Fundamentos da Biologia Celular (Alberts)-Cap 17 Citoesqueleto

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A capacidade de as células eucarióticas adotarem diversas formas, organiza-
rem os vários componentes em seu interior, interagirem mecanicamente com o 
ambiente e realizarem movimentos coordenados é dependente do citoesquele-
to – uma intrincada rede de filamentos proteicos que se estende pelo citoplasma 
(Figura 17-1). Essa arquitetura de filamentos ajuda a sustentar o grande volume 
do citoplasma, uma função que tem especial importância em células de animais, 
que não possuem parede celular. Apesar de alguns componentes do citoesquele-
to estarem presentes em bactérias, o citoesqueleto é mais evidente nas grandes e 
estruturalmente complexas células eucarióticas.
Diferentemente de nosso esqueleto ósseo, no entanto, o citoesqueleto é uma 
estrutura altamente dinâmica que está sob contínua reorganização, conforme 
as células alteram suas formas, dividem-se e respondem ao ambiente. O cito-
esqueleto não funciona apenas como os “ossos” de uma célula, mas também 
como seus “músculos”, sendo diretamente responsável por movimentos em larga 
escala, incluindo o deslizamento de células sobre uma superfície, a contração 
das células musculares e as alterações no formato celular que ocorrem ao longo 
do desenvolvimento de um embrião. Sem o citoesqueleto, as feridas nunca cica-
trizariam, os músculos não contrairiam, e os espermatozoides jamais encontra-
riam o óvulo.
Como qualquer fábrica de um produto complexo, a célula eucariótica apre-
senta um compartimento interno altamente organizado, em que organelas que 
realizam funções especializadas estão concentradas em diferentes áreas e são 
conectadas por sistemas de transporte (discutidos no Capítulo 15). O citoesquele-
to controla o posicionamento das organelas e fornece a maquinaria de transpor-
te entre elas. Ele também é responsável pela segregação dos cromossomos nas 
duas células-filhas durante a divisão celular e pela separação dessas duas novas 
células no final da divisão, como discutimos no Capítulo 18.
O citoesqueleto é construído a partir de uma estrutura composta por três ti-
pos de filamentos proteicos: filamentos intermediários, microtúbulos e filamentos 
de actina. Cada tipo de filamento apresenta propriedades mecânicas distintas e é 
formado por subunidades proteicas diferentes. Uma família de proteínas fibrosas 
forma os filamentos intermediários; subunidades de tubulina globular formam os 
microtúbulos; e subunidades de actina globular formam os filamentos de actina 
(Figura 17-2). Em cada caso, milhares de subunidades se organizam, agregando-se 
em finas redes de proteínas que, em alguns casos, se estendem por toda a célula.
Neste capítulo, consideramos a estrutura e a função de cada uma dessas 
redes de filamentos proteicos. Iniciamos com os filamentos intermediários, que 
fornecem resistência mecânica às células. Consideramos, então, como os micro-
túbulos organizam o citoplasma das células eucarióticas e formam os apêndices 
móveis semelhantes a pelos, que permitem que células como protozoários e es-
17
O citoesqueleto
FILAMENTOS 
INTERMEDIÁRIOS
MICROTÚBULOS
FILAMENTOS DE ACTINA
CONTRAÇÃO MUSCULAR
566 Fundamentos da Biologia Celular
permatozoides possam nadar. A seguir, consideramos como o citoesqueleto de 
actina sustenta a superfície celular e permite que os fibroblastos e outras células 
movimentem-se por deslizamento. Por fim, discutimos como o citoesqueleto de 
actina permite a contração muscular.
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS
Os filamentos intermediários apresentam uma grande resistência à tensão, e 
sua função principal é permitir que as células resistam ao estresse mecânico 
ocasionado quando são distendidas. Esses filamentos são denominados “inter-
mediários” porque, nas células musculares lisas, as células nas quais foram ori-
ginalmente identificados, seu diâmetro (cerca de 10 nm) está entre o diâmetro 
dos filamentos delgados de actina e aquele dos espessos filamentos de miosina. 
Os filamentos intermediários são os mais resistentes e duráveis dos filamentos 
10 µm 
MICROTÚBULOS
25 nm
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS
25 nm
FILAMENTOS DE ACTINA
25 nm
25 µm 25 µm 25 µm 
Filamentos intermediários são fibras 
semelhantes a cabos com um diâmetro de 
aproximadamente 10 nm; eles são compostos 
por proteínas fibrosas de filamentos 
intermediários. Um determinado tipo de 
filamento intermediário forma uma trama 
denominada lâmina nuclear logo abaixo da 
membrana nuclear interna. Outros tipos se 
estendem ao longo do citoplasma, conferindo 
resistência mecânica às células e distribuindo os 
estresses mecânicos pelo tecido epitelial via 
conexões que se estendem pelo citoplasma 
unindo as junções célula-célula. Os filamentos 
intermediários são bastante flexíveis e 
apresentam grande resistência à tensão. Eles 
deformam-se sob tensão, mas não se rompem. 
(Micrografia cortesia de Roy Quinlan.)
Microtúbulos são longos cilindros ocos formados 
pela proteína tubulina. Eles são longos e retos e 
em geral possuem uma das extremidades 
conectadas a um centro organizador 
denominado centrossomo. Apresentando um 
diâmetro externo de 25 nm, os microtúbulos são 
mais rígidos do que os filamentos de actina ou 
os filamentos intermediários, e se rompem 
quando submetidos a estiramento. (Micrografia 
cortesia de Richard Wade.)
Filamentos de actina (também conhecidos como 
microfilamentos) são polímeros helicoidais da 
proteína actina. Eles se apresentam sob a forma 
de estruturas flexíveis, com diâmetro de 
aproximadamente 7 nm, e estão organizados 
em uma ampla variedade de feixes lineares, 
redes bidimensionais e géis tridimensionais. 
Apesar de os filamentos de actina estarem 
dispersos por toda a célula, eles se encontram 
em maior concentração no córtex, a camada 
do citoplasma localizada logo abaixo da 
membrana plasmática. (Micrografia cortesia 
de Roger Craig.)
Figura 17-1 O citoesqueleto dá à célula sua forma e permite que ela or-
ganize seus componentes internos e se mova. Uma célula animal em cultu-
ra foi marcada para mostrar dois de seus principais sistemas citoesqueléticos, 
os microtúbulos (verde) e os filamentos de actina (vermelho). Onde os dois 
filamentos se sobrepõem há o aparecimento de coloração amarela. O DNA 
no núcleo está marcado em azul. (Cortesia de Albert Tousson.)
Figura 17-2 Os três tipos de filamentos 
de proteínas que formam o citoesque-
leto diferem com relação a composição, 
propriedades mecânicas e funções no in-
terior da célula. Eles estão aqui represen-
tados em células epiteliais, mas estão pre-
sentes em quase todas as células animais.
Capítulo 17 • O citoesqueleto 567
do citoesqueleto: quando as células são tratadas com soluções salinas concen-
tradas e detergentes não iônicos, os filamentos intermediários permanecem in-
tactos, ao passo que a maior parte restante do citoesqueleto é destruída.
Os filamentos intermediários são encontrados no citoplasma da maioria das 
células animais. Eles formam caracteristicamente uma rede no citoplasma, en-
volvendo o núcleo e se estendendo rumo à periferia da célula. Na periferia, eles 
costumam estar ancorados na membrana plasmática em junções célula-célula 
chamadas de desmossomos (discutidos no Capítulo 20), onde a membrana plas-
mática está conectada à membrana de outra célula (Figura 17-3). Os filamentos 
intermediários também são encontrados no interior do núcleo de todas as células 
eucarióticas. Nesse compartimento eles formam uma rede denominada de lâmi-
na nuclear, que está subjacente ao envelope nuclear e o fortalece. Nesta seção, 
consideramos como a estrutura e a associação dos filamentos intermediários os 
tornam particularmente adequados para reforçar as células, protegendo-as con-
tra rupturas e forças de estiramento.
Os filamentos intermediários são resistentes e 
semelhantes a cordas
Um filamento intermediário assemelha-se a uma corda, ou cabo, em que muitos 
fios longos são trançados para proporcionar resistência à tração (Animação 17.1). 
Os fios desse cabo são compostosde proteínas de filamentos intermediários, su-
bunidades fibrosas contendo, cada uma, um domínio central em haste, alongado, 
com diferentes domínios não estruturados em cada uma das extremidades (Figura 
17-4A). O domínio em haste consiste em uma região  -hélice estendida que per-
mite que o pareamento de proteínas de filamentos intermediários forme dímeros 
estáveis por meio do enrolamento de um dímero sobre o outro, sob uma configu-
ração supertorcida ou superenrolada (Figura 17-4B), como descrito no Capítulo 4. 
Dois desses dímeros supertorcidos, posicionados em sentidos opostos, associam-
Feixes de
filamentos
intermediários
Desmossomo
conectando
duas células
(B)
5 µm
10 µm
(A)
Figura 17-3 Os filamentos intermediários formam uma rede resistente e durável no citoplasma da célula. (A) Micrografia de 
imunofluorescência de uma camada de células epiteliais em cultura, coradas para mostrar a rede de filamentos intermediários de 
queratina (verde) que envolve os núcleos e se estende ao longo do citoplasma das células. Os filamentos de cada célula estão indire-
tamente conectados aos das células adjacentes pelos desmossomos, estabelecendo uma ligação mecânica contínua entre as células, 
por meio da camada epitelial. Uma segunda proteína (azul) foi corada para revelar a localização dos limites celulares. (B) Esquema a 
partir de micrografia eletrônica de uma secção de uma célula cutânea, mostrando os feixes de filamentos intermediários que atra-
vessam o citoplasma e que estão inseridos nos desmossomos. (A, cortesia de Kathleen Green e Evangeline Amargo; B, de R.V. Krstić, 
Ultrastructure of the Mammalian Cell: An Atlas. Berlin: Springer, 1979. Com permissão de Springer-Verlag.)
568 Fundamentos da Biologia Celular
-se para formar um tetrâmero alternado (Figura 17-4C). Esses dímeros e tetrâ-
meros são as subunidades solúveis dos filamentos intermediários. Os tetrâmeros 
associam-se uns aos outros lado a lado (Figura 17-4D) e em seguida reúnem-se 
para gerar o filamento intermediário final, semelhante a um cabo (Figura 17-4E).
Visto que os dois dímeros apontam em direções opostas, as duas extremidades 
do tetrâmero são iguais, o mesmo aplicando-se às duas extremidades dos filamen-
tos intermediários associados; como vamos ver, tal característica diferencia esses 
filamentos dos microtúbulos e dos filamentos de actina, cuja polaridade estrutural 
é essencial para seu funcionamento. Todas as interações entre as proteínas dos 
filamentos intermediários dependem exclusivamente de ligações não covalentes; 
é a força combinada das interações laterais sobrepostas, ao longo do comprimento 
das proteínas, que dá aos filamentos intermediários sua grande resistência à tração.
Os domínios centrais em haste das diferentes proteínas dos filamentos in-
termediários são similares tanto em tamanho quanto em sequência de aminoá-
cidos, de tal modo que, quando empacotados em conjunto, sempre formam fila-
mentos de diâmetro e estrutura interna semelhantes. Já os domínios terminais 
variam bastante em tamanho e sequência de aminoácidos de um tipo de proteína 
do filamento intermediário para outro. Esses domínios não estruturados estão 
expostos na superfície do filamento, permitindo a interação com componentes 
específicos no citoplasma.
48 nm
NH2
Região α-hélice do monômero 
COOH
NH2 COOH
COOHNH2
Dímero supertorcido
NH2
NH2
NH2
NH2
COOH
COOH
Tetrâmero alternado de dois dímeros supertorcidos
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
COOH
COOH0,1 µm
Associação lateral de 8 tetrâmeros
Adição de 8 tetrâmeros ao filamento crescente
Figura 17-4 Filamentos intermediários são estruturas semelhantes a cabos formadas por longas fitas proteicas enrola-
das. O monômero de um filamento intermediário consiste em um domínio central em haste -helicoidal (A), com regiões não 
estruturadas em ambas as extremidades (não ilustradas). Pares de monômeros se associam para a formação de um dímero (B), 
e dois dímeros se alinham para formar um tetrâmero antiparalelo alternado (C). Os tetrâmeros podem se unir em um arranjo 
helicoidal contendo oito fitas de tetrâmeros (D), que por sua vez se associam, formando o filamento intermediário final seme-
lhante a um cabo (E). Uma micrografia eletrônica de filamentos intermediários é mostrada na parte superior esquerda. (Micro-
grafia cortesia de Roy Quinlan.)
Capítulo 17 • O citoesqueleto 569
Os filamentos intermediários reforçam as 
células contra estresses mecânicos
Os filamentos intermediários são particularmente proeminentes no citoplasma 
das células que são submetidas a estresses mecânicos. Eles estão presentes em 
grande número, por exemplo, ao longo do comprimento dos axônios das células 
nervosas, fornecendo um reforço interno essencial para essas extensões celula-
res extremamente finas e longas. Eles também são encontrados em abundância 
em células musculares e em células epiteliais, como as células da pele. Em todas 
essas células, os filamentos intermediários distribuem o efeito de forças aplica-
das localmente, evitando assim que as células e suas membranas rompam-se ou 
rasguem em resposta a uma tensão mecânica. Um princípio semelhante é utili-
zado para o fortalecimento de materiais compostos, como o concreto armado ou 
a fibra de vidro, nos quais elementos lineares de sustentação de tensão, como 
fibras de carbono (na fibra de vidro), ou barras de aço (no concreto), são inseridos 
em uma matriz de preenchimento para dar resistência ao material.
Os filamentos intermediários podem ser agrupados em quatro classes: (1) fi-
lamentos de queratina em células epiteliais; (2) filamentos de vimentina e relacio-
nados à vimentina em células do tecido conectivo, células musculares e células 
de sustentação do sistema nervoso (células da neuroglia); (3) neurofilamentos em 
neurônios; e (4) laminas nucleares, que fortalecem o envelope nuclear. Os três pri-
meiros tipos de filamentos são encontrados no citoplasma, e o quarto tipo, no nú-
cleo celular (Figura 17-5). Os filamentos de cada uma dessas classes são formados 
pela polimerização de suas respectivas subunidades de filamentos intermediários.
A mais diversificada classe de filamentos intermediários são os filamentos 
de queratina. Cada tipo de epitélio no corpo de um vertebrado – seja na língua, 
na córnea ou no revestimento do intestino – possui sua própria e distinta mistura 
de proteínas queratinas. Queratinas especializadas também ocorrem nos pelos, 
nas penas e nas unhas. Em cada caso, os filamentos de queratina são formados 
por uma mistura de diferentes subunidades de queratina. Os filamentos de que-
ratina em geral se encontram no interior das células epiteliais, avançando de um 
lado ao outro da célula, estando os filamentos em células epiteliais adjacentes 
indiretamente ligados por meio de desmossomos (ver Figura 17-3B). As extremi-
dades dos filamentos de queratina estão ancoradas nos desmossomos, e os fila-
mentos associam-se lateralmente com outros componentes celulares por meio 
dos domínios da cabeça globular e da cauda que se projetam de sua superfície. 
Essa fiação de alta resistência à tensão, formada pelos filamentos ao longo da 
camada epitelial, distribui o estresse que ocorre quando a pele é esticada. A im-
portância dessa função é ilustrada por uma rara doença genética em humanos, 
denominada epidermólise bolhosa simples, na qual mutações em genes da que-
ratina interferem na formação dos filamentos de queratina da epiderme. Como 
consequência, a pele fica extremamente vulnerável a lesões mecânicas, e mesmo 
uma pressão leve pode levar à ruptura de células e à formação de bolhas na pele. 
A doença pode ser reproduzida em camundongos transgênicos que expressam 
um gene mutante de queratina na pele (Figura 17-6).
Filamentos de
queratina
Filamentos de
vimentina e
relacionados à vimentina
Neurofilamentos Laminas
nucleares
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS
CITOPLASMÁTICOS NUCLEARES
Em células
epiteliais
Em células de
tecidos conectivos,
musculares egliais
Em células
nervosas
Em todas as
células animais
Figura 17-5 Os filamentos intermediá-
rios são divididos em quatro classes prin-
cipais. Essas classes podem incluir vários 
subtipos. Os humanos, por exemplo, têm 
mais de 50 genes de queratina.
570 Fundamentos da Biologia Celular
Vários filamentos intermediários são adicionalmente estabilizados e refor-
çados por proteínas acessórias, como a plectina, que interliga os filamentos em 
feixes e liga-os aos microtúbulos, aos filamentos de actina e a estruturas aderen-
tes nos desmossomos (Figura 17-7). Mutações no gene da plectina levam a uma 
doença terrível em humanos que combina as características da epidermólise bo-
lhosa simples (causada pela ruptura da queratina da pele), da distrofia muscular 
(causada pela disrupção dos filamentos intermediários nos músculos) e da neuro-
degeneração (causada pela ruptura de neurofilamentos). Camundongos que não 
possuem um gene funcional de plectina morrem poucos dias após seu nascimen-
to, apresentando a pele enrugada, com bolhas e alterações da musculatura esque-
lética e cardíaca. Assim, apesar de a plectina não ser necessária para a formação 
inicial dos filamentos intermediários, sua ação de interligação é essencial para 
fornecer às células a resistência necessária para enfrentar o estresse mecânico.
O envelope nuclear é sustentado por uma rede 
de filamentos intermediários
Enquanto os filamentos intermediários citoplasmáticos formam estruturas seme-
lhantes a cabos ou cordas, os filamentos intermediários que revestem e reforçam 
a superfície da membrana nuclear interna são organizados como uma rede bidi-
mensional (Figura 17-8). Como mencionado antes, os filamentos intermediários 
que compõem essa forte  lâmina nuclear são formados a partir de uma classe 
de proteínas de filamentos intermediários denominadas laminas (não confundir 
com laminina, que é uma proteína da matriz extracelular). A lâmina nuclear se dis-
socia e se reagrupa a cada divisão celular, quando o envelope nuclear é dissociado 
durante a mitose e reorganizado em cada célula-filha (discutido no Capítulo 18). 
Os filamentos intermediários citoplasmáticos também são dissociados na mitose.
A dissociação e a reorganização da lâmina nuclear são controladas pela 
fosforilação e desfosforilação das laminas. Quando as laminas são fosforiladas 
por proteínas-cinase (discutidas no Capítulo 4), as alterações conformacionais 
resultantes enfraquecem a ligação entre os tetrâmeros de laminas e causam a 
(B)(A)
40 µm
0,5 µm
Figura 17-6 Uma forma mutante de que-
ratina torna a pele mais propensa à for-
mação de bolhas. Um gene mutante que 
codifica uma proteína de queratina trun-
cada foi introduzido em um camundongo. 
A proteína defeituosa associa-se às quera-
tinas normais e assim interrompe a rede de 
filamentos de queratina na pele. (A) Micro-
grafia óptica de um corte transversal de 
pele normal, que é resistente a pressão me-
cânica. (B) Um corte transversal da pele do 
camundongo mutante mostra a formação 
de uma bolha, resultante da ruptura de cé-
lulas na camada basal da epiderme mutante 
(seta vermelha curta). (De P.A. Coulombe et 
al., J. Cell Biol. 115:1661–1674, 1991. Com 
permissão de The Rockefeller University 
Press.)
Figura 17-7 A plectina auxilia a forma-
ção de feixes de filamentos intermediá-
rios e conecta esses filamentos a outras 
redes proteicas do citoesqueleto. Nesta 
micrografia eletrônica de varredura da rede 
proteica do citoesqueleto de fibroblastos 
em cultura, os filamentos de actina foram 
removidos, e a plectina, os filamentos 
intermediários e os microtúbulos foram 
corados artificialmente. Observe como a 
plectina (verde) liga um filamento interme-
diário (azul) a três microtúbulos (vermelho). 
Os pontos amarelos são partículas de ouro 
ligadas a anticorpos que reconhecem a 
plectina. (De T.M. Svitkina and G.G. Borisy, 
J. Cell Biol. 135:991–1007, 1996. Com per-
missão de The Rockefeller University Press.)
QUESTÃO 17-1
Quais dos seguintes tipos de células 
você esperaria que contivessem 
a maior densidade de filamentos 
intermediários em seu citoplasma? 
Explique sua resposta.
 A. Amoeba proteus (uma ameba de 
vida livre)
 B. Célula epitelial da pele
 C. Célula da musculatura lisa no tra-
to digestório
 D. Escherichia coli
 E. Célula nervosa da medula espinal
 F. Espermatozoide
 G. Célula vegetal
Capítulo 17 • O citoesqueleto 571
dissociação dos filamentos. A defosforilação por proteínas-fosfatase que ocorre 
no final da mitose promove a reassociação das laminas (ver Figura 18-30).
Defeitos em um tipo específico de lamina nuclear estão associados a certos 
tipos de progéria – doenças raras que levam os indivíduos afetados a apresentar 
envelhecimento prematuro. Crianças com progéria têm pele enrugada, perdem os 
dentes e cabelos e frequentemente desenvolvem doenças cardiovasculares gra-
ves ainda na adolescência (Figura 17-9). Ainda não se sabe como a perda de uma 
lamina nuclear pode resultar em uma condição tão devastadora, mas acredita-se 
que a instabilidade nuclear resultante leve a defeitos na divisão celular, morte 
celular aumentada, uma capacidade diminuída para a reparação de tecidos, ou 
mesmo alguma combinação desses efeitos.
MICROTÚBULOS
Os microtúbulos desempenham um papel essencial na organização de todas as cé-
lulas eucarióticas. Esses tubos proteicos longos, ocos e relativamente rígidos podem 
rapidamente sofrer dissociação em um determinado local e reassociação em outro. 
Em uma célula animal típica, os microtúbulos crescem a partir de uma pequena es-
trutura posicionada próximo ao centro da célula, denominada centrossomo (Figura 
17-10A e B). Ao se estenderem para a periferia celular, os microtúbulos criam um 
sistema de vias dentro da célula ao longo do qual vesículas, organelas e outros com-
ponentes celulares podem ser transportados. Esses microtúbulos citoplasmáticos 
são a principal parte do citoesqueleto responsável pelo transporte e posicionamento 
de organelas delimitadas por membrana dentro da célula e pela organização do 
transporte intracelular de diversas macromoléculas citosólicas.
Quando uma célula entra em mitose, os microtúbulos citoplasmáticos se dis-
sociam e a seguir se reassociam sob a forma de uma intrincada estrutura deno-
minada fuso mitótico. Como discutimos no Capítulo 18, o fuso mitótico fornece a 
maquinaria que irá segregar os cromossomos igualmente entre as duas células-
-filhas momentos antes da divisão celular (Figura 17-10C). Os microtúbulos também 
podem gerar estruturas estáveis, como os cílios e os flagelos com seus batimentos 
ritmados (Figura 17-10D). Essas estruturas semelhantes a pelos se estendem a partir 
da superfície de diversos tipos de células eucarióticas, que as utilizam para loco-
moção ou para impulsionar líquidos sobre a sua superfície. A região central de um 
cílio ou flagelo eucariótico consiste em um feixe estável de microtúbulos altamente 
organizado. (Os flagelos bacterianos possuem uma estrutura completamente dife-
rente e permitem que as células se movimentem por um mecanismo muito distinto.)
Nesta seção, consideramos primeiro a estrutura e a associação dos micro-
túbulos. A seguir, discutimos o seu papel na organização do citoplasma – uma 
habilidade que depende de sua associação a proteínas acessórias, em especial a 
proteínas motoras, que impulsionam organelas ao longo dos caminhos feitos pelo 
(B)
CITOSOL
Lâmina
nuclear
Poro
nuclear
Cromatina
Envelope nuclear
NÚCLEO
(A)
1 µm
Figura 17-8 Filamentos intermediários sustentam e dão resistência ao envelope nuclear. (A) Corte transversal esquemático 
do envelope nuclear. Os filamentos intermediários da lâmina nuclear revestem a face interna do envelope nuclear e potencialmente 
fornecem sítios de ancoragem para os cromossomos. (B) Micrografia eletrônica de uma porção de lâmina nuclear de um ovo de rã. 
A lâmina forma um padrão quadriculado de filamentos intermediários compostos de laminas. (A lâminanuclear em outros tipos celula-
res nem sempre apresenta um padrão tão regular e organizado como o aqui ilustrado.) (B, cortesia de Ueli Aebi.)
Figura 17-9 Defeitos em uma lamina 
nuclear podem causar uma classe rara de 
doenças de envelhecimento prematuro 
chamada progéria. As crianças com pro-
géria começam a mostrar características 
de envelhecimento avançado entre 18 e 24 
meses de idade. (Cortesia de Progeria Re-
search Foundation.)
572 Fundamentos da Biologia Celular
citoesqueleto. Por fim, discutimos a estrutura e a função dos cílios e flagelos, 
nos quais os microtúbulos estão estavelmente associados a proteínas motoras, 
responsáveis pelo batimento desses apêndices móveis.
Os microtúbulos são tubos ocos com 
extremidades estruturalmente distintas
Os microtúbulos são formados a partir de subunidades – moléculas de tubulina, 
cada uma delas composta por um dímero de proteínas globulares semelhantes 
denominadas  -tubulina e  -tubulina, ligadas fortemente entre si por interações 
não covalentes. Os dímeros de tubulina, por sua vez, unem-se entre si também 
por meio de ligações não covalentes, para a formação da parede de um microtú-
bulo cilíndrico oco. Essa estrutura semelhante a um cano é um cilindro composto 
por 13 protofilamentos paralelos, cada um deles composto por uma cadeia linear 
de dímeros de tubulina com  -tubulina e  -tubulina alternadas longitudinalmente 
(Figura 17-11). Cada protofilamento apresenta uma polaridade estrutural, com 
a  -tubulina exposta em uma extremidade, e a  -tubulina exposta na extremi-
(B) CÉLULA QUE NÃO ESTÁ EM DIVISÃO
(C) CÉLULA EM DIVISÃO
(D) CÉLULA CILIADA
Centrossomo
Polos do fuso mitótico
Corpo basal
Cílio
(A)
Figura 17-10 Os microtúbulos geralmen-
te crescem a partir de um centro orga-
nizador. (A) Micrografia de fluorescência 
de um arranjo citoplasmático de microtú-
bulos em um fibroblasto em cultura. Ao 
contrário dos filamentos intermediários, 
os microtúbulos (verde-escuro) crescem a 
partir de centros organizadores, como (B) 
um centrossomo, (C) os dois polos de um 
fuso mitótico, ou (D) o corpo basal de um 
cílio. Eles também podem crescer a partir 
de fragmentos de microtúbulos já existen-
tes (não ilustrado). (A, cortesia de Michael 
Davidson e The Florida State University 
Research Foundation.)
Heterodímero de tubulina
(=subunidade do microtúbulo)
Extremidade
mais (+)
Extremidade
menos (-)
Protofilamento
Microtúbulo
Lúmen
(C)(A)
50 nm
(E)
(D)(B)
25 nm
β
α
25 nm
Figura 17-11 Os microtúbulos são tubos ocos feitos de subunidades de tubulina 
globular. (A) Uma subunidade de tubulina (um dímero ) e um protofilamento estão 
representados esquematicamente, junto com suas posições na parede de um mi-
crotúbulo. Observe que os dímeros de tubulina estão todos arranjados no protofila-
mento sob a mesma orientação. (B e C) Diagramas esquemáticos de um microtúbulo 
ilustrando como os dímeros de tubulina se encontram empacotados e agrupados na 
parede do microtúbulo. Na parte superior, 13 moléculas de -tubulina são ilustradas 
em corte transversal. Abaixo delas, uma vista lateral de uma pequena secção de um 
microtúbulo mostra como os dímeros estão alinhados na mesma orientação em todos 
os protofilamentos; isso faz os microtúbulos apresentarem uma polaridade estrutural 
definida, com extremidades designadas como mais (+) e menos (-). (D) Micrografia 
eletrônica de uma secção transversal de um microtúbulo com seu anel de 13 subu-
nidades distintas, cada uma das quais correspondendo a um dímero de tubulina. (E) 
Micrografia eletrônica de um microtúbulo visualizado longitudinalmente. (D, cortesia 
de Richard Linck; E, cortesia de Richard Wade.)
Capítulo 17 • O citoesqueleto 573
dade oposta, e essa polaridade – a direcionalidade intrínseca da estrutura – é a 
mesma em todos os protofilamentos, o que resulta em uma polaridade estrutural 
geral no microtúbulo. Uma extremidade do microtúbulo, potencialmente a extre-
midade  -tubulina, é denominada extremidade mais (+), e a outra, a extremida-
de  -tubulina, é denominada extremidade menos (-).
Em uma solução concentrada de tubulina pura em um tubo de ensaio, díme-
ros de tubulina serão adicionados a ambas as extremidades de um microtúbulo 
em crescimento. No entanto, eles são adicionados mais rapidamente à extremi-
dade mais (+) do que à extremidade menos (-), razão pela qual as extremidades 
foram originalmente assim denominadas – e não por serem carregadas eletri-
camente. A polaridade do microtúbulo – o fato de sua estrutura ter uma direção 
definida, com duas extremidades química e funcionalmente distintas – é crucial 
tanto para a associação dos microtúbulos como para a sua função após terem 
sido associados. Se os microtúbulos não apresentassem polaridade, eles não po-
deriam, por exemplo, realizar o transporte intracelular direcionado.
O centrossomo é o principal centro organizador 
de microtúbulos em células animais
No interior das células, os microtúbulos crescem a partir de centros organizadores 
especializados que controlam o posicionamento, o número e a orientação dos mi-
crotúbulos. Em células animais, por exemplo, o centrossomo – que costuma estar 
nas proximidades do núcleo celular quando a célula não se encontra em mitose 
– organiza um arranjo de microtúbulos que se irradia em direção à periferia, pelo 
citoplasma (ver Figura 17-10B). O centrossomo consiste em um par de centríolos 
circundado por uma matriz proteica. A matriz do centrossomo inclui centenas de 
estruturas em forma de anel geradas a partir de um tipo especial de tubulina, cha-
mado -tubulina, e cada complexo do anel de -tubulina atua como o ponto de par-
tida, ou sítio de nucleação, para o crescimento de um microtúbulo (Figura 17-12A). 
Os dímeros -tubulina são adicionados a cada complexo do anel de -tubulina em 
uma orientação específica, de tal maneira que a extremidade menos (-) de cada um 
dos microtúbulos está inserida no centrossomo e o crescimento ocorre apenas na 
extremidade mais (+), que se estende em direção ao citoplasma (Figura 17-12B e C).
Os centríolos pareados no centro do centrossomo de uma célula animal são 
estruturas curiosas; cada centríolo, posicionado perpendicularmente ao seu par-
ceiro, é feito de um arranjo cilíndrico de microtúbulos curtos. Apesar da loca-
lização, os centríolos não desempenham qualquer papel na nucleação dos mi-
crotúbulos a partir do centrossomo (o complexo do anel de -tubulina per se é 
suficiente), e sua função permanece um mistério, sobretudo considerando sua 
inexistência em células vegetais. No entanto, os centríolos atuam como os cen-
tros organizadores dos microtúbulos em cílios e flagelos, onde são denominados 
corpos basais (ver Figura 17-10D), como discutimos adiante.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Sítios de nucleação
(complexos do anel de γ-tubulina)
Par de
centríolos
(A) (B)
(C)
Microtúbulos crescem em suas
extremidades mais (+), a partir de complexos
do anel de γ-tubulina do centrossomo
Matriz do
centrossomo
Complexos do anel de γ-tubulina (vermelho)
Figura 17-12 A tubulina polimeriza 
a partir de sítios de nucleação de um 
centrossomo. (A) Desenho esquemático 
mostrando que o centrossomo de uma cé-
lula animal consiste em uma matriz amorfa 
de várias proteínas, incluindo os anéis de 
-tubulina (vermelho) que promovem a nu-
cleação do crescimento dos microtúbulos, 
envolvendo um par de centríolos orientado 
em ângulos retos entre si. Cada membro 
do par de centríolos é constituído por um 
arranjo cilíndrico de microtúbulos curtos. (B) 
Diagrama de um centrossomo com microtú-
bulos associados. A extremidade menos (-) 
de cada um dos microtúbulos está inserida 
no centrossomo, tendo crescido a partir 
de um complexo do anel de -tubulina, 
enquanto a extremidade mais (+) de cada 
microtúbulo se estende para dentro do 
citoplasma. (C) Uma imagem reconstruída 
de um centrossomo de uma célula de C. 
elegans mostrando um denso conjunto demicrotúbulos que emanam de complexos 
do anel de -tubulina. Um par de centríolos 
(azul) pode ser visto no centro desta estru-
tura. (C, de E.T. O’Toole et al., J. Cell Biol. 
163:451–456, 2003. Com permissão de The 
Rockefeller University Press.)
574 Fundamentos da Biologia Celular
Por que os microtúbulos precisam de sítios de nucleação, como os forne-
cidos pelos anéis de -tubulina no centrossomo? A resposta é que é muito mais 
difícil iniciar um novo microtúbulo a partir do zero, associando inicialmente um 
anel de dímeros de -tubulina, do que adicionar dímeros a um complexo de 
anel de -tubulina preexistente. Embora dímeros puros de -tubulina em uma 
concentração elevada sejam capazes de polimerizar espontaneamente em mi-
crotúbulos in vitro, em uma célula viva, a concentração de -tubulina livre é 
demasiadamente baixa para permitir a execução deste difícil passo de associa-
ção do anel inicial de um novo microtúbulo. Ao fornecer centros organizadores 
em locais específicos, e mantendo uma baixa concentração de dímeros livres de 
-tubulina, as células podem controlar o local de formação dos microtúbulos.
Os microtúbulos em crescimento apresentam 
instabilidade dinâmica
Após a nucleação de um microtúbulo, ele costuma crescer em direção ao exterior 
a partir do centro organizador durante vários minutos pela adição de dímeros -
tubulina à sua extremidade mais (+). Então, sem aviso prévio, o microtúbulo pode 
repentinamente sofrer uma transição que provoca seu rápido encolhimento pela 
perda de dímeros de tubulina de sua extremidade mais (+) livre (Animação 17.2). 
Ele pode encurtar parcialmente e, não menos abruptamente, recomeçar a crescer, 
ou pode desaparecer completamente, para ser substituído por um novo microtú-
bulo que cresce a partir do mesmo complexo do anel de -tubulina (Figura 17-13).
Este incrível comportamento de alternância entre polimerização e despoli-
merização é conhecido como instabilidade dinâmica. Ele permite que os mi-
crotúbulos sofram uma rápida remodelação e é essencial para a função dessas 
estruturas. Em uma célula normal, o centrossomo (ou outro centro organizador) 
está continuamente emitindo novos microtúbulos em diferentes direções, de for-
ma exploratória, muitos dos quais se retrairão. Um microtúbulo em crescimento 
a partir de um centrossomo pode, no entanto, ser impedido de sofrer dissociação 
se sua extremidade mais (+) estiver estabilizada pela ligação a outra molécula ou 
estrutura celular que bloqueie a sua despolimerização. Se houver uma estabiliza-
ção pela ligação a outra estrutura existente em uma região mais distante da célu-
la, o microtúbulo estabelecerá uma ponte relativamente estável, conectando essa 
estrutura ao centrossomo (Figura 17-14). O centrossomo pode ser comparado a 
um pescador que lança sua linha: se a isca não é fisgada, o pescador rapidamen-
te recolhe a linha e torna a lançá-la; contudo, se um peixe morder a isca, a linha 
permanecerá estendida, unindo o pescador e sua presa. A estratégia simples de 
exploração aleatória e de estabilização seletiva permite que o centrossomo e 
outros centros nucleadores estabeleçam um sistema altamente organizado de 
microtúbulos em regiões específicas da célula. A mesma estratégia é utilizada 
para posicionar as organelas umas em relação às outras.
A instabilidade dinâmica é controlada por 
hidrólise de GTP
A instabilidade dinâmica dos microtúbulos deriva da capacidade intrínseca dos 
dímeros de tubulina de hidrolisar GTP. Cada dímero de tubulina livre contém uma 
molécula de GTP firmemente ligada à -tubulina, que hidrolisa o GTP em GDP 
(A) (B) (C) (D)
Núcleo Centrossomo
Proteína de
capeamento de
microtúbulo
Microtúbulo
em crescimento
Microtúbulos
estáveis
Microtúbulos
instáveis
Figura 17-13 Cada microtúbulo cresce 
e encurta de forma independente dos 
microtúbulos adjacentes. O arranjo de mi-
crotúbulos ancorado em um centrossomo 
está em constante alteração, conforme no-
vos microtúbulos crescem (setas vermelhas) 
e microtúbulos antigos sofrem encurtamen-
to (setas azuis).
Figura 17-14 A estabilização seletiva 
de microtúbulos pode polarizar uma 
célula. Um microtúbulo recém-formado so-
mente persistirá se suas duas extremidades 
estiverem protegidas contra a despolimeri-
zação. Nas células, as extremidades menos 
(-) dos microtúbulos costumam estar prote-
gidas pelos centros organizadores a partir 
dos quais esses microtúbulos crescem. As 
extremidades mais (+) estão inicialmente 
livres, mas podem ser estabilizadas por liga-
ção a proteínas específicas. Aqui, por exem-
plo, uma célula não polarizada é ilustrada 
em (A), com novos microtúbulos crescendo 
a partir de um centrossomo em diferentes 
direções antes de sofrerem encurtamento 
aleatoriamente. Se uma extremidade mais 
(+) encontrar uma proteína (proteína de 
capeamento) em uma região específica do 
córtex celular, ela será estabilizada (B). A es-
tabilização seletiva em uma extremidade da 
célula irá polarizar a orientação do arranjo 
de microtúbulos (C) e, em última instância, 
irá converter a célula a uma forma forte-
mente polarizada (D).
Capítulo 17 • O citoesqueleto 575
logo após a adição do dímero a um microtúbulo em crescimento. Esse GDP per-
manece firmemente ligado à -tubulina. Quando a polimerização está ocorrendo 
rapidamente, os dímeros da tubulina são adicionados à extremidade do micro-
túbulo de maneira mais rápida do que a hidrólise do GTP a que estão ligados. 
Em consequência, a extremidade de um microtúbulo em rápido crescimento é 
composta inteiramente de dímeros de tubulina-GTP, que formam uma “capa de 
GTP”. Dímeros associados ao GTP ligam-se mais fortemente a seus vizinhos no 
microtúbulo do que dímeros ligados ao GDP, e eles formam feixes de um modo 
mais eficiente. Assim, o microtúbulo continuará a crescer (Figura 17-15A).
Devido à aleatoriedade dos processos químicos, no entanto, ocasionalmente 
os dímeros de tubulina na extremidade livre do microtúbulo hidrolisarão seu GTP 
antes da adição dos dímeros seguintes, de tal forma que as extremidades livres 
dos protofilamentos estarão então compostas por tubulina-GDP. Esses dímeros 
com GDP associam-se mais fracamente, desequilibrando a balança a favor da 
despolimerização (Figura 17-15B). Considerando-se que o restante do microtú-
bulo é composto por tubulina-GDP, uma vez iniciada a despolimerização, esta 
tenderá a ter continuidade. O microtúbulo começará a encurtar rápida e conti-
nuamente, podendo, inclusive, desaparecer.
A tubulina-GDP que é liberada durante a despolimerização dos microtúbulos 
é incorporada ao conjunto de tubulinas não polimerizadas já presente no citosol. 
Em um fibroblasto típico, por exemplo, em um momento qualquer, aproximada-
mente metade da tubulina celular se encontra nos microtúbulos, ao passo que 
a outra metade se encontra livre no citosol, formando o conjunto de dímeros da 
tubulina disponíveis para o crescimento de microtúbulos. Os dímeros de tubulina 
incorporados ao conjunto de moléculas do citosol rapidamente substituem o GDP 
ligado por GTP, tornando-se, desse modo, novamente passíveis de serem adicio-
nados a outro microtúbulo que se encontre em fase de crescimento.
A dinâmica dos microtúbulos pode ser 
modificada por fármacos
Fármacos que impedem a polimerização ou a despolimerização dos dímeros de 
tubulina podem ter um grande e rápido efeito sobre a organização dos microtú-
bulos e, como consequência, sobre o comportamento da célula. Considere o fuso 
mitótico, a maquinaria baseada em microtúbulos que orienta os cromossomos 
durante a mitose (ver Figura 17-10C). Se uma célula em mitose é exposta ao fár-
maco colchicina, que se liga fortemente a dímeros de tubulina livre e impede a 
sua polimerização nos microtúbulos, o fuso mitótico desaparece rapidamente, e 
as células ficam bloqueadas no meio da mitose, incapazes de dividir os cromos-
somos em dois grupos. Essa descoberta, e outras semelhantes, mostraram que o 
fuso mitótico é normalmentemantido por um balanço entre a adição e a perda de 
subunidades de tubulina: quando a adição de tubulina é bloqueada pela colchici-
na, a perda de tubulina continua até que o fuso desapareça.
O fármaco paclitaxel provoca o efeito oposto. Ele se liga fortemente aos mi-
crotúbulos, impedindo que estes percam subunidades. Visto que novas subuni-
dades ainda podem ser adicionadas, os microtúbulos podem crescer, mas não 
Dímero de tubulina
com GTP ligado
(tubulina-GTP)
Dímeros de tubulina-GTP adicionados
à extremidade em crescimento
do microtúbulo
A adição ocorre mais rapidamente do
que a hidrólise de GTP pelos dímeros
Protofilamentos contendo
tubulina-GDP soltam-se da
parede do microtúbulo
A tubulina-GDP é liberada
no citosol 
Capa de GTP
MICROTÚBULO EM CRESCIMENTO(A)
MICROTÚBULO ENCURTANDO(B)
Tubulina-GDP
Figura 17-15 A hidrólise de GTP controla a instabilidade dinâmica dos 
microtúbulos. (A) Dímeros de tubulina ligados a GTP (vermelho) se ligam mais 
fortemente uns aos outros do que dímeros de tubulina ligados a GDP (verde-
-escuro). Portanto, as extremidades mais (+) dos microtúbulos, com rápido 
crescimento, e que contêm dímeros de tubulina com GTP ligado recém-adi-
cionados, tendem a continuar crescendo. (B) De vez em quando, no entanto, 
sobretudo se o crescimento dos microtúbulos for lento, os dímeros nesta capa 
protetora de GTP hidrolisarão o GTP em GDP antes que novos dímeros ligados 
ao GTP tenham sido adicionados. A capa de GTP será, então, perdida. Visto 
que os dímeros ligados ao GDP ligam-se menos firmemente ao polímero, os 
protofilamentos “desfiam” na extremidade mais (+), e os dímeros são libera-
dos, provocando o encurtamento do microtúbulo (Animação 17.3).
QUESTÃO 17-2
Por que você acha que é muito mais 
fácil adicionar tubulina a microtúbu-
los preexistentes do que dar início a 
um microtúbulo inteiramente novo 
a partir do zero? Explique como 
a  -tubulina no centrossomo ajuda a 
superar essa dificuldade.
576 Fundamentos da Biologia Celular
podem sofrer encurtamento. Entretanto, apesar dessa diferença no mecanismo 
de ação, o paclitaxel tem o mesmo efeito da colchicina, bloqueando a divisão 
das células em mitose. Tais experimentos mostram que, para o funcionamento 
do fuso mitótico, os microtúbulos devem ser capazes de fazer a associação e a 
dissociação de suas subunidades. Discutimos o comportamento do fuso em mais 
detalhes no Capítulo 18, ao estudarmos a mitose.
A inativação ou a destruição do fuso mitótico leva à morte da célula em 
divisão. Como as células cancerosas se dividem de forma menos controlada do 
que as células normais do corpo, elas podem às vezes ser mortas preferencial-
mente por fármacos antimitóticos estabilizadores ou desestabilizadores de mi-
crotúbulos. Entre esses fármacos estão a colchicina, o paclitaxel, a vincristina e 
a vimblastina – todos utilizados no tratamento do câncer em humanos (Tabela 
17-1). Como discutimos em breve, também existem fármacos estabilizadores ou 
desestabilizadores dos filamentos de actina.
Os microtúbulos organizam o interior das células
As células são capazes de modificar a instabilidade dinâmica de seus microtúbu-
los para alcançar objetivos específicos. Quando uma célula entra em mitose, por 
exemplo, os microtúbulos se tornam inicialmente mais dinâmicos, intercalando 
crescimento e encurtamento com mais frequência do que normalmente o fariam 
os microtúbulos citoplasmáticos. Essa mudança permite que os microtúbulos se 
dissociem rapidamente e então se reassociem para a formação do fuso mitótico. 
Por outro lado, quando a célula se diferencia em um tipo celular especializado, a 
instabilidade dinâmica dos seus microtúbulos costuma ser suprimida por proteí-
nas que se ligam a qualquer das extremidades, ou lateralmente aos microtúbu-
los, estabilizando-os contra a dissociação. Os microtúbulos assim estabilizados 
mantêm a organização da célula diferenciada.
A maioria das células animais diferenciadas apresenta polarização; ou seja, 
uma extremidade da célula é estrutural ou funcionalmente diferente da outra. As 
células nervosas, por exemplo, estendem um axônio a partir de uma extremidade 
da célula e dendritos a partir da outra (ver Figura 12-29). Células especializadas 
para secreção têm o seu aparelho de Golgi posicionado em direção ao local de 
secreção, e assim por diante. A polaridade da célula é um reflexo dos sistemas 
polarizados de microtúbulos em seu interior, que ajudam a posicionar as organe-
las nas regiões onde elas são necessárias e a orientar as vias de trânsito vesicu-
+
+–
–
Corpo celular neuronal
Microtúbulo
Axônio
Terminal
do axônio
Transporte
inverso 
(em direção ao
corpo celular) 
Transporte
rumo ao 
terminal
do axônio
TABELA 17-1 Fármacos que afetam os microtúbulos
Fármacos específicos 
para microtúbulos Ação
Paclitaxel Liga-se aos microtúbulos e os estabiliza
Colchicina, colcemida Liga-se a dímeros de tubulina e impede sua polimerização 
Vimblastina, vincristina Liga-se a dímeros de tubulina e impede sua polimerização
Figura 17-16 Os microtúbulos orientam 
o transporte de organelas, vesículas e 
macromoléculas em ambos os sentidos 
ao longo de um axônio neuronal. Todos 
os microtúbulos de um axônio estão orien-
tados na mesma direção, com suas extremi-
dades mais (+) direcionadas para o terminal 
do axônio. Os microtúbulos orientados fun-
cionam como uma via para o transporte di-
recionado de materiais sintetizados no cor-
po celular, porém necessários no terminal 
do axônio. No caso de um axônio que vai 
da medula espinal para, por exemplo, um 
músculo do ombro, a duração do percurso 
é de aproximadamente dois dias. Além des-
se transporte para o exterior (círculos ver-
melhos), que é promovido por um conjunto 
de proteínas motoras, existe um transporte 
no sentido inverso (círculos azuis), dirigido 
por outro conjunto de proteínas motoras. 
O transporte inverso carregará mitocôn-
drias que apresentam desgastes e materiais 
ingeridos pelo terminal do axônio.
Capítulo 17 • O citoesqueleto 577
lar e macromolecular que existem entre os diferentes compartimentos da célu-
la. No neurônio, por exemplo, todos os microtúbulos no axônio apontam para a 
mesma direção, com as suas extremidades mais (+) rumo ao terminal do axônio; 
ao longo dessas rotas orientadas, a célula é capaz de transportar organelas, vesí-
culas delimitadas por membrana e macromoléculas, seja a partir do corpo celular 
rumo ao terminal do axônio ou na direção oposta (Figura 17-16).
Parte do tráfego ao longo dos axônios ocorre em velocidades que excedem 
10 cm por dia (Figura 17-17), ou seja, ainda é necessária uma semana ou mais 
para que certos materiais alcancem a extremidade de um longo axônio em gran-
des animais. No entanto, o movimento orientado por microtúbulos é incomen-
suravelmente mais rápido e mais eficiente do que o movimento dependente da 
difusão livre. Uma molécula proteica se movimentando por difusão livre poderia 
levar anos para alcançar a extremidade de um longo axônio, isso considerando 
que ela completasse o percurso (ver Questão 17-12).
Os microtúbulos nas células vivas não atuam isoladamente. O seu funcio-
namento, assim como o de outros filamentos do citoesqueleto, depende de uma 
ampla variedade de proteínas acessórias, as quais se ligam a eles. Algumas des-
sas proteínas associadas aos microtúbulos, por exemplo, estabilizam tais es-
truturas contra a dissociação, ao passo que outras conectam os microtúbulos a 
outros componentes celulares, incluindo-se aqui outros filamentos do citoesque-
leto (ver Figura 17-7). Outras ainda são proteínas motoras que transportam ativa-
mente organelas, vesículas e outras macromoléculas ao longo dos microtúbulos.
Proteínas motoras direcionam o transporte 
intracelular
Se uma célula viva é observada sob microscopia óptica, seu citoplasma se apre-
senta em constante movimento. As mitocôndrias e as pequenas vesículas e or-
ganelas delimitadas por membranas movimentam-se em passos pequenose ir-
regulares – movendo-se por um curto período de tempo, parando e, em seguida, 
movendo-se novamente. Esse movimento saltatório é muito mais sustentado e 
direcional do que os pequenos e contínuos movimentos brownianos causados 
por alterações térmicas aleatórias. Os movimentos saltatórios podem ocorrer 
tanto nos microtúbulos como nos filamentos de actina. Em ambos os casos, os 
movimentos são direcionados por proteínas motoras, que usam a energia deri-
vada de ciclos repetidos de hidrólise de ATP para viajar continuamente ao longo 
do microtúbulo ou dos filamentos de actina em um sentido determinado (ver 
Figura 4-46). Uma vez que as proteínas motoras também se ligam a outros com-
ponentes celulares, elas podem transportar essa carga ao longo dos filamentos. 
Existem dezenas de proteínas motoras diferentes; elas diferem em relação ao tipo 
de filamento ao qual se ligam, à direção na qual se movimentam ao longo do 
filamento e à carga transportada.
As proteínas motoras que se movem ao longo dos microtúbulos citoplasmá-
ticos, como os de um axônio de uma célula nervosa, pertencem a duas famílias: 
as cinesinas em geral se movem rumo à extremidade mais (+) de um microtú-
5 µm
Mitocôndria
QUESTÃO 17-3
A instabilidade dinâmica faz os 
microtúbulos crescerem ou encur-
tarem rapidamente. Considere um 
microtúbulo individual que está em 
sua fase de encurtamento.
 A. O que deve acontecer na extre-
midade do microtúbulo para que 
ele pare de encurtar e dê início 
ao crescimento?
 B. Como uma alteração nas concen-
trações de tubulina afetaria essa 
mudança?
 C. O que aconteceria se apenas o 
GDP estivesse presente na solu-
ção, estando o GTP ausente?
 D. O que aconteceria se a solução 
contivesse um análogo de GTP 
que não pudesse ser hidrolisado?
Figura 17-17 As organelas podem 
mover-se rápida e unidirecionalmente 
no axônio de uma célula nervosa. Nesta 
série de imagens de vídeo feitas a partir de 
uma região aplainada de um axônio neu-
ronal de um invertebrado, numerosas vesí-
culas delimitadas por membranas e mito-
côndrias estão presentes, muitas das quais 
podem ser vistas em movimento. O círculo 
branco fornece uma referência fixa. Essas 
imagens foram realizadas em intervalos de 
400 milissegundos. As duas vesículas no 
círculo estão se movendo para fora, com os 
microtúbulos, em direção ao terminal do 
axônio. (Cortesia de P. Forscher.)
578 Fundamentos da Biologia Celular
bulo (rumo à periferia da célula na Figura 17-16); e as dineínas se movem em 
direção à extremidade menos (-) (rumo ao corpo celular na Figura 17-16). Tan-
to as cinesinas como as dineínas são geralmente dímeros que têm duas cabe-
ças globulares de ligação a ATP e uma cauda única (Figura 17-18A). As cabeças 
interagem com os microtúbulos de maneira estereoespecífica, de modo que a 
proteína motora se conecte a um microtúbulo em um único sentido. A cauda de 
uma proteína motora costuma ligar-se de modo estável a algum componente 
celular, como uma vesícula ou uma organela, e, assim, determina o tipo de carga 
que a proteína motora pode transportar (Figura 17-19). As cabeças globulares 
das cinesinas e dineínas são enzimas com atividade de hidrólise de ATP (ATPa-
se). Essa reação fornece a energia para a condução de uma série controlada de 
alterações conformacionais na cabeça, que permitem que ela se mova ao longo 
do microtúbulo por ciclos de ligação, liberação e religação a essa estrutura (ver 
Figura 17-18B e Figura 4-46). Para uma discussão sobre a descoberta e o estudo 
das proteínas motoras, ver Como Sabemos, p. 580-581.
Microtúbulos e proteínas motoras posicionam 
as organelas no citoplasma
Os microtúbulos e as proteínas motoras desempenham um papel importante no 
posicionamento das organelas no interior de uma célula eucariótica. Na maioria 
das células animais, por exemplo, os túbulos do retículo endoplasmático (RE) 
praticamente atingem os limites da célula (Animação 17.4), enquanto o apare-
lho de Golgi está localizado no interior da célula, perto do centrossomo (Figura 
17-20A). O RE se estende a partir dos seus pontos de conexão com o envelope 
nuclear ao longo dos microtúbulos, que avançam do centrossomo, posicionado 
centralmente, até a membrana plasmática. Conforme uma célula cresce, cinesi-
(A)
Dineína CinesinaCabeça
globular
Cauda
10 nm
Microtúbulo
Extremidade
menos (-)
Extremidade
mais (+)
(B)
Extremidade
menos (-)
Extremidade
mais (+)
CINESINAS
DINEÍNAS
Carga
Microtúbulo
Cauda
Cabeça globular
Cabeça
globular
Cauda
Carga
Figura 17-18 Tanto as cinesinas como 
as dineínas movem-se sobre os microtú-
bulos usando suas cabeças globulares. 
(A) Cinesinas e dineínas citoplasmáticas 
são proteínas motoras de microtúbulos 
que geralmente se movem em sentidos 
opostos sobre esse suporte. Cada uma des-
sas proteínas (aqui desenhadas em escala 
aproximada) é um dímero composto por 
duas subunidades idênticas. Cada dímero 
possui duas cabeças globulares em uma 
extremidade, que se ligam e hidrolisam ATP 
e interagem com os microtúbulos, e uma 
cauda única, na outra extremidade, a qual 
interage com a carga (não representada). 
(B) Diagrama esquemático de uma proteína 
motora genérica “caminhando” ao longo 
de um filamento; essas proteínas utilizam a 
energia da hidrólise do ATP para se mover 
unidirecionalmente ao longo do filamento, 
como ilustrado na Figura 4-46. (Ver também 
Figura 17-22B.)
Figura 17-19 Diferentes proteínas moto-
ras transportam diferentes tipos de car-
gas ao longo dos microtúbulos. A maior 
parte das cinesinas se move em direção à 
extremidade mais (+) de um microtúbulo, 
ao passo que as dineínas se movem rumo 
à extremidade menos (-) (Animação 17.5). 
Ambos os tipos de proteínas motoras de 
microtúbulos ocorrem sob diferentes for-
mas, que supostamente são responsáveis 
pelo transporte de diferentes tipos de 
cargas. A cauda de uma proteína motora 
determina a carga que será transportada.
Capítulo 17 • O citoesqueleto 579
nas ligadas à face externa da membrana do RE (via proteínas receptoras) impul-
sionam o RE para fora, ao longo dos microtúbulos, esticando-o como uma rede 
(Figura 17-20B). Dineínas citoplasmáticas ligadas às membranas do Golgi puxam 
o aparelho de Golgi sobre os microtúbulos na direção oposta, rumo ao núcleo 
(Figura 17-20C). Desse modo, são criadas e mantidas diferenças regionais – es-
senciais para suas funções específicas – nestas membranas internas.
Quando as células são tratadas com colchicina, um fármaco que provoca 
a dissociação dos microtúbulos, tanto o RE quanto o aparelho de Golgi têm a 
sua localização drasticamente alterada. O RE, que está conectado ao envelope 
nuclear, colapsa em torno do núcleo; o aparelho de Golgi, que não está ligado 
a qualquer outra organela, sofre fragmentação em pequenas vesículas que se 
dispersam por todo o citoplasma. Quando a colchicina é removida, as organelas 
retornam às suas posições originais, impulsionadas por proteínas motoras que 
se movem ao longo dos microtúbulos reorganizados.
Os cílios e os flagelos contêm microtúbulos 
estáveis movimentados pela dineína
Mencionamos antes que diversos microtúbulos celulares estão estabilizados por 
meio de sua associação a outras proteínas e, consequentemente, não apresen-
tam instabilidade dinâmica. As células usam esses microtúbulos estáveis como 
suportes rígidos na construção de uma ampla variedade de estruturas polariza-
das, incluindo cílios e flagelos móveis. Os cílios são estruturas semelhantes a 
pelos, com cerca de 0,25 m de diâmetro, cobertos por membrana plasmática, 
que se estendem a partir da superfície de diversos tipos de células eucarióticas; 
cada cílio contém um núcleo de microtúbulos estáveis dispostos em um feixe, 
que crescem a partir de um corpo basal citoplasmático, que atua como um centro 
organizador (ver Figura 17-10D).
(A) (B)
10 µm
(C)
Figura 17-20 Os microtúbulos ajudam a posicionar as organelas em uma célula eucariótica. (A) Diagrama esquemático de 
uma célula mostrandoo arranjo típico de microtúbulos citoplasmáticos (verde-escuro), o retículo endoplasmático (azul) e o apare-
lho de Golgi (amarelo). O núcleo está ilustrado em marrom, e o centrossomo, em verde-claro. (B) Uma porção de uma célula em 
cultura corada com anticorpos dirigidos contra o retículo endoplasmático (azul, painel superior) e contra os microtúbulos (verde, 
painel inferior). Proteínas motoras cinesinas impulsionam o retículo endoplasmático para fora ao longo dos microtúbulos. (C) Uma 
célula diferente em cultura, corada com anticorpos contra o aparelho de Golgi (amarelo, painel superior) e contra os microtúbulos 
(verde, painel inferior). Neste caso, dineínas citoplasmáticas empurram o aparelho de Golgi para o interior da célula, ao longo dos 
microtúbulos, rumo à sua posição perto do centrossomo, que não está visível mas se localiza, em relação ao núcleo, no mesmo 
lado do Golgi. (B, cortesia de Mark Terasaki, Lan Bo Chen e Keigi Fujiwara; C, cortesia de Viki Allan e Thomas Kreis.)
580 COMO SABEMOS
PERSEGUINDO PROTEÍNAS MOTORAS ASSOCIADAS AO 
MICROTÚBULO
O movimento das organelas ao longo do citoplasma de uma 
célula tem sido observado e medido e tem fornecido material 
para especulações desde a metade do século XIX. No entanto, 
apenas na metade da década de 1980 é que os biólogos foram 
capazes de identificar as moléculas que direcionam esse movi-
mento de organelas e vesículas de uma região para outra den-
tro da célula.
Qual o motivo desse intervalo entre a observação e a com-
preensão? O problema estava nas proteínas – ou, mais precisa-
mente, na dificuldade de estudá-las isoladamente fora das cé-
lulas. Para investigar a atividade de uma enzima, por exemplo, 
os bioquímicos em primeiro lugar purificam o polipeptídeo: eles 
rompem as células ou tecidos e separam a proteína de interesse 
dos demais componentes moleculares (ver Painéis 4-4 e 4-5, p. 
166-167). Eles podem, em seguida, estudar a proteína em um 
tubo de ensaio (in vitro), controlando a sua exposição a subs-
tratos, inibidores, ATP, e assim por diante. Infelizmente, essa 
abordagem não parece funcionar para estudos que envolvem a 
maquinaria de motilidade associada ao transporte intracelular. 
Não é possível romper uma célula e recuperar um sistema de 
transporte intacto completamente ativo, livre de materiais con-
taminantes, que mantenha a capacidade de transportar mito-
côndrias e vesículas de um lugar a outro.
Esse problema foi resolvido por avanços técnicos em duas 
áreas distintas. No início, melhorias na microscopia permiti-
ram aos biólogos compreender que um sistema de transpor-
te operacional (com material extrínseco ainda ligado a ele) 
poderia ser obtido a partir do material espremido de um tipo 
adequado de célula viva. Simultaneamente, os bioquímicos 
perceberam que poderiam formar um sistema de transporte 
funcional começando do zero – usando filamentos do cito-
esqueleto, motores e cargas purificados – fora da célula. Tais 
descobertas tiveram início com uma lula.
Um citoplasma borbulhante
Neurocientistas interessados nas propriedades elétricas das 
membranas de células nervosas estudaram amplamente o 
axônio gigante de lula (ver Como Sabemos, p. 406-407). Em 
razão do seu grande tamanho, os pesquisadores observaram 
que era possível espremer o citoplasma de um axônio como 
se fosse um tubo de pasta de dentes e então estudar como os 
íons se moviam para dentro e para fora pelos diversos canais 
da membrana plasmática vazia que se assemelhava a um tubo 
(ver Figura 12-33). Os fisiologistas simplesmente descartavam 
o citoplasma gelatinoso, tendo em vista sua aparência inerte 
(e, como consequência, sem interesse) quando examinado sob 
microscopia óptica padrão.
Então surgiu a videomicroscopia. Este tipo de microsco-
pia, desenvolvido por Shinya Inoué, Robert Allen e outros, per-
mite detectar estruturas de tamanho inferior ao poder de reso-
lução de microscópios ópticos padrão, que é apenas de cerca 
de 0,2 m, ou 200 nm (ver Painel 1-1, p. 10-11). Imagens amos-
trais são capturadas por uma câmera de vídeo e depois au-
mentadas por processamento computadorizado para redução 
da interferência e realce do contraste. Quando os pesquisado-
res, no início da década de 1980, aplicaram essa nova técnica 
a preparações de citoplasma de axônio de lula (axoplasma), 
eles observaram, pela primeira vez, o movimento de vesículas 
e outras organelas ao longo de filamentos do citoesqueleto.
Sob a videomicroscopia, o axoplasma que sofreu extrusão 
parece borbulhar com minúsculas partículas – de vesículas de 
30 a 50 nm de diâmetro a mitocôndrias com cerca de 5.000 nm 
de comprimento, movendo-se em todas as direções ao longo 
do citoesqueleto a velocidades de até 5 μm por segundo. Se o 
axoplasma for espalhado em uma espessura suficientemente 
fina, os filamentos individuais podem ser observados.
O movimento permanece por horas, permitindo que os 
pesquisadores manipulem a preparação e estudem os efei-
tos dessas manipulações. Ray Lasek e Scott Brady descobri-
ram, por exemplo, que o movimento de organelas requer ATP. 
A substituição por análogos de ATP, como AMP-PNP, que se 
assemelham ao ATP, mas não podem ser hidrolisados (e, por-
tanto, não fornecem energia), inibe a translocação.
Tubos serpenteantes
Foi necessário mais trabalho para a identificação dos compo-
nentes individuais que controlam o sistema de transporte nos 
axônios de lula. Que tipo de filamentos daria suporte a este 
movimento? Quais são os motores moleculares que transpor-
tam as vesículas e as organelas ao longo desses filamentos? 
A identificação dos filamentos foi relativamente fácil: o uso 
de anticorpos contra a tubulina revelou que eles são microtú-
bulos. E em relação às proteínas motoras? Com o objetivo de 
identificá-las, Ron Vale, Thomas Reese e Michael Sheetz de-
senvolveram um sistema por meio do qual seria possível “pes-
car” as proteínas que impulsionam o movimento de organelas.
Sua estratégia era simples, mas elegante: colocar em um 
mesmo local microtúbulos e organelas e então procurar por 
moléculas que induzissem movimento. Eles usaram microtú-
bulos purificados de encéfalo de lula, acrescentaram organe-
las isoladas de axônios de lula e mostraram que poderia ser 
desencadeado o movimento das organelas pela adição de um 
extrato de axoplasma de lula. Nessa preparação, os pesqui-
sadores puderam tanto observar as organelas transitando ao 
longo dos microtúbulos como assistir ao serpentear de micro-
túbulos deslizando sobre a superfície de uma lamínula de vi-
dro previamente revestida com um extrato de axoplasma (ver 
Questão 17-18). Seu desafio era isolar a proteína responsável 
pelo movimento nesse sistema reconstituído.
Para isso, Vale e seus colegas aproveitaram o trabalho an-
terior com o análogo de ATP, AMP-PNP. Embora esse análogo 
iniba o movimento de vesículas ao longo dos microtúbulos, ele 
ainda permite que as organelas se liguem aos filamentos dos 
microtúbulos. Assim, os pesquisadores incubaram o extrato 
de axoplasma com microtúbulos e organelas na presença de 
AMP-PNP; a seguir, purificaram os microtúbulos associados a 
Capítulo 17 • O citoesqueleto 581
1 µm
0 1 2
Tempo (s)
(A)
(B)
1
2
3
1 µm
16 nm
Extre-
midade
menos (-)
Microtúbulo
Extremidade
mais (+)
1
2
3
4
5
Cauda da
cinesina
Cabeças
da cinesina
moléculas que talvez fossem as proteínas motoras esperadas. 
Em seguida, Vale e sua equipe adicionaram ATP para liberar as 
proteínas ligadas e encontraram um polipeptídeo de 110 quilo-
dáltons que podia estimular o deslizamento de microtúbulos 
sobre uma lamínula de vidro (Figura 17-21). Eles denominaram 
essa molécula cinesina (do grego kinein, “mover”).
Ensaios de motilidade in vitro similares foram funda-
mentais para o estudo de outras proteínas motoras, como as 
miosinas, que se movem ao longo de filamentos de actina, 
como discutimos adiante. Estudos subsequentes mostraram 
que as cinesinasse movem ao longo dos microtúbulos a par-
tir da extremidade menos (-) rumo à extremidade mais (+); 
eles também identificaram muitas outras proteínas motoras 
da família da cinesina.
Luzes, câmera, ação
Combinando esses ensaios com técnicas de microscopia cada 
vez mais refinadas, os pesquisadores podem, atualmente, mo-
nitorar o movimento de proteínas motoras individuais ao lon-
go de um microtúbulo isolado, mesmo em células vivas.
A observação de moléculas de cinesina acopladas à pro-
teína verde fluorescente (GFP) revelou que essa proteína motora 
move-se de forma processiva ao longo dos microtúbulos, isto é, 
cada molécula dá vários “passos” ao longo do filamento (100 ou 
mais) antes de desconectar-se. O comprimento de cada passo 
equivale a 8 nm, o que corresponde ao espaçamento dos díme-
ros de tubulina individuais ao longo do microtúbulo. A com-
binação dessas observações com ensaios de hidrólise de ATP 
permitiu aos investigadores confirmarem que uma molécula de 
ATP é hidrolisada a cada passo. A cinesina pode mover-se de 
modo processivo porque possui duas cabeças. Isso lhe permite 
caminhar rumo à extremidade mais (+) dos microtúbulos em 
um sistema “pé ante pé”, cada cabeça repetidamente ligando-se 
ao filamento e sendo liberada do filamento conforme ultrapas-
sa a cabeça ligada à sua frente (Figura 17-22). Tais estudos ago-
ra nos permitem seguir os passos dessas proteínas fascinantes 
e trabalhadoras – um passo molecular de cada vez.
Figura 17-21 A cinesina provoca o deslizamento dos micro-
túbulos in vitro. Em um ensaio de motilidade in vitro, cinesina 
purificada é misturada com microtúbulos na presença de ATP. 
Quando uma gota dessa mistura é colocada sobre uma lâmina 
de vidro e observada por videomicroscopia, microtúbulos indivi-
duais podem ser vistos deslizando sobre a lâmina. Eles são movi-
dos por moléculas de cinesina, que se ligam à lamínula de vidro 
pelas suas caudas. As imagens foram obtidas em intervalos de 
1 segundo. Os microtúbulos artificialmente corados moveram-se 
a cerca de 1 a 2 μm/s. (Cortesia de Nick Carter e Rob Cross.)
Figura 17-22 Uma molécula indi-
vidual de cinesina que se move ao 
longo de um microtúbulo. (A) Três 
quadros, separados por intervalos de 
1 segundo, mostram o movimento de 
uma molécula individual de cinesina-
-GFP (vermelho) ao longo de um dos 
microtúbulos (verde); a cinesina mar-
cada move-se a uma velocidade de 
0,3 m/s. (B) Uma série de modelos 
moleculares das duas cabeças de uma 
molécula de cinesina, mostrando como 
se acredita que elas caminhem progres-
sivamente ao longo de um microtúbulo, 
em uma série de passos de 8 nm, com 
as cabeças ultrapassando uma à outra 
(Animação 17.6). (A e B, cortesia de 
Ron Vale.)
582 Fundamentos da Biologia Celular
Os cílios batem como chicotes, impulsionando líquidos sobre a superfície de 
uma célula ou impelindo células individuais por meio de um líquido. Alguns pro-
tozoários, por exemplo, utilizam cílios para a coleta de partículas de alimento, e 
outros os utilizam para a locomoção. Nas células epiteliais que revestem o trato 
respiratório humano (Figura 17-23), um grande número de cílios motores (mais de 
um bilhão por centímetro quadrado) varre camadas de muco contendo partículas 
de poeira e células mortas em direção à garganta, para que esse muco seja engoli-
do e, por fim, eliminado do corpo. Da mesma forma, cílios motores nas células da 
parede do oviduto criam uma corrente que ajuda a transportar os óvulos ao longo 
do oviduto. Cada cílio atua como um pequeno remo, batendo em um ciclo repetido 
que gera o movimento do líquido sobre a superfície celular (Figura 17-24).
Os flagelos que impulsionam os espermatozoides e diversos tipos de proto-
zoários são bastante semelhantes aos cílios no que diz respeito à sua estrutura 
interna, mas, em geral, são muito mais longos. Eles foram concebidos para mover 
toda a célula, em vez de movimentar líquidos sobre a superfície da célula. Os fla-
gelos propagam ondas regulares ao longo de seu comprimento, impulsionando a 
célula à qual estão conectados (Figura 17-25).
Os microtúbulos dos cílios e flagelos são ligeiramente diferentes daqueles 
encontrados no citoplasma; eles estão organizados em um padrão distinto e 
curioso, o qual foi uma das mais impressionantes revelações à época do surgi-
mento da microscopia eletrônica. A secção transversal de um cílio mostra nove 
pares de microtúbulos organizados em anel, em torno de um único par de micro-
túbulos isolados (Figura 17-26A). Este arranjo “9 + 2” é característico de pratica-
mente todos os cílios e flagelos eucarióticos – de protozoários a humanos.
O movimento de um cílio ou um flagelo é produzido pela flexão de sua região 
central, conforme os microtúbulos deslizam uns sobre os outros. Os microtúbulos 
estão associados a diversas proteínas acessórias (Figura 17-26B), que se projetam 
a intervalos regulares ao longo do comprimento do feixe de microtúbulos. Algu-
mas dessas proteínas atuam como interligadoras para a manutenção da estrutura 
do feixe de microtúbulos, e outras geram a força que provoca a flexão do cílio.
A mais importante das proteínas acessórias é a proteína motora dineína ci-
liar, que gera o movimento de flexão na região central. Ela está intimamente re-
lacionada à dineína citoplasmática e atua de modo muito semelhante. A dineína 
ciliar está conectada por sua cauda a um microtúbulo, ao mesmo tempo em que 
suas duas cabeças interagem com um microtúbulo adjacente para gerar a força 
de deslizamento entre esses dois microtúbulos. Devido às múltiplas ligações que 
mantêm unidos os pares de microtúbulos adjacentes, a força de deslizamento 
entre microtúbulos adjacentes é convertida em um movimento de flexão no cílio 
(Figura 17-27). Em humanos, defeitos hereditários na dineína ciliar provocam a 
síndrome de Kartagener. Os homens com essa doença não são férteis em razão 
5 µm
Figura 17-23 Muitos cílios semelhantes 
a pelos projetam-se da superfície das 
células epiteliais que revestem o trato 
respiratório humano. Nesta micrografia 
eletrônica de varredura, tufos espessos de 
cílios podem ser vistos nestas células cilia-
das, que estão intercaladas a células epite-
liais não ciliadas com superfícies em forma 
de cúpula. (Reproduzida de R.G. Kessel e 
R.H. Karden, Tissues and Organs. San Fran-
cisco: W.H. Freeman & Co., 1979.)
Movimento de potência 
Figura 17-24 Um cílio bate efetuando 
ciclos repetitivos de movimentos que 
consistem em um movimento de potência 
seguido por um movimento de recupera-
ção. No rápido movimento de potência, o 
cílio se encontra totalmente distendido, e o 
líquido é direcionado sobre a superfície da 
célula. No movimento de recuperação, mais 
lento, o cílio se recurva em uma posição 
que provoca o menor distúrbio possível no 
líquido adjacente. Cada ciclo requer em 
geral 0,1 a 0,2 segundos e gera uma força 
paralela à superfície da célula.
Capítulo 17 • O citoesqueleto 583
da ausência de motilidade dos espermatozoides, e eles apresentam aumento na 
suscetibilidade a infecções brônquicas, pois os cílios que revestem seu trato res-
piratório se encontram inativos e, portanto, incapazes de eliminar bactérias ou 
outros resíduos dos pulmões.
Muitas células animais que não possuem cílios motores contêm um único 
cílio primário não móvel. Tal apêndice é muito mais curto do que um cílio motor 
e funciona como uma antena para a detecção de determinadas moléculas de 
sinalização extracelular.
FILAMENTOS DE ACTINA
Os filamentos de actina, os polímeros da proteína actina, estão presentes em 
todas as células eucarióticas e são essenciais para vários movimentos celulares, 
especialmente aqueles que envolvem a superfície da célula. Sem os filamentos 
de actina, por exemplo, uma célula animal não poderia migrar (ou deslizar) sobre 
uma superfície, englobar uma partícula grande por fagocitose ou dividir-se em 
duas. Assim como os microtúbulos, diversos filamentos de actina apresentaminstabilidade, mas, associando-se a outras proteínas, eles também podem for-
mar estruturas estáveis nas células, como os complexos contráteis nas células 
musculares. Os filamentos de actina interagem com uma grande quantidade de 
proteínas de ligação à actina, o que permite que desempenhem uma ampla gama 
de atividades nas células. Dependendo das proteínas associadas, os filamentos 
de actina podem formar estruturas rígidas e estáveis, como as microvilosidades 
nas células epiteliais que revestem o intestino (Figura 17-28A) ou os pequenos 
feixes contráteis que podem contrair e atuar como pequenos músculos na maio-
ria das células animais (Figura 17-28B). Eles também podem formar estruturas 
temporárias, como as protrusões dinâmicas formadas na borda anterior de uma 
Figura 17-25 Os flagelos impulsionam uma célula ao longo de líquidos 
utilizando um movimento ondulatório repetitivo. O movimento de um úni-
co flagelo em um espermatozoide de um invertebrado é visto em uma série 
de imagens captadas por iluminação estroboscópica com velocidade de 400 
disparos por segundo. (Cortesia de Charles J. Brokaw.)
(A)
100 nm
Camada interna
Microtúbulo
central único
Raio radial
Braço externo de dineína
Nexina
Membrana plasmática
Braço interno de dineína
Microtúbulo A
Par de microtúbulos externos
(B)
Microtúbulo B
Figura 17-26 Os microtúbulos em um cílio ou flagelo estão organizados em um arranjo “9 + 2”. (A) Micrografia eletrônica de 
um flagelo da alga unicelular Chlamydomonas mostrado em secção transversal, ilustrando a organização 9 + 2 característica dos mi-
crotúbulos. (B) Diagrama do corte transversal de um flagelo. Os nove microtúbulos externos (cada um deles uma estrutura pareada 
especial) apresentam duas colunas de moléculas de dineína. As cabeças de cada molécula de dineína aparecem nesta fotografia 
como braços que avançam em direção ao par de microtúbulos adjacente. Em cílios in vivo, essas cabeças de dineína fazem contato 
periodicamente com o par de microtúbulos adjacente e se movem ao longo dele, produzindo, assim, a força para o batimento ciliar. 
As diversas outras ligações e projeções ilustradas representam proteínas que servem para manter unido o feixe de microtúbulos e para 
converter a força de deslizamento produzida pelas dineínas em flexão, como ilustrado na Figura 17-27. (A, cortesia de Lewis Tilney.)
584 Fundamentos da Biologia Celular
célula que desliza (Figura 17-28C) ou o anel contrátil, que comprime o citoplasma 
separando-o em dois quando há divisão de uma célula animal (Figura 17-28D). 
Movimentos dependentes de actina em geral requerem a associação da actina a 
uma proteína motora denominada miosina.
Nesta seção, consideramos como os arranjos de filamentos de actina em 
uma célula dependem dos diferentes tipos de proteínas de ligação à actina pre-
sentes. Ainda que os filamentos de actina e microtúbulos sejam formados a partir 
de tipos não relacionados de subunidades proteicas, vamos ver que os princí-
pios que ditam sua associação e dissociação, o controle da estrutura celular e 
o trabalho conjunto com proteínas motoras para a produção de movimento são 
incrivelmente semelhantes.
Os filamentos de actina são finos e flexíveis
Os filamentos de actina são visualizados sob microscopia eletrônica como fitas 
de cerca de 7 nm de diâmetro. Cada filamento é composto por uma cadeia es-
piralada de monômeros idênticos de actina globular, todos “apontando” para a 
mesma direção em relação ao eixo da cadeia. Assim, do mesmo modo que um 
microtúbulo, um filamento de actina apresenta uma polaridade estrutural, com 
uma extremidade mais (+) e uma extremidade menos (-) (Figura 17-29).
Os filamentos de actina são mais delgados e flexíveis e, em geral, mais curtos 
do que os microtúbulos. No entanto, existem muito mais filamentos individuais de 
actina do que microtúbulos em uma célula, de modo que o comprimento total dos 
filamentos de actina de uma célula é muitas vezes superior ao comprimento total 
dos microtúbulos. Diferentemente dos filamentos intermediários e dos microtúbu-
los, os filamentos de actina raramente ocorrem de forma isolada nas células: eles 
costumam ser encontrados em feixes interligados e em redes – estruturas que apre-
sentam uma resistência muito superior se comparadas a filamentos individuais.
+ +
+
+
+ +
– –
–
– –
–
+ATP
FLEXÃO
Proteínas
de ligação
EM UM FLAGELO NORMAL:
 A DINEÍNA PROVOCA
A FLEXÃO
DOS MICROTÚBULOS
(B)EM PARES ISOLADOS DE
MICROTÚBULOS: A DINEÍNA
PROVOCA O DESLIZAMENTO
DOS MICROTÚBULOS
(A)
+
+
–
–
DESLIZA-
MENTO
(A) (B) (C) (D)
Figura 17-27 O movimento da dineína 
provoca a flexão do flagelo. (A) Se os 
pares externos de microtúbulos e suas mo-
léculas associadas de dineína são liberados 
dos outros componentes em um flagelo de 
um espermatozoide e a seguir são expostos 
ao ATP, ocorre o deslizamento linear de um 
par de microtúbulos sobre o outro, devido 
à ação repetida das dineínas a eles associa-
das. (B) Em um flagelo intacto, no entanto, 
os pares de microtúbulos estão conectados 
uns aos outros por meio de ligações pro-
teicas flexíveis, de tal modo que a ação do 
sistema provoca um movimento de flexão, 
em vez de deslizamento.
QUESTÃO 17-4
Os braços de dineína em um cílio 
estão arranjados de tal modo que, 
quando ativados, suas cabeças im-
pulsionam os pares vizinhos exter-
nos para fora, em direção à extremi-
dade do cílio. Considere uma secção 
transversal de um cílio (ver Figura 
17-26). Por que não haveria forma-
ção de movimento de flexão no cílio 
se todas as moléculas de dineína 
fossem ativadas simultaneamente? 
Que padrão de atividade de dineína 
pode ser responsável pela flexão de 
um cílio em uma direção?
Figura 17-28 Os filamentos de actina 
permitem que as células animais ado-
tem uma grande variedade de formas 
e desempenhem diferentes funções. 
Os filamentos de actina de quatro estrutu-
ras diferentes são mostrados em vermelho: 
(A) microvilosidades; (B) feixes contráteis 
no citoplasma; (C) filopódios semelhantes a 
dedos que se projetam na borda anterior de 
uma célula em movimento; e (D) anel con-
trátil durante a divisão celular.
Capítulo 17 • O citoesqueleto 585
A actina e a tubulina polimerizam por 
mecanismos semelhantes
Embora os filamentos de actina possam crescer pela adição de monômeros de 
actina em ambas as extremidades, assim como ocorre com os microtúbulos, a sua 
taxa de crescimento é mais rápida na extremidade mais (+) do que na extremidade 
menos (-). Um filamento de actina nu, da mesma forma que um microtúbulo sem 
suas proteínas associadas, é inerentemente instável e pode sofrer dissociação 
em ambas as extremidades. Em células vivas, monômeros de actina livre estão 
firmemente ligados a um nucleosídeo-trifosfato, neste caso o ATP. O monômero 
de actina hidrolisa o ATP ligado gerando ADP logo após ter sido incorporado ao 
filamento. Tal como acontece com a hidrólise de GTP em GDP no microtúbulo, a 
hidrólise de ATP em ADP em um filamento de actina reduz a força de ligação entre 
os monômeros, diminuindo assim a estabilidade do polímero. Desse modo, em 
ambos os casos, a hidrólise de nucleotídeos promove despolimerização, ajudando 
a célula a dissociar seus microtúbulos e filamentos de actina quando necessário.
Se a concentração de monômeros livres de actina for muito elevada, um fi-
lamento de actina vai crescer rapidamente, adicionando monômeros em ambas 
as extremidades. Em concentrações intermediárias de actina livre, no entanto, 
algo interessante acontece. Monômeros de actina são adicionados à extremida-
de mais (+) a uma taxa mais rápida do que o ATP ligado pode ser hidrolisado, de 
modo que a extremidade mais (+) cresce. Já na extremidade menos (-), o ATP é 
hidrolisado mais rapidamente do que os monômeros podem ser adicionados; vis-
to que a actina-ADP desestabiliza a estrutura, o filamento perde subunidades da 
sua extremidade menos (-) ao mesmo tempo em que adiciona subunidades à sua 
extremidade