Citoesqueleto - Biologia - Super Material - SanarFlix

Prévia do material em texto

CITOESQUELETO
SUMÁRIO
1. Função e Origem do Citoesqueleto .................... 3
2. Filamentos de Actina ................................................ 9
3. Microtúbulos ..............................................................23
4. Filamentos Intermediários ....................................35
5. Polarização e Migração Celular ..........................39
Referências Bibliograficas .........................................47
3CITOESQUELETO
Para que as células funcionem de 
forma adequada, elas devem se or-
ganizar no espaço e interagir meca-
nicamente uma com a outra e com o 
ambiente ao seu redor. Devem ainda 
apresentar uma conformação corre-
ta, ser fisicamente robustas e estar 
estruturadas de forma adequada in-
ternamente. Muitas células também 
devem ser capazes de modificar sua 
forma e migrar para outros locais. 
Além disso, toda célula deve ser ca-
paz de reorganizar seus componen-
tes internos como decorrência dos 
processos de crescimento, divisão e 
adaptação a mudanças no ambiente. 
Essas funções espaciais e mecânicas 
dependem de um sistema de filamen-
tos denominado citoesqueleto. 
As diversas funções do citoesqueleto 
dependem da atuação das três famí-
lias de proteínas de filamento – fila-
mentos de actina, microtúbulos e fila-
mentos intermediários. Cada tipo de 
filamento possui funções biológicas, 
propriedades mecânicas e dinâmicas 
distintas. No entanto, certas caracte-
rísticas fundamentais são comuns a 
todos eles. 
1. FUNÇÃO E ORIGEM DO 
CITOESQUELETO
Os três principais filamentos do cito-
esqueleto são responsáveis por dife-
rentes aspectos da organização es-
pacial e propriedades mecânicas da 
célula. Os filamentos de actina deter-
minam a forma da superfície da célula 
e são necessários para a locomoção 
das células como um todo; eles tam-
bém conduzem a divisão celular.
Os microtúbulos determinam o po-
sicionamento das organelas deli-
mitadas por membrana, promovem 
o transporte intracelular e formam 
o fuso mitótico que segrega os cro-
mossomos durante a divisão celular. 
Os filamentos intermediários propor-
cionam resistência mecânica. Todos 
esses filamentos do citoesqueleto in-
teragem com centenas de proteínas 
acessórias que regulam e ligam os 
filamentos uns aos outros e a outros 
componentes da célula. 
As proteínas acessórias são essen-
ciais para a polimerização controlada 
dos filamentos do citoesqueleto em 
locais específicos, e incluem as prote-
ínas motoras, incríveis máquinas mo-
leculares que convertem a energia da 
hidrólise de ATP em força mecânica, e 
que podem mover organelas ao longo 
dos filamentos ou mover os próprios 
filamentos. 
4CITOESQUELETO
Filamentos do citoesqueleto 
formam estruturas estáveis ou 
dinâmicas 
Grandes estruturas citoesqueléticas 
podem persistir ou sofrer modifica-
ções de acordo com as necessidades, 
podendo apresentar uma duração 
que varia de menos de um minuto ao 
período total de vida da célula. No en-
tanto, os componentes macromole-
culares individuais que compõem es-
tas estruturas encontram-se sob um 
fluxo constante. Assim, o rearranjo 
estrutural em uma célula requer uma 
quantidade de energia extra relativa-
mente pequena quando as condições 
sofrem alteração. 
A regulação do comportamento dinâ-
mico e a polimerização dos filamentos 
do citoesqueleto permitem que a cé-
lula eucariótica construa uma enorme 
variedade de estruturas a partir dos 
três sistemas básicos de filamentos.
Os filamentos de actina revestem a 
face interna da membrana plasmática 
de células animais, conferindo resis-
tência e formando uma fina bicamada 
lipídica. Eles também formam diver-
sos tipos de projeções na superfície 
das células. Algumas destas são es-
truturas dinâmicas, como os lameli-
pódios e os filopódios, que as células 
usam para explorar o território e para 
se movimentar. Arranjos mais está-
veis permitem que as células fiquem 
aderidas a um substrato subjacente e 
permitem a contração dos músculos. 
Os feixes regulares do estereocílio 
na superfície de células do ouvido 
interno contêm feixes de filamen-
tos de actina que vibram como has-
tes rígidas em resposta ao som, e 
as microvilosidades, organizadas de 
A
B
Figura 1. A, Célula fixada e marcada para mostrar seus arranjos de microtúbulos (verde) e de filamentos de actina 
(vermelho). B, Célula em divisão marcada para mostrar seus microtúbulos do fuso (verde) e a rede de filamentos inter-
mediários (vermelho). O DNA de ambas as células está marcado em azul. Fonte: ALBERTS, 2017.
5CITOESQUELETO
modo semelhante na superfície de 
células epiteliais intestinais, ampliam 
enormemente a área de superfície 
apical para aumentar a absorção de 
nutrientes. 
Figura 2. Filamentos de actina são polímeros da proteína actina. Flexíveis, com cerca de 8 nm de diâmetro, estão 
dispersos na célula, predominando subjacente à membrana plasmática. I, filamento de actina individual; II, microvilosi-
dade; III, fibras de tração em vermelho; IV, músculo estriado. Fonte: ALBERTS, 2017
Os microtúbulos podem rapidamente 
reorganizar-se para formar um fuso 
mitótico bipolar durante a divisão ce-
lular. Eles podem também formar cí-
lios, que funcionam como chicotes de 
impulsão, ou dispositivos sensoriais 
na superfície das células, ou feixes fir-
memente alinhados que servem como 
pistas para o transporte de materiais 
sobre longos axônios neuronais. 
6CITOESQUELETO
Os filamentos intermediários, por sua 
vez, revestem a face interna do enve-
lope nuclear, formando uma espécie 
de gaiola protetora para o DNA da 
célula. No citosol, esses filamentos 
são trançados sob a forma de fortes 
cabos que mantêm as camadas das 
células epiteliais unidas ou que auxi-
liam na extensão dos longos e fortes 
axônios das células neuronais. Eles 
também permitem a formação de 
determinados apêndices resistentes, 
como os pelos e as unhas. 
Figura 3. Microtúbulos são cilindros longos e ocos formados pela tubulina. Apresentando diâmetro de 25 nm, são 
mais rígidos que os filamentos de actina. I, microtúbulo individual; II, secção transversa da base de 3 cílios; III, arranjo 
interfásico de microtúbulos, em verde, e organelas em vermelho; IV, protozoário ciliado. Fonte: ALBERTS, 2017
7CITOESQUELETO
O citoesqueleto determina a 
organização e a polaridade celular
Além de formar protrusões estáveis na 
superfície das células especializadas, 
o citoesqueleto também é responsá-
vel pela polarização geral das células, 
permitindo que elas apresentem dife-
renças entre suas regiões superiores 
e inferiores ou anteriores e posterio-
res. A informação de polaridade que 
é transmitida pela organização do ci-
toesqueleto é muitas vezes mantida 
durante toda a vida útil da célula. 
As células epiteliais polarizadas usam 
arranjos organizados de microtúbu-
los, filamentos de actina e filamentos 
intermediários para manter as dife-
renças essenciais entre a superfície 
apical e a superfície basolateral. As 
células também devem manter uma 
Figura 4. Filamentos intermediários são fibras semelhantes a cabos, com aproximadamente 10 nm de diâmetro. São 
composto por proteínas de uma família grande e heterogênea. I, filamento intermediário individual; II, filamentos inter-
mediários (azul) em neurônios e III, em células epiteliais; IV, lâmina nuclear. Fonte: ALBERTS, 2017
8CITOESQUELETO
forte aderência entre si para permi-
tir que esta camada única de células 
atue de maneira eficiente como bar-
reira física. 
A organização e a divisão da célula 
bacteriana dependem de proteínas 
homólogas às proteínas do citoes-
queleto eucarióticas.
Bactérias contêm homólogos de to-
dos os três tipos de filamentos do 
citoesqueleto eucariótico. Além dis-
so, tubulinas e actinas bacterianas 
são mais diversificadas do que suas 
versões eucarióticas, tanto nos tipos 
de arranjos que formam, quanto nas 
funções que desempenham. Quase 
todas as bactérias e diversas arqueo-
bactérias contém um homólogo da 
tubulina, denominado FtsZ, que pode 
polimerizar em filamentos e organi-
zar-se em um anel (denominadoanel 
Z) na região em que é formado o sep-
to, durante a divisão celular. 
Apesar de o anel Z persistir por mui-
tos minutos, os filamentos individuais 
dentro dele são altamente dinâmi-
cos, cada filamento apresenta uma 
meia-vida média de cerca de 30 se-
gundos. Conforme a bactéria procede 
sua divisão, o anel Z torna-se me-
nor até sua completa dissociação e 
desaparecimento.
Acredita-se que os filamentos FtsZ 
no anel Z deem origem a uma força 
de flexão que impulsiona a invagina-
ção da membrana necessária para 
que a divisão celular se complete. O 
anel Z pode também atuar como uma 
região para a localização das enzimas 
necessárias à construção do septo 
entre as duas células-filhas. 
Muitas bactérias também contêm 
homólogos da actina. Dois desses 
homólogos, MreB e Mbl, são encon-
trados principalmente em células de 
forma cilíndrica ou em forma espiral, 
onde eles se agrupam para formar 
regiões dinâmicas que se movem 
circunferencialmente ao longo do 
comprimento da célula. Essas prote-
ínas contribuem para a determina-
ção da forma celular, servindo como 
um molde que promove a síntese dos 
peptidoglicanos da parede celular, 
semelhantemente à forma como os 
microtúbulos auxiliam a organização 
da síntese da parede celular de celu-
lose, nas células vegetais.
SAIBA MAIS!
Um homólogo da actina em bactérias, particularmente intrigante, é o ParM, que é codificado 
por um gene específico em certos plasmídeos bacterianos. Contêm genes responsáveis por 
resistência a antibióticos e levam a disseminação de resistência a múltiplos fármacos em 
epidemias.
9CITOESQUELETO
2. FILAMENTOS DE 
ACTINA
Cada subunidade de actina, chamada 
frequentemente de actina globular ou 
actina G, é um polipeptídeo de 375 
aminoácidos, firmemente associado 
a uma molécula de ATP ou ADP. As 
subunidades de actina unem-se em 
um arranjo tipo cabeça-cauda para 
formar uma hélice rígida, destrógira, 
que forma uma estrutura de aproxi-
madamente 8 nm de largura, chama-
da actina F ou actina filamentosa.
Visto que todas as subunidades as-
simétricas de actina de um filamento 
apontam na mesma direção, os fila-
mentos são polares e possuem extre-
midades estruturalmente diferentes: 
uma extremidade menos, de cres-
cimento lento, e uma extremidade 
mais, de crescimento mais rápido. A 
extremidade menos também é refe-
rida como a “extremidade da ponta”, 
e a extremidade mais, como a “ex-
tremidade da pena” em uma alusão 
à aparência em “seta” do complexo 
formado pelos filamentos de actina e 
pela proteína motora miosina. Dentro 
do filamento, as subunidades estão 
posicionadas com sua fenda de liga-
ção a nucleotídeos direcionada para a 
extremidade menos.
Os filamentos de actina, individu-
almente, são bastante flexíveis. A 
rigidez de um filamento pode ser 
caracterizada por seu comprimen-
to de persistência, que representa 
o comprimento mínimo do filamen-
to no qual flutuações térmicas ale-
atórias são suscetíveis de provocar 
uma curvatura. O comprimento de 
persistência de um filamento de ac-
tina é de apenas algumas dezenas 
de micrômetros. Em uma célula viva, 
no entanto, as proteínas acessórias 
provocam interligações e agrupam 
os filamentos em feixes, originando 
estruturas de actina de maior escala 
que são muito mais rígidas do que os 
filamentos individuais de actina.
A regulação da formação dos fila-
mentos de actina é um importante 
mecanismo pelo qual as células con-
trolam sua forma e movimento. Pe-
quenos oligômeros de subunidades 
de actina podem formar arranjos de 
forma espontânea, mas eles são ins-
táveis e se dissociam facilmente, pois 
cada monômero é ligado a apenas 
um ou dois outros monômeros. Para 
que um novo filamento de actina seja 
formado, as subunidades devem as-
sociar-se em um agregado inicial, ou 
núcleo, o qual será estabilizado por 
vários contatos entre as subunidades 
e, só então, poderá sofrer um rápido 
crescimento pela adição de novas su-
bunidades. Esse processo é chamado 
de nucleação do filamento.
A instabilidade dos pequenos agre-
gados de actina cria uma barreira 
cinética para a nucleação. Quando a 
polimerização é iniciada, essa bar-
reira resulta em uma fase de retar-
do, durante a qual não são formados 
10CITOESQUELETO
filamentos. Durante essa fase de re-
tardo, no entanto, alguns dos peque-
nos agregados instáveis conseguem 
fazer a transição para uma forma 
mais estável que se assemelha a um 
filamento de actina. 
Isso leva a uma fase de alongamen-
to rápido do filamento, durante a qual 
subunidades são rapidamente adicio-
nadas às extremidades dos filamen-
tos nucleados. Finalmente, conforme 
a concentração de monômeros de 
actina diminui, o sistema se aproxima 
de um estado estacionário, no qual a 
taxa de adição de novas subunidades 
na extremidade do filamento alcança 
um equilíbrio exato com a taxa de dis-
sociação de subunidades. 
A concentração de subunidades livres 
que permanece em solução nesse 
momento é chamada de concentra-
ção crítica (Cc). O valor da concentra-
ção crítica é igual a constante de ve-
locidade para perda de subunidades 
dividida pela velocidade constante 
da adição de subunidades – ou seja, 
Cc 5 koff/kon, que é igual a constan-
te de dissociação, Kd, e o inverso da 
constante de equilíbrio, K. Dentro da 
célula, a concentração de actina não 
polimerizada é muito maior, e assim a 
célula desenvolveu mecanismos para 
impedir que a maioria dos seus mo-
nômeros de actina sejam arranjados 
em filamentos.
Devido a orientação uniforme das 
subunidades assimétricas de actina 
no filamento, as estruturas das duas 
extremidades são diferentes. Essa 
orientação faz as duas extremidades 
de cada polímero serem diferentes en-
tre si, e estas diferenças refletirão nas 
taxas de crescimento do filamento. 
As constantes cinéticas de velocida-
de para a associação e a dissociação 
de subunidades de actina são muito 
maiores para a extremidade mais do 
que para a extremidade menos. 
Figura 5. Fonte: ALBERTS, 2017.
11CITOESQUELETO
A hidrólise de ATP: indução do 
comportamento de rolamento em 
estado estacionário
A actina pode catalisar a hidrólise do 
nucleosídeo trifosfato ATP. No caso 
das subunidades de actina livres, 
essa hidrólise ocorre de forma bas-
tante lenta. No entanto, o processo 
é acelerado quando as subunidades 
estão incorporadas nos filamentos. 
Logo após ocorrer a hidrólise de ATP, 
o grupo fosfato livre é liberado de 
cada subunidade, mas o ADP perma-
nece preso na estrutura do filamento.
Assim, dois tipos diferentes de estru-
turas de filamento podem existir, um 
sob a “forma T”, referente ao nucleotí-
deo ligado (ATP), e outro sob a “forma 
D” também referente ao nucleotídeo 
ligado (ADP). Quando o nucleotídeo 
é hidrolisado, grande parte da ener-
gia livre liberada pela clivagem da li-
gação fosfato-fosfato é armazenada 
no polímero. Isso faz uma alteração 
de energia livre para a dissociação de 
uma subunidade de polímero da for-
ma D mais negativa quando compa-
rada a alteração de energia livre para 
a dissociação de uma subunidade de 
polímero na forma T. 
Em células vivas, a maioria das subu-
nidades de actina solúveis está sob a 
forma T, visto que a concentração livre 
de ATP é aproximadamente dez ve-
zes maior que a de ADP. No entanto, 
quanto mais tempo as subunidades 
estiverem nos filamentos de actina, 
mais provavelmente terão seu ATP 
hidrolisado. A velocidade de hidróli-
se em comparação com a velocidade 
de adição de subunidades define se a 
subunidade em cada extremidade de 
um filamento estará sob a forma T ou 
D. 
Se a concentração de monômeros de 
actina é maior que a concentração 
crítica para ambas as formas T e D 
do polímero, então serão adicionadas 
subunidades ao polímero em ambas 
as extremidades antes que os nucle-
otídeos adicionados anteriormente 
tenham sido hidrolisados; como re-
sultado, as pontas dos filamentos de 
actina permanecerão sob a forma T. 
Por outro lado, se a concentração 
de subunidades é menor do que as 
concentrações críticas para ambas 
as formas T e D do polímero,então a 
hidrólise poderá ocorrer antes que a 
próxima subunidade seja adicionada, 
e ambas extremidades do filamento 
estarão sob a forma D e encurtarão. 
Sob concentrações intermediárias 
das subunidades de actina, é possí-
vel que a velocidade de adição de su-
bunidades seja mais rápida do que a 
hidrólise de nucleotídeos na extremi-
dade mais, porém mais lenta do que a 
hidrólise de nucleotídeos na extremi-
dade menos. Nesse caso, a extremi-
dade mais do filamento permanecerá 
na conformação T, enquanto a extre-
midade menos adotará a conforma-
ção D. O filamento, então, sofre uma 
12CITOESQUELETO
adição líquida de subunidades na ex-
tremidade mais, enquanto simultane-
amente perde subunidades na extre-
midade menos. 
Isso leva a uma propriedade caracte-
rística do filamento, denominada rola-
mento. Sob uma concentração inter-
mediária particular de subunidades, 
o crescimento do filamento na extre-
midade mais se encontra exatamente 
balanceado pela dissociação de su-
bunidades da extremidade menos. 
Nessas condições, as subunidades 
alternam rapidamente entre os esta-
dos livre ou ligado ao filamento, en-
quanto o comprimento total do fila-
mento permanece inalterado. Esse 
ponto de “rolamento de repouso” re-
quer consumo constante de energia 
sob a forma de hidrólise de ATP. 
SAIBA MAIS!
As funções dos filamentos de actina são inibidas por químicos tanto estabilizadores quanto 
desestabilizadores do polímero. As citocalasinas são produtos de fungos que impedem a 
polimerização da actina pela ligação com a extremidade mais dos filamentos de actina. A 
latrunculina impede a polimerização da actina pela sua ligação a subunidades de actina. As 
faloidinas são toxinas isoladas do cogumelo Amanita que se ligam firme e lateralmente aos 
filamentos da actina, estabilizando-os e evitando a despolimerização.
Proteínas de ligação à actina 
Dentro de uma célula, o comporta-
mento da actina, além de controle 
próprio, também é regulado por nu-
merosas proteínas acessórias que se 
ligam aos monômeros ou filamentos 
da actina. No estado estacionário, in 
vitro, a meia-vida do filamento, uma 
medida referente a quanto tempo um 
monômero de actina individual gasta 
em um filamento em rolamento, é de 
aproximadamente 30 minutos. Em 
uma célula não muscular de verte-
brados, a meia-vida da actina nos fi-
lamentos é de apenas 30 segundos. 
Isto demonstra que fatores celulares 
modificam o comportamento dinâmi-
co dos filamentos de actina. 
As proteínas de ligação à actina al-
teram drasticamente a dinâmica e a 
organização dos filamentos da actina 
por meio do controle espacial e tem-
poral da disponibilidade do monô-
mero, da nucleação do filamento, do 
alongamento e da despolimerização.
Na maioria das células não muscu-
lares dos vertebrados, aproximada-
mente 50% da actina está em fila-
mentos, e 50%, em solução. Por que 
tão pouco da actina polimeriza em 
filamentos? A razão é que as células 
contêm proteínas que se ligam aos 
monômeros de actina e tornam a po-
limerização muito menos favorável. 
A mais abundante dessas proteínas 
é uma pequena proteína chamada de 
timosina. Os monômeros de actina 
13CITOESQUELETO
ligados a timosina estão em um es-
tado de bloqueio, não podendo asso-
ciar-se nem a extremidade mais nem 
a extremidade menos dos filamentos. 
Não são ainda capazes de hidrolisar 
ou modificar o nucleotídeo ao qual 
estão ligados. Como, então, as célu-
las recrutam monômeros de actina a 
partir desse conjunto bloqueado para 
utilizá-los para a polimerização? 
A resposta depende de uma outra 
proteína de ligação a monômeros 
chamada de profilina. A profilina li-
ga-se a face do monômero de actina 
que é oposta à fenda de ligação ao 
ATP, bloqueando a lateral do monô-
mero que normalmente se associaria 
a extremidade menos do filamento, 
ao mesmo tempo em que deixa ex-
posto o sítio do monômero que se liga 
a extremidade mais. 
Quando o complexo de profilina-ac-
tina liga-se a uma extremidade mais 
livre, uma mudança conformacional 
na actina reduz a sua afinidade pela 
profilina e ela é liberada, tornando o 
filamento de actina uma subunidade 
mais longa. A profilina compete com 
a timosina pela ligação a monômeros 
de actina individuais. 
Assim, regulando a atividade local da 
profilina, as células podem controlar o 
movimento de subunidades de acti-
na sequestradas, ligadas a timosina, 
para as extremidades mais dos fila-
mentos. Vários mecanismos regulam 
a atividade da profilina, entre eles a 
fosforilação da profilina e sua ligação 
aos fosfolipídeos inositol. 
Fatores de nucleação de actina 
Além da disponibilidade de subuni-
dades de actina ativas, um segundo 
pré-requisito para a polimerização da 
actina celular é a nucleação do fila-
mento. As proteínas que contêm mo-
tivos de ligação a monômeros de ac-
tina ligados em sequência medeiam o 
mais simples dos mecanismos de nu-
cleação do filamento. Essas proteínas 
de nucleação de actina aproximam 
várias subunidades de actina para 
formar um ponto de nucleação. Na 
maioria dos casos, a nucleação da ac-
tina é catalisada por um de dois tipos 
diferentes de fatores: pelo complexo 
Arp 2/3 ou pelas forminas. 
O primeiro desses fatores é um com-
plexo de proteínas que inclui duas 
proteínas relacionadas a actina 
(ARPs, actin-related proteins), cada 
uma apresentando aproximadamen-
te 45% de similaridade com a actina. 
O complexo Arp 2/3 provoca a nucle-
ação do crescimento do filamento de 
actina na extremidade menos, permi-
tindo rápido alongamento na extre-
midade mais.
As forminas são proteínas diméricas 
que promovem a nucleação do cres-
cimento de filamentos não ramifica-
dos, lineares, que podem ser interli-
gados a outras proteínas para formar 
feixes paralelos. Cada subunidade 
14CITOESQUELETO
de formina possui um sítio de ligação 
à actina monomérica, e o dímero de 
formina parece ser capaz de nuclear a 
polimerização de um filamento de ac-
tina pela captura de dois monômeros. 
Enquanto ocorre o crescimento do 
filamento recém-nucleado, o dímero 
de formina permanece associado a 
extremidade mais, de rápido cresci-
mento e, ao mesmo tempo, permite a 
adição de novas subunidades a essa 
extremidade. 
Assim como no caso da ativação 
pela profilina, a nucleação dos fila-
mentos de actina por complexos Arp 
2/3 e forminas ocorre principalmente 
na membrana plasmática, e a maior 
densidade de filamentos de actina, na 
maioria das células, está presente na 
periferia celular. A camada logo abai-
xo da membrana plasmática é deno-
minada córtex celular, e os filamentos 
de actina presentes nessa região de-
terminam a forma e o movimento da 
superfície celular, permitindo que a 
célula altere sua conformação e rigi-
dez rapidamente, em resposta a mu-
danças no seu ambiente externo. 
Proteínas de ligação ao filamento 
de actina alteram a dinâmica do 
filamento 
O comportamento do filamento de 
actina é regulado por duas classes 
principais de proteínas de ligação: 
aquelas que se ligam lateralmente a 
um filamento e aquelas que se ligam 
às extremidades.
Entre as proteínas que se ligam à la-
teral do filamento, está a tropomio-
sina, uma proteína alongada que se 
liga simultaneamente a seis ou sete 
subunidades de actina adjacentes, ao 
longo de cada um dos dois sulcos do 
filamento helicoidal da actina. Além 
de estabilizar e enrijecer o filamento, 
a ligação da tropomiosina pode impe-
dir que o filamento de actina interaja 
com outras proteínas, sendo essa ca-
racterística importante no controle da 
contração muscular.
Um filamento de actina que para de 
crescer e não é especificamente esta-
bilizado na célula sofrerá rápida des-
polimerização, especialmente em sua 
extremidade mais, uma vez que as 
moléculas de actina tenham hidroli-
sado seu ATP. A ligação de proteínas 
de capeamento (também denomina-
das CapZ devido a sua localização na 
banda Z dos músculos) à extremida-
de mais estabiliza o filamento de ac-
tina em sua extremidade mais, pois 
torna-o inativo, reduzindo fortemente 
as taxas de crescimento e despolime-rização do filamento. 
Na extremidade menos, um filamen-
to de actina pode ser capeado pelo 
complexo Arp 2/3 que foi responsá-
vel pela sua nucleação, embora mui-
tas extremidades menos em uma 
célula típica se dissociam do comple-
xo Arp 2/3 e não estão capeadas. A 
15CITOESQUELETO
tropomodulina, mais conhecida por 
sua função no capeamento dos fila-
mentos de actina que exibem uma 
vida-média excepcionalmente longa, 
nos músculos, liga-se firmemente às 
extremidades menos dos filamentos 
de actina que foram revestidas e, as-
sim, estabilizadas pela tropomiosina. 
Ela também pode capear transitoria-
mente os filamentos de actina pura 
e significativamente reduzir sua ve-
locidade de alongamento e despo-
limerização. Uma grande família de 
proteínas tropomodulina regula o 
comprimento e a estabilidade dos fi-
lamentos de actina em muitos tipos 
de células. 
Para efeito máximo, as proteínas que 
se ligam lateralmente a filamentos 
de actina revestem completamente 
o filamento e, portanto, devem estar 
presentes em grande quantidade. Em 
contraste, as proteínas que se ligam 
às extremidades podem afetar a di-
nâmica do filamento mesmo quando 
estão presentes em níveis muito 
baixos. 
Miosina e Actina
Uma característica fundamental do ci-
toesqueleto de actina é que ele pode 
formar estruturas contráteis que se 
interligam e promovem o deslizamen-
to dos filamentos de actina, uns em 
relação aos outros, através da ação 
da proteína motora miosina. Além de 
conduzirem a contração muscular, os 
arranjos de actina e miosina desem-
penham funções importantes em cé-
lulas não musculares.
A primeira proteína motora identifica-
da foi a miosina do músculo esquelé-
tico, que é responsável pela geração 
da força para a contração muscular. 
Essa proteína, atualmente conhecida 
como miosina II, é uma proteína alon-
gada formada por duas cadeias pe-
sadas e duas cópias de cada uma de 
duas cadeias leves. 
Figura 6. Fonte: ALBERTS, 2017.
16CITOESQUELETO
Cada uma das cadeias pesadas pos-
sui um domínio globular (cabeça) em 
sua extremidade N-terminal, que 
contém a maquinaria geradora de for-
ça, seguido por uma longa sequência 
de aminoácidos que forma uma ex-
tensão supertorcida que medeia a di-
merização da cadeia pesada. As duas 
cadeias leves ligam-se próximo ao 
domínio globular N-terminal, ao pas-
so que a cauda supertorcida formará 
feixes através da ligação às caudas 
de outras moléculas de miosina. 
Essas interações cauda-cauda levam 
à formação de um grande “filamento 
espesso” bipolar que apresenta vá-
rias centenas de cabeças de miosi-
na, orientadas em direções opostas 
nas duas extremidades do filamento 
espesso. 
Figura 7. Fonte: ALBERTS, 2017.
Cada cabeça de miosina se liga ao 
ATP e é capaz de hidrolisá-lo, usan-
do a energia dessa hidrólise para se 
deslocar rumo a extremidade mais 
do filamento de actina. A orientação 
oposta das cabeças no filamento es-
pesso torna eficiente o deslizamento, 
um em relação ao outro, dos pares de 
filamentos de actina em orientação 
oposta, contraindo o músculo. 
No músculo esquelético, em que fi-
lamentos de actina cuidadosamente 
arranjados estão alinhados em ar-
ranjos de “filamentos finos” em torno 
dos filamentos grossos de miosina, o 
deslizamento dos filamentos de ac-
tina, controlado por ATP, resulta em 
uma poderosa contração. As células 
musculares cardíacas e lisas contêm 
moléculas de miosina II organiza-
das de modo semelhante, apesar de 
estas serem codificadas por genes 
diferentes.
As proteínas motoras usam altera-
ções estruturais em seus sítios de 
ligação ao ATP para produzir inte-
rações cíclicas com um filamento do 
citoesqueleto. Cada ciclo de ligação 
de ATP, hidrólise e liberação, as im-
pulsiona para frente em uma única 
direção em um novo sítio de ligação 
sobre o filamento. No caso da miosina 
II, cada passo do movimento ao lon-
go da actina é gerado pela rotação de 
uma alfa-hélice de 8,5 nm de compri-
mento, chamada de braço de alavan-
ca, a qual é estruturalmente estabili-
zada pela ligação com cadeias leves. 
17CITOESQUELETO
Na base desse braço de alavanca, 
próximo a cabeça, existe uma hélice, 
semelhante a um pistão, que conecta 
os movimentos da fenda de ligação 
ao ATP na cabeça, com pequenas ro-
tações do chamado domínio conver-
sor. Uma pequena alteração nesse 
ponto pode girar a hélice como uma 
longa alavanca, fazendo sua extremi-
dade mais distante mover-se cerca 
de 5,0 nm. 
Essas alterações conformacionais 
da miosina estão acopladas a alte-
rações na sua afinidade de ligação 
por actina, permitindo que a cabeça 
de miosina seja liberada do ponto de 
adesão ao filamento de actina e, a se-
guir, seja novamente ligada, aderindo 
a um novo ponto. Esse ciclo meca-
noquímico completo de ligação e hi-
drólise do nucleotídeo e liberação do 
fosfato, que provoca o “movimento de 
potência”, produz o movimento de um 
único passo. Em baixas concentra-
ções de ATP, o intervalo entre a eta-
pa de produção de força e a ligação 
do próximo ATP é longo o suficiente 
para que passos individuais possam 
ser observados.
Filamentos de actina 
Extremidade (-) 
Extremidade (+) 
Cabeça de miosina
Filamento espesso de miosina
Hidrólise
Braço de alavanca
Movimento de potência 
Extremidade 
(+) 
Extremidade (-) 
Figura 8. Fonte: ALBERTS, 2017.
18CITOESQUELETO
No começo do ciclo apresentado nes-
ta figura, uma cabeça de miosina não 
ligada a um nucleotídeo está firme-
mente presa a um filamento de actina 
em uma configuração de rigor, assim 
denominada por ser responsável pelo 
rigor mortis, a rigidez cadavérica. Em 
um músculo em contração ativa, este 
estado é de duração extremamente 
curta, sendo rapidamente terminado 
pela ligação de uma molécula de ATP.
Uma molécula de ATP se liga a uma 
grande fenda existente na “parte 
posterior” da cabeça, ou seja, no lado 
mais distante do filamento de actina, 
e imediatamente provoca uma leve 
modificação na conformação do sí-
tio de ligação à actina, o que reduz 
a afinidade da cabeça pela actina e 
permite seu deslizamento sobre o 
filamento. 
A fenda se fecha sobre a molécula de 
ATP, desencadeando um movimento 
no braço de alavanca, que, por sua 
vez, faz a cabeça se deslocar sobre 
o filamento a uma distância de apro-
ximadamente 5 nm. Ocorre hidrólise 
de ATP, mas o ADP e o fosfato inor-
gânico (Pi) produzidos permanecem 
firmemente ligados à proteína.
Uma ligação fraca da cabeça de mio-
sina a um novo sítio do filamento de 
actina provoca a liberação do fosfato 
inorgânico produzido pela hidrólise de 
ATP, concomitante à forte ligação da 
cabeça com a actina. Essa ligação de-
sencadeia o movimento de potência 
– a modificação conformacional gera-
dora de força durante a qual a cabeça 
retorna à sua conformação original. 
Durante o movimento de potência, a 
cabeça perde seu ADP, retornando, 
portanto, ao ponto do início para um 
novo ciclo. Ao final de um ciclo, a ca-
beça de miosina está mais uma vez 
firmemente presa em uma configu-
ração de rigor. Observe que a cabeça 
se deslocou para uma nova posição 
sobre o filamento de actina.
O deslizamento da miosina II ao lon-
go dos filamentos de actina provoca 
a contração muscular A contração 
muscular é a mais familiar e a mais 
compreendida dentre as formas de 
movimento em animais. Todas as for-
mas de contração muscular depen-
dem do deslizamento, controlado por 
ATP, de um conjunto extremamente 
organizado de filamentos de actina, 
sobre arranjos de filamentos de mio-
sina II. 
19CITOESQUELETO
A maior parte do interior citoplasmá-
tico das células musculares é cons-
tituída por miofibrilas, que é o nome 
dado aos elementos contráteis bási-
cos da célula muscular. Uma miofibri-
la é uma estrutura cilíndrica de 1 a 2 
mm de diâmetro que frequentemen-
te é tão longa quanto a própria célula 
muscular. Ela consiste em uma longa 
cadeia de unidades contráteis peque-
nas e repetitivas, chamadas sarcôme-
ros, cada uma com um comprimento 
de 2,2 mm, que conferem aparência 
estriada à miofibrila dos vertebrados.
Cadasarcômero é formado a partir de 
um arranjo em miniatura, exatamente 
ordenado em paralelo e parcialmente 
superposto, de filamentos delgados 
e espessos. Os filamentos delgados 
são compostos de actina e proteínas 
associadas, sendo ligados por suas 
extremidades mais a um disco Z em 
cada extremidade do sarcômero. As 
extremidades menos, capeadas dos 
filamentos de actina, se estendem em 
Figura 9. Fonte: ALBERTS, 2017.
20CITOESQUELETO
direção ao centro do sarcômero, onde 
se sobrepõem aos filamentos espes-
sos, os arranjos bipolares formados a 
partir de isoformas musculares espe-
cíficas de miosina II.
Tanto a musculatura cardíaca quanto 
a musculatura lisa contêm sarcôme-
ros, no entanto, a organização destes 
não é tão regular quanto a apresen-
tada na musculatura esquelética. O 
encurtamento do sarcômero é provo-
cado pelo deslizamento dos filamen-
tos de miosina sobre os filamentos 
delgados de actina, sem que ocorra 
modificação no tamanho de qualquer 
desses tipos de filamentos. 
Os filamentos bipolares espessos 
deslizam em direção a extremidade 
mais de dois conjuntos de filamen-
tos delgados de orientação oposta, 
controlados por dúzias de cabeças 
de miosina independentes que se 
encontram posicionadas de tal forma 
a interagir com cada um dos filamen-
tos delgados. Visto que não existe 
uma coordenação entre os movimen-
tos das cabeças de miosina, é essen-
cial que elas permaneçam fortemente 
ligadas ao filamento de actina apenas 
durante um curto período de cada ci-
clo de ATPase, para que não interfi-
ram umas nas outras a ponto de pro-
vocar recuos. 
O rápido encurtamento sincronizado 
de milhares de sarcômeros alinha-
dos entre si pelas extremidades, em 
cada miofibrila, dá à musculatura es-
quelética a capacidade de contração 
suficientemente rápida para que ati-
vidades como correr sejam realiza-
das. As proteínas acessórias contro-
lam a impressionante uniformidade 
da organização do filamento, do seu 
comprimento e do espaçamento no 
sarcômero.
Figura 10. Fonte: ALBERTS, 2017. 
As extremidades mais dos filamen-
tos de actina estão ancoradas no dis-
co Z, o qual é constituído de CapZ 
e alfa-actinina. O disco Z cobre os 
filamentos, evitando a despolimeri-
zação, além de mantê-los associa-
dos em um feixe regularmente espa-
çado. O comprimento exato de cada 
21CITOESQUELETO
filamento delgado é determinado por 
uma proteína-molde bastante grande 
denominada nebulina, a qual consiste 
quase que totalmente em repetições 
de um motivo de 35 aminoácidos 
com capacidade de ligação à actina.
A nebulina estende-se do disco Z até 
a extremidade menos de cada fila-
mento delgado, que é capeado e es-
tabilizado pela tropomodulina. Os fi-
lamentos espessos são posicionados 
a meio caminho entre os discos Z por 
pares opostos de uma proteína-mol-
de ainda maior denominada titina. A 
titina age como uma mola molecular, 
contendo uma série de domínios se-
melhantes à imunoglobulina que po-
dem desenovelar-se um a um quando 
é aplicado estresse a essa proteína. 
O enovelamento e o desenovela-
mento “tipo mola” desses domínios 
mantêm os filamentos espessos po-
sicionados no centro do sarcômero 
e permitem que a fibra muscular se 
reestruture após ter sido fortemente 
espichada.
A contração muscular e o 
aumento na concentração 
citosólica de Ca++
A interação molecular geradora de 
força entre os filamentos espessos 
de miosina e os filamentos delga-
dos de actina ocorre somente quan-
do um sinal é recebido pelo múscu-
lo esquelético proveniente do nervo 
que o estimula. Imediatamente após 
o recebimento do sinal, a célula deve 
ser capaz de sofrer uma rápida con-
tração, pelo encurtamento simultâ-
neo de todos os seus sarcômeros. 
Duas características principais das 
células musculares tornam possível 
esta contração extremamente rápida.
Primeiro, como discutido anteriormen-
te, as cabeças motoras das miosinas 
individuais gastam, em cada filamen-
to espesso, apenas uma pequena fra-
ção do tempo relativo ao ciclo de ATP 
ligadas ao filamento e ativamente ge-
rando força, de tal forma que várias 
cabeças de miosina podem atuar em 
rápida sucessão sobre o mesmo fila-
mento delgado sem que uma interfira 
sobre a outra. 
Segundo, um sistema especializa-
do de membranas transmite rapi-
damente o sinal que está chegando 
através de toda a célula. O sinal do 
nervo desencadeia um potencial de 
ação na membrana plasmática da cé-
lula muscular, e essa excitação elétri-
ca se espalha rapidamente em uma 
série de dobras membranosas, os 
túbulos transversais (túbulos T), que 
se estendem para o interior da mem-
brana plasmática em torno de cada 
miofibrila. 
O sinal é então transmitido através 
de uma pequena abertura para o re-
tículo sarcoplasmático, uma estrutura 
adjacente, em forma de teia, que con-
siste em um retículo endoplasmático 
22CITOESQUELETO
modificado, que envolve cada mio-
fibrila como se fosse uma trama de 
tecido.
Quando o potencial de ação resultan-
te ativa um canal de cálcio na mem-
brana de um túbulo T, um influxo de 
Ca+2 gera a abertura de canais de 
liberação deste elemento do retículo 
sarcoplasmático. O cálcio que flui para 
o citosol dá início a contração de cada 
miofibrila. Tendo em vista que o sinal 
proveniente da membrana citoplas-
mática da célula muscular é transmiti-
do em milissegundos, através dos tú-
bulos T e do retículo sarcoplasmático, 
para cada um dos muitos sarcômeros 
da célula, todas as miofibrilas da célu-
la contraem ao mesmo tempo. 
A elevação da concentração de cálcio 
é transitória, pois este é rapidamente 
bombeado de volta ao retículo sarco-
plasmático por uma bomba de cálcio 
dependente de ATP.
Desse modo, a contração muscu-
lar depende de dois processos que 
consomem enormes quantidades de 
ATP: o deslizamento dos filamentos, 
conduzido pela ATPase do domínio 
motor da miosina, e o bombeamento 
de Ca+2, regulado pela bomba. 
A dependência de cálcio na contração 
muscular esquelética de vertebrados, 
e sua consequente dependência de 
comandos transmitidos através de 
nervos, é o resultado da existência de 
um grupo de proteínas acessórias es-
pecializadas intimamente associadas 
aos filamentos delgados de actina. 
Uma dessas proteínas acessórias é 
uma forma muscular da tropomiosi-
na, a proteína alongada que se liga ao 
longo do sulco da hélice dos filamen-
tos de actina. 
Outra é a troponina, um complexo de 
três polipeptídeos, troponinas T, I e 
C, assim denominadas devido a sua 
ação respectiva de ligação à tropo-
miosina, inibição a ligação ao Ca+2. 
A troponina I liga-se tanto a actina 
quanto a troponina T. Em um múscu-
lo em repouso, o complexo troponina 
I-T puxa a tropomiosina para fora da 
fenda normal de ligação, deixando-a 
em uma posição relativa ao filamento 
de actina que interfere na ligação das 
cabeças de miosina, impedindo, des-
se modo, qualquer interação gerado-
ra de força. 
Quando o nível de Ca+2 é elevado, a 
troponina C, que se liga a até quatro 
moléculas de Ca+2, faz a troponina I 
se desconectar da actina. Isso permi-
te o retorno da molécula de tropomio-
sina a sua posição normal e permite 
que as cabeças de miosina deslizem 
sobre os filamentos de actina. A tro-
ponina C é intimamente relacionada à 
calmodulina, uma proteína de ligação 
ao Ca+2 bastante comum. 
23CITOESQUELETO
3. MICROTÚBULOS
Os microtúbulos são estruturalmente 
mais complexos do que os filamentos 
de actina, mas eles também são al-
tamente dinâmicos e desempenham 
funções comparativamente diversas 
e importantes para a célula. Os mi-
crotúbulos são polímeros da proteína 
tubulina. A subunidade de tubulina é, 
em si, um heterodímero formado por 
duas proteínas globulares intimamen-
te relacionadas chamadas alfa-tubu-
lina e beta-tubulina, cada uma com-
posta por 445 a 450 aminoácidos, 
sendo as subunidades firmemente 
unidas por ligações não covalentes.
Essas duas proteínas tubulina são 
encontradas apenas nesse heterodí-
mero, e cada monômero alfa ou beta 
tem um sítio de ligação para uma mo-
lécula de GTP. O GTP ligado aalfa-
-tubulina encontra-se fisicamente li-
gado a interface do dímero e nunca 
é hidrolisado ou substituído; ele pode, 
portanto, ser considerado parte inte-
grante da estrutura do heterodímero 
de tubulina. O nucleotídeo na beta-tu-
bulina, em contraste, pode estar sob 
a forma de GTP ou GDP e é passível 
de substituição no dímero de tubulina 
solúvel (não polimerizado). 
A tubulina ocorre em todas as células 
eucarióticas, podendo ser encontrada 
sob múltiplas isoformas. 
Um microtúbulo é uma estrutura ci-
líndrica oca construída a partir de 13 
protofilamentos paralelos, cada um 
composto de heterodímeros de alfa 
e beta-tubulina empilhados cabeça à 
cauda e enovelados em forma de um 
tubo. 
A polimerização do microtúbulo gera 
dois novos tipos de contatos entre 
proteínas. Ao longo do eixo longitu-
dinal do microtúbulo, o “topo” de uma 
molécula de beta-tubulina forma uma 
interface com a “base” de uma molé-
cula de alfa-tubulina da subunidade 
heterodimérica adjacente. Essa inter-
face assemelha-se bastante à inter-
face que mantém os monômeros alfa 
e beta unidos na subunidade diméri-
ca, e apresenta uma alta energia de 
ligação. 
Perpendicularmente a essas intera-
ções, são formados contatos laterais 
entre protofilamentos vizinhos. Nes-
sa dimensão, os principais contatos 
Figura 11. Fonte: ALBERTS, 2017.
24CITOESQUELETO
laterais ocorrem entre monômeros 
de mesmo tipo (alfa—alfa e beta—
beta). Como os contatos longitudinais 
e laterais são repetidos durante a 
polimerização, um leve desempare-
lhamento entre os contatos laterais 
dá origem à rede de microtúbulos 
helicoidal. 
Figura 12. Fonte: ALBERTS, 2017.
Visto que múltiplos contatos nesse 
arranjo mantêm unidas a maior parte 
das subunidades de um microtúbulo, 
a adição ou a perda de subunidades 
ocorre quase exclusivamente nas ex-
tremidades do microtúbulo.
Esses contatos múltiplos entre su-
bunidades fazem os microtúbulos 
serem rígidos e difíceis de serem fle-
xionados. O comprimento de persis-
tência de um microtúbulo é de vários 
milímetros, o que o torna o elemen-
tos estrutural mais rígido e resistente 
encontrado na maioria das células 
animais. 
Cada um dos protofilamentos de um 
microtúbulo é polimerizado a partir 
de subunidades que apontam para 
a mesma direção, sendo os protofila-
mentos, eles próprios, alinhados para-
lelamente. Portanto, a própria rede de 
microtúbulos tem uma polaridade es-
trutural distinta, com as alfa-tubulinas 
expostas na extremidade menos e as 
beta-tubulinas expostas na extremi-
dade mais. Da mesma forma que para 
25CITOESQUELETO
os filamentos de actina, a orientação 
regular e paralela de suas subunida-
des dá origem à polaridade estrutural 
e dinâmica dos microtúbulos, com as 
extremidades mais crescendo e en-
colhendo mais rapidamente.
Microtúbulos sofrem instabilidade 
dinâmica 
A dinâmica dos microtúbulos, como 
a dos filamentos de actina, é profun-
damente influenciada pela ligação e 
hidrólise de nucleotídeos, neste caso, 
GTP. A hidrólise do GTP ocorre ape-
nas na subunidade de beta do dímero 
de tubulina. Ela procede muito lenta-
mente em subunidades livres de tu-
bulina, mas é acelerada quando es-
sas subunidades estão incorporadas 
à microtúbulos. 
Após a hidrólise do GTP, o grupo fos-
fato livre é liberado e o GDP perma-
nece ligado à beta-tubulina na rede 
dos microtúbulos. Assim, como no 
caso dos filamentos de actina, dois 
tipos diferentes de estruturas de mi-
crotúbulos podem existir, uma com a 
“forma T” do nucleotídeo ligada (GTP) 
e outra com a “forma D” ligada (GDP). 
A energia da hidrólise de nucleotíde-
os é armazenada como deformação 
elástica na rede de polímero, tornan-
do a variação de energia livre para 
a dissociação de uma subunidade a 
partir da forma D do polímero, mais 
negativa do que a variação de ener-
gia livre para a dissociação de uma 
subunidade da forma T do polímero. 
Desse modo, sob condições fisio-
lógicas, a tubulina GTP tende a po-
limerizar e a tubulina GDP tende a 
despolimerizar. 
As velocidades relativas de hidrólise 
de GTP e adição de tubulina definem 
se as subunidades de tubulina na 
extremidade de um microtúbulo es-
tarão sob a forma T ou D. Se a taxa 
de adição de subunidades for alta e, 
portanto, o filamento está crescen-
do rapidamente, é provável que uma 
nova subunidade seja adicionada ao 
polímero antes que o nucleotídeo da 
subunidade anteriormente adiciona-
da seja hidrolisado. Nesse caso, a ex-
tremidade do polímero permanecerá 
sob a forma T, originando uma capa 
de GTP. 
Entretanto, se a taxa de adição de su-
bunidades é baixa, a hidrólise poderá 
ocorrer antes da adição da próxima 
subunidade, e a extremidade do fi-
lamento se apresentará sob a forma 
D. Se subunidades de tubulina GTP 
são adicionadas à extremidade do 
microtúbulo a uma taxa semelhante 
a taxa de hidrólise de GTP, a hidróli-
se poderá, eventualmente, alcançar a 
velocidade de adição de subunidades 
e transformar a extremidade em uma 
forma D. Essa transformação é súbita 
e aleatória, seguindo uma determina-
da probabilidade por unidade de tem-
po, que depende da concentração de 
subunidades livres de tubulina GDP. 
26CITOESQUELETO
Em um determinado filamento, uma 
extremidade sob a forma T poderá 
crescer durante um dado período de 
tempo, mas então, repentinamente, 
mudar para a forma D e começar a en-
curtar de forma rápida. Algum tempo 
depois, este filamento pode readqui-
rir a forma T e começar a crescer no-
vamente. Esta rápida interconversão 
entre um estado de crescimento e de 
encurtamento, sob uma concentra-
ção uniforme de subunidades livres, é 
chamada instabilidade dinâmica.
A mudança do crescimento para o 
encurtamento é chamada de catás-
trofe, enquanto a mudança para o 
crescimento é chamada de resgate.
Capa de GTP 
Região menos 
estável do 
microtúbulo 
contendo dímeros
de GDP-tubulina
CRESCIMENTO ENCURTAMENTO 
Figura 13. Fonte: ALBERTS, 2017.
27CITOESQUELETO
Visto que a formação de um micro-
túbulo requer a interação de vários 
heterodímeros de tubulina, a concen-
tração das subunidades de tubulina, 
necessária para a nucleação espon-
tânea de microtúbulos, é muito alta. 
Portanto, a nucleação dos microtúbu-
los requer a ajuda de outros fatores.
Enquanto alfa e beta-tubulinas são 
unidades fundamentais dos microtú-
bulos, outro tipo de tubulina, chama-
da gama-tubulina, está presente em 
quantidades muito menores do que 
a alfa e beta-tubulina e está envolvi-
da na nucleação do crescimento dos 
microtúbulos em diferentes organis-
mos, que variam de leveduras a seres 
humanos. 
Os microtúbulos são geralmente nu-
cleados a partir de uma localização in-
tracelular específica, conhecida como 
um centro organizador dos microtú-
bulos (MTOC) onde gama-tubulina é 
encontrada em maior concentração. A 
nucleação depende, em muitos casos, 
do complexo do anel da gama-tubuli-
na (g-TuRC). Dentro desse complexo, 
duas proteínas acessórias ligam-se 
diretamente a gama-tubulina, junta-
mente com várias outras proteínas 
que ajudam a criar um anel espiral de 
moléculas de gama-tubulina, o qual 
serve como molde para gerar um mi-
crotúbulo com 13 protofilamentos.
Muitas células animais têm um úni-
co e bem definido MTOC, chama-
do centrossomo, que está localizado 
próximo ao núcleo, e a partir do qual 
os microtúbulos são nucleados nas 
suas extremidades menos, enquanto 
as extremidades mais apontam para 
fora e continuamente sofrem aumen-
to e encurtamento. Um centrossomo 
geralmente recruta mais de 50 cópias 
de g-TuRC. 
Além disso, as moléculas de g-TuRC 
são encontradas no citoplasma, e 
os centrossomos não são absoluta-
mente necessários para a nucleação 
de microtúbulos, visto que sua des-
truição através de um pulso de laser 
não impede que ocorra a nucleação 
dos microtúbulos em outras partes 
da célula. Uma ampla variedade de 
proteínas com capacidade de ancora-
gem do g-TuRC no centrossomo já foi 
SAIBA MAIS!
As funções dos microtúbulos são inibidas por fármacos estabilizadores e desestabilizadores 
dos polímeros.Enquanto a colchicina e o nocodazol interagem com subunidades de tubuli-
na e promovem a despolimerização dos microtúbulos, o paclitaxel se liga aos microtúbulos 
estabilizando-os, o que leva a um aumento líquido da polimerização da tubulina. O paclita-
xel, especificamente, tem sido amplamente utilizado no tratamento de câncer de mama e de 
pulmão, com frequência atingindo sucesso no tratamento de tumores resistentes a outros 
agentes quimioterápicos.
28CITOESQUELETO
identificada, mas os mecanismos que 
ativam a nucleação dos microtúbulos 
em MTOCs e em outros locais da cé-
lula ainda não estão completamente 
compreendidos. 
Dois centríolos encontram-se imer-
sos no centrossomo, compondo um 
par de estruturas cilíndricas dispostas 
em ângulos retos, uma em relação a 
outra, em uma configuração em for-
ma de L. Juntamente com um grande 
número de proteínas acessórias, os 
centríolos organizam o material pe-
ricentriolar, onde ocorre a nucleação 
dos microtúbulos. 
Os centrossomos duplicam-se e di-
videm-se antes da mitose, cada me-
tade contendo um par de centríolos 
duplicados. Os dois centrossomos se 
movem para lados opostos do núcleo 
no início da mitose e originam os dois 
pólos do fuso mitótico. 
O sistema de microtúbulos que irradia 
a partir do centrossomo atua como 
um aparelho que vigia os limites ce-
lulares e posiciona o centrossomo na 
região central da célula. Essa capaci-
dade, que o citoesqueleto dos micro-
túbulos possui, de localizar o centro 
da célula, estabelece um sistema ge-
ral coordenado, que é, então, utilizado 
para posicionar as diferentes organe-
las no interior da célula. 
Dinâmica e organização dos 
filamentos 
A dinâmica dos microtúbulos no in-
terior das células é regulada por uma 
ampla variedade de proteínas que 
se ligam aos dímeros de tubulina ou 
aos microtúbulos. As proteínas que 
se ligam aos microtúbulos são cole-
tivamente chamadas de proteínas de 
associação a microtúbulos (MAPs; 
do inglês, microtubule-associated 
proteins). 
Algumas MAPs podem estabilizar 
os microtúbulos, evitando sua disso-
ciação. Um subgrupo de MAPs tam-
bém pode mediar a interação de mi-
crotúbulos com outros componentes 
celulares. Esse subgrupo é bastante 
presente em neurônios, nos quais 
feixes de microtúbulos estabilizados 
formam o centro dos axônios e dos 
dendritos que se estendem a partir 
do corpo celular. 
Essas MAPs apresentam pelo menos 
um domínio de ligação à superfície do 
microtúbulo e outro que se projeta a 
partir do microtúbulo. O comprimen-
to do domínio que se projeta pode 
determinar a distância de empacota-
mento dos microtúbulos associados 
pela MAP, como demonstrado em 
células que foram modificadas para a 
superprodução de diferentes MAPs. 
As células que superexpressam 
MAP2, que apresenta longos domí-
nios projetados, formam feixes de 
microtúbulos estáveis com um amplo 
29CITOESQUELETO
espaçamento, ao passo que células 
que superexpressam tau, uma MAP 
que apresenta domínios de projeção 
curtos, formam feixes de microtú-
bulos empacotados de forma muito 
mais compacta. As MAPs são o alvo 
de diversas proteínas-cinase e a fos-
forilação de uma MAP pode controlar 
tanto sua atividade quanto seu posi-
cionamento no interior das células. 
Proteínas de sequestro da tubulina e 
proteínas de quebra dos microtúbulos 
desestabilizam os microtúbulos. Tal 
como acontece com os monômeros 
de actina, a célula sequestra subuni-
dades de tubulina não polimerizadas 
para manter o conjunto de subunida-
des ativas em um nível próximo da 
concentração crítica. Uma molécula 
da pequena proteína estatmina (tam-
bém chamada Op18) liga-se a dois 
heterodímeros de tubulina e impe-
de sua adição às extremidades dos 
microtúbulos.
Assim, a estatmina diminui a concen-
tração efetiva das subunidades de 
tubulina que estão disponíveis para a 
polimerização e aumenta a probabi-
lidade de que um microtúbulo altere 
seu estado de crescimento para en-
curtamento. A fosforilação de estat-
mina inibe sua ligação à tubulina e, 
assim, sinais que causam a fosforila-
ção de estatmina podem aumentar a 
taxa de alongamento de microtúbulos 
e suprimir a instabilidade dinâmica. 
Proteínas motoras
Da mesma forma que os filamentos 
de actina, os microtúbulos também 
usam proteínas motoras para o trans-
porte de carga e para executarem 
uma série de outras funções no inte-
rior da célula. Existem duas classes 
principais de proteínas motoras ba-
seadas em microtúbulos, as cinesinas 
e as dineínas. 
A cinesina-1, também chamada de 
“cinesina convencional”, carrega orga-
nelas delimitadas por membrana do 
corpo celular em direção ao terminal 
do axônio, movendo-se na direção da 
extremidade mais dos microtúbulos. 
A cinesina-1 é semelhante à miosina 
II, pois possui duas cadeias pesadas 
por motor ativo. Essas cadeias for-
mam dois domínios motores globu-
lares de cabeça que são mantidos 
ligados por uma cauda alongada su-
pertorcida, que é responsável pela 
dimerização da cadeia pesada. Uma 
cadeia leve da cinesina-1 se associa 
com cada cadeia pesada através de 
seu domínio de cauda e medeia a li-
gação à carga. 
Assim como a miosina, a cinesina faz 
parte de uma grande superfamília de 
proteínas na qual o elemento em co-
mum é o domínio motor. A maioria 
delas possui o domínio motor locali-
zado na região N-terminal da cadeia 
pesada e caminha em direção à ex-
tremidade mais do microtúbulo, sen-
do que apenas uma família possui o 
30CITOESQUELETO
domínio motor no C-terminal e cami-
nha na direção oposta, rumo à extre-
midade menos dos microtúbulos, ao 
passo que a cinesina-13 possui um 
domínio motor central e, apesar de 
não se deslocar, usa a energia da hi-
drólise do ATP para despolimerizar 
extremidades de microtúbulos. 
Algumas cadeias pesadas das cine-
sinas são homodímeros, e outras são 
heterodímeros. A maioria das cinesi-
nas possui um sítio de ligação na cau-
da para outro microtúbulo. Assim, de 
forma alternativa, elas podem ligar o 
motor a uma organela envolvida por 
membrana através de uma cadeia 
leve ou de uma proteína adaptadora. 
Muitos dos membros da superfamília 
das cinesinas desempenham funções 
específicas na formação do fuso mi-
tótico e na segregação dos cromos-
somos durante a divisão celular.
Na cinesina-1, em vez do movimento 
de um braço de alavanca, pequenos 
movimentos no sítio de ligação ao nu-
cleotídeo regulam a ligação e a disso-
ciação do domínio motor de cabeça a 
uma região longa de ligação. Isso faz 
a segunda cabeça ser arremessada 
para frente ao longo do protofilamen-
to sobre um sítio de ligação 8 nm mais 
perto da extremidade mais do micro-
túbulo, o que corresponde a distância 
entre os dímeros de tubulina de um 
protofilamento. 
Os ciclos de hidrólise de nucleotíde-
os nas duas cabeças são altamente 
acoplados e coordenados, de tal for-
ma que a ancoragem e a liberação da 
região ligante permitem que o motor 
de duas cabeças se mova passo a 
passo (ou cabeça a cabeça) sobre o 
filamento. 
As dineínas são uma família de pro-
teínas motoras de microtúbulo dire-
cionadas para a extremidade menos 
e não relacionadas às cinesinas. Elas 
são compostas por uma, duas ou três 
cadeias pesadas, que incluem o do-
mínio motor, e um número grande e 
variável de cadeias intermediárias e 
cadeias leves associadas. 
A família das dineínas tem duas rami-
ficações principais. O primeiro ramo 
contém as dineínas citoplasmáticas, 
as quais são homodímeros de duas 
cadeias pesadas. A dineína citoplas-
mática 1 é codificada por um único 
gene em quase todas as células euca-
rióticas, mas está ausente de plantas 
com flores e de algumas algas. Ela é 
usada para o transporte de organelas 
e de mRNA, para o posicionamento 
do núcleo e do centrossomo durante 
a migração celular, e para a constru-
ção do fuso de microtúbulos na mito-
se e na meiose. 
A dineína citoplasmática 2 só é en-
contrada em organismos eucarióti-
cos que possuem cílios e é utilizada 
para transportar material da extremi-
dade para a base dos cílios, em um 
processo denominado transporteintraflagelar. 
31CITOESQUELETO
As dineínas axonemais (também 
chamadas dineínas ciliares) compre-
endem o segundo ramo e incluem 
monômeros, heterodímeros e hetero-
trímeros, respectivamente com uma, 
duas ou três cadeias pesadas con-
tendo o domínio motor. Elas são alta-
mente especializadas para o rápido e 
eficiente movimento de deslizamento 
dos microtúbulos que direciona o ba-
timento de cílios e flagelos.
As dineínas são as maiores proteínas 
motoras moleculares conhecidas, e 
estão também entre as mais rápidas. 
A proteína motora dineína não possui 
relação estrutural com as miosinas ou 
com as cinesinas, no entanto, segue 
a mesma regra geral do acoplamen-
to de hidrólise do nucleotídeo com a 
ligação e dissociação ao microtúbu-
lo, bem como a regra das alterações 
conformacionais geradoras de força.
Uma função primordial das proteínas 
motoras do citoesqueleto em células 
em interfase é o transporte e o posi-
cionamento de organelas delimitadas 
por membrana. A cinesina foi origi-
nalmente identificada como a prote-
ína responsável pelo veloz transporte 
axonal anterógrado, pelo rápido mo-
vimento de mitocôndrias, de precur-
sores de vesículas secretoras e diver-
sos componentes sinápticos ao longo 
do grande caminho de microtúbulos 
do axônio em direção às distantes 
terminações nervosas. 
A dineína citoplasmática foi identi-
ficada como o componente motor 
responsável pelo transporte na dire-
ção oposta, o transporte axonal re-
trógrado. Apesar de as organelas da 
maioria das células não necessitarem 
percorrer distâncias tão longas, seu 
transporte polarizado é igualmente 
necessário. Um típico arranjo de mi-
crotúbulos em uma célula em interfa-
se está orientado com suas extremi-
dades menos próximas ao centro da 
célula, no centrossomo, e suas extre-
midades mais estendendo-se para a 
periferia da célula. 
Um claro exemplo do efeito dos mi-
crotúbulos e dos motores de microtú-
bulos no comportamento das mem-
branas intracelulares é a sua atuação 
na organização do retículo endoplas-
mático (RE) e do aparelho de Golgi. 
A rede de membranas tubulares do 
RE alinha-se com microtúbulos e se 
estende quase até a borda da célula, 
enquanto o aparelho de Golgi posi-
ciona-se próximo ao centrossomo. 
Quando as células são tratadas com 
uma substância que despolimeriza 
microtúbulos, como a colchicina ou o 
nocodazol, o RE colapsa para o cen-
tro da célula e o aparelho de Golgi 
sofre fragmentação e dispersão pelo 
citoplasma. Por outro lado, as dineí-
nas são necessárias para o posicio-
namento do aparelho de Golgi perto 
do centro da célula em células ani-
mais; elas fazem isso movendo as 
vesículas do Golgi ao longo de trilhos 
32CITOESQUELETO
de microtúbulos em direção às extre-
midades menos dos microtúbulos, lo-
calizadas no centrossomo. 
As diferentes caudas e suas cadeias 
leves associadas, em determinadas 
proteínas motoras, permitem que es-
ses motores se liguem a organela a 
ser carregada de forma específica. 
Assim, receptores motores associa-
dos a membranas, que são direcio-
nados a compartimentos específicos 
delimitados por membrana, intera-
gem direta ou indiretamente com as 
caudas dos membros da família ade-
quada das cinesinas. 
SAIBA MAIS!
Muitos vírus tiram proveito do transporte baseado em motores de microtúbulos durante a 
infecção e utilizam a cinesina para moverem-se do seu local de replicação e de polimerização 
para a membrana plasmática, a partir da qual eles poderão infectar as células vizinhas. Uma 
proteína de membrana externa do vírus Vaccinia, por exemplo, contém um motivo de amino-
ácidos que medeia a sua ligação à cadeia leve da cinesina-1 e o seu transporte ao longo dos 
microtúbulos para a membrana plasmática.
A dineína citoplasmática, que é por 
si só um enorme complexo proteico, 
requer a associação de um segundo 
grande complexo proteico, conhecido 
por dinactina, para a efetiva translo-
cação de organelas. O complexo da 
dinactina inclui um filamento curto 
semelhante à actina formado a par-
tir da proteína relacionada à actina 
Arp1 (distinta de Arp2 e Arp3, os 
componentes do complexo Arp 2/3 
envolvido na nucleação dos filamen-
tos convencionais de actina).
Várias outras proteínas também con-
tribuem para a ligação da carga na di-
neína e para a regulação da proteína 
motora, e sua função é especialmen-
te importante em neurônios, uma vez 
que defeitos no transporte baseado 
em microtúbulos têm sido associados 
a doenças neurológicas. 
33CITOESQUELETO
SE LIGA! Tanto axônios quanto den-
dritos estão preenchidos por feixes de 
microtúbulos, que são essenciais tanto 
para a sua estrutura quanto para o seu 
funcionamento. Nos axônios, todos os 
microtúbulos estão orientados na mes-
ma direção, com suas extremidades me-
nos apontando para o interior do corpo 
celular e suas extremidades mais dire-
cionadas às terminações do axônio.
Os microtúbulos não conseguem cobrir 
individualmente a distância entre o corpo 
celular e as terminações do axônio, pois 
geralmente têm poucos micrômetros de 
comprimento, mas grandes quantidades 
de microtúbulos sobrepostos formam 
um grande arranjo. Esses caminhos de 
microtúbulos alinhados funcionam como 
uma autoestrada para o transporte de 
proteínas específicas, vesículas conten-
do proteínas e mRNAs rumo aos ter-
minais dos axônios, onde sinapses são 
construídas e mantidas. 
O axônio mais longo no corpo humano 
percorre da base da medula espinal ao 
pé, e pode alcançar 1 metro de compri-
mento. Em comparação, os dendritos 
são geralmente muito mais curtos do 
que os axônios. Os microtúbulos nos 
dendritos se encontram paralelos uns 
aos outros, mas as suas polaridades es-
tão misturadas, alguns direcionam a sua 
extremidade mais rumo à extremidade 
do dendrito, enquanto outros a apontam 
para o corpo da célula, em uma forma-
ção reminiscente ao arranjo antiparalelo 
dos microtúbulos do fuso mitótico.
Cílios e flagelos 
Assim como as miofibrilas são má-
quinas motrizes altamente especia-
lizadas e eficientes compostas por 
filamentos de actina e miosina, cílios 
e flagelos são estruturas motrizes 
eficientes compostas por microtúbu-
los e dineína. 
Tanto os cílios quanto os flagelos são 
apêndices celulares que possuem um 
feixe de microtúbulos em seu interior. 
Os flagelos são encontrados nos es-
permatozoides e em vários protozoá-
rios. Por um movimento ondulatório, 
permitem que a célula que os possui 
nade através de meios líquidos. Os cí-
lios são organizados de forma seme-
lhante, mas eles batem em um movi-
mento semelhante ao de um chicote, 
que lembra o movimento do nado de 
peito. 
O batimento dos cílios tanto pode 
propelir uma célula única através de 
um fluido, quanto movimentar fluidos 
sobre a superfície de um grupo de cé-
lulas em um tecido. No corpo huma-
no, uma grande quantidade de cílios 
reveste o trato respiratório, varrendo 
camadas de muco, partículas de po-
eira e bactérias até a boca, onde elas 
serão eliminadas. 
Do mesmo modo, os cílios ao longo 
do oviduto auxiliam o percurso dos 
óvulos em direção ao útero. O movi-
mento de um cílio ou de um flagelo 
é produzido pela flexão de sua por-
ção central, denominada axonema. O 
axonema é composto por microtúbu-
los e por suas proteínas associadas, 
organizados em um padrão regular e 
característico. 
Nove pares especiais de microtúbu-
los, consistindo em um microtúbulo 
34CITOESQUELETO
completo e um microtúbulo parcial 
fusionados de forma a compartilhar 
uma parede tubular entre si, encon-
tram-se organizados em um anel ao 
redor de um par de microtúbulos sim-
ples. Quase todas as formas de cílios 
e flagelos eucarióticos móveis apre-
sentam este arranjo característico. Os 
microtúbulos estendem-se de forma 
contínua por todo o comprimento do 
axonema, o qual pode apresentar de 
10 a 200 mm. 
Figura 14. Fonte: ALBERTS, 2017.
Em intervalos regulares, ao longo do 
comprimento dos microtúbulos, as 
proteínas acessórias interligam os 
microtúbulos. As moléculas de dineí-
na axonemal formam pontes entre os 
pares de microtúbulosadjacentes em 
torno da circunferência do axonema. 
Quando o domínio motor dessa dine-
ína é ativado, as moléculas de dineína 
ligadas a um dos pares de microtúbu-
los tentam movimentar-se sobre o par 
de microtúbulos adjacente, forçando 
o deslizamento de um sobre o outro.
Figura 15. Fonte: ALBERTS, 2017.
35CITOESQUELETO
No entanto, a presença de outras co-
nexões entre os pares de microtúbulos 
impede este deslizamento, e a força 
da dineína é convertida em um movi-
mento de flexão. Nos seres humanos, 
defeitos hereditários na dineína axo-
nemal causam uma condição chama-
da de discinesia ciliar primária ou sín-
drome de Kartagener. Essa síndrome 
é caracterizada pela inversão da as-
simetria normal dos órgãos internos 
devido a disrupção do fluxo de flui-
dos no embrião em desenvolvimento; 
pela esterilidade masculina devido a 
imotilidade dos espermatozoides; e 
por uma elevada suscetibilidade a in-
fecções pulmonares, considerando a 
incapacidade dos cílios paralisados 
de limpar o trato respiratório. 
As bactérias também podem mover-
-se em meio líquido usando estrutu-
ras de superfície celular chamadas de 
flagelos, mas estes não contêm mi-
crotúbulos ou dineína e não ondulam 
ou batem. Em vez disso, os flagelos 
bacterianos são filamentos helicoi-
dais rígidos, longos, compostos por 
subunidades repetitivas da proteí-
na flagelina. Os flagelos giram como 
propulsores, guiados por um motor 
rotatório especial inserido na parede 
celular bacteriana. O uso do mesmo 
nome para designar esses dois tipos 
de aparelhos pode causar confusão.
4. FILAMENTOS 
INTERMEDIÁRIOS
Todas as células eucarióticas con-
têm actina e tubulina. No entanto, o 
terceiro tipo principal de proteínas 
do citoesqueleto, os filamentos in-
termediários, forma um filamento ci-
toplasmático apenas em alguns me-
tazoários, incluindo os vertebrados, 
nematódeos e moluscos. Os filamen-
tos intermediários estão particular-
mente presentes no citoplasma de 
células sujeitas a estresse mecânico 
e geralmente não são encontrados 
em animais que possuem exoesque-
letos rígidos, como os artrópodes e os 
equinodermos. 
Aparentemente, os filamentos in-
termediários conferem resistência 
mecânica em animais que possuem 
tecidos moles ou maleáveis. Os fila-
mentos intermediários citoplasmá-
ticos são intimamente relacionados 
aos seus antepassados, as laminas 
nucleares, muito mais prevalentes e 
amplamente encontradas nos euca-
riotos, mas ausentes em organismos 
unicelulares. 
As laminas nucleares formam uma 
rede que reveste a membrana interna 
do envelope nuclear, na qual forne-
ce sítios de ancoragem para os cro-
mossomos e para os poros nucleares. 
Aparentemente, os genes de lamina 
sofreram duplicação muitas vezes ao 
longo da evolução dos metazoários, e 
os genes duplicados evoluíram para 
36CITOESQUELETO
produzir os filamentos intermediários 
citoplasmáticos.
A estrutura dos filamentos 
intermediários 
Embora os seus domínios amino e 
carboxiterminais sejam diferentes, 
todos os membros da família dos fila-
mentos intermediários são proteínas 
alongadas com um domínio de alfa-
-hélice central conservado, conten-
do 40 ou mais motivos heptâmeros 
repetidos que formam uma estrutu-
ra estendida supertorcida com outro 
monômero.
Um par de dímeros paralelos associa-
-se de forma antiparalela produzindo 
um arranjo tetramérico. Diferente-
mente das subunidades de actina e 
de tubulina, as subunidades dos fi-
lamentos intermediários não contêm 
um sítio de ligação para um nucleotí-
deo. Além disso, tendo em vista que 
a subunidade tetramérica é composta 
por dois dímeros que apontam para 
direções opostas, suas duas extremi-
dades são idênticas. 
Assim, o filamento intermediário orga-
nizado não apresenta uma estrutura 
polarizada, tão importante para os fila-
mentos de actina e para os microtúbu-
los. Os tetrâmeros são empacotados 
lateralmente, formando um filamento 
que agrega oito protofilamentos pa-
ralelos, feitos a partir dos tetrâmeros. 
Cada filamento intermediário indivi-
dual apresenta, consequentemente, 
uma secção transversal de 32 alfa-
-hélices enroladas. 
Esse grande número de polipeptíde-
os organizados em conjunto e unidos 
por interações hidrofóbicas laterais 
fortes, típicas das proteínas supertor-
cidas, confere aos filamentos interme-
diários sua característica semelhante 
a um cabo. Eles podem ser facilmente 
curvados, apresentando um compri-
mento de menos de um micrômetro, 
mas eles são extremamente difíceis 
de serem rompidos e podem ser es-
ticados alcançando até três vezes o 
seu comprimento original.
Sabe-se menos a respeito do meca-
nismo de associação e dissociação 
dos filamentos intermediários do que 
se conhece a respeito dos filamentos 
de actina e microtúbulos. Em solu-
ções de proteína pura, os filamentos 
intermediários são extremamente es-
táveis devido a forte associação das 
subunidades, mas alguns tipos de 
filamentos intermediários, incluindo 
vimentina, formam estruturas alta-
mente dinâmicas em células como os 
fibroblastos. 
A fosforilação proteica regula sua dis-
sociação, provavelmente da mesma 
forma que o processo de fosforilação 
regula a dissociação das laminas nu-
cleares na mitose. A remodelagem da 
rede dos filamentos intermediários 
ocorre em eventos que requerem re-
organização celular dinâmica, como a 
divisão, a migração e a diferenciação.
37CITOESQUELETO
A família mais diversificada de fila-
mentos intermediários é a das quera-
tinas. Existem aproximadamente 20 
queratinas encontradas em diferen-
tes tipos de células epiteliais huma-
nas, além de aproximadamente 10 
outras que são específicas do cabe-
lo e das unhas. A análise do genoma 
humano revelou que existem 54 que-
ratinas distintas. 
Cada filamento de queratina é com-
posto por uma mistura de partes 
iguais de proteínas queratina do tipo 
I (acídica) e do tipo II (neutra/básica), 
o que forma uma subunidade do fi-
lamento heterodímero. As redes de 
queratina interligadas, unidas por li-
gações dissulfeto, podem sobreviver 
mesmo à morte das suas células, for-
mando coberturas resistentes para 
animais, como ocorre nas camadas 
externas da pele e dos cabelos, nas 
unhas, nas garras e nas escamas. 
SAIBA MAIS!
A diversidade das queratinas é utilizada clinicamente para o diagnóstico de cânceres epite-
liais (carcinomas), pois a expressão de um grupo específico de queratinas fornece indicações 
sobre o tecido epitelial a partir do qual a célula cancerosa originou-se e, dessa maneira, pode 
contribuir para a escolha de um tratamento adequado.
Os filamentos de queratina conferem 
resistência mecânica a tecidos epite-
liais, em parte pela ancoragem dos 
filamentos intermediários em regiões 
de contato célula-célula, denomina-
das desmossomos, ou regiões de 
contato célula-matriz, denominadas 
hemidesmossomos. 
As mutações nos genes de queratina 
são as causas de diferentes doenças 
genéticas humanas. Por exemplo, a 
doença denominada epidermólise 
bolhosa simples ocorre quando que-
ratinas defeituosas são expressas em 
células da camada basal da epider-
me. Essa doença caracteriza-se pela 
formação de bolhas na pele mesmo 
em resposta a estresses mecânicos 
muito leves, que rompem as células 
basais. 
38CITOESQUELETO
Os membros de outra família de fi-
lamentos intermediários, chamados 
neurofilamentos, são encontrados 
em concentrações elevadas ao lon-
go dos axônios dos neurônios dos 
vertebrados.
Três tipos de proteínas do neuro-
filamento (NF-L, NF-M e NF-H) se 
agrupam in vivo, formando heteropo-
límeros. As proteínas NF-H e NF-M 
apresentam domínios C-terminais 
compridos que se ligam aos filamen-
tos adjacentes dando origem a arran-
jos com espaçamento interfilamen-
tar uniforme. Durante o crescimento 
do axônio, novas subunidades dos 
neurofilamentos são incorporadas 
ao axônio em um processo dinâmico 
que envolve tanto a adição de subu-
nidades longitudinalmente ao com-
primento do filamento, quanto às 
extremidades. 
Após um axônio ter crescido e ter sido 
conectado à sua célula-alvo, odiâme-
tro do axônio poderá aumentar em 
até cinco vezes. O nível de expressão 
do gene de neurofilamento parece 
controlar diretamente o diâmetro do 
axônio, o qual, por sua vez, influencia 
a velocidade de transporte dos sinais 
elétricos pelo axônio. Além disso, os 
neurofilamentos fornecem resistência 
e estabilidade aos longos processos 
celulares dos neurônios. 
Figura 16. Formação de bolhas na pele devido a uma mutação no gene de queratina. Fonte: ALBERTS, 2017.
SAIBA MAIS!
A doença neurodegenerativa esclerose lateral amiotrófica (ELA), ou doença de Lou Gehrig, 
está associada ao acúmulo e a montagem anormal de neurofilamentos no corpo celular e nos 
axônios dos neurônios motores, alterações essas que podem interferir no transporte axonal 
normal. A degeneração dos axônios promove fraqueza muscular e atrofia, que frequente-
mente é fatal. A superexpressão de NF-L ou de NF-H humana em camundongos dá origem 
a animais que apresentam uma doença muito semelhante à ELA. No entanto, uma ligação 
causal entre uma patologia dos neurofilamentos e a ELA ainda não foi estabelecida. 
39CITOESQUELETO
Os filamentos semelhantes à vimen-
tina correspondem a uma terceira fa-
mília de filamentos intermediários. A 
desmina, um membro dessa família, é 
expressa na musculatura esquelética, 
cardíaca e lisa, onde forma uma es-
trutura de suporte em torno do disco 
Z do sarcômero. Nos seres humanos, 
as mutações na desmina estão as-
sociadas a várias formas de distrofia 
muscular e miopatia cardíaca. 
Proteínas de ligação 
A rede dos filamentos intermediários 
está ligada ao restante do citoes-
queleto por membros de uma família 
de proteínas chamada plaquina. As 
plaquinas são grandes e modulares, 
contendo múltiplos domínios que co-
nectam os filamentos do citoesque-
leto uns aos outros e aos complexos 
juncionais. 
A plectina é um exemplo particular-
mente interessante dessa família. 
Além de promover a agregação dos 
filamentos intermediários em feixes, 
ela liga os filamentos intermediários 
aos microtúbulos, aos feixes de fila-
mentos de actina e aos filamentos da 
proteína motora miosina II; ela tam-
bém auxilia a ligação dos feixes de 
filamentos intermédios a estruturas 
adesivas da membrana plasmática.
A plectina e outras plaquinas podem 
interagir com complexos de proteí-
nas que conectam o citoesqueleto ao 
interior do núcleo. Estes complexos 
consistem em proteínas SUN da 
membrana nuclear interna e proteínas 
KASH (também chamadas nesprinas) 
da membrana nuclear externa.
5. POLARIZAÇÃO E 
MIGRAÇÃO CELULAR
A migração celular resulta da aplica-
ção coordenada dos componentes 
e processos que foram explorados 
anteriormente: a associação e dis-
sociação dinâmica dos polímeros do 
citoesqueleto, a regulação e a modi-
ficação de suas estruturas por pro-
teínas associadas aos polímeros e a 
ação das proteínas motoras que se 
deslocam sobre os polímeros ou que 
exercem tensão contra eles. 
Muitas células se movem arrastando-
-se sobre superfícies em vez de uti-
lizar cílios ou flagelos para nadar. As 
amebas predadoras rastejam conti-
nuamente em busca de comida e po-
dem facilmente ser observadas ata-
cando e devorando ciliados menores 
e flagelados em uma gota de água 
proveniente de poças. Em animais, 
a maior parte da locomoção celular 
ocorre por rastejamento, com exce-
ção do nado dos espermatozoides. 
Deslocamentos a grandes distân-
cias são essenciais para a organiza-
ção do sistema nervoso completo e 
é por esse mecanismo que os cones 
de crescimento ricos em actina, nas 
extremidades de axônios em desen-
volvimento, direcionam-se para seus 
40CITOESQUELETO
eventuais alvos sinápticos, guiados 
por combinações de sinais solúveis e 
sinais ligados às superfícies da mem-
brana das células e da matriz extra-
celular existente em seu caminho. 
Os macrófagos e neutrófilos encami-
nham-se para as regiões de infecção e 
englobam invasores estranhos como 
parte essencial da resposta imunoló-
gica inata. Os osteoclastos perfuram 
o interior dos ossos, formando canais 
que são preenchidos pelos osteoblas-
tos que os seguem, em um contínuo 
processo de remodelagem e renova-
ção óssea. De forma semelhante, fi-
broblastos migram através do tecido 
conectivo, remodelando-o, quando 
necessário, e ajudando a reconstruir 
estruturas danificadas em regiões de 
lesão. 
A migração celular é um processo 
complexo que depende do córtex rico 
em actina que existe abaixo da mem-
brana plasmática. Três atividades dis-
tintas estão envolvidas nesse proces-
so: protrusão, na qual a membrana 
plasmática é empurrada para frente 
na face anterior da célula; ligação, na 
qual o citoesqueleto de actina liga-se 
através da membrana plasmática ao 
substrato; e tração, na qual o citoplas-
ma como um todo é puxado e impul-
sionado para frente. 
A primeira etapa da locomoção, a pro-
trusão de uma borda anterior, frequen-
temente apoia-se em forças geradas 
pela polimerização da actina, que im-
pulsionam a membrana citoplasmáti-
ca para frente. Diferentes tipos celu-
lares dão origem a diferentes tipos de 
estruturas protrusivas, incluindo os 
filopódios e os lamelipódios. 
Estes são preenchidos com densos 
núcleos de actina filamentosa, que 
excluem organelas delimitadas por 
membranas. As estruturas diferem 
principalmente na maneira pela qual 
a actina é organizada pelas proteínas 
de interligação à actina. Os filopódios, 
formados por cones de crescimento 
de neurônios em migração e alguns 
tipos de fibroblastos, são essencial-
mente unidimensionais. Eles contêm 
um núcleo de longos filamentos de 
actina em feixe, semelhantes aos das 
microvilosidades, apesar de serem 
mais longos e finos, além de mais 
dinâmicos. 
41CITOESQUELETO
Os lamelipódios, formados por cé-
lulas epiteliais e fibroblastos, assim 
como por alguns neurônios, são es-
truturas bidimensionais semelhantes 
a camadas. Eles contêm uma rede de 
filamentos de actina interligados, em 
sua maioria organizados em um pla-
no paralelo ao substrato sólido. Os in-
vadopódios e estruturas conhecidas 
como podossomos, representam um 
terceiro tipo de protrusões ricas em 
actina. Eles se estendem em três di-
mensões, e são importantes para as 
células atravessarem barreiras teci-
duais, como quando há invasão do 
tecido circundante pelas células can-
cerosas metastáticas. 
O invadopódio contém muitos dos 
componentes reguladores de actina 
presentes nos filopódios e nos lame-
lipódios, e ele também é capaz de 
degradar a matriz extracelular, o que 
requer a entrega de vesículas que 
contém proteases de degradação da 
matriz. Uma forma distinta de protru-
são da membrana, chamada forma-
ção de bolhas (do inglês blebbing), é 
frequentemente observada in vivo ou 
quando as células são cultivadas em 
um substrato de matriz extracelular 
Figura 17. Fonte: ALBERTS, 2017.
42CITOESQUELETO
flexível. As bolhas formam-se quando 
a membrana plasmática se destaca 
localmente do córtex de actina sub-
jacente, permitindo, assim, um fluxo 
citoplasmático que empurra a mem-
brana para o exterior 
Os lamelipódios contêm toda a ma-
quinaria necessária à locomoção ce-
lular. Enquanto o lamelipódio deslo-
ca-se para frente, os filamentos de 
actina permanecem estacionários em 
relação ao substrato. Os filamentos 
de actina presentes nesta rede se en-
contram em sua maioria orientados 
com suas extremidades mais para 
frente. As extremidades menos en-
contram-se frequentemente ligadas 
as laterais de outros filamentos de 
actina por complexos Arp 2/3, auxi-
liando a formar a rede bidimensional. 
A rede como um todo está sob o efei-
to de rolamento, ou seja, associando 
novas subunidades na face anterior 
e sofrendo dissociação em sua re-
gião posterior, lembrando bastante o 
rolamento que ocorre nos filamentos 
individuais de actina, discutido an-
teriormente. A manutenção de um 
movimento unidirecional pelo lame-
lipódio parece requerer cooperação 
e integração mecânica de diversos 
fatores. 
A nucleação dos filamentos ocorre na 
borda anterior dessa estrutura, com o 
crescimento