; elas são, então, transferidas para o  lisossomo por um mecanismo que não está bem compreendido, que envolve a fusão direta do endossomo com a membrana lisossomal. Exemplo delas são as enzimas digestivas lisossomais (proteases, glicolases e fosfatases) e as proteínas de membrana (e.g. bomba de prótons classe-V, que bombea H+ do citosol para a luz ácida do endossomo e lisossomo).

O endossomo também atua na via endocítica, em que as vesículas brotam da membrana plasmática trazendo as proteínas de membrana e seus ligantes para o interior da célula. Após serem internalizados usadas porém endocitose, algumas proteínas são transportadas aos lisossomos e outras, devolvidas à superfície celular. A endocitose é uma maneira de células incorporarem nutrientes que estão na forma macromolecular - por exemplo, o colesterol na forma de partículas de lipoproteínas e o ferro complexado com a proteína sérica transferrina. A endocitose também atua como um mecanismo de regulação reduzindo a atividade da sinalização por meio da remoção dos receptores para uma molécula sinalizador específica da superfície celular.

Composição das vesículas

Existem proteínas que são utilizadas para promover o dobramento da membrana, em locais específicos, para a formação de vesículas. Estas vesículas são essenciais para o Complexo de Golgi, que tem uma função secretora muito grande. Dentre as proteínas, existem a COP, a clatrina e a caveolina, as quais serão utilizadas dependendo da necessidade da célula.

Microfotografia do aparelho de Golgi, formado por uma série de anéis pretos semicirculares amontoados perto da base. Também pode-se observar numerosas vesículas circulares envolta do organelo.

Vesícula formada por clatrina: A clatrina é uma proteína formada por um citoesqueleto que contém três cadeias leves e três cadeias pesadas. Quando está em um ambiente hidrofílico, favorece a montagem de estruturas esféricas (como uma bola de futebol) e pode se ver hexágonos e pentágonos.

Para que a clatrina comece a montar a estrutura da vesícula, deve haver adaptinas, que normalmente são receptores para substâncias específicas localizados na própria estrutura da membrana e que vão ajudar a clatrina a puxar a membrana para formar a vesícula. Este movimento ocasiona sobreposição de áreas e um grande acúmulo de cargas no mesmo local, o que garante que a clatrina seja a melhor opção para aglomerar bastante conteúdo internamente.

Após toda a estrutura ser puxada, ocorre a liberação da vesícula e a clatrina será despolimerizada logo após sair da célula ⁴, para que possa haver reconhecimento dos receptores da vesícula e do alvo dela.

Vesícula formada por COP

A COP também é uma proteína que fará a formação de vesículas, tendo duas subclasses: COP 1 e COP 2. A COP 1 é responsável pelo transporte dentro do próprio Complexo de Golgi e a COP 2 faz a ponte entre o retículo endoplasmático e o Aparato de Golgi. Da mesma maneira que a clatrina, a COP utiliza como adaptador a GTPase, que só se torna ativa após trocar o GDP ligado a ela por GTP,  sendo que deste modo expõe sua cadeira lipídica e começa a dobrar a membrana da célula. Esta GTPase ligada virará a adaptora para outras proteínas que podem ajudar na formação da vesícula, como a Sar 1 que ajuda a formar a vesícula revestida por COP II . Entretanto, o revestimento por COP não acumula tanta carga quanto a clatrina devido à estrutura que esta proteína impõe ser grande e linear.

Vesícula formada por caveolina

Como o brotamento de vesículas por COP e clatrina só é possível em regiões fluidas da membrana, em regiões de lipid raft é utilizada a caveolina, que faz uma invaginação mais lenta e, portanto, menos específica, já que muitas cargas entram durante a formação da vesícula.

Como a vesícula sabe qual é o seu destino?

A vesícula saberá qual caminho seguir através de Rab e SNARE, que conferem especificidade a ela. A Rab determina o caminho que ela irá seguir junto a SNARE, sendo uma GTPase monomérica que faz com que uma célula reconheça a vesícula ao se ligar ao GTP e expor o seu complexo lipídico. Há Rab tanto na vesícula quando na célula.

Já a SNARE é uma proteína que estará tanto na membrana da vesícula (V-SNARE) quanto na membrana da célula (T-SNARE) e será responsável pela especificidade da vesícula e da molécula-alvo, além de ser responsável pela fusão das membranas e a entrada do material na célula.

Alterações no organismo causadas pelo mau funcionamento do Complexo de Golgi

Falhas no complexo de Golgi podem trazer consequências sérias para um organismo. Tendo em vista que uma das funções do complexo é efetuar a glicosilação, falhas nesse processo podem acarretar o enovelamento incorreto de proteínas, impossibilidade de reconhecimento de células, falta de variabilidade proteica, problemas na adesão celular e problemas estruturais na membrana celular, susceptibilidade a infecções bacterianas e virais e instabilidade de proteínas. Além disso, com todos esses problemas, diversos sistemas do organismo que dependem da estabilidade das proteínas e da comunicação dentro e entre as células seriam afetados. O complexo de Golgi também tem a função de distribuir macromoléculas e vesículas de secreção, portanto, organelas que necessitam do Golgi para reposição de materiais que são perdidos ao longo da vida, sem essa reposição, podem ter atividades comprometidas que desencadeariam colapso ou morte celular.⁹

A biogênese de lisossomos e a produção da cabeça do espermatozóide (acrossomo) também é de responsabilidade do complexo de Golgi. Diante disso, defeitos nessa organela também são capazes de causar problemas na reprodução e na falta de lisossomos. Esta falta tem sérias conseqüências como: suscetibilidade a doenças, má formações e morte celular ou de órgãos. Vale lembrar que, no Sistema Nervoso Central, há secreção, processamento de moléculas e tráfego de vesículas acontecendo a todo momento, portanto, conexões nervosas a partir de neurotransmissores que dependem desses mecanismos seriam altamente prejudicadas.¹⁰

Referências

1. Fabene PF, Bentivoglio M. (Outubro 1998). "1898–1998: Camillo Golgi and "the Golgi": one hundred years of terminological clones". Brain Res. Bull. 47 (3): 195–8. DOI:10.1016/S0361-9230(98)00079-3. PMID 9865849

2. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1906/ Acesso em 07/12/2016

3. "Gametogenesis". Competition Science Vision 5 (52): 136 p. 502. Pratiyogita Darpan.

4. Attias, Márcia Biologia celular 1: v.2. / Márcia Attias – Rio de Janeiro: Fundação CECIERJ, 2010. 130p.; 19 x 26,5 cm. ISBN 85-89200-63-9

5. Lodish, Harvey (et al.). Biologia celular e molecular, 5a. edição - Porto Alegre: Artmed, 2005.

6. ALBERTS, B. et al. Biologia Molecular da Célula. 5 ed. Porto Alegre: ArtMed, 2010

7. E. G. Berger, J. Roth (1997). The Golgi Apparatus. p. 295. ISBN 0-8176-5692-8

8. Pavelka, Margit. Functional Morphology of the Golgi Apparatus (Advances in anatomy, embryology and cell biology, v. 106). p. 19. ISBN 978-3-540-18062-3

9. https://ajudadoestudante.wordpress.com/2011/12/23/organelas-citoplasmaticas/ Acesso em 08/12/2016

10. http://sindromecdg.orgfree.com/folheto_apcdg.pdf Acesso em 08/12/2016

Ligações externas

• Aparelho de Golgi - Pesquisa Escolar
• Funcionamento do Complexo de Golgi