Citoesqueleto: Estrutura e Funções

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CITOESQUELETO 
 
O citoesqueleto é uma rede de fibras presentes no 
citoplasma das células, é constituído por 
microfilamentos de actina, microtúbulos e de 
filamentos intermediários. O citoesqueleto é 
responsável pela forma e sustentação da célula e 
do citoplasma, na locomoção, no transporte 
intracelular de proteínas, no transporte de 
organelas, na organização intracelular, na 
segregação dos cromossomos durante a mitose, 
na divisão celular e na contração dos músculos. 
 
PROTEÍNAS 
ΑLFA-ACTINA 
É responsável por determinar a forma e a função 
celular e importante função durante a contração 
muscular. 
São constituídas por subunidades solúveis de α-
actina: actina G e actina F. A actina globular 
(actina G) é a forma livre e solúvel. A actina 
filamentosa (actina F) é a forma presa, pois é 
formada por vários actinas, formando um 
filamento. As actinas G podem vir a se tornar F e 
vice-versa. 
MICROTÚBULOS 
São responsáveis por determinar o 
posicionamento de organelas, direcionar o 
transporte de vesículas, auxiliam a divisão 
celular e na movimentação de cílios e flagelos. 
Os MTs são constituídos pela associação de 
subunidades solúveis: α-tubulina e β-tubulina. 
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS 
São estruturas fibrosas e conferem resistência 
mecânica às células. 
É constituído por subunidades de proteínas 
fibrosas que se encontram associadas a 
desmossomos e hemidesmossomos. A 
proteína mais encontrada é a α-queratina. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DINÂMICA DO CITOESQUELETO 
A associação de proteínas ocorre através de 
ligações não-covalentes (iônica, de hidrogênio 
e hidrofóbicas). 
As interações entre proteínas devem respeitar 
uma constante de equilíbrio, pois, conforme as 
proteínas se associam, as concentrações de 
subunidades livres vão reduzindo e, 
consequentemente, a taxa de associação também 
será reduzida. Quanto maior a afinidade entre as 
moléculas, maior será o valor de Keq. 
𝐾𝑒𝑞 =
[𝐴𝐵]
[𝐴]. [𝐵]
=
𝐾𝑜𝑛
𝐾𝑜𝑓𝑓
 
CONCENTRAÇÃO CÍTRICA 
É a concentração de subunidades livres no 
equilíbrio químico - a concentração de 
subunidades livres foi reduzida ao ponto de não 
haver mais crescimento de polímeros. Quanto 
maior for a estabilidade (ligações não-covalentes), 
menor será a concentração cítrica. 
 
TAXA DE NUCLEAÇÃO 
Pequenos oligômeros, podem se associar, 
espontaneamente, porém são instáveis e se 
dissociam rapidamente. Esta instabilidade cria 
uma barreira cinética para a nucleação. As células 
possuem proteínas e complexos enzimáticos que 
catalisam a nucleação em locais específicos. - é a 
quantidade mínima de associações que precisam 
ocorrer para que a polimerização seja favorecida. 
Quanto maior a taxa de nucleação, menos 
espontânea será a polimerização, fato positivo 
para as células. 
A nucleação dos filamentos de actina ocorre 
próximo à membrana plasmática. A nucleação dos 
MTs ocorre nos centrossomo, próximo ao núcleo. 
 
EXTREMIDADE (+) E EXTREMIDADE (-) 
Alterações conformacionais que ocorrem nas 
subunidades, conforme elas interagem entre si, 
acarretam taxas de crescimento distintas, em cada 
extremidade. 
Na extremidade (+) ocorre as associações de 
novas com mais facilidade e mais rápida. Na 
extremidade (-) ocorre as associações de novas 
subunidades com menos facilidade e menos 
rápida. 
O crescimento de polímeros de MTs ocorre 
somente na extremidade (+). Em seres humanos 
a extremidade (-) permanece fixa no centrossomo. 
INSTABILIDADE DINÂMICA EM 
MICROTÚBULOS 
Quando a polimerização (adição de subunidades 
de tubulina ao MT) é mais rápida do que a hidrólise 
de GTP ocorre o crescimento do MT. Na situação 
inversa, quando a polimerização é mais lenta que 
a hidrólise, ocorre o encurtamento ou 
despolimerização do MT, chamada de catástrofe. 
A constante de polimerização e 
despolimerização é chamada de instabilidade 
dinâmica. 
A tubulina alfa e beta se ligam a GTP, essa ligação 
faz com que a beta-tubulina se torne uma enzima 
capaz de hidrolisar GTP, formando GDP. A 
hidrólise sempre acontece. A forma T apresenta 
uma dinâmica muito mais favorável à 
polimerização. 
Qual a importância da capa de GTP? 
A capa faz com que o microtúbulo cresça; a 
hidrólise acontece justamente para manter o 
controle - capa de GTP é mantida sempre que 
novas subunidades forem adicionadas a uma 
velocidade superior à taxa de hidrólise, enquanto 
houver a capa de GTP o microtúbulo continuará se 
expandindo. 
 
 
 
 
 
 
TREADMILLING 
É um processo que ocorre predominantemente na 
actina. Atua no deslocamento do filamento 
“esteira rolante”. Não há crescimento do 
filamento de actina, mas há o deslocamento no 
espaço intracelular. 
• Se Ton > Toff = cresce 
• Se Ton < Toff = encurta 
• Se Ton = Toff = treadmilling (as taxas 
estão na mesma velocidade) 
Ocorre quando subunidades solúveis de actina 
(forma T) são adicionadas a extremidades (+) a 
uma velocidade igual a taxa de remoção de 
subunidades de actina (forma D) a partir da 
extremidade (-). O treadmilling promove o 
deslocamento do filamento de actina, este 
processo pode resultar em alterações 
morfológicas (fagocitose, pinocitose) da célula, 
pois os filamentos de actina encontram-se em 
abundância no periplasma celular, próximo à 
membrana plasmática. 
 
 
FÁRMACOS QUE INTEFEREM NA 
DINÂMICA DE MICROTÚBULOS E NOS 
FILAMENTOS DE ACTINA 
 
PROTEÍNAS ACESSÓRIAS DE 
MICROTÚBULOS 
COMPLEXO GAMA-ΤURC 
Garante a nucleação dos MTs, permanecendo 
na extremidade (-) e, assim, permitindo um 
arcabouço perfeito. Por isso os MTs crescem a 
partir dos centrômeros. 
 
 
ESTATMINAS 
Se associam a subunidades de alfa e/ou beta-
tubulinas, livres em solução, impedindo que estes 
heterodímeros se associem a extremidade (+) de 
um microtúbulo. Garantem estabilidade do MT. 
A célula pode ativar (desfosforilação) e inativar 
(fosforilação) estatminas conforme a sua 
necessidade. 
 
MAPS: MAP, MAP-2 E TAU 
Se associam a microtúbulos, estabilizando-os 
individualmente e/ou em feixes. 
A MAP estabiliza em feixes individuais. A MAP-2 
estabiliza em feixes paralelos. A TAU estabiliza 
em feixe em forma de rede - é encontrada nos 
neurônios e está relacionada à doença de 
Alzheimer. 
 
 
 
CINESINA-13 
As cinesinas, no geral, são proteínas motoras 
associadas aos MTs. Elas são capazes de se 
deslocarem no microtúbulo. 
A cinesina-13 é a exceção da classe das proteínas 
motoras, pois ela não se desloca, é necessário ser 
transportada por uma outra proteína motora. A 
cinesina-13 atua no aumento e dissociação 
catastrófica na extremidade (+). Ela induz a 
catástrofe, forçadamente, pela 
desestabilização do MT. 
 
+TIP 
São proteínas que permanecem unidas às 
extremidades +, em crescimento, permitindo que 
microtúbulos sejam conectados a outras 
estruturas, como membranas. 
 
PRELECTINA 
Permite que microtúbulos sejam ligados a 
microfilamentos de actina. 
 
XMAP215 
Estabiliza a extremidade (+) e acelera a 
associação dos MTs. 
 
CATANINA 
Promove a quebra dos MTs. 
 
PROTEÍNAS MOTORAS ASSOCIADAS 
AOS MICROTÚBULOS 
Essas proteínas caminham sempre em direção à 
extremidade (+). 
CINESINAS 
Há, pelo menos, 14 diferentes superfamílias de de 
cinesinas, proteínas motoras que se deslocam 
sobre microtúbulos. 
 
DINEÍNAS 
Se deslocam sobre os MTs e exercem importante 
papel no movimento de cílios e flagelos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MONTAGEM DAS FIBRAS DO FUSO 
DURANTE A DIVISÃO CELULAR 
MONTAGEM DO FUSO 
A duplicação do centrômero ocorre no início do 
ciclo celular. Na fase G1, os centríolos se separam 
por alguns micrômetros. Na fase S, um 
centríolo0filho começa a crescer próximo à base. 
No início da divisão celular, os dois centrossomos 
se movem ao longo do envelope nuclear, essa 
separação é movida por proteínas motoras. 
Durante a maturação do centrossomo,há um 
aumento na quantidade de complexo gama-
TuRC. 
A M-CdK promove a fosforilação de MAPs, 
impedindo que estas proteínas estabilizem os 
microtúbulos, aumentando a ocorrência de 
catástrofes. 
Por que durante a divisão celular ocorre a 
fosforilação de MAPs? 
A fosforilação de MAPs aumenta a instabilidade 
dinâmica. Quando as MAPs estiverem fosforiladas 
elas estarão inativas e a instabilidade dinâmica 
dos microtúbulos estará maior - células com alta 
atividade mitótica apresentam microtúbulos 
instáveis. 
 
LIGAÇÃO DE MICROTÚBULOS AOS 
CINETOCOROS POR BUSCA DE 
CAPTURA 
Os cinetocoros possuem de 10-40 sítios de 
ligações de microtúbulos. As células que contêm 
centrossomos promovem a união dos 
centrossomos por “busca e captura”. 
 
 
BIORIENTAÇÃO 
O sucesso da divisão demanda que cromátides-
irmãs se liguem a polos opostos do fuso mitótico, 
de forma que se movam a extremidades opostas 
da célula. Para que as cromátides-irmãs não se 
liguem ao mesmo polo do fuso, os cinetocoros 
são construídos em orientações opostas. A 
separação das cromátides ocorre por catástrofe. 
 
 
 
 
PROTEÍNAS ACESSÓRIAS DE 
MICROFILAMENTOS DE ACTINA 
COMPLEXO ARP 
Complexo Arp é um complexo de proteínas que 
possui duas Proteínas Relacionadas à Actina 
(Actin-Related Proteins), cada proteína 
apresentando cerca de 45% de similaridade com 
a actina. 
Complexo Arp promove a nucleação do 
crescimento do filamento de actina na 
extremidade (-), permitindo o rápido 
alongamento na extremidade (+). Esse 
complexo pode se ligar lateralmente a um outro 
filamento, permanecendo ligado à extremidade (-
), dando origem a filamentos individuais 
organizados em uma rede ramificada. 
 
 
FORMINA 
Forminas são proteínas diméricas que promovem 
a nucleação do crescimento de filamentos de 
actina, permanecendo ligada à extremidade (+) 
do filamento. Sua ação se dá através da captura 
de dois monômeros de actina, facilitando a 
associação destas proteínas à extremidade (+) do 
filamento em construção. 
 
 
PROFILINAS 
Proteínas que se associam a monômeros de 
actina, impedindo a associação destes à 
extremidade (-), favorecendo o crescimento a 
partir da extremidade (+). 
 
Profilinas e Forminas atuam em conjunto 
Algumas proteínas da família das forminas 
possuem domínios que atuam como “suiças" que 
fornecem suporte à profilinas. Essas “suiças" 
permitem que o crescimento pela extremidade (+) 
seja ainda mais otimizado. 
 
TIMOSINA 
Proteínas que se associam a monômeros de 
actina, impedindo a associação destes à 
qualquer extremidade. A Timosina compete com 
a Profilina e ambas costumam atuar em conjunto. 
 
TROPOMIOSINA 
Estabiliza um microfilamento de actina, 
associando-se lateralmente. Junto à troponina, 
exerce papel importante durante a contração 
muscular. 
 
MIOSINA 
A miosina é uma proteína motora associada à 
actina e exerce papel importante durante a 
contração muscular. Há proteínas, da família das 
miosinas, que não participam da contração 
muscular, estando presentes em outros tipos 
celulares, auxiliando o transporte de vesículas 
através de filamentos de actina, em conjunto com 
as cinesinas (nos microtúbulos). 
 
JUNÇÕES CELULARES, ADESÃO 
CELULAR E MATRIZ EXTRACELULAR 
JUNÇÃO DE ANCORAMENTO 
 
CADERINAS 
São proteínas que promovem adesão 
homofílica (células iguais), essa ligação é feita 
por Ca2+. 
CATENINAS 
As cateninas ligam as cadeínas ao citoesqueleto 
de actina, exercendo importante função na 
estrutura das junções de adesão. 
DESMOSSOMOS 
Desmossomos são estruturalmente semelhantes 
às junções de adesão, porém estão associados à 
filamentos intermediários. Cateninas também 
efetuam a interligação entre as caderinas e o 
citoesqueleto. 
Pênfigo 
Trata-se de uma condição autoimune, onde há 
produção de anticorpos anticaderinas, os quais 
rompem as estruturas dos desmossomos, 
resultando na formação de bolhas na pele e/ou 
mucosas. 
• Pênfigo foliáceo: quando há 
autoanticorpos antidesmogleína 1, uma 
caderina predominante no tecido epitelial. 
Por essa razão, as lesões do pênfigo 
foliáceo ocorrem na pele. Razão pela qual 
é conhecido como “fogo selvagem” 
• Pênfigo vulgar: quando há autoanticorpos 
antidesmogleína 1 e antidesmogleína 3, 
esta última presente em mucosas. Nesse 
sentido, no pênfigo vulgar, as lesões têm 
início em mucosas (boca, por exemplo) e 
atingem, posteriormente, a pele. 
• Pênfigo bolhoso (ou penfigóide 
bolhoso): os autoanticorpos produzidos 
são reativos contra uma proteína 
relacionada à adesão mediada por 
hemidesmossomos. Sendo assim, no 
pênfigo bolhoso, diferente do pênfigo 
vulgar e pênfigo foliáceo, as estruturas 
comprometidas são hemidesmossomos, 
acarretando prejuízo na adesão entre as 
células e a lâmina basal. 
INTEGRINAS 
Proteínas que promovem forte adesão entre 
células e são ativadas após ligação de um ligante 
específico. 
SELECTINAS 
Proteínas que promovem a adesão transiente 
entre células e são importantes no processo de 
rolamento de leucócitos. 
JUNÇÕES COMPACTAS (JUNÇÕES DE 
OCLUSÃO) 
Constituem uma barreira entre duas células. 
Formam a BHE e controlam a permeabilidade 
intestinal. 
JUNÇÕES COMUNICANTES (GAP) 
Permitem a comunicação intercelular através 
da passagem de pequenos solutos. Ex: 
Aminoácidos, nucleotídeos, carboidratos, íons 
inorgânicos etc.