Citoesqueleto e motilidade celular

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CITOESQUELETO E MOTILIDADE CELULAR 
 
Citoesqueleto consiste de uma rede de proteínas filamentosas que se estendem 
através do citoplasma de todas as células eucarióticas. 
 
Função do citoesqueleto: 
• Determina a forma da célula; 
• Organização geral do citoplasma; 
• Movimentação de células inteiras 
• Transporte interno de organelas e outras estruturas (cromossomo durante 
divisão celular) 
 
--» Nota. Embora o nome de citoesqueleto sugere uma estrutura rígida, ele representa 
uma estrutura dinâmica que é continuamente reorganizado conforme a célula se move 
ou muda de forma, por exemplo, durante divisão celular, fagocitose, endocitose, 
exocitose, etc. 
 
COMPOSIÇÃO DO CITOESQUELETO 
O citoesqueleto é composto por três tipos principais de proteínas e várias proteínas 
acessórias: 
• actina (forma filamentos de actina) 
• filamentos intermediários 
• tubulinas (forma microtúbulos) 
• proteínas acessórias 
 
As proteínas do citoesqueleto estão envolvidas, por exemplo: 
- Manutenção da forma bicôncava de eritrócitos (hemáceas) 
 - Atividade fagocítica de macrófagos e neutrófilos 
 - Junção entre células enterociticas (intestinos) 
 - Formação de microvilosidades intestinais 
 - Adesão inter-celular (relação entre matrix extracelular, proteínas de membrana e 
elementos do citoesqueleto, filamentos de actina e outras proteínas acessórias) 
Polimerização e estrutura dos filamentos de actina 
• Actina monomérica (actina-G) Polimeriza para formar os filamentos de 
actina (actina-F). 
• A primeira etapa é a formação de dímeros e trímeros chamado de 
nucleação. O terceiro monômero estabiliza o dímero e oferece condições 
para o crescimento do filamento chamado de elongação. 
• A elongação do filamento origina actina F. 
• Actina G (monômero) vão se orientando na mesma direção no 
microfilamento conferindo uma polaridade ao complexo. Extremidade 
mais (+) e extremidade menos (-) 
 
Elongação do filamento de actina - cresce pela adição de monômeros em ambas 
extremidades mais (+) e menos (-). 
A adição de monômero na extremidade mais (+) é 5 a 10 vezes mais rápido do que na 
menos (-). 
Como ocorre essa polimerização? 
Embora ATP não seja necessário para o processo de polimerização, a ligação de ATP-
actina e depois sua hidrólise para ADP-actina tem papel importante na regulação 
dinâmica da polimerização e despolimerização dos filamentos de actina. 
A polimerização de filamento de actina pode ocorrer espontaneamente em condições 
de força iônica fisiológica. In vitro a baixa força iônica promove despolimerização dos 
filamentos. 
Polimerização de actina é um processo reversível, na qual os monômeros associam e 
dissociam em ambos lados do filamento de actina. Aparente equilíbrio é estabelecido 
quando a concentração crítica de monômeros é alcançada. 
• Actina-ATP associa-se na extremidade mais (+) 
• Actina-ADP dissocia-se na extremidade menos (-) 
Isto estabelece uma dinâmica para os filamentos de actina e assim eles podem ser 
regulados em seu tamanho. 
 
A diferença na razão de crescimento é refletida pela concentração crítica de actina, 
pela adição de actina-G para os dois lados do filamento. Actina-ATP associa-se mais 
rápidamente extremidade mais (+), e ATP ligado a actina é hidrolisado para ADP. 
Actina-ADP da extremidade menos (-) se dissocia na mesma razão que actina-ATP se 
associa ao lado mais (+), balanceando assim o tamanho do filamento de actina. 
 
-» Actina - proteína mais abundante do citoesqueleto (5 a 10% da proteína total de 
células eucarióticas) 
-» Organização dos filamentos de actina 
 Polimerização de actina leva a formação de filamentos também chamados de 
microfilamentos 
 -» Microfilamentos estão organizados em: 
- filamentos de actinas que estão disposto em paralelo unidos por proteínas acessórias 
pequenas que estão associadas à actina não covalentemente. 
 - filamentos de actinas que estão dispostos em rede unidos por proteínas grandes e 
flexíveis que estão associadas também não covalentemente, porém em posições 
ortogonais com actina conferindo a forma de rede. 
 
Os filamentos de actina apresentam característica de gel semi-sólido e estão próximo a 
membrana plasmática providenciando suporte mecânico, forma e permitindo 
movimento celular. 
 
Associação de filamentos de actina com a membrana plasmática 
Eritrócitos ou hemácias são particularmente importante para o estudo de rede de 
filamento de actinas por não possuirem organelos internas e outros componentes do 
citoesqueleto como microtúbulos e filamentos intermediários. 
Associação do citoesqueleto cortical de eritrócitos com a membrana 
plasmática. 
 A membrana plasmática é associada com uma rede de tetrâmeros de espectrina 
ligados a curtos filamentos de actina em associação com proteina banda 4.1. 
A rede actina-espectrina é ligada para a membrana pela anquirina, a qual liga-se 
ambas espectrina e uma proteína abundante chamada banda 3. Adicional ligação é 
providenciada pela ligação da proteína banda 4.1 para glicoforina. 
 
 
 
 
Junções Aderentes 
Fibras de actina ligadas a membrana plasmática nos pontos de adesão focal exemplo 
fibroblastos aderidos a placas de cultura (cultura de tecidos) via integrina (proteína 
transmembrana) 
As adesões focais são mediadas por ligação com integrinas para proteínas da matrix 
extracelular. Filamentos de actinas (ligação cruzada com alfa-actinina, proteína 
acessória) estão interagindo com as integrinas. 
Organização das microvilosidades. 
 Filamentos de actina das microvilosidades são interligados por fimbrina e vilina 
(proteínas acessórias) em posições paralelas formando as projeções da superficie 
celular das células do epitélio intestinal envolvidos em processos de absorção de 
nutrientes. Isto aumenta a superficie de contato destas células com seu ambiente. 
 
MICROTÚBULOS 
- São o terceiro componente principal do citoesqueleto, se apresentam como bastões 
cilíndricos de natureza rígida. 
 -Como filamentos de actina, os microtúbulos também polimerizam e despolimerizam 
continuamente atuando como estruturas dinâmicas. 
Função: 
• Determina forma da célula 
• Atua numa variedade de movimentos celulares (ex: locomoção) 
• Transporte intracelular de organelas – 
• Separação dos cromossomos durante a divisão celular – 
Composição: 
• Proteína globular – tubulina – dímero de 55 kDa (subunidades alfa e beta-
tubulina) 
Como actina, microtúbulos também tem uma polaridade. Extremidade mais (+) cresce 
mais rápido, enquanto a extremidade menos (-) cresce lentamente. 
 Tubulina-GTP é adicionado a + e rapidamente GTP é hidrolisado a GDP. 
A hidrólise para GDP enfraquece a interação da tubulina-GDP com moléculas 
adjacentes ocorrendo despolimerização. 
O processo leva a elongação e encurtamento de microtúbulos (instabilidade dinâmica) 
que é importante para a função destes elementos na célula, principalmente durante 
divisão celular. 
Filamentos intermediários 
• Não estão envolvidos diretamente na motilidade celular, ao contrário da 
actina e dos microtúbulos 
• Proporcionam resistência mecânica a células e tecidos. 
• Têm as suas extremidades equivalentes e, portanto, não apresentam 
extremidades mais (+) ou menos (-). 
• Formam uma rede no citoplasma, estendem-se do núcleo para a periferia 
Plectina liga-se a filamentos de actina, aos microtúbulos e a filamentos intermediários 
promovendo uma ligação entre esses componentes do citoesqueleto -» estabilizam os 
componentes e aumentam a estabilidade mecânica da célula. 
 
Motilidade celular e motores moleculares 
 
Proteínas Motoras 
Miosina-II é um motor molecular - uma proteína que converte energia química na 
forma de ATP para energia mecânica, gerando força e movimento. 
Miosina-V é uma miosina com duas cabeças e cauda globular 
Está envolvida no transporte de organelas e outras cargas, por ex. Filamentos intermediários, 
em direção a extremidade+ de filamentos de actina. 
Miosina-I contém um grupo cabeça similar a miosina II, mas ela tem uma cauda relativamente 
curta e não forma dímeros ou filamentos. Embora não possa induzir contração, esta move-se 
ao longo de filamentos de actina (direção a extremidade +) e também está envolvida no 
transporte de organelos e outras cargas. 
 
Transporte de vesículas ao longo dos microtúbulos por cinesinas e dineínas. Note 
que cada uma transporta em uma direção no microtúbulo. 
 
Estrutura das células musculares 
Sarcômero: As unidade contráctil das células musculares são compostos por 
filamentos de actina e miosina que interagem entre si. 
Estrutura do sarcómero: 
Banda I - filamentos de actina, 
 Banda A – miosinas 
 
Modelo de contração muscular. 
Os filamentos de actina deslizam-se pelos filamentos de miosina em direção ao meio 
do sarcômero. O resultado é um encurtamento do sarcômero sem nenhuma mudança 
no comprimento dos filamentos. 
 
Modelo de ação da miosina 
-» A cabeça da molécula de miosina liga filamentos de actina, - 
-» Hidrólise do ATP providencia energia para o deslizamento sobre o filamento de 
actina. 
-» A tradução de energia química para movimento é mediada pela mudança na forma 
da miosina pela ligação de ATP. 
 -» O modelo geralmente aceito é que hidrólise de ATP direciona repetidos ciclos de 
interação entre cabeça de miosina e actina. 
 -» Durante cada ciclo, mudanças conformacionais de miosina resulta em movimento 
das cabeças de miosina ao longo do filamento de actina. 
 
Microtubulos e transporte de organelas por dineina e quinesina 
Quinesina lado (+) Dineína lado (-) 
 
MOVIMENTO INTERNO NA CÉLULA 
Exemplos: 
 O citoesqueleto atua como um trilho na qual as células podem mover organelas, 
cromossomos e outros complexos. 
 - Movimento de organelas do interior para a superfície celular, frequentemente 
estudado em axônio gigante de lula. 
 - Movimentação interna no citoplasma 
 - Movimento de vesículas contendo pigmentos para mudanças de coloração com fins 
de proteção 
- Descarte de vesículas contendo água no processo de regulação em protozoários. 
- Divisão celular - citocinese. 
- Movimento dos cromossomos durante mitose e meiose.