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Citoesqueleto É uma rede de filamentos proteicos que se estende por todo o citoplasma. Está presente somente em células eucarióticas , sendo uma das principais estruturas, auxilia na sustentação do grande volume do citoplasma celular. É responsável por: Forma e sustentação das células; Organização interna dos componentes celulares incluindo: tráfego intracelular de organelas e vesículas; segregação dos cromossomos durante a divisão celular; Locomoção celular . Exemplo o deslocamento de células sobre uma superfície e contração de células musculares. De modo contrário ao esqueleto ósseo, o citoesqueleto é dinâmico , isso significa que o citoesqueleto se organiza continuamente sempre que a célula altera a sua forma, se divide ou responde ao ambiente. É constituído por três tipos de filamentos proteicos : microtúbulos, filamentos intermediários e microfilamentos de actina. Cada tipo de filamento é formado por uma subunidade protéica diferente: ● microfilamentos: actina; ● microtúbulos: dímero de tubulina aB ● Filamentos intermediários: vários Filamentos intermediários São polímeros proteicos estáveis em forma de corda (10nm de diâmetro). Sustentam e dão resistência à célula e ao envelope nuclear. Possuem grande resistência à tração , são estruturas relacionadas à sustentação e não ao movimento.s Esses filamentos formam uma rede resistente e dobrável no citoplasma da célula, circundam o núcleo e se estendem para a periferia da célula. Em relação aos outros filamentos, os intermediários são mais resistentes e estáveis . A função principal é capacitar as células a suportar a tensão mecânica gerada quando essas células sofrem estiramento. Esses filamentos protegem as células e suas membranas contra o rompimento , distendendo-se e distribuindo o efeito das forças aplicadas localmente Ancoram-se à membrana plasmática nas junções célula-célula (desmossomos) Dentro do núcleo formam a lâmina nuclea r, uma rede de filamentos intermediários que reveste a membrana celular. São formados por proteínas fibrosas de cadeia longa. Cada proteína é formada por O domínio em bastão permite a formação de dímeros estáveis pelo enrolamento de pares sobre si mesmo. Dois desses dímeros enrolados se associam formando um tetrâmero e os tetrâmeros se associam formando um protofilamento e um filamento intermediário na sua conformação final semelhante a um cabo. Diagrama Microtúbulos São polímeros longos e ocos que se estendem por todo o citoplasma e coordenam o transporte intracelular das organelas e de outros componentes celulares. São constituídos por moléculas de tubulina , cada uma delas formando um heterodímero composto de alfa-tubulina e beta-tubulina, fortemente ligadas por ligações não covalentes . Tem a função de movimento , e é responsável pela organização celular , os microtúbulos criam trilhos no interior da célula sobre os quais vesículas e organelas podem se locomover. Determinam a posição das organelas e direcionam o transporte intracelular . Importante nas divisões celulares (instáveis/ dinâmicos) e fazem parte dos cílios e flagelos (estáveis). Na divisão celular, a célula em mitose > microtúbulos dinâmicos, ocorre desagregação rápida dos microtúbulos seguido pelo rearranjo formando o fuso mitótico. O fuso mitótico fornece a maquinaria que irá segregar os cromossomos para as células-filhas antes da divisão celular. Cílios e flagelos são formados por agregados de microtúbulos São estruturalmente semelhantes, a estrutura fundamental dos cílios e flagelos é dada por uma disposição ordenada de microtúbulos denominada de axonema. AXONEMA : arranjo “9 + 2” dos microtúbulos → nove microtúbulos duplos com braços de dineína (proteína motora), organizados em um anel ao redor de um par de microtúbulos simples; Os microtúbulos são formados por 13 protofilamentos paralelos; Cada protofilamento possui uma cadeia linear de subunidades de alfa e beta-tubulina dispostas alternadamente ao longo do comprimento; Os protofilamentos possuem polaridade estrutural, a alfa exposta em uma das extremidades e a beta em outra; A extremidade com beta-tubulina é chamada “mais” e a extremidade com alfa-tubulina é chamada “menos” Os microtúbulos são mantidos pelo equilíbrio entre a sua montagem (polimerização) e desmontagem (despolimerização); A instabilidade dos microtúbulos possibilita a remodelagem rápida da célula. A instabilidade dinâmica dos microtúbulos deve-se a capacidade intrínseca das moléculas de tubulina em hidrolisar GTP. •Polimerização: GTP-Tubulina •Despolimerização: GDP-Tubulina. Proteínas motoras Conduzem o transporte celular , como o deslocamento é feito: as proteínas motoras se ligam aos microtúbulos e usam energia derivada da hidrólise de ATP para se deslocar ao longo do microtúbulo . E ao mesmo tempo, as proteínas ligam-se a outros componentes celulares transportando-os ao longo dos microtúbulos. Pertencem a duas famílias: cinesina e dineína. Duas cabeças globulares: atividade ATPase (enzimas com atividade hidrolítica sobre ATP) interagem com os microtúbulos; se deslocam em direção da extremidade “mais” do microtúbulo (em direção a membrana plasmática). Uma cauda: interage com vesículas ou organelas celulares; se deslocam em direção da extremidade “menos” do microtúbulo (em direção ao centro). Actina É importante para diversas funções como movimento e forma celular . Mudança na forma das células: rearranjo dos filamentos de actina promove a mudança das plaquetas durante a coagulação sanguínea. Deslocamento celular depende da actina: 1- Célula desenvolve protrusões na borda anterior; 2- As protrusões aderem a superfície (integrinas da MP aderem a receptores na MEC); 3- O restante da célula arrasta-se para frente tracionando os pontos de ancoragem. Movimento celular rastejantes: amebas, neutrófilos etc. Cada filamento é formado por dois protofilamentos paralelos que giram para direita em torno deles mesmo; O filamento tem polaridade estrutural Proteínas motoras dependentes de actina: miosinas. Contração muscular: Actina + Miosina; deslizamento da miosina sobre f. Adesão Celular Moléculas que ligam as células entre si e à matriz Adesão célula-célula Adesão direta Interações entre moléculas As caderinas formam dímeros Caderinas (dependentes de Ca2+) Superfamília das caderinas: Clássicas : Caderina-E (epitélio) Caderina-P (placenta) Caderina-N (neurônio) Caderina-VE (endotélio vascular) Não clássicas : Desmocolina (pele) Desmogleína (pele) Caderinas participam da formação do tubo neural Caderinas participam das junções aderentes N-CAMs são independentes de cálcio (molécula de adesão celular da célula nervosa(N-CAMS) Selectinas (dependentes de Ca2+) são exclusivas de células do sistema vascular Integrinas - ICAM Adesão forte e extravasão : dependente de integrina Adesão fraca e migração do leucócito : dependente de selectina. Para que ocorra uma adesão mais forte entre o leucócito e o tecido, integrinas na superfície de leucócitos ligam-se a moléculas de adesão da superfamília Ig (ICAM) que são expressas na superfície de células endoteliais. Com isso os leucócitos movem-se para o interior do tecido adjacente. Adesão mais estável integrinas-ICAM (molécula de adesão intercelular). Junções célula-célula Junções aderentes: são junções de adesão estáveis envolvendo o citoesqueleto . Essas junções possuem alfa e beta cateninas que ligam a E-caderina (epitélio), na membrana citoplasmática, ao cinturão de filamentos de actina e miosina. Formando um complexo com a junção aderente , o cinturão funciona como um cabo de tensão que pode internamente abraçar a célula e assim controlar sua forma . Desmossomo : junção estável envolvendo as moléculas do citoesqueleto . Desmossomo - placas protéicas de adesão (15-20nm de espessura) grudadas na face citosólica das membranas citoplasmáticas das células adjacentes e conectadas por proteínas ligantes de membranas. Os filamentos intermediários se localizam perto das placas citoplasmática dos desmossomos e, aparentemente, são ligados a elas por proteínas denominadas desmoplaquinas. Os desmossomos asseguram a força e a rigidez à camada epitelial inteira. Junções compactas : ou zônula oclusiva é uma junção do tipo bloqueadora . Sua principal função é a obstrução do espaço extracelular , impedindo o trânsito de substâncias por entre as células adjacentes. As principais proteínas integrais de membrana encontradas nas junções compactas são a ocludina e a claudina . Elas se ligam a proteínas citosólicas que, por sua vez, estão ligadas a outras proteínas do citoesqueleto e as fibras de actina. O objetivo das junções compactas é impedir que escape líquido por entre as células , permitindo que uma camada de células (por exemplo as que revestem um órgão) atuem como uma barreira impermeável . Por exemplo, as junções impermeáveis entre as células epiteliais revestindo sua bexiga impedem que a urina vaze para o espaço extracelular. As junções estudadas até agora: aderentes, desmossomos e compactas formam então o complexo juncional. Junções tipo fenda: São encontradas na maioria dos tecidos animais, funcionam como conexões diretas entre os citoplasmas de células adjacentes, formam canais abertos através da membrana plasmática, permitindo a difusão de íons e pequenas moléculas (AMP cíclico) entre células vizinhas. Essas junções são formadas por proteínas transmembranas denominadas conexinas. Seis conexinas se arranjam para formar um cilindro ou conexon que se conecta com outro conexon na célula adjacente. A maioria das células expressa pelo menos dois genes de conexina e, consequentemente, diferentes polipeptídeos de conexina podem juntar-se em conectadores heteroligoméricos, os quais, por sua vez, formam canais de junções comunicantes heterotípicos. Essa diversidade leva a diferenças na permeabilidade dos canais para diferentes moléculas. Adesão celular Integrinas São heterodímeros constituídos por 2 subunidades alfa e betas Tem diferentes funções: Os hemidesmossomos estão ligados ao citoesqueleto através de filamentos intermediários; Adesão focal promove a adesão de uma variedade de células, incluindo fibroblastos, à MEC; Os domínios citoplasmáticos das subunidades beta das integrinas nessas junções célula-matriz ancoram o citoesqueleto de actina através de feixes de actina. Integrinas nos hemidesmossomos de células epiteliais Os hemidesmossomos são regiões de adesão especializadas de células epiteliais, nas quais uma integrina específica (alfa6 beta4) interage com filamentos intermediários em vez de actinas. • A integrina alfa6 beta4 liga-se à laminina. Os hemidesmossomos ancoram as células epiteliais à lâmina basal. plectina (prot. adaptadora). Os hemidesmossomos aumentam a rigidez total dos tecidos epiteliais. Proteoglicanos Proteoglicanos da superfície celular Sindecans possuem diferentes funções Ciclo Celular A célula é uma pequena unidade , delimitada por membrana preenchida com uma solução aquosa concentrada de compostos e dotadas de uma capacidade extraordinária de criar cópias delas mesmas , pelo seu crescimento e pela sua divisão em duas. ↪ o único jeito de produzir uma nova célula é a partir de outra pré existente; ↪ uma célula se duplica através de uma sequência organizada de eventos chamada de ciclo celular . O que a célula precisa duplicar para se dividir? Além da duplicação do genoma , a maioria das células também duplica suas outras organelas e macromoléculas ; se não fosse assim, as células-filhas ficariam menores a cada divisão. Para manter seu tamanho, as células em divisão devem coordenar seu crescimento com a divisão. A célula precisa: ↪ duplicar todo seu conteúdo; ↪ replicar fielmente todos os cromossomos; ↪ segregar todos os seus componentes de forma igual; ↪ coordenar as várias etapas do ciclo, assegurando que ocorram na sequência correta. Principais eventos da divisão celular: Fases do ciclo Fases G1, S, G2 e M. ↪ Em célula humana, 23h de um ciclo a célula passa em interfase com 1h de fase M. Fases G1 e G2 são apenas intervalos? Mais que um retardo de tempo, elas garantem que a célula monitore o ambiente interno e externo a fim de assegurar que as condições são adequadas e os preparativos estejam completos. Quanto tempo dura um ciclo celular? 24 horas: G1: 11 horas, S: 8 horas, G2: 4 horas e M: 1 hora. 90 minutos: leveduras; 30 minutos: células embrionárias. E se as condições forem desfavoráveis? ↪ As células retardam a progressão e permanecem em um estado de repouso chamado G0; ↪ Algumas células ficam permanentemente em G0. Sistema de controle do ciclo celular ↪ Aciona os eventos do ciclo celular em uma sequência determinada; ↪ Porquê os interruptores bioquímicos são binários (ativo/inativo)? Seria desastroso se eventos como a condensação dos cromossomos ou a desintegração do envelope nuclear fossem iniciados apenas parcialmente ou começados e não completados. Que perguntas a célula faz antes de iniciar cada etapa do ciclo celular? Proteínas-cinase dependentes de ciclinas (CDKS) ↪ A regulação é realizada em grande parte pela fosforilação e desfosforilação de proteínas; ↪ Fosforilação: proteínas-cinase; ↪ Desfosforilação: proteínas-fosfatase; ↪ A ativação e a inibição das cinases são de responsabilidade das ciclinas; ↪ As ciclinas, recebem esse nome pela sua variação deconcentração durante o ciclo celular. ↪ O acúmulo de ciclinas ajuda a regular a atividade das Cdks Diferentes complexos Ciclina-CDK Concentração de ciclinas ↪ São reguladas pela transcrição e proteólise; ↪ Degradação das ciclinas M e S depende do = complexo promotor de anáfase (APC); ↪ Marcação de ciclinas com ubiquitina, para degradação em proteossomos; ↪ Degradação da ciclina M finaliza a mitose. Proteossomos Concentração de ciclinas A ativação/inibição dos complexos ciclina-cdk ↪ A ativação depende de sua fosforilação por outras cinases; ↪ De forma alternativa, estes complexos podem ser inibidos por proteínas, pausando em uma determinada fase do ciclo; Para que essa pausa é importante? A pausa em um ponto de verificação dá à célula mais tempo para crescer , ou permite que ela espere até que as condições extracelulares sejam favoráveis para a divisão. Fase G1 ↪ Para conduzir a célula para G1, a célula deve inativar os complexos S-Cdk e M-Cdk; ↪ A eliminação das ciclinas ocorre pelo bloqueio de sínteses de novas moléculas e pela atividade de proteínas inibidores de Cdk. ↪ As células produzem mitógenos que promovem a produção de ciclinas (em outras células); ↪ A ausência de mitógenos mantém a célula em G1; ↪ Mitógenos ativam vias de sinalização que estimulam a síntese de ciclinas G1, ciclinas G1/S e outras proteínas envolvidas na síntese de DNA e duplicação dos cromossomos. ↪ O controle negativo pode ser feito pela proteína Rb que liga a reguladores de transcrição, impedindo que ativem genes; ↪ Danos ao DNA pode pausar a progressão para G1; ↪ Danos de DNA causam aumento na proteína p53, que ativa a transcrição de uma proteína inibidora de Cdk chamada p21; ↪ P21 se liga a G1/S-Cdk e S-Cdk, impedindo a progressão para a fase S; ↪ A P53 pode levar a apoptose. ↪ Algumas células têm o ciclo interrompido permanentemente, isso ocorre em células nervosas ou musculares; ↪ Os genes que codificam ciclinas e Cdks relevantes são inativados de maneira irreversível; ↪ Células do fígado entram em um estado G0 reversível, que estimula a proliferação em caso de dano. Fase S ↪ Antes da divisão, a célula deve replicar seu DNA; ↪ A replicação deve ocorrer somente uma vez; ↪ S-Cdk inicia a replicação do DNA e impede a repetição do processo. ↪ A replicação incompleta pode pausar o ciclo em G2; ↪ Isso ocorre com a inibição da Cdc25, uma fosfatase que ativa o complexo M-Cdk. O que é uma fosfatase? Uma proteína que remove fosfatos. ↪ Após a replicação adequada do DNA na fase S e progredido por G2, a célula entra na fase M; ↪ Durante esta etapa a célula dividirá seu núcleo e seu citoplasma; Fase M ↪ A M-Cdk origina todo os rearranjos que ocorrem nos estágios iniciais da mitose; ↪ Prepara os cromossomos duplicados para a segregação e induz a formação do fuso mitótico; ↪ A fase M (mitose mais citocinese) ocorre em um período curto (cerca de 1h); ↪ Nesse período a célula reorganiza todos os seus componentes e os distribui de forma igual entre as duas células-filhas M. ↪ A M-Cdk promove a entrada na fase M e na mitose; ↪ Complexos M-CDK se acumulam durante G2 e são ativadas quando a fosfatase cdc25 remove os fosfatos inibidores; ↪ Processo se retroalimenta. ↪ Coesinas e condensinas ajudam a organizar os cromossomos duplicados para a separação; ↪ Condensinas são responsáveis por condensar o DNA, elas são ativadas pela fosforilação por M-Cdk; ↪ Duas cópias idênticas de uma molécula de DNA recém duplicada são chamadas de cromátides-irmãs, que são mantidas juntas por coesinas. ↪ A fase M pode ser dividida em uma série de seis estágios; ↪ Os primeiros cinco estágios da fase M – prófase, prometáfase, metáfase, anáfase e telófase – constituem a mitose; ↪ A citocinese, que constitui o estágio final da fase M; ↪ Em conjunto, eles formam uma sequência dinâmica na qual vários ciclos independentes – envolvendo os cromossomos, o citoesqueleto e os centrossomos – são coordenados para produzir duas células-filhas geneticamente idênticas. Mitose e Meiose Fase M Fuso mitótico ↪ responsável pela segregação dos cromossomos; ↪ fuso é um arranjo bipolar de microtúbulos; ↪ o núcleo do fuso possui extremidades - orientadas aos polos e extremidades + orientadas para fora dos polos. Mitose ↪ A condensação dos cromossomos é promovida pela ação das condensinas; ↪ Estão relacionadas às coesinas que mantêm as cromátides-irmãs unidas; ↪ Ambas têm forma de anel e ajudam a configurar os cromossomos para a mitose. Representação esquemática para a condensação de cromossomos mitóticos Complexo de condensinas: Centrossomo : ↪ É o principal centro organizador de microtúbulos das células animais; É formado por um par centríolos; ↪ Cada centríolo é formado por nove conjuntos de três microtúbulos; ↪ Sua duplicação inicia no começo da fase S. Prometáfase 7 Metáfase ↪ Os cromossomos se alinham exatamente na metade entre os dois polos, formando a placa metafásica. ↪ Nesta fase os cromossomos estão bem condensados e é possível realizar a montagem de cariótipos; ↪ A ligação dos cromossomos aos microtúbulos ocorre através dos cinetócoros: ↪ Dinâmica dos microtúbulos para conectar aos cinetócoro: ↪ Mecanismos de controle para a correta associação: Anáfase Cromátides irmãs são separadas: ↪ Degradação da coesina por uma proteína chamada separasse; ↪ Securina inibe a ação da separasse, mas no início da anáfase é destruída pelo Complexo Promotor da Anáfase (APC). ↪ O APC não só degrada coesina, mas também degrada Ciclina B e consequentemente inativa M-Cdk, sinalizando a saída da mitose. ↪ Separação das cromátides: ↪ Checkpoint: ↪ Cromossomos não ligados à fibras do fuso enviam um sinal de parada para o sistema de controle do ciclo celular e isso inibe a progressão pela mitose através do bloqueio da ativação do APC. Telófase ↪ O fuso mitótico se desmonta; ↪ O envelope nuclear é reconstituído; ↪ Proteínas do poro e da lamina são desfosforiladas. ↪ O envelope nuclear se reassocia; ↪ Os cromossomos começam a descompactar. Citocinese ↪ Processo em que o citoplasma é clivado em dois. ↪ Depende de uma estrutura formada por actina e miosina chamada de anel contrátil. ↪ A posição do fuso mitótico determina plano de clivagem na citocinese. ↪ O anel contrátil é composto principalmente de uma sobreposição de filamentos de actina e miosina. ↪ Se forma logo abaixo da membrana plasmática e exerce uma força de contração até separar as duas células-filhas. Meiose ↪ Em que células está presente a meiose e porquê ela é importante? ↪ Qual a diferença de cromátides irmãs e cromossomos homólogos? ↪ Cromátides irmãs são cada um dos dois filamentos deDNA formados pela duplicação de um cromossomo durante a fase S da divisão celular. ↪ Cromossomos homólogos são cromossomos que possuem a mesma forma, o mesmo tamanho e a mesma sequência de informação genética, no conjunto diplóide, um é de origem materna e o outro de origem paterna. ↪ Qual a diferença de células haplóides e diplóides? ↪ Células haplóides contém um único conjunto de cromossomos (n)-gametas. ↪ Células diplóides contém dois conjuntos de cromossomos (2n), um de origem materna e outro de origem paterna - células somáticas. ↪ Para originar os gametas haplóides, é realizado a Meiose. ↪ Começa por um ciclo de replicação do DNA, que duplica todos os cromossomos; ↪ A redução no número de cromossomos ocorre porque esse único ciclo de replicação é seguido de duas divisões celulares sucessivas. MEIOSE I - PRÓFASE I ↪ Muito longa e dividida em 5 subfases: leptóteno, zigóteno, paquíteno, diplóteno e diacinese; MEIOSE I ↪ Pode haver recombinação entre os cromossomos homólogos (crossing-over). Na metáfase I é possível verificar estruturas típicas de recombinação, quiasmas. Crossing-over: MEIOSE II FALHAS NA MITOSE ↪ Não disjunção : quanto homólogos não conseguem se dissociar adequadamente; ↪ A maioria desses gametas defeituosos, se fecundados, não se desenvolverá. Alguns sobrevivem, mas os indivíduos terão alguma síndrome como consequência da não-disjunção; ↪ Frequência de erros de segregação em gametas humanos é muito alta; ↪ Aneuploidia: é a condição dos gametas que contém o número errado de cromossomos. Receptores celulares ↪ Receptores são proteínas que interagem com seus ligantes, ativando vias de sinalização intracelulares, gerando efeitos biológicos. ↪ Ligantes são substâncias capazes de ativar receptores e desencadear efeitos biológicos Vias de sinalização são reações em cascata no meio intracelular, que traduzem os sinais extracelulares, via ativação de segundos mensageiros. Efeitos biológicos são correspondentes ao tipo celular e à natureza do ligante. ↪ existem 4 modelos estruturais propostos de proteínas receptoras: 1. receptores acoplados à proteína G . Proteína G= GTP-binding protein ↪ proteínas integrais que se inserem na membrana citoplasmática através de um feixe de 7 alfa hélices; ↪ a formação do complexo com o ligante se dá numa fenda extracelular; ↪ a proteína G liga-se à face citoplasmática do receptor; ↪ utilizam vias sinalizadoras e dependentes de segundos mensageiros (AMPc, GMPc, PLC, PLA2, Ca++, etc.) Estado de repouso: Proteína G ligada ao GDP heterotrímero alfa beta y está inativo A ativação do receptor pelo ligante promove mudança conformacional na unidade alfa: ocorre a troca do GDP por GTP: A subunidade alfa se dissocia do complexo Beta y e ativa uma unidade efetora, iniciando cascatas de reações que resultam em efeitos biológicos. A hidrólise de GTP em GDP desfaz o complexo subunidade alfa/ unidade efetora A proteína G se liga novamente ao GDP, até a próxima ativação pelo ligante Exemplo de receptor acoplados à proteína G 2. receptores com atividade enzimática ↪ receptores que possuem atividade enzimática intrínseca, também chamados receptores do tipo proteína-quinases; ↪ sofrem auto-fosforilação ou promovem fosforilação de proteínas efetoras na superfície interna da membrana citoplasmática; ↪ alvo mais comum: tirosina > serina > treonina; ↪ são considerados receptores e efetores, pois já iniciam a sinalização diretamente a partir de sua ativação pelo ligante. Exemplo de receptor com atividade enzimática 3. receptores do tipo canal iônico ↪ constituídos por várias subunidades transmembrânicas que delimitam um canal iônico específico. ↪ o influxo ou efluxo iônico altera o potencial de membrana, gerando efeitos biológicos (não há disparo de via sinalizadora). 4. receptores intracelulares ↪ receptores que formam complexos com o ligante no interior da célula; ↪ o complexo liga-se a sequências específicas do DNA e regula a transcrição gênica (não há disparo de via sinalizadora no citoplasma). Exemplo de receptores de ação nuclear