citoesqueleto

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NESTE CAPÍTULO
FUNÇÃO E ORIGEM DO 
CITOESQUELETO 
ACTINA E PROTEÍNAS DE 
LIGAÇÃO À ACTINA
MIOSINA E ACTINA
MICROTÚBULOS
FILAMENTOS 
INTERMEDIÁRIOS E SEPTINAS
POLARIZAÇÃO E MIGRAÇÃO 
CELULAR
Citoesqueleto
CAPÍTULO 
16
Para que as células funcionem de forma adequada, elas devem se organizar no espaço e 
interagir mecanicamente uma com a outra e com o ambiente ao seu redor. Elas devem 
apresentar uma conformação correta, ser fisicamente robustas e estar estruturadas de 
forma adequada internamente. Muitas células também devem ser capazes de modificar 
sua forma e migrar para outros locais. Além disso, toda célula deve ser capaz de reorgani-
zar seus componentes internos como decorrência dos processos de crescimento, divisão 
e/ou adaptação a mudanças no ambiente. Essas funções espaciais e mecânicas depen-
dem de um incrível sistema de filamentos chamado citoesqueleto (Figura 16-1). 
As diversas funções do citoesqueleto dependem da atuação das três famílias de 
proteínas de filamento – filamentos de actina, microtúbulos e filamentos intermediários. 
Cada tipo de filamento possui funções biológicas, propriedades mecânicas e dinâmicas 
distintas; no entanto certas características fundamentais são comuns a todos eles. Da 
mesma forma que necessitamos da ação conjunta de nossos tendões, ossos e músculos, 
os três sistemas de filamentos do citoesqueleto devem atuar coletivamente para fornecer 
a uma determinada célula sua resistência, forma e capacidade de locomoção.
Neste capítulo, descrevemos a função e a conservação dos três principais sistemas 
de filamentos. Vamos explicar os princípios básicos subjacentes à associação e dissocia-
ção dos filamentos, e como outras proteínas interagem com os filamentos alterando a 
sua dinâmica, permitindo que a célula estabeleça e mantenha sua organização interna, 
para dar forma e remodelar a sua superfície e para mover organelas de forma controlada 
de um lugar para outro. Finalmente, discutiremos como a integração e a regulação do 
citoesqueleto permite que uma célula mova-se para outros locais.
FUNÇÃO E ORIGEM DO CITOESQUELETO 
Os três principais filamentos do citoesqueleto são responsáveis por diferentes aspectos 
da organização espacial e propriedades mecânicas da célula. Os filamentos de actina de-
terminam a forma da superfície da célula e são necessários para a locomoção das células 
como um todo; eles também conduzem a divisão de uma célula em duas. Os microtúbu-
los determinam o posicionamento das organelas delimitadas por membrana, promovem 
o transporte intracelular e formam o fuso mitótico que segrega os cromossomos durante 
a divisão celular. Os filamentos intermediários proporcionam resistência mecânica. To-
dos esses filamentos do citoesqueleto interagem com centenas de proteínas acessórias 
que regulam e ligam os filamentos uns aos outros e a outros componentes da célula. As 
proteínas acessórias são essenciais para a polimerização controlada dos filamentos do 
citoesqueleto em locais específicos, e incluem as proteínas motoras, incríveis máquinas 
moleculares que convertem a energia da hidrólise de ATP em força mecânica e que po-
dem mover organelas ao longo dos filamentos ou mover os próprios filamentos.
Nesta seção, discutiremos as características gerais das proteínas que formam os 
filamentos do citoesqueleto. Focaremos na sua capacidade para formar estruturas in-
trinsecamente polarizadas e auto-organizadas que são altamente dinâmicas, permitindo 
que a célula modifique rapidamente a estrutura e a função do citoesqueleto sob diferen-
tes condições.
Figura 16-1 O citoesqueleto. (A) Uma célula em cultura foi fixada e marcada para mostrar seus arranjos cito-
plasmáticos de microtúbulos (verde) e de filamentos de actina (vermelho). (B) Esta célula em divisão foi marcada 
para mostrar seus microtúbulos do fuso (verde) e a rede de filamentos intermediários (vermelho). O DNA de am-
bas as células está marcado em azul. (A, cortesia de Albert Tousson; B, cortesia de Conly Rieder.) 
10 �m
20 �m
(A)
(B)
890 PARTE IV Organização interna da célula
Filamentos do citoesqueleto adaptam-se para formar estruturas 
estáveis ou dinâmicas
Os sistemas do citoesqueleto são dinâmicos e adaptáveis, organizados de tal forma que 
podem ser melhor comparados a uma trilha de formigas do que a uma grande via ex-
pressa. Uma trilha de formigas pode persistir por várias horas do ninho até um delicioso 
local de piquenique, mas, considerando-se uma única formiga nessa trilha, teremos cer-
tamente que afirmar que ela não se encontra estática. Se as formigas de reconhecimento 
encontrarem uma nova e melhor fonte de alimento, ou se os turistas limparem o local 
e terminarem seu piquenique, a estrutura dinâmica adaptar-se-á a uma velocidade es-
tonteante. De modo semelhante, grandes estruturas citoesqueléticas podem persistir ou 
sofrer modificações de acordo com as necessidades, podendo apresentar uma duração 
que varia de menos de um minuto ao período total de vida da célula. No entanto, os com-
ponentes macromoleculares individuais que compõem estas estruturas encontram-se 
sob um fluxo constante. Assim, da mesma forma que ocorre quando existe uma altera-
ção na trilha das formigas, o rearranjo estrutural em uma célula requer uma quantidade 
de energia extra relativamente pequena quando as condições sofrem alteração. 
A regulação do comportamento dinâmico e a polimerização dos filamentos do cito-
esqueleto permitem que a célula eucariótica construa uma enorme variedade de estruturas 
a partir dos três sistemas básicos de filamentos. As fotomicrografias do Painel 16-1 ilustram 
algumas dessas estruturas. Os filamentos de actina revestem a face interna da membrana 
plasmática de células animais, conferindo resistência e forma a essa fina bicapa lipídica. 
Eles também formam diversos tipos de projeções na superfície das células. Algumas dessas 
são estruturas dinâmicas, como os lamelipódios e os filopódios que as células usam para ex-
plorar o território e para se movimentarem. Arranjos mais estáveis 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 fila-
mentos de actina que vibram como hastes rígidas em resposta ao som, e as microvilosidades, 
organizadas de modo semelhante na superfície de células epiteliais intestinais, ampliam 
enormemente a área de superfície apical para aumentar a absorção de nutrientes. Em plan-
tas, filamentos de actina promovem a rápida corrente de citoplasma no interior das células.
Os microtúbulos, que são frequentemente encontrados em arranjos citoplasmáti-
cos que se estendem para a periferia da célula, podem rapidamente reorganizar-se para 
formar um fuso mitótico bipolar durante a divisão celular. Eles podem também formar 
cílios, que funcionam como chicotes de impulsão ou dispositivos sensoriais na superfície 
das células, ou feixes firmemente alinhados que servem como pistas para o transporte 
de materiais sobre longos axônios neuronais. Em células vegetais, arranjos organizados 
de microtúbulos ajudam a controlar o padrão da síntese da parede celular e, em muitos 
protozoários, eles formam a estrutura sobre a qual é construída toda a célula.
Os filamentos intermediários revestem a face interna do envelope nuclear, forman-
do 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 auxiliam a extensão dos longos e fortes axônios das células neuronais. Eles também 
permitem a formação de determinados apêndices resistentes, como os pelos e as unhas.
Um importante e dramático exemplo da rápida reorganização do citoesqueleto 
ocorre durante a divisão celular, como ilustrado na Figura 16-2, que mostra o crescimento 
de um fibroblasto em uma placa de cultura. Após a replicação dos cromossomos, o arranjo 
de microtúbulos da interfase que se espalhapor todo o citoplasma é reconfigurado para 
formar o fuso mitótico bipolar, que segrega as duas cópias de cada cromossomo cada uma 
para um dos núcleos das células-filhas. Ao mesmo tempo, as estruturas especializadas de 
actina que permitem que o fibroblasto rasteje sobre a superfície da placa se reorganizam 
para que a célula pare de se mover e assuma uma forma mais esférica. A actina e sua pro-
teína motora associada, miosina, formam uma faixa em torno da região central da célula, o 
anel contrátil, que sofre constrição como se fosse um minúsculo músculo e separa a célula 
em duas. Quando a divisão está completa, os citoesqueletos dos dois fibroblastos-filhos se 
organizam em estruturas de interfase e convertem as duas células-filhas arredondadas em 
versões menores da célula-mãe, achatadas e com capacidade de deslizamento. 
Diversas células requerem rápidos rearranjos para que funcionem mesmo duran-
te o período de interfase. Por exemplo, os neutrófilos, um tipo de leucócito, perseguem 
PAINEL 16-1 Os três principais tipos de filamentos proteicos que formam o citoesqueleto 891
FILAMENTOS DE ACTINA
25 nm
100 nm
Os filamentos de actina (também conhecidos como microfilamentos)
são polímeros helicoidais da proteína actina. São estruturas flexíveis 
com diâmetro de 8 nm que se organizam sob uma ampla variedade 
de feixes lineares, redes bidimensionais e géis tridimensionais. Apesar 
dos filamentos de actina estarem dispersos nas células, eles 
encontram-se predominantemente concentrados no córtex,
subjacentes à membrana plasmática. (i) Filamento individual de actina; 
(ii) microvilosidade; (iii) fibras de tração (vermelho) terminando em 
adesões focais (verde); (iv) músculo estriado.
100 nm
MICROTÚBULOS
25 nm
Os microtúbulos são cilindros longos e ocos formados pela proteína 
tubulina. Apresentando um diâmetro externo de 25 nm, são bem mais 
rígidos que os filamentos de actina. Os microtúbulos são longos e 
retilíneos, e frequentemente apresentam uma extremidade ligada a um 
centro organizador de microtúbulos (MTOC) denominado centrossomo. 
(i) Microtúbulo individual; (ii) secção transversal da base de três cílios 
mostrando os trios de microtúbulos; (iii) arranjo interfásico de 
microtúbulos (verde) e organelas (vermelho); (iv) protozoário ciliado.
100 nm
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS
25 nm
Os filamentos intermediários são fibras semelhantes a cabos com um 
diâmetro aproximado de 10 nm; eles são compostos por proteínas de 
filamentos intermediários, as quais pertencem a uma 
família grande e heterogênea. Um tipo de filamento intermediário
 forma uma rede denominada lâmina nuclear logo abaixo da membrana 
nuclear interna. Outros tipos estendem-se ao longo do citoplasma, 
conferindo resistência mecânica às células. Nos tecidos epiteliais, eles 
atravessam o citoplasma, de uma junção célula-célula a outra , 
fortalecendo, dessa forma, o epitélio como um todo. (i) Filamentos 
intermediários individuais; (ii) filamentos intermediários (azul) em 
neurônios e (iii) células epiteliais; (iv) lâmina nuclear.
Fotomicrografias cortesia de R. Graig (i e iv); P.T. Matsudaira e D.R. Burgess (ii); K. Burridge (iii).
Fotomicrografias cortesia de R. Wade (i); D.T. Woodrow (ii); D. Shima (iii); D. Burnette (iv).
Fotomicrografias cortesia de R. Quinlan (i); N.L. Kedersha (ii); M. Osborn (iii); U. Aebi (iv).
i
ii iii
iv
i
ii
iii iv
iv
i
ii iii
892 PARTE IV Organização interna da célula
e englobam células bacterianas e fungos que acidentalmente, por exemplo, através de 
cortes na pele, têm acesso a locais de nosso organismo que normalmente deveriam ser 
estéreis. Como a maioria das células com locomoção, os neutrófilos avançam através da 
emissão de estruturas e protrusões, as quais estão repletas de filamentos de actina recen-
temente sintetizados. Quando uma possível presa bacteriana move-se para uma direção 
diferente, o neutrófilo é obrigado a reorganizar suas estruturas protrusivas polarizadas 
em uma questão de segundos (Figura 16-3).
O citoesqueleto determina a organização e a polaridade celular
Nas células que adquiriram uma morfologia diferenciada e estável, como é o caso dos neu-
rônios ou das células epiteliais maduras, os elementos dinâmicos do citoesqueleto também 
devem prover estruturas grandes e estáveis para a organização celular. Nas células epiteliais 
especializadas que revestem orgãos como o intestino e os pulmões, as protrusões da super-
fície celular formadas pelo citoesqueleto, como as microvilosidades e os cílios, são capazes 
de manter o posicionamento, o comprimento e o diâmetro constantes ao longo de todo o 
tempo de vida da célula. No caso dos feixes de actina da região central das microvilosidades 
de células epiteliais intestinais, esse período se restringe a uns poucos dias. No entanto, 
feixes de actina da região central dos estereocílios de células do ouvido interno mantêm 
sua organização estável durante toda a vida do animal, tendo em vista que estas células não 
sofrem reposição. Não obstante, os filamentos de actina individuais permanecem extrema-
mente dinâmicos e são continuamente remodelados, sendo substituídos a cada 48 horas, 
mesmo em estruturas de superfície celulares estáveis que persistem por décadas.
Figura 16-2 Diagrama das alterações 
na organização do citoesqueleto 
associadas à divisão celular. O fibro-
blasto rastejante representado tem um 
citoesqueleto dinâmico de actina polari-
zada, (mostrado em vermelho) que reune 
lamelipódios e filopódios para deslocar sua 
borda anterior para a direita. A polarização 
do citoesqueleto de actina é auxiliada pe-
los microtúbulos do citoesqueleto (verde), 
constituído por longos microtúbulos que 
emanam de um único centro de organiza-
ção de microtúbulos, localizado na frente 
do núcleo. Quando a célula se divide, 
o arranjo polarizado de microtúbulos é 
reorganizado para a formação de um fuso 
mitótico bipolar, o qual é responsável pelo 
alinhamento e pela posterior segregação 
dos cromossomos duplicados (marrom). 
Os filamentos de actina formam um anel 
contrátil no centro da célula que divide 
a célula em duas após a segregação dos 
cromossomos. Após a completa divisão da 
célula, ambas as células-filhas reorganizam 
seus citoesqueletos de actina e de micro-
túbulos em versões menores daquelas que 
se encontravam na célula-mãe, permi-
tindo que estas se arrastem em direções 
opostas.
Figura 16-3 Um neutrófilo perseguin-
do uma bactéria. Nesta preparação 
de sangue humano, um agregado de 
bactérias (seta branca) está prestes a ser 
capturado por um neutrófilo. Conforme 
as bactérias se movimentam, o neutrófilo 
rapidamente reorganiza sua densa rede de 
actina na sua borda anterior (destacada 
em vermelho) para se movimentar em di-
reção à bactéria (Animação 16.1). A rápi-
da associação e dissociação do citoesque-
leto de actina nesta célula permitem que 
ela altere a orientação e a direção de seu 
movimento em um intervalo de poucos 
minutos. (Obtida de um vídeo registrado 
por David Rogers.) Tempo 0 min 1 min 2 min 3 min
CAPÍTULO 16 Citoesqueleto 893
Além de formar protrusões estáveis na superfície das células especializadas, o citoes-
queleto também é responsável pela polarização geral das células, permitindo que elas apre-
sentem diferenças entre suas regiões superiores e inferiores ou anteriores e posteriores. A 
informação de polaridade em grande escala transmitida pela organização do citoesqueleto 
é muitas vezes mantida durante toda a vida útil da célula. As células epiteliais polarizadas 
usam arranjos organizados de microtúbulos, filamentos de actina e filamentos intermediá-
rios para manter as diferenças essenciais entre a superfície apical e a superfície basolateral. 
As células também devem manter uma forte aderência entre si para permitir que esta ca-
mada única de células atue de maneira eficiente como barreira física (Figura 16-4). 
Filamentos são polimerizados a partir de subunidades proteicas 
que lhes conferem propriedades físicas e dinâmicas específicas
Os filamentosdo citoesqueleto podem se estender de uma extremidade da célula a ou-
tra, abrangendo dezenas ou mesmo centenas de micrômetros. No entanto, as moléculas 
individuais das proteínas que formam os filamentos possuem tamanho de apenas alguns 
nanômetros. A célula constrói os filamentos organizando um grande número dessas su-
bunidades pequenas, como se fossem tijolos na construção de um enorme arranha-céu. 
Visto que essas subunidades são pequenas, elas podem difundir rapidamente pelo cito-
sol, enquanto os filamentos organizados não podem. Assim, as células podem promover 
uma reorganização estrutural rápida, pela dissociação de filamentos em uma determina-
da região e reassociação em uma região bastante afastada.
Os filamentos de actina e os microtúbulos são formados por subunidades compac-
tas e globulares – subunidades de actina no caso dos filamentos de actina e subunidades de 
tubulina no caso dos microtúbulos –, enquanto os filamentos intermediários são formados 
a partir de subunidades menores que são elas próprias alongadas e fibrilares. Esses três ti-
pos principais de filamentos do citoesqueleto formam arranjos helicoidais de subunidades 
(ver Figura 3-22) que se autoassociam através da combinação de contatos proteicos entre 
extremidades ou lateralmente. As diferenças entre as estruturas destas subunidades e da 
resistência das forças de atração existente entre elas são as principais responsáveis pelas 
diferenças marcantes e características de estabilidade e propriedades mecânicas de cada 
tipo de filamento. Enquanto ligações covalentes entre suas subunidades mantêm coesa a 
cadeia principal de vários polímeros biológicos – como o DNA, o RNA e as proteínas – são 
Figura 16-4 Organização do citoes-
queleto em células epiteliais polariza-
das. Todos os componentes do citoesque-
leto cooperarem para produzir as formas 
características de células especializadas, 
incluindo as células epiteliais que revestem 
o intestino delgado, aqui ilustradas. Na su-
perfície apical (superior), que se volta para 
o lúmen do intestino, feixes de filamentos 
de actina (em vermelho) formam microvi-
losidades que aumentam a área de super-
fície celular disponível para a absorção de 
nutrientes a partir dos alimentos. Abaixo 
das microvilosidades, uma faixa ao longo 
da circunferência da célula composta por 
filamentos de actina é conectada às jun-
ções aderentes célula-célula que ancoram 
as células umas às outras. Os filamentos 
intermediários (azul) estão ancorados a 
outros tipos de estruturas adesivas, como 
desmossomos e hemidesmossomos, que 
conectam as células epiteliais em uma 
camada rija e as conectam à matriz extra-
celular subjacente; estas estruturas são dis-
cutidas no Capítulo 19. Os microtúbulos 
(em verde) projetam-se verticalmente do 
alto da célula até sua base e fornecem um 
sistema coordenado geral que permite que 
a célula distribua componentes recém-
-sintetizados aos seus locais adequados.
APICAL
BASAL
Microvilosidades
Rede terminal 
de actina
Junção aderente
Desmossomo
Hemidesmossomo
Lâmina basal
Núcleo
Filamentos intermediários
Microtúbulos
Microfilamentos de actina
+
+
+
+
+
+
+
+
–
–
–
–
–
–
–
–
894 PARTE IV Organização interna da célula
interações não covalentes fracas que mantêm a estrutura dos três tipos de polímeros do 
citoesqueleto. Consequentemente, sua associação e dissociação podem ocorrer de forma 
rápida, sem que ligações covalentes sejam formadas ou quebradas.
As subunidades dos filamentos de actina e microtúbulos são assimétricas e ligam-
-se umas às outras em um sistema cabeça-e-cauda, de tal forma que todas apontam para a 
mesma direção. Essa polaridade das subunidades confere aos filamentos uma polaridade 
estrutural ao longo de seu comprimento e faz as duas extremidades de cada polímero te-
rem comportamentos diferentes. Além disso, subunidades de actina e tubulina são ambas 
capazes de catalisar a hidrólise de um nucleosídeo trifosfato – ATP e GTP respectivamente. 
Como discutiremos adiante, a energia derivada da hidrólise de nucleotídeos permite que 
os filamentos sofram uma rápida remodelagem. Ao controlar quando e onde a actina e os 
microtúbulos são organizados, a célula vincula as propriedades polares e dinâmicas destes 
filamentos à geração de força em uma direção específica, para avançar a borda anterior de 
uma célula em migração, por exemplo, ou para segregar os cromossomos durante a divisão 
celular. Em contraste, as subunidades de filamentos intermediários são simétricas e, portan-
to, não formam filamentos polarizados com duas extremidades diferentes. As subunidades 
de filamentos intermediários também não catalisam a hidrólise de nucleotídeos. Não obs-
tante, os filamentos intermediários podem se dissociar rapidamente quando necessário. Na 
mitose, por exemplo, cinases fosforilam as subunidades, levando à sua dissociação.
Os filamentos do citoesqueleto nas células vivas não são formados simplesmente 
encadeando subunidades em fila única, uma atrás da outra. Por exemplo, 1.000 subuni-
dades de tubulina alinhadas extremidade-a-extremidade ocupariam o equivalente ao diâ-
metro de uma célula eucariótica pequena, mas um filamento formado desta maneira não 
teria força para evitar a ruptura provocada pela energia térmica do ambiente, a menos que 
cada subunidade no filamento estivesse firmemente ligada às duas subunidades vizinhas 
adjacentes. Um sistema que utilizasse fortes associações entre as subunidades adjacentes 
limitaria a taxa de dissociação do filamento, fazendo o citoesqueleto ser uma estrutura 
estática e bem menos útil do que na realidade é. Para fornecer tanto força quanto adapta-
bilidade, os microtúbulos são constituídos por 13 protofilamentos – cadeias lineares de 
subunidades unidas extremidade-à-extremidade – que se associam umas às outras lateral-
mente para formar um cilindro oco. A adição ou perda de uma subunidade na extremida-
de final de um protofilamento forma ou rompe um número pequeno de ligações. Por outro 
lado, a perda de uma subunidade da região central do filamento requer o rompimento de 
muito mais ligações, enquanto a ruptura do filamento em dois requer o rompimento de 
múltiplas ligações dos protofilamentos ao mesmo tempo (Figura 16-5). A maior energia 
necessária para romper múltiplas ligações não covalentes simultaneamente permite aos 
microtúbulos resistir à ruptura térmica, ao mesmo tempo em que permite a rápida adi-
ção e dissociação de subunidades nas extremidades do filamento. Os filamentos de actina 
helicoidais são muito mais finos e, portanto, requerem muito menos energia para serem 
rompidos. No entanto, múltiplos filamentos de actina muitas vezes estão agrupados em 
feixes no interior das células, proporcionando resistência mecânica, ao mesmo tempo em 
que permitem o comportamento dinâmico das extremidades dos filamentos.
Como ocorre em outras interações entre proteínas, as subunidades dos filamentos do 
citoesqueleto são mantidas unidas por um grande número de interações hidrofóbicas e li-
gações não covalentes (ver Figura 3-4). Os locais e tipos de contato entre as subunidades são 
diferentes para cada tipo de filamento. Os filamentos intermediários, por exemplo, unem-se 
formando fortes contatos laterais entre a-hélices supertorcidas, que se estendem ao longo 
do comprimento quase total de cada subunidade fibrosa alongada. Visto que as subuni-
dades individuais são justapostas no filamento, os filamentos intermediários formam es-
truturas fortes, semelhantes a uma corda (ou cabo) que toleram muito mais estiramento e 
dobramento do que os microtúbulos ou os filamentos de actina (Figura 16-6). 
Proteínas acessórias e motoras regulam os filamentos 
do citoesqueleto
A célula regula o comprimento e a estabilidade dos filamentos do citoesqueleto, regu-
lando também a quantidade e a geometria deles. Esse controle é feito basicamente pela 
regulação das ligações que ocorrem entre os filamentos e entre os filamentos e outros 
componentes celulares, de tal maneira que a célula podeformar uma ampla variedade 
CAPÍTULO 16 Citoesqueleto 895
de estruturas macromoleculares. A modificação covalente direta das subunidades do fi-
lamento regula algumas propriedades do filamento, mas a maior parte da regulação é 
realizada por centenas de proteínas acessórias que determinam a distribuição espacial 
e o comportamento dinâmico dos filamentos, convertendo a informação recebida atra-
vés de vias de sinalização em ações do citoesqueleto. Essas proteínas acessórias ligam-
-se aos filamentos ou às suas subunidades para determinar o local de polimerização de 
novos filamentos, para regular a distribuição das proteínas poliméricas entre as formas 
filamento ou subunidade, para modificar a cinética da polimerização e da dissociação 
dos filamentos, para acoplar a energia para gerar força e para ligar os filamentos uns aos 
outros ou a estruturas celulares, como as organelas ou a membrana plasmática. Nesses 
processos, as proteínas acessórias mantêm a estrutura do citoesqueleto sob o controle 
de sinais intra e extracelulares, entre os quais se incluem aqueles que determinam as 
drásticas transformações que o citoesqueleto sofre durante cada uma das etapas do ciclo 
celular. Atuando de forma conjunta, as proteínas acessórias permitem que a célula eu-
Figura 16-5 Estabilidade térmica de fi-
lamentos do citoesqueleto com extre-
midades dinâmicas. Um protofilamento 
consistindo de uma única fita de subunida-
des é termicamente instável, uma vez que 
o rompimento de uma única ligação entre 
as subunidades é suficiente para quebrar 
o filamento. Em contraste, a formação de 
um filamento do citoesqueleto a partir de 
mais de um protofilamento permite que as 
extremidades sejam dinâmicas, ao mesmo 
tempo em que permite que os filamentos 
sejam resistentes à ruptura térmica. Em 
um microtúbulo, por exemplo, a remoção 
de um único dímero de subunidades da 
extremidade do filamento exige o rompi-
mento de ligações não covalentes entre 
um máximo de três outras subunidades, 
ao passo que a quebra do filamento ao 
meio requer o rompimento das ligações 
não covalentes em todos os 13 protofila-
mentos.
O ROMPIMENTO AO MEIO 
ROMPE UMA LIGAÇÃO
A REMOÇÃO DE
UMA EXTREMIDADE
ROMPE UMA LIGAÇÃO
+
PROTOFILAMENTO ISOLADO: INSTABILIDADE TÉRMICA
MÚLTIPLOS PROTOFILAMENTOS: ESTABILIDADE TÉRMICA
+ +
A REMOÇÃO DE UMA EXTREMIDADE
ROMPE POUCAS LIGAÇÕES
O ROMPIMENTO EM DOIS 
ROMPE MÚLTIPLAS LIGAÇÕES
Figura 16-6 Flexibilidade e estiramento 
em um filamento intermediário. 
Os filamentos intermediários são formados 
a partir de subunidades fibrosas alongadas 
com fortes contatos laterais, o que resulta 
em resistência às forças de estiramento. 
Quando uma minúscula sonda mecânica é 
arrastada sobre um filamento intermediá-
rio, o filamento é esticado mais de três ve-
zes o seu comprimento antes de se romper, 
como ilustrado pelos filamentos marcados 
com fluorescência nestas fotomicrografias. 
Essa técnica é denominada microscopia de 
força atômica (ver Figura 9-33). (Adaptada 
de L. Kreplak et al., J. Mol. Biol. 354:569–
577, 2005. Com permissão de Elsevier.)
Impulso lateral
Filamento
intermediário
200 nm
896 PARTE IV Organização interna da célula
cariótica mantenha uma alta organização mesmo apresentando uma estrutura interna 
flexível, podendo, inclusive, em muitos casos, locomover-se.
Entre as mais fascinantes proteínas que se associam ao citoesqueleto estão as pro-
teínas motoras. Essas proteínas se ligam a um filamento polarizado do citoesqueleto e 
utilizam a energia derivada de ciclos repetidos de hidrólise de ATP para se deslocarem ao 
longo do filamento. Dúzias de diferentes proteínas motoras coexistem em cada célula eu-
cariótica. Elas diferem em relação ao tipo de filamento ao qual se ligam (actina ou microtú-
bulos), à direção para a qual se movem sobre o filamento e em relação à “carga” que trans-
portam. Diversas proteínas motoras transportam organelas delimitadas por membrana 
– como mitocôndrias, vesículas do aparelho de Golgi ou vesículas secretoras – rumo a suas 
posições adequadas dentro da célula. Outras proteínas motoras fazem os filamentos do 
citoesqueleto exercerem tensão ou deslizarem uns sobre os outros, gerando a força neces-
sária para fenômenos como a contração muscular, o batimento de cílios e a divisão celular.
As proteínas motoras do citoesqueleto que se movem unidirecionalmente sobre 
um caminho de polímeros orientados lembram algumas outras proteínas e complexos 
proteicos discutidos em outros pontos deste livro, como as DNA e RNA-polimerases, as 
helicases e os ribossomos. Todas essas proteínas apresentam a capacidade de usar ener-
gia química para sua propulsão sobre um caminho linear, a direção do deslizamento 
dependendo da polaridade estrutural do caminho. Todas elas geram movimento pelo 
acoplamento da hidrólise de nucleosídeos trifosfato a mudanças conformacionais em 
larga escala (ver Figura 3-75).
A organização e a divisão da célula bacteriana dependem de 
proteínas homólogas às proteínas do citoesqueleto eucarióticas
Ao passo que as células eucarióticas geralmente são grandes e morfologicamente com-
plexas, as células de bactérias em geral possuem um tamanho de poucos micrômetros e 
assumem uma morfologia simples, em forma de esferas ou bastões. As bactérias também 
não possuem redes elaboradas de organelas intracelulares delimitadas por membrana. 
Historicamente, os biólogos assumiram que um citoesqueleto não seria necessário em 
células assim tão simples. Agora sabemos, no entanto, que as bactérias contêm homólo-
gos de todos os três tipos de filamentos do citoesqueleto eucariótico. Além disso, tubuli-
nas 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 arqueobactérias contém um homólogo da tubu-
lina, denominado FtsZ, que pode polimerizar em filamentos e organizar-se em um anel 
(denominado anel Z) na região em que é formado o septo, durante a divisão celular (Figura 
16-7). Apesar de o anel Z persistir por muitos minutos, os filamentos individuais dentro 
dele são altamente dinâmicos, cada filamento apresenta uma meia-vida média de cerca 
de 30 segundos. Conforme a bactéria procede sua divisão, o anel Z torna-se menor 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 invaginação 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 encontrados principalmente em células de forma cilíndrica ou em for-
ma espiral, onde eles se agrupam para formar regiões dinâmicas que se movem circun-
ferencialmente ao longo do comprimento da célula (Figura 16-8A). Essas proteínas con-
tribuem para a determinação da forma celular, servindo como um molde que promove 
a síntese dos peptidoglicanos da parede celular, semelhantemente à forma como os mi-
crotúbulos auxiliam a organização da síntese da parede celular de celulose, nas células 
Figura 16-7 A proteína bacteriana FtsZ, um homólogo da tubulina em procariotos. (A) Uma faixa de 
proteína FtsZ forma um anel em uma célula bacteriana em divisão. Este anel foi marcado pela fusão da proteína 
FtsZ à proteína verde fluorescente (GFP), o que permite a sua observação em células de E. coli vivas com micros-
cópio de fluorescência. (B) Filamentos e círculos FtsZ, formados in vitro, visualizados por microscopia eletrônica. 
(C) Cloroplastos de uma alga vermelha em divisão (vermelho) também se dividem usando um anel de proteína 
composto por FtsZ (amarelo). (A, de X. Ma, D.W. Ehrhardt e W. Margolin, Proc. Natl Acad. Sci. USA 93:12998–
13003, 1996; B, de H.P. Erickson et al., Proc. Natl Acad. Sci. USA 93:519–523, 1996. Ambos com permissão de 
NationalAcademy of Sciences; C, de S. Miyagishima et al., Plant Cell 13:2257–2268, 2001, com permissão de 
American Society of Plant Biologists.)1 �m
1 �m
100 nm
(B)
(C)
(A)
CAPÍTULO 16 Citoesqueleto 897
dos vegetais superiores (ver Figura 19-65). Como acontece com FtsZ, os filamentos de 
MreB e Mbl são altamente dinâmicos, com meia-vida de alguns minutos, e a hidrólise de 
nucleotídeos acompanha o processo de polimerização. As mutações que interrompem 
a expressão de MreB ou Mbl causam anomalias extremas relativas à forma da célula e 
defeitos na segregação dos cromossomos (Figura 16-8B).
As moléculas relacionadas a MreB e Mbl desempenham funções mais especializadas. 
Um homólogo da actina em bactérias particularmente intrigante é ParM, que é codificado 
por um gene em certos plasmídeos bacterianos que também contêm genes responsáveis 
por resistência a antibióticos e levam à disseminação de resistência a múltiplos fármacos em 
epidemias. Os plasmídeos bacterianos normalmente codificam todos os produtos gênicos 
necessários à sua própria segregação, presumivelmente como estratégia para garantir sua 
herança e propagação em hospedeiros bacterianos após a replicação do plasmídeo. ParM se 
organiza sob a forma de filamentos que, por sua vez, associam-se em cada extremidade com 
uma cópia do plasmídeo, e o crescimento do filamento ParM empurra as cópias replicadas 
do plasmídeo separando-as (Figura 16-9). Essa estrutura semelhante ao fuso aparentemen-
te surge da estabilização seletiva de filamentos que se ligam a proteínas especializadas re-
crutadas para as origens de replicação dos plasmídeos. Um parente distante da tubulina e 
do FtsZ, chamado de TubZ, tem uma função similar em outras espécies bacterianas.
Assim, a autoassociação de proteínas de ligação a nucleotídeos em filamentos di-
nâmicos é usada em todas as células, e as famílias da actina e da tubulina são muito 
antigas, pré-datando a separação entre o reinos eucariótico e as bactérias.
Pelo menos uma espécie bacteriana, Caulobacter crescentus, parece conter uma 
proteína com similaridade estrutural significante com a última das três principais classes 
de filamentos do citoesqueleto encontradas em células animais, ou seja, com os filamen-
tos intermediários. Uma proteína chamada crescentina forma uma estrutura filamentosa 
que influencia o incomum formato em semicírculo dessa espécie; quando o gene que 
codifica a crescentina é interrompido, as células de Caulobacter crescem como hastes 
retas (Figura 16-10).
1 �m1 �m 1 �m1 �m
(A) (B)
Figura 16-8 Homólogos da actina determinam a forma das células em bactérias. (A) A proteína MreB forma diversas 
regiões compostas por filamentos lineares ou helicoidais curtos, entrelaçados, que são vistos movendo-se em círculos ao lon-
go do comprimento da bactéria e estão associados com os locais de síntese de parede celular. (B) A bactéria comum do solo 
Bacillus subtilis normalmente forma células com forma regular em bastonete quando visualizada por microscopia eletrônica 
de varredura (esquerda). Em contraste, células de B. subtilis que não possuem o homólogo de actina MreB ou Mbl crescem 
sob formas irregulares ou torcidas e acabam por morrer (no centro e à direita). (A, de P. Vats e L. Rothfield, Proc. Natl Acad. 
Sci. USA 104:17795–17800, 2007. Com permissão de National Academy of Sciences; B, de A. Chastanet e R. Carballido-
-Lopez, Front. Biosci. 4S:1582–1606, 2012. Com permissão de Frontiers in Bioscience.)
Figura 16-9 Papel do homólogo de 
actina ParM na segregação de plasmí-
deos em bactérias. (A) Alguns plasmí-
deos bacterianos de resistência a fármacos 
(em laranja) codificam um homólogo da 
actina, ParM, que sofre nucleação espon-
tânea formando pequenos filamentos 
dinâmicos (em verde) no interior do cito-
plasma da bactéria. Uma segunda proteína 
codificada no plasmídeo chamada ParR 
(em azul) se liga a sequências específicas 
de DNA sobre o plasmídeo, além de es-
tabilizar as extremidades dinâmicas dos 
filamentos de ParM. Quando o plasmídeo 
se duplica, ambas as extremidades dos fila-
mentos ParM tornam-se estabilizadas, e os 
filamentos de ParM crescentes empurram 
os plasmídeos duplicados para extremida-
des opostas da célula. (B) Nestas células 
bacterianas, que possuem um plasmídeo 
de resistência a fármacos, os plasmídeos 
estão corados em vermelho, e a proteína 
ParM, em verde. À esquerda, um peque-
no feixe de filamentos ParM conecta os 
plasmídeos-filhos logo após sua duplica-
ção. À direita, filamentos ParM totalmente 
polimerizados empurram os plasmídeos 
duplicados para os pólos da célula. (A, 
adaptada de E.C. Garner, C.S. Campbell 
e R.D. Mullins, Science 306:1021–1025, 
2004; B, de J. Møller-Jensen et al., Mol. 
Cell 12:1477–1487, 2003. Com permissão 
de Elsevier.)2 �m
(B)(A)
Monômeros
ParM
Origem de 
replicação
Filamentos
ParM
Proteínas 
ParR
Plasmídeo
ParM
Plasmídeo
898 PARTE IV Organização interna da célula
Resumo
O citoplasma das células eucarióticas é organizado espacialmente em uma rede de pro-
teínas filamentosas conhecida como citoesqueleto. Essa rede contém três tipos principais 
de filamentos: filamentos de actina, microtúbulos e filamentos intermediários. Todos esses 
três tipos de filamentos se organizam em arranjos helicoidais a partir de subunidades que 
se autoassociam usando uma combinação de contatos proteicos extremidade-extremida-
de e laterais-laterais. As diferenças na estrutura das subunidades e na maneira pela qual 
elas se autoassociam conferem aos diferentes filamentos propriedades mecânicas diversas. 
A dissociação e associação das subunidades remodelam constantemente todos os três tipos 
de filamentos do citoesqueleto. A actina e a tubulina (as subunidades dos filamentos de ac-
tina e dos microtúbulos, respectivamente) ligam e hidrolisam nucleosídeos trifosfato (ATP 
e GTP respectivamente) e se organizam cabeça-cauda formando filamentos polarizados 
capazes de gerar força. Em células vivas, as proteínas acessórias modulam a dinâmica e a 
organização dos filamentos do citoesqueleto, resultando em eventos complexos como a di-
visão ou a migração celular, e dando origem a uma elaborada arquitetura celular para a 
formação de tecidos polarizados como os epitélios. As células bacterianas também contêm 
homólogos da actina, da tubulina e dos filamentos intermediários que formam estruturas 
dinâmicas que ajudam a controlar o formato e a divisão das células.
ACTINA E PROTEÍNAS DE LIGAÇÃO À ACTINA
O citoesqueleto de actina desempenha uma ampla gama de funções em diferentes tipos 
de células. Cada subunidade de actina, chamada às vezes de actina globular ou actina G, 
é um polipeptídeo de 375 aminoácidos firmemente associado a uma molécula de ATP 
ou ADP (Figura 16-11A). A actina é extraordinariamente conservada entre os eucariotos. 
As sequências de aminoácidos da actina de diferentes espécies de eucariotos geralmente 
têm similaridade na ordem de 90%. As pequenas variações na sequência de aminoácidos 
da actina podem gerar diferenças funcionais significativas. Nos vertebrados, por exem-
plo, existem três isoformas de actina, denominadas a, b, e g, que diferem ligeiramente 
em suas sequências de aminoácidos e têm funções distintas. A a-actina é expressa ape-
nas nas células musculares, enquanto a b e a g-actina são encontradas, em conjunto, em 
quase todas as células não musculares.
Subunidades de actina se associam em um arranjo tipo 
cabeça-cauda para criar filamentos polares flexíveis
As subunidades de actina unem-se em um arranjo tipo cabeça-cauda para formar uma 
hélice rígida, destrógira, que forma uma estrutura de aproximadamente 8 nm de largura 
chamada actina F ou actina filamentosa (Figura 16-11B e C). Visto que todas as subuni-
dades assimétricas de actina de um filamento apontam na mesma direção, os filamentos 
são polares e possuem extremidades estruturalmente diferentes: uma extremidade me-
nos (2) de crescimento lento e uma extremidade mais (1) de crescimento mais rápido. 
A extremidade menos (2) também é referidacomo a “extremidade da ponta”, e a extre-
midade mais (1), como a “extremidade da pena” em uma alusão à aparência em “seta” 
do complexo formado pelos filamentos de actina e pela proteína motora miosina (Figura 
16-12). Dentro do filamento, as subunidades estão posicionadas com sua fenda de liga-
ção a nucleotídeos direcionada para a extremidade menos (2).
Figura 16-10 Caulobacter e crescen-
tina. A bactéria Caulobacter crescentus, 
que apresenta um formato de foice, 
expressa uma proteína, a crescentina, 
que possui uma série de domínios su-
pertorcidos similares em tamanho e 
organização aos domínios dos filamentos 
intermediários eucarióticos. (A) A proteína 
crescentina forma uma fibra (vermelho) 
que se distribui ao longo da superfície 
interna da parede celular curva da bac-
téria. (B) Quando o gene é interrompido, 
as bactérias crescem como hastes retas 
(embaixo). (De N. Ausmees, J.R. Kuhn e C. 
Jacobs-Wagner, Cell 115:705–713, 2003. 
Com permissão de Elsevier.)
2 �m 2 �m
(A) (B)
CAPÍTULO 16 Citoesqueleto 899
Os filamentos de actina individualmente são bastante flexíveis. A rigidez de um fi-
lamento pode ser caracterizada por seu comprimento de persistência, o comprimento mí-
nimo do filamento no qual flutuações térmicas aleatórias são suscetíveis de provocar sua 
curvatura. O comprimento de persistência de um filamento de actina é de apenas algumas 
dezenas de micrômetros. Em uma célula viva, no entanto, as proteínas acessórias provo-
cam 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 nucleação é a etapa limitante na formação dos 
filamentos de actina
A regulação da formação dos filamentos de actina é um importante mecanismo pelo 
qual as células controlam sua forma e movimento. Pequenos oligômeros de subunida-
des de actina podem formar arranjos de forma espontânea, mas eles são instáveis e se 
dissociam facilmente, pois cada monômero é ligado a apenas um ou dois outros mo-
nômeros. Para que um novo filamento de actina seja formado, as subunidades devem 
associar-se em um agregado inicial, ou núcleo, o qual será estabilizado por vários conta-
tos entre as subunidades e, só então, poderá sofrer um rápido crescimento pela adição de 
novas subunidades. Esse processo é chamado de nucleação do filamento.
Figura 16-11 Estruturas de um mo-
nômero de actina e de um filamento 
de actina. (A) O monômero de actina 
possui um nucleotídeo (ATP ou ADP) liga-
do a uma profunda fenda no centro da 
molécula. (B) Arranjo de monômeros em 
um filamento constituído por dois proto-
filamentos, mantidos juntos por contatos 
laterais, e que se enrolam um ao outro 
como duas fitas paralelas de uma hélice, 
com uma torção repetida a cada 37 nm. 
Todas as subunidades de um filamento 
apresentam a mesma orientação. (C) Fo-
tomicrografia eletrônica de filamento de 
actina em coloração negativa. (C, cortesia 
de Roger Craig.)
(A)
Extremidade mais (+)
NH2
HOOC
ATP
(ADP quando
no filamento)
Extremidade menos (–)
(C) 25 nm
37 nm
Extremidade
mais (+)
Extremidade
menos (–)
Molécula de actina
(B)
Figura 16-12 Polaridade estrutural do 
filamento de actina. (A) Esta fotomi-
crografia eletrônica mostra um filamento 
de actina polimerizado a partir de um 
filamento inicial curto de actina associado 
a domínios motores da miosina, resultan-
do em um padrão de seta. O filamento 
cresceu muito mais rapidamente na extre-
midade “pena” (1) que na extremidade 
“ponta” (–). (B) Imagem ampliada e 
modelo mostrando o padrão “seta”. (A, 
cortesia de Tom Pollard; B, adaptado de M. 
Whittaker, B.O. Carragher e K.A. Milligan, 
Ultramicro. 54:245–260, 1995.)
Extremidade 
menos (–)
Extremidade 
mais (+)
0,5 �m
20 nm
(A)
(B)
Extremidade 
“ponta” (–)
Extremidade 
“pena” (+)
900 PARTE IV Organização interna da célula
Muitas características da nucleação e da polimerização de actina foram estudadas 
com actina purificada em tubos de ensaio (Figura 16-13). A instabilidade dos pequenos 
agregados de actina cria uma barreira cinética para a nucleação. Quando a polimeri-
zação é iniciada, essa barreira resulta em uma fase de retardo, durante a qual não são 
formados filamentos. Durante essa fase de retardo, no entanto, alguns dos pequenos 
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 alongamento rápido do fila-
mento, durante a qual subunidades são rapidamente adicionadas às extremidades dos 
filamentos nucleados (Figura 16-13A). Finalmente, conforme a concentração de monô-
meros 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 equilí-
brio exato com a taxa de dissociação de subunidades. A concentração de subunidades 
livres que permanece em solução nesse momento é chamada de concentração crítica, 
Cc. Como explicado no Painel 16-2, o valor da concentração crítica é igual à constante 
de velocidade para perda de subunidades dividida pela velocidade constante da adição 
de subunidades – ou seja, Cc 5 koff/kon, que é igual à constante de dissociação, Kd, e o 
inverso da constante de equilíbrio, K (ver Figura 3-44). Em um tubo de ensaio, a Cc para 
a polimerização de actina – ou seja, a concentração de monômeros de actina livres na 
qual a fração de actina no polímero para de aumentar – é de aproximadamente 0,2 mM. 
Dentro da célula, a concentração de actina não polimerizada é muito maior do que isso, 
e a célula desenvolveu mecanismos para impedir que a maioria dos seus monômeros de 
actina sejam arranjados em filamentos, como discutiremos mais tarde.
A fase de retardo no crescimento do filamento é eliminada se filamentos-base pre-
existentes (como fragmentos de filamentos de actina que foram quimicamente interli-
gados) são adicionados à solução no início da reação de polimerização (Figura 16-13B). 
A célula tira grande proveito dessa necessidade de nucleação: ela utiliza proteínas espe-
ciais para catalisar a nucleação de filamentos em regiões específicas, definindo, desse 
modo, onde novos filamentos de actina deverão ser formados. 
Os filamentos de actina possuem duas extremidades distintas 
com diferentes taxas de crescimento
Devido à orientação uniforme das subunidades assimétricas de actina no filamento, as es-
truturas das duas extremidades são diferentes. Essa orientação faz as duas extremidades de 
cada polímero serem diferentes entre si, e estas diferenças refletirão nas taxas de crescimen-
to do filamento. As constantes cinéticas de velocidade para a associação e a dissociação de 
Tempo após a adição de sal Tempo após a adição de sal
Filamentos pré-formados (núcleos) adicionados aqui
Nucleação 
(fase de retardo)
Alongamento 
(fase de crescimento)
Alongamento 
(fase de crescimento)
0
100
%
 d
e 
su
b
u
n
id
ad
es
 d
e 
ac
ti
n
a 
n
o
s 
fi
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m
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to
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0
100
%
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ad
es
 d
e 
ac
ti
n
a 
n
o
s 
fi
la
m
en
to
s
 % de subunidades livres
não é modificada pela
adição de núcleos
% de subunidades
livres no 
estado estacionário 
Filamentos de actina
com subunidades 
associando-se e 
dissociando-se
Filamentos de actina 
com subunidades 
associando-se e
 dissociando-se
Filamento de 
actina em crescimento
Filamento de 
actina em crescimento
Oligômeros
Subunidades 
de actina
(A) (B)
Alongamento 
(fase de crescimento)
Estado estacionário 
(fase de equilíbrio)
Figura 16-13 Curva de tempo da polimerização de actina em um tubo de ensaio. (A) A polimerização de 
subunidades de actina puras em filamentos ocorre após uma fase de retardo. (B) A polimerização ocorre mais 
rapidamente na presença de fragmentos pré-formados de filamentos de actina, que atuam como núcleos para 
o crescimento do filamento. A porcentagem de subunidades livres após a polimerização reflete a concentração 
crítica (Cc), em que não há mudança líquida no polímero.A polimerização de actina é frequentemente estudada 
através da observação da mudança na emissão de luz de uma sonda fluorescente, chamada pireno, que foi 
covalentemente ligada à actina. O pireno-actina fluoresce mais intensamente quando está incorporado a fila-
mentos de actina.
CAPÍTULO 16 Citoesqueleto 901
subunidades de actina – kon e koff, respectivamente – são muito maiores para a extremidade 
mais do que para a extremidade menos. Isso pode ser visto quando se permite o arranjo de 
uma solução extremamente concentrada de monômeros de actina purificados sobre fila-
mentos marcados de acordo com a polaridade – a extremidade mais do filamento se alonga 
até dez vezes mais rápido (ver Figura 16-12). Se os filamentos são rapidamente diluídos, de 
tal modo que a concentração de subunidades livres venha a situar-se abaixo da concentra-
ção crítica, a extremidade mais (1) também sofrerá uma dissociação mais rápida.
É importante observar, no entanto, que as duas extremidades de um filamento de 
actina têm a mesma afinidade líquida pelas subunidades de actina, se todas as subunida-
des estiverem no mesmo estado de nucleotídeo. A adição de uma subunidade a qualquer 
uma das extremidades de um filamento com n subunidades resultará em um filamento de 
n 1 1 subunidades. Então, a diferença de energia livre e, como consequência, a constante de 
equilíbrio (e a concentração crítica) devem ser as mesmas para a adição de subunidades em 
qualquer uma das duas extremidades do polímero. Nesse caso, a razão das constantes de ve-
locidade, koff/kon, deve ser idêntica nas duas extremidades, mesmo que os valores absolutos 
das constantes de velocidade sejam muito diferentes em cada extremidade (ver Painel 16-2). 
A célula aproveita-se da dinâmica e da polaridade dos filamentos de actina para 
realizar trabalho mecânico. O crescimento do filamento ocorre de forma espontânea 
quando o equilíbrio de energia livre (DG) para a adição de subunidades solúveis é me-
nor que zero. Esse é o caso quando a concentração de subunidades em solução excede 
a concentração crítica. Uma célula pode acoplar um processo energeticamente desfa-
vorável a esse processo espontâneo; assim, a célula pode usar a energia livre liberada 
durante a polimerização espontânea do filamento para mover uma carga associada. Por 
exemplo, ao orientar as extremidades mais (1), de rápido crescimento, dos filamentos 
de actina em direção à sua borda anterior, uma célula com capacidade de movimento 
pode empurrar a sua membrana plasmática para a frente, como discutiremos mais tarde.
A hidrólise de ATP nos filamentos de actina induz o 
comportamento de rolamento em estado estacionário
Até agora, em nossa discussão da dinâmica dos filamentos de actina, ignoramos o fato 
crítico que a actina pode catalisar a hidrólise do nucleosídeo trifosfato ATP. No caso das 
subunidades de actina livres, essa hidrólise ocorre de forma bastante 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 permanece preso na estrutura do filamento. Assim, dois tipos diferentes de es-
truturas de filamento podem existir, um sob a “forma T” referente ao nucleotídeo ligado 
(ATP) e outro sob a “forma D” também referente ao nucleotídeo ligado (ADP).
Quando o nucleotídeo é hidrolisado, grande parte da energia livre liberada pela 
clivagem da ligação fosfato-fosfato é armazenada no polímero. Isso faz a alteração de 
energia livre para a dissociação de uma subunidade de polímero da forma D mais nega-
tiva que a alteração de energia livre para a dissociação de uma subunidade de polímero 
na forma T. Consequentemente, a razão de koff/kon para o polímero sob a forma forma D, 
que é numericamente igual à sua concentração crítica Cc(D), é maior do que a razão cor-
respondente para o polímero sob a forma T. Dessa forma, Cc(D) é maior do que Cc(T). Em 
determinadas concentrações de subunidades livres, os polímeros de forma D sofrerão 
encurtamento, enquanto os polímeros de forma T estarão em crescimento.
Em células vivas, a maioria das subunidades de actina solúveis está sob a forma T, 
visto que a concentração livre de ATP é aproximadamente dez vezes 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 hidrólise 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 forma T e D do polímero, então serão adi-
cionadas subunidades ao polímero em ambas as extremidades antes que os nucleotídeos 
nas subunidades adicionados anteriormente tenham sido hidrolisados; como resultado, 
as pontas dos filamentos de actina permanecerão sob a forma T. Por outro lado, se a con-
centração 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 
902 PAINEL 16-2 A polimerização de actina e tubulina
TAXAS DE ADIÇÃO E TAXAS
DE REMOÇÃO
Um polímero linear de moléculas proteicas, como 
um filamento de actina ou um microtúbulo, 
associa-se (polimeriza) e dissocia-se (despolimeriza)
pela adição ou remoção de subunidades nas 
extremidades do polímero. A taxa de adição 
dessas subunidades (chamadas de monômeros) é 
dada pela taxa constante kon, expressa em
M–1 s–1. A taxa de remoção é dada por koff 
(unidades de s–1). 
subunidade
+
Polímero (com n subunidades)
Polímero (com n + 1 subunidades)
kon koff
NUCLEAÇÃO Um polímero helicoidal é estabilizado por múltiplos contatos
entre as subunidades adjacentes. No caso da actina, duas moléculas de actina
sofrem ligação relativamente fraca, uma em relação à outra, mas a adição de um
terceiro monômero de actina formando um trímero torna este grupo mais estável.
Adições subsequentes de monômeros podem ocorrer sobre este trímero, que atuará
como um núcleo para a polimerização. No caso da tubulina, o núcleo é maior e tem
uma estrutura mais complicada (possivelmente sendo feito de um anel com 13 ou mais
moléculas de tubulina), mas o princípio básico é o mesmo. 
 A associação de um núcleo é relativamente lenta, o que explica a fase de retardo 
observada durante a polimerização. Essa fase de retardo pode ser reduzida ou
inteiramente abolida se núcleos pré-formados, como fragmentos de microtúbulos ou
filamentos de actina já polimerizados, forem adicionados.
CONCENTRAÇÃO CRÍTICA
O número de monômeros que são adicionados ao 
polímero (filamento de actina ou microtúbulo) por
segundo será proporcional à concentração de 
subunidades livres (konC); no entanto, as 
subunidades deixarão a extremidade livre sob uma 
taxa constante (koff), a qual não depende de C.
Conforme o polímero cresce, as subunidades são 
utilizadas, e C diminui até alcançar um valor 
constante, chamado de concentração crítica (Cc). 
Nessa concentração, a taxa de adição de 
subunidades se iguala à taxa de dissociação de 
subunidades.
 Neste equilíbrio,
 kon C = koff
de tal forma que 
 Cc = 
 
(onde Kd é a constante de dissociação;
 ver Figura 3-44).
koff 
kon 
=
CURVA DE TEMPO DA POLIMERIZAÇÃO
A fase de retardo corresponde ao tempo necessário à nucleação.
A fase de crescimento ocorre enquanto os monômeros são adicionados às 
extremidades do filamento, levando ao aumento do seu comprimento.
A fase de equilíbrio, ou estado estacionário, é alcançada quando o crescimento do
polímero devido à adição de monômeros é exatamente equilibrado pelo
encurtamento do polímero devido à dissociação de monômeros.
Tempo
Q
ua
nt
id
ad
e 
de
 p
ol
ím
er
o
FASE DE
 RETARDO
FASE DE 
CRESCIMENTO
FASE DE 
EQUILÍBRIO
EXTREMIDADES MAIS (+) E EXTREMIDADES MENOS (–)
As duas extremidadesde um filamento de actina ou de microtúbulo
polimerizam sob diferentes taxas. A extremidade de crescimento
mais rápido é denominada extremidade mais (+), enquanto a
extremidade que apresenta crescimento mais lento é chamada de 
extremidade menos (–). A diferença entre as taxas de crescimento das
 duas extremidades se deve a alterações conformacionais que ocorrem 
em cada subunidade conforme elas se integram ao polímero.
Subunidade 
livre
Subunidade 
no polímero
LENTO RÁPIDO
Extremidade 
menos (–)
Extremidade 
mais (+)
Essa alteração conformacional afeta a velocidade na qual as 
subunidades se ligam às duas extremidades.
Mesmo se kon e koff tiverem valores diferentes para as extremidades 
mais e menos do polímero, a relação kon/koff – e desse modo Cc – 
deverá ser a mesma em ambas as extremidades no caso de uma 
reação de polimerização simples (sem hidrólise de ATP ou GTP). Isso 
ocorre porque exatamente as mesmas interações de subunidade são 
quebradas quando uma subunidade é perdida em qualquer uma 
das extremidades, e o estado final da subunidade após a dissociação 
é idêntico em ambos os casos. Desse modo, o �G para a perda de 
subunidades, o qual determina a constante de equilíbrio para a sua 
associação com a extremidade, é idêntico em ambas as 
extremidades: se a extremidade mais (+) cresce quatro vezes mais 
rapidamente do que a extremidade menos (–), ela também sofre 
encurtamento quatro vezes mais rápido. Assim, para C > Cc ambas as 
extremidades crescem; para C < Cc, ambas as extremidades sofrem 
encurtamento. 
 A hidrólise de nucleosídeo trifosfato que acompanha a 
polimerização de actina e de tubulina elimina essa restrição.
Kd
A polimerização de proteínas sob a forma de um longo polímero helicoidal como um
filamento do citoesqueleto ou um flagelo de bactéria apresenta, caracteristicamente, 
a seguinte curva de tempo:
903
INSTABILIDADE DINÂMICA
Os microtúbulos se dissociam aproximadamente cem vezes mais rápido de extremidades que contêm tubulina 
GDP do que extremidades que contêm tubulina GTP. Um quepe de GTP favorece o crescimento, mas, se for perdido, 
ocorrerá despolimerização.
Quepe GTP
CRESCIMENTO
Microtúbulos isolados podem, portanto, alternar períodos de lento crescimento e períodos 
de rápida dissociação, um processo conhecido como instabilidade dinâmica.
ENCURTAMENTO
CAPAS ATP E CAPAS GTP
A taxa de adição de subunidades em um 
filamento de actina ou microtúbulo em 
crescimento pode ser mais rápida do que a taxa 
na qual seus nucleotídeos associados são 
hidrolisados. Sob essas condições, a extremidade 
possuirá uma “capa” de subunidades contendo 
o nucleosídeo trifosfato – uma capa de ATP 
no caso de filamentos de actina ou uma capa de
GTP no caso de microtúbulos.
capa de ATP ou de GTP
INSTABILIDADE DINÂMICA e 
ROLAMENTO são dois comportamentos 
observados em polímeros do citoesqueleto. 
Ambos estão associados à hidrólise de
nucleotídeos trifosfato. Acredita-se que a
instabilidade dinâmica predomine em
microtúbulos e que o rolamento deva
predominar em filamentos de actina.
HIDRÓLISE DE NUCLEOTÍDEOS
Cada molécula de actina apresenta uma molécula de ATP ligada com alta afinidade e que é 
hidrolisada em uma molécula de ADP ligada com alta afinidade logo após sua adição ao
polímero. De forma semelhante, cada molécula de tubulina apresenta uma molécula de GTP 
ligada com alta afinidade que é convertida em uma molécula de GDP fortemente associada
logo após sua adição ao polímero.
Monômero livre Subunidade no polímero
(T = monômero ligado a ATP 
ou GTP)
(D = monômero ligado a 
ADP ou GDP)
A hidrólise do nucleotídeo associado reduz a afinidade de ligação da subunidade pelas 
subunidades adjacentes e torna mais provável a dissociação desta subunidade na extremidade 
do filamento (ver Figura 16-44 para um modelo desse mecanismo).
É geralmente a forma que é adicionada ao filamento e a forma que sofre dissociação.
 Considerando apenas os eventos na extremidade mais (+):
D
D
D
kTon
kDoff
Como anteriormente, o polímero crescerá até C = Cc. Para fins ilustrativos, podemos ignorar 
kDon e k
T
off uma vez que eles geralmente são muito pequenos, de tal modo que o 
crescimento do polímero cessará quando
 kTon C = k
D
off ou Cc = 
Esse é um estado estacionário e não um equilíbrio verdadeiro, pois o ATP ou o GTP que é 
hidrolisado deverá ser reposto por reações de troca de nucleotídeos de subunidades livres
 ( ).
kTon
kDoff
ROLAMENTO (OU MOVIMENTO ESTACIONÁRIO)
Uma consequência da hidrólise de nucleotídeos que acompanha a formação do polímero 
é a mudança da concentração crítica em ambas as extremidades do polímero. 
Considerando que kDoff e k
T
on referem-se a diferentes reações, sua relação 
kDoff /k
T
on não precisa ser a mesma em ambas as extremidades do polímero, 
de modo que: 
 Cc (extremidade menos) > Cc (extremidade mais) 
Desse modo, se ambas as extremidades de um polímero estão expostas, a polimerização
prossegue até que a concentração do monômero livre alcance um valor que seja acima 
de Cc para a extremidade mais (+) e abaixo de Cc para a extremidade menos (–). 
Neste estado estacionário, as subunidades estarão sendo, na média, associadas à 
extremidade mais (+) e, na média, dissociadas da extremidade menos (–) sob taxas 
idênticas. O polímero manterá um tamanho constante, mesmo considerando-se que 
existe um fluxo líquido de subunidades através do polímero, denominado rolamento ou movimento estacionário.
D D D D D
DDD T
DDD T T
D D D D D D
T
T
T
T DT
T
T
T
904 PARTE IV Organização interna da célula
adicionada, e ambas as extremidades do filamento estarão sob a forma D e encurtarão. Sob 
concentrações intermediárias das subunidades de actina, é possível que a velocidade de 
adição de subunidades seja mais rápida do que a hidrólise de nucleotídeos na extremida-
de mais (1), porém mais lenta do que a hidrólise de nucleotídeos na extremidade menos 
(2). Nesse caso, a extremidade mais (1) do filamento permanecerá na conformação T, 
enquanto a extremidade menos (2) adotará a conformação D. O filamento, então, sofre 
uma adição líquida de subunidades na extremidade mais (1), enquanto simultaneamente 
perde subunidades na extremidade menos (2). Isso leva a uma propriedade característica 
do filamento denominada rolamento (Figura 16-14; ver Painel 16-2). 
Sob uma concentração intermediária particular de subunidades, o crescimento do 
filamento na extremidade mais (1) se encontra exatamente balanceado pela dissociação 
de subunidades da extremidade menos (2). Nessas condições, as subunidades alternam 
rapidamente entre os estados livre ou ligado ao filamento, enquanto o comprimento to-
tal do filamento permanece inalterado. Esse ponto de “rolamento de repouso” requer 
consumo constante de energia sob a forma de hidrólise de ATP. 
As funções dos filamentos de actina são inibidas por químicos 
tanto estabilizadores quanto desestabilizadores do polímero
Compostos químicos que estabilizam ou desestabilizam os filamentos de actina são fer-
ramentas importantes para o estudo do comportamento dinâmico dos filamentos e de 
suas funções nas células. As citocalasinas são produtos de fungos que impedem a po-
limerização da actina pela ligação à extremidade mais (1) 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 lateralmen-
te aos filamentos da actina estabilizando-os e evitando a despolimerização. Todos esses 
compostos causam mudanças dramáticas no citoesqueleto de actina e são tóxicos para 
as células, indicando que a função dos filamentos de actina depende de um equilíbrio 
dinâmico entre os filamentos e os monômeros de actina (Tabela 16-1).
Figura 16-14 O rolamento de um fi-
lamento de actina é possível devido 
à hidrólise de ATP após a adição de 
subunidades. (A) Explicação para as 
diferentesconcentrações críticas (Cc) nas 
extremidades mais (1) e menos (2). As 
subunidades com ATP ligado (subunidades 
na forma T) sofrem polimerização em 
ambas as extremidades do filamento cres-
cente e, em seguida, passam por hidrólise 
de nucleotídeos dentro do filamento. 
Conforme o filamento cresce, o alonga-
mento é mais rápido que a hidrólise na 
extremidade mais (1) neste exemplo, e as 
subunidades terminais desta extremidade 
estão, portanto, sempre sob a forma T. No 
entanto, a hidrólise é mais rápida do que 
o alongamento na extremidade menos (–), 
de tal forma que as subunidades terminais 
nesta extremidade estão sob a forma D. 
(B) O rolamento ocorre em concentrações 
intermediárias de subunidades livres. A 
concentração crítica para polimerização 
em uma extremidade do filamento sob a 
forma T é menor do que em uma extre-
midade do filamento sob a forma D. Se a 
concentração real de subunidades está em 
algum ponto entre esses dois valores, a 
extremidade mais (1) cresce, enquanto a 
extremidade menos (–) diminui, resultando 
no rolamento. 
 e D ( )
Subunidades solúveis sob a forma T ( )
Ta
xa
 d
e
al
o
n
g
am
en
to
0
POLIMERIZAÇÃO SEGUIDA DE 
HIDRÓLISE DE NUCLEOSÍDEOS
A adição na extremidade
menos (–) é lenta – a hidrólise alcança
o ponto de adição de subunidades
A adição na extremidade mais (+)
é rápida – a hidrólise encontra-se
atrasada em relação à
adição de subunidades
Faixa de rolamento
Concentração 
de subunidades
(A) (B)
Cc(T) < Cc(D) Para Cc(T) < C < Cc(D)
 ocorre rolamento
Cc(T)
Cc(D)
Na 
extremidade 
mais (+) T
Na 
extremidade
 menos (–) D
– +
– +
Crescimento
Encurtamento
Os polímeros são uma mistura das formas T ( )
TABELA 16-1 Compostos químicos inibidores da actina e dos microtúbulos
Composto químico Efeito nos filamentos Mecanismo Fonte original
Actina
Latrunculina Despolimeriza Liga-se a subunidades de actina Esponjas
Citocalasina B Despolimeriza Promove o capeamento da 
extremidade mais (1) do filamento
Fungos
Faloidina Estabiliza Liga-se sobre os filamentos Cogumelos Amanita 
Microtúbulos
Paclitaxel Estabiliza Liga-se sobre os filamentos Teixo 
Nocodazol Despolimeriza Liga-se a subunidades de tubulina Sintético
Colchicina Despolimeriza Promove o capeamento das 
extremidades do filamento
Crocus
CAPÍTULO 16 Citoesqueleto 905
Proteínas de ligação à actina influenciam a dinâmica e a 
organização dos filamentos
Em um tubo de ensaio, a polimerização da actina é controlada simplesmente pela sua 
concentração, como descrito anteriormente, pelo pH e pela concentração de sais e ATP. 
Dentro de uma célula, no entanto, o comportamento da actina é também regulado por 
numerosas proteínas acessórias que se ligam aos monômeros ou filamentos da actina 
(resumido no Painel 16-3). No estado estacionário, in vitro, quando a concentração do 
monômero é igual a 0,2 mM, 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 vertebrados, a meia-vida 
da actina nos filamentos é de apenas 30 segundos, demonstrando que fatores celulares 
modificam o comportamento dinâmico dos filamentos de actina. As proteínas de ligação 
à actina alteram drasticamente a dinâmica e a organização dos filamentos da actina por 
meio de controle espacial e temporal da disponibilidade do monômero, da nucleação do 
filamento, do alongamento e da despolimerização. Nas seções a seguir, descreveremos 
como essas proteínas acessórias modificam a função da actina na célula.
A disponibilidade de monômeros controla a polimerização dos 
filamentos de actina
Na maioria das células não musculares dos vertebrados, aproximadamente 50% da ac-
tina estão em filamentos, e 50%, em solução – e, mesmo assim, a concentração do mo-
nômero em solução é de 50 a 200 mM, bem acima da concentração crítica. 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 polimerização muito menos favorável 
(uma ação semelhante à droga latrunculina). A mais abundante dessas proteínas é uma 
pequena proteína chamada de timosina. Os monômeros de actina ligados à timosina 
estão em um estado de bloqueio, não podendo associar-se nem à extremidade mais (1) 
nem à extremidade menos (2) dos filamentos de actina, e não são capazes de hidrolisar 
ou modificar o nucleotídeo ao qual estão ligados. 
Como, então, as células recrutam monômeros de actina a partir desse conjunto blo-
queado para utilizá-los para a polimerização? A resposta depende de uma outra proteína 
de ligação a monômeros chamada de profilina. A profilina liga-se à face do monômero de 
actina que é oposta à fenda de ligação ao ATP, bloqueando a lateral do monômero que 
normalmente se associaria à extremidade menos (2) do filamento, ao mesmo tempo em 
que deixa exposto o sítio do monômero que se liga à extremidade mais (1) (Figura 16-15). 
Quando o complexo de profilina-actina liga-se a uma extremidade mais (1) livre, uma mu-
dança conformacional na actina reduz a sua afinidade pela profilina e ela é liberada, tor-
nando o filamento de actina uma subunidade mais longa. A profilina compete com a timo-
sina pela ligação a monômeros de actina individuais. Assim, regulando a atividade local da 
profilina, as células podem controlar o movimento de subunidades de actina sequestradas 
ligadas à timosina para as extremidades mais (1) dos filamentos.
Vários mecanismos regulam a atividade da profilina, entre eles a fosforilação da 
profilina e sua ligação a fosfolipídeos inositol. Esses mecanismos podem definir as re-
giões onde a profilina atuará. Por exemplo, a profilina é necessária para a polimeriza-
ção do filamento na membrana plasmática, onde ela é recrutada por uma interação com 
fosfolipídeos acídicos da membrana. Nesse ponto, sinais extracelulares podem ativar a 
profilina de modo a produzir polimerização localizada de actina, provocando também 
a extensão de estruturas de locomoção ricas em actina como filopódios e lamelipódios. 
Fatores de nucleação de actina aceleram a polimerização e geram 
filamentos lineares ou ramificados
Além da disponibilidade de subunidades de actina ativas, um segundo pré-requisito para a 
polimerização da actina celular é a nucleação do filamento. As proteínas que contêm moti-
vos de ligação a monômeros de actina ligados em sequência medeiam o mais simples dos 
mecanismos de nucleação do filamento. Essas proteínas de nucleação de actina aproximam 
906 PAINEL 16-3 Filamentos de actina
Subunidades de actina
– +
– +
– +
– –+ +
TropomiosinaCofilina
Fimbrina
�-actinina Filamina Espectrina
Liga-se a filamentos com 
ADP-actina, acelera a dissociação
Timosina
Liga-se a subunidades, 
evita a associação
Formina
Promove a nucleação da 
polimerização e permanece associada 
à extremidade mais (+) em crescimento
Complexo Arp 2/3
Promove a nucleação da 
polimerização para a formação de
uma rede e permanece associado 
à extremidade menos (–)
Profilina
Liga-se a subunidades, 
acelera o crescimento
Proteína de capeamento
Evita a associação e a dissociação
 na extremidade mais (+)
– +
Tropomodulina
Evita a associação e a dissociação 
na extremidade menos (–)
Estabiliza o filamento
Gelsolina 
Rompe os filamentos e se 
liga à extremidade mais (+)
+
+
–
–
Associação em feixes, interligação e ligação a membranas
ERM
–
–
–
–
–
–
+
+
+
+
+
+
FILAMENTOS DE ACTINA
Algumas das principais proteínas acessórias do citoesqueleto de actina. Excetuando-se as proteínas motoras miosina, é ilustrado
um exemplo para cada um dos principais tipos. No entanto, a maioria das células contém mais de uma centena de proteínas de
ligação à actina diferentes, e é provável que existam tipos importantes de proteínas de associação à actina que ainda não
foram identificados.
Membrana 
plasmática
Filamento de actina
CAPÍTULO 16 Citoesqueleto 907
várias subunidadesde actina para formar um ponto de nucleação. Na maioria dos casos, a 
nucleação da actina é catalisada por um de dois tipos diferentes de fatores: pelo complexo 
Arp 2/3 ou pelas forminas. O primeiro desses fatores é um complexo de proteínas que inclui 
duas proteínas relacionadas à actina (ARPs, actin-related proteins), cada uma apresentando 
aproximadamente 45% de similaridade com a actina. O complexo Arp 2/3 provoca a nucle-
ação do crescimento do filamento de actina na extremidade menos (2), permitindo rápido 
alongamento na extremidade mais (1) (Figura 16-16A e B). Esse complexo pode se ligar 
lateralmente a um outro filamento de actina, ainda permanecendo ligado à extremidade 
menos (2) do filamento que inicialmente nucleou, dessa forma dando origem a filamentos 
individuais organizados em uma rede ramificada (Figura 16-16C e D).
As forminas são proteínas diméricas que promovem a nucleação do crescimento de 
filamentos não ramificados, lineares, que podem ser interligados a outras proteínas para 
formar feixes paralelos. Cada subunidade 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 actina pela captura de dois monômeros. Enquanto ocorre o crescimento do 
filamento recém-nucleado, o dímero de formina permanece associado à extremidade mais 
(1), de rápido crescimento e, ao mesmo tempo, permite a adição de novas subunidades a 
essa extremidade (Figura 16-17). Esse mecanismo de polimerização do filamento é nitida-
mente diferente daquele usado pelo complexo Arp 2/3, que permanece estavelmente liga-
do à extremidade menos (2) do filamento, impedindo a adição ou a perda de subunidades 
nessa extremidade. O crescimento do filamento de actina dependente de formina é forte-
mente reforçado pela associação dos monômeros de actina com a profilina (Figura 16-18).
Monômero de
actina livre
Monômero 
de actina livre
Complexo 
actina-
timosina
Complexo actina-timosina
Timosina
Crescimento da 
extremidade mais
Sem ligação
Ausência de crescimento 
na extremidade mais (+)
Monômero de 
actina livre
Complexo 
actina-
-profilina
Complexo actina-profilina
Crescimento da extremidade mais (+)
Rápido crescimento 
na extremidade mais (+)
Profilina
Profilina
Filamento de actina
Filamento de actina
A PROFILINA COMPETE COM A TIMOSINA PELA LIGAÇÃO AOS MONÔMEROS 
DE ACTINA E PROMOVE A POLIMERIZAÇÃO DOS FILAMENTOS
Figura 16-15 Efeitos da timosina e da profilina na polimerização da actina. Um monômero de actina 
ligado à timosina é estericamente impedido de ligar-se e alongar a extremidade mais (1) de um filamento de 
actina (esquerda). Um monômero de actina ligado à profilina, por outro lado, é capaz de prolongar um fila-
mento (direita). A timosina e a profilina não podem, ambas, ligarem-se a um único monômero de actina ao 
mesmo tempo. Em uma célula na qual a maioria dos monômeros de actina está ligado à timosina, a ativação de 
uma pequena quantidade de profilina pode produzir uma rápida organização dos filamentos. Como indicado 
(imagem inferior), a profilina se liga a monômeros de actina que são transitoriamente liberados do conjunto de 
monômeros ligados à timosina, encaminha-os para as extremidades mais (1) dos filamentos de actina, e é então 
liberada e reciclada para novos ciclos de alongamento do filamento.
908 PARTE IV Organização interna da célula
Assim como no caso da ativação pela profilina, a nucleação dos filamentos de ac-
tina 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 pe-
riferia da célula. A camada logo abaixo da membrana plasmática é denominada córtex 
celular, e os filamentos de actina nessa região determinam a forma e o movimento da 
superfície celular, permitindo que a célula altere sua conformação e rigidez rapidamente 
em resposta a mudanças no seu ambiente externo. 
N
NC
C
N
C
Extremidade mais (+) Extremidade mais (+) Extremidade mais (+) 
100 nm
10 nm
70
(C) (D)
(B)
(A)
Complexo Arp2/3 ativo
Complexo 
Arp2/3 inativo
Monômeros 
de actina
Filamento de actina nucleado
+
Extremidade
 menos (–)
Extremidade 
mais (+)
Actina Arp3Arp2
Arp3 Arp2
Outras proteínas
Fator de 
ativação
o
Figura 16-16 Nucleação e formação da rede de actina pelo complexo Arp 2/3. (A) As estruturas de Arp2 e Arp3, comparadas à estrutura da actina. Ape-
sar de a face da molécula equivalente à extremidade mais (1) (superior) tanto em Arp2 quanto em Arp3 ser bastante similar à extremidade mais (1) da actina, 
as diferenças nas laterais e na extremidade menos (2) evitam que essas proteínas relacionadas à actina possam formar filamentos associando-se entre si ou 
coassociando-se no interior dos filamentos à actina. (B) Um modelo para a nucleação do filamento de actina pelo complexo Arp 2/3. Na ausência de um fator 
de ativação, Arp2 e Arp3 são posicionadas por suas proteínas acessórias em uma orientação que evita induzirem a nucleação de um novo filamento de actina. 
Quando um fator de ativação (indicado pelo triângulo azul) liga-se ao complexo, Arp2 e Arp3 são posicionadas em uma nova conformação, a qual se asseme-
lha à extremidade mais (1) de um filamento de actina. As subunidades de actina podem, então, ser adicionadas sobre esta estrutura, o que supera a etapa 
limitante da nucleação do filamento. (C) O complexo Arp 2/3 promove a nucleação de filamentos de maneira mais eficiente quando este se liga à lateral de um 
filamento de actina preexistente. O resultado é uma ramificação que cresce em angulo de 70° em relação ao filamento original. Ciclos repetidos de nucleação 
ramificada geram uma rede ramificada de filamentos de actina. (D) Em cima, fotomicrografias eletrônicas de filamentos de actina ramificados formados a partir 
da mistura de subunidades purificadas de actina com complexos Arp 2/3 purificados. Embaixo, imagem reconstruída de uma ramificação onde a estrutura cris-
talizada da actina (rosa) e do complexo Arp 2/3 foram sobrepostas à densidade eletrônica. O filamento-mãe está direcionado de cima para baixo, e o filamento-
-filho se ramifica à direta, no ponto em que o complexo Arp 2/3 se liga a três subunidades de actina sobre o filamento-mãe. (D, superior, de R.D. Mullins et 
al., Proc. Natl Acad. Sci. USA 95:6181–6186, 1998, com permissão de National Academy of Sciences; inferior, de N. Volkmann et al., Science 293:2456–2459, 
2001, com permissão de AAAS.)
CAPÍTULO 16 Citoesqueleto 909
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 (ver Painel 16-3). Entre as proteínas que se ligam à lateral do 
filamento, está a tropomiosina, 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 impedir que o filamento de actina interaja com outras proteínas; essa 
característica da tropomiosina é importante no controle da contração muscular, como 
discutiremos mais tarde.
Um filamento de actina que para de crescer e não é especificamente estabilizado 
na célula sofrerá rápida despolimerização, especialmente em sua extremidade mais (1), 
uma vez que as moléculas de actina tenham hidrolisado seu ATP. A ligação de proteínas 
de capeamento (também denominadas CapZ devido à sua localização na banda Z dos 
músculos) à extremidade mais (1) estabiliza o filamento de actina em sua extremidade 
mais, pois torna-o inativo, reduzindo fortemente as taxas de crescimento e despolimeri-
zação do filamento (Figura 16-19). Na extremidade menos (2), um filamento de actina 
pode ser capeado pelo complexo Arp 2/3 que foi responsável pela sua nucleação, embo-
ra muitas extremidades