BIologia Celular - Citoesqueleto

Prévia do material em texto

10/04/2014
1
Citoesqueleto:
Filamentos Intermediários
Microtúbulos
Filamentos de Actina
CITOESQUELETO
Intrincada rede de 
filamentos proteicos 
que se estende através 
do citoplasma
Funções do citoesqueleto nas células eucarióticas
� Controla a diversidade de formas das células eucarióticas
� Organização dos vários componentes em seu interior
� Interação mecânica com o ambiente
Microtúbulos
Actina
10/04/2014
2
Funções do citoesqueleto...
� Realizar movimentos coordenados
� Separa os cromossomos durante a mitose
� Divide a célula em duas
� Proporciona a maquinaria necessária à contração
Funções do citoesqueleto...
�Estrutura altamente dinâmica que está continuamente se 
reorganizando conforme as células alteram suas formas, 
dividem-se e respondem ao ambiente.
�Sem citoesqueleto, as feridas nunca cicatrizariam, os 
músculos seriam inúteis e os espermatozoides jamais 
encontrariam o óvulo.
10/04/2014
3
Citoesqueleto constituído a partir de uma base 
composta por 3 tipos de filamentos proteicos
Responsáveis pela grande variedade funcional do citoesqueleto!
Citoesqueleto constituído a partir de uma base 
composta por 3 tipos de filamentos proteicos
Responsáveis pela grande variedade funcional do citoesqueleto!
Filamentos de 
actina Microtúbulos
Filamentos 
intermediários
10/04/2014
4
Citoesqueleto constituído a partir de uma base composta 
por 3 tipos de filamentos proteicos
Necessitamos da ação conjunta dos 
ligamentos, ossos e músculos
Os 3 sistemas do 
citoesqueleto devem atuar 
coletivamente para fornecer 
à célula RESISTÊNCIA, 
FORMA E CAPACIDADE DE 
LOCOMOÇÃO
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS
� Grande resistência à tensão
� São os mais resistentes
� Rígidos, fortes, difícil de 
desmontar
� Proteínas fibrilares
FUNÇÃO:
Conferir resistência e manter a 
integridade das células
Muito importante em células sujeitas à tração ou 
tensão mecânica (pele, ID, IG, axônio células 
nervosas)
10/04/2014
5
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS
� Formam uma rede através do citoplasma
� Estendem-se rumo à periferia da célula – ancorados desmossomos
� Interior do núcleo (lâmina nuclear)
A construção de um filamento intermediário
Semelhantes a cordas 
ou cabos, com várias 
fitas longas trançadas 
para fornecer 
resistência
Monômero: domínio central em 
bastão com regiões globulares 
nas extremidades
Monômeros se associam em 
pares = DÍMEROS
Dímeros se associando em 
tetrâmeros.
Os tetrâmeros se ligam uns aos outros - filamento 
intermediário final (cabo aço).
.
10/04/2014
6
Filamentos intermediários tornam as células mais 
resistentes a estresses mecânicos
Evitam que as células e suas membranas rompam em resposta à tração 
mecânica
Muito importante em células sujeitas à tração 
mecânica (pele, ID, IG, axônio células nervosas, 
musculares)
Principais categorias de filamentos intermediários
10/04/2014
7
Filamentos intermediários de queratina
� Família mais variada de 
subunidades
� Epitélios, unhas, 
cabelo, pêlos, penas
� Juntamente com os 
desmossomos nas 
células epiteliais, 
fornecem resistência à 
tração e ao estresse 
quando a pele é 
esticada.
Filamentos intermediários de queratina
� Epidermólise bulhosa simples
� Mutação em genes da queratina
� Pele vulnerável a lesões mecânicas
interferem na formação dos 
filamentos de queratina da 
epiderme
Ruptura de células / bolhas na pele
10/04/2014
8
Epidermólise bulhosa simples
Lâmina Nuclear
� Consiste de filamentos intermediários – proteínas laminas
� Revestem internamente 
o envelope nuclear
� Interrompido no poro 
nuclear
Envelope nuclear – lâmina nuclear -
Heterocromatina
10/04/2014
9
Lâmina Nuclear
� Filamentos dispostos 
em rede
� Suportam e dão resistência ao 
envelope nuclear
� Dão forma ao núcleo
� Participam na desmontagem e 
montagem da lâmina nuclear –
divisão celular
Fosforilação e defosforilação das 
lâminas via proteinoquinases
Filamentos intermediários das células nervosas
� Dois tipos de filamentos intermediários em células do sistema 
nervoso
� Prolongamentos dos neurônios – chega nas células alvo (até 1 metro)
� Proteínas de ligação une transversalmente um filamento ao outro –
dando mais resistência contra tensão.
Axônio -
Neurofilamentos
10/04/2014
10
� Dois tipos de filamentos intermediários em células do sistema 
nervoso
� Células do sistema nervoso
� Prolongamentos bem menores (200µm) – não tem pontes de ligação 
(ou possuem poucas)
Células da glia
Vimentina
Filamentos intermediários das células nervosas
� Dois tipos de filamentos intermediários em células do sistema 
nervoso
� Filamentos intermediários com pontes de
ligação
Corte transversal dos 
axônios
Sustentação
Proteção
Resistência à tração
Impede a quebra do axônioMicrotúbulos: trilhos que levam vesículas 
do corpo do neurônio para o final do axônio
Filamentos intermediários das células nervosas
10/04/2014
11
Microtúbulos
É mais maleável e flexível que 
os filamentos intermediários
Proteínas globulares
� Tubos ocos, longos, formados 
por proteínas dinâmicas, 
desagregando em locais 
específicos e se formando em 
outros 
Microtúbulos
FUNÇÕES:
� Criam um sistema de trilhos no interior da célula sobre 
os quais vesículas e organelas movimentam-se (interfase)
� Durante a mitose - formam o fuso mitótico fornecendo 
a maquinaria de segregação dos cromossomos para as 
células filhas
� Também importantes em estruturas permanentes (que 
não fazem parte do ciclo celular) como cílios e flagelos
10/04/2014
12
CRESCEM A PARTIR DE UM CENTRO ORGANIZADOR DE 
MICROTÚBULOS. 
CRIAM UM SISTEMA DE VIAS DENTRO DA CÉLULA AO LONGO 
DO QUAL VESÍCULAS, ORGANELAS SÃO TRANSPORTADOS
Determinam o posicionamento de organelas e 
direcionam o transporte intracelular
10/04/2014
13
Formado a partir de 
subunidades: moléculas 
de tubulina.
- Dímeros: união da αααα-
tubulina e ββββ-tubulina
- União dímeros: 
protofilamentos
-13 protofilamentos 
paralelos: microtúbulo
- Polaridade: lado + ββββ-
tubulina (crescimento) e 
lado – αααα-tubulina
13 protofilamentos
Estrutura dos microtúbulos 
Polaridade: permite 
uma direção definida
Duas extremidades com 
comportamento 
diferentes:
13 protofilamentos
Estrutura dos microtúbulos 
Montagem dos 
microtúbulos.
Desempenho de suas 
funções.
10/04/2014
14
- As subunidades ficam 
espalhadas pelo 
citoplasma das células 
permitindo 
remodelamento quando 
a célula precisa de 
transporte de organelas 
e divisão celular
Fácil de ser despolimerizado
Fácil de remontar
Muito lábil
Microtúbulos são formados por 
expansão e crescimento a 
partir de centros 
organizadores - centrossomos
Contém estruturas em anel 
formadas por γγγγ-tubulina
Cada anel funciona como um 
ponto de partida ou sítio de 
nucleação
O centrossomo - Nucleação
γγγγ-tubulina auxilia na 
polimerização – não faz parte 
do microtúbulo
10/04/2014
15
Cada anel funciona como 
um ponto de partida ou sítio 
de nucleação para o 
crescimento de um 
microtúbulo
O centrossomo na maioria 
das células animais possui 
um par de centríolos, que 
NÃO tem função de 
nucleação de microtúbulos. 
Não se sabe qual sua 
função.
O centrossomo
Após a nucleação de um microtúbulo – sua extremidade + cresce em direção à 
periferia
Instabilidade dinâmica dos microtúbulos 
� O microtúbulo em crescimento pode sofrer uma transição que provoca seu rápido 
encurtamento por meio da perda de subunidades em sua extremidade livre.
� Pode encurtar apenas parcialmente e retomar o crescimento ou pode desaparecer 
completamente,sendo substituído por um novo microtúbulo que crescerá a partir 
do mesmo anel de gama tubulina.
10/04/2014
16
Na extremidade em crescimento (+) há uma “capa de 
GTP”que impede a despolimerização do microtúbulo
Hidrólise do GTP (guanosina tri-fosfato) explica a 
instabilidade dinâmica dos microtúbulos
Estrutura química do GTP e 
GDP
O que controla o crescimento do microtúbulo?
Polimerização
crescimento
Despolimerização
retração
São instáveis e 
se soltam da 
parede do 
microtúbulo
10/04/2014
17
Polimerização
crescimento
Despolimerização
retração
São instáveis e 
se soltam da 
parede do 
microtúbulo
Instabilidade dinâmica dos microtúbulos 
� Os microtúbulos se despolimerizam e repolimerizam continuamente nas 
células
� Importância: - mudar de lugar na célula para transportar organelas e 
vesículas no citoplasma
- provocar agitação constante no citoplasma
- montar as fibras do fuso na divisão
10/04/2014
18
Colchicina
Vinblastina – Vincristina 
Drogas que se ligam aos 
monômeros livres de tubulina
(impedem polimerização)
Taxol
Droga que se liga
aos microtúbulos
(impede 
despolimerização –
estabiliza os 
microtúbulos)
Porque estas drogas são efetivas contra o câncer?
Inativação ou destruição do fuso mitótico pode matar 
as células em divisão. São drogas anti-mitóticas usadas 
para o tratamento do câncer.
Tratamento clínico do câncer 
Funções dos microtúbulos
A estabilização seletiva dos microtúbulos
Estabilização da extremidade de específicos 
microtúbulos através de proteínas protetoras 
(capeamento)
Impedem a despolimerização
Isto explica como os cílios e os flagelos não ficam aumentando e diminuindo de 
tamanho. E como uma célula pode mudar de formato (ex.: de redonda para ovoide).
10/04/2014
19
Auxiliam na polaridade da célula, quando uma 
extremidade da célula é estrutural ou 
funcionalmente diferente da outra
Exemplo: neurônio
Funções dos microtúbulos
Os microtúbulos organizam o interior das células
A polaridade da célula é um reflexo dos sistemas de microtúbulos
polarizados em seu interior
Funções dos microtúbulos
Os microtúbulos organizam o interior das células
Microtúbulos ajudam a posicionar organelas em 
determinadas regiões 
RE Golgi 
microtúbulos microtúbulos
Dependem dos microtúbulos para o seu posicionamento e alinhamento.
10/04/2014
20
CINESINAS DINEÍNAS
PROTEÍNAS MOTORAS
Proteínas MAPs motoras ligadas aos microtúbulos
Consomem energia derivada 
da quebra do ATP
Dirigem o movimento de organelas e vesículas ao 
longo dos microtúbulos
Proteínas motoras ligadas aos microtúbulos 
“caminhada”dependente do ATP
- Cabeças globulares (contato com o 
microtúbulo) – hidrólise de ATP
- Cauda (contato com o componente a 
ser transportado)
10/04/2014
21
Proteínas motoras ligadas aos microtúbulos 
Dineínas
Movimentam-se para a extremidade (-)
Cinesinas
Movimentam-se para a extremidade (+)
Proteínas motoras ligadas aos microtúbulos 
10/04/2014
22
dineínascinesinas
Proteínas motoras ligadas aos microtúbulos
Cadeia Pesada
Liga-se a ATP
Atividade ATPase
Hidrolisa ATP em ADP + Pi
+ energia para o transporte
Caminha mais rápido – mais 
eficiente na hidrólise de ATP
“caminhada” das proteínas motoras
10/04/2014
23
Proteínas motoras ligadas aos microtúbulos 
Exemplo no transporte de organelas
Dineína ligada a organela 
delimitada por membrana. 
Várias proteínas acessórias 
requeridas
Cílios e Flagelos: formados por microtúbulos estáveis
Disposição 
característica
“9+2”
Os nove microtúbulos externos 
carregam duas moléculas de 
dineína
10/04/2014
24
Flagelos
Ação motora causa 
flexão, causando ondas 
ou batimentos
Cílios
Epitélio ciliado na 
superfície do trato 
respiratório de humanos
Batimento do cílio
Cresce a partir do corpo 
basal
10/04/2014
25
Síndrome de Kartagener
Mutações no gene da dineína. Homens com
essa síndrome tem ausência de motilidade dos
espermatozóides
Suscetibilidade a infecções brônquicas, cílios
inativos, incapazes de eliminar bactérias do trato
respiratório
Cada filamento é uma cadeia torcida de moléculas 
globulares de actina idênticas
Como microtúbulos, tem extremidades “mais (+)” e “menos 
(-)”
Determinam a forma da superfície celular, move organelas 
e vesículas e são necessários à locomoção e contração 
da célula
Filamentos de actina
10/04/2014
26
Filamentos de actina
� Assim como os microtúbulos
apresentam instabilidade
� Mas também formam 
estruturas estáveis –
complexos contráteis do 
músculo / microvilosidades
Depende das proteínas de 
ligação à actina
Filamentos de actina
Permitem que as células eucarióticas 
adotem uma grande variedade de formas 
e desempenhem muitas funções
protusões e 
filopódios
Anel contrátilMicrovilosidade
e esteriocílios
feixes 
contráteis
Movimento das 
células
10/04/2014
27
Filamentos de actina
Arranjo das 
moléculas de 
actina.
Cada filamento é 
uma hélice de 
fita dupla. Fortes 
interações evitam 
que as hélices se 
separem
São mais finos, flexíveis e menores que 
os microtúbulos.
Polimerização da actina
Extremidade “menos” Extremidade “mais”
Cada monômero livre de actina carrega um ATP ligado, e após a 
incorporação o ATP é hidrolisado a ADP – instabilidade.
10/04/2014
28
Polimerização da actina
A capacidade de associação e dissociação é necessária para 
muitas atividades desempenhadas pelos filamentos de actina -
locomoção celular.
Timosina: Bloqueia a polimerização
Profilina: Regula a polimerização
Proteínas associadas à actina impedem e regulam sua
polimerização
Os níveis dessas proteínas regulam a polimerização dos filamentos de 
actina dentro da célula.
10/04/2014
29
Migração celular depende da actina
1) Célula emite 
protusões em sua 
região frontal 
(polimerização de 
actina – lamelipódios
ou filopódios)
2) Essas protusões
aderem à superfície
3) A porção restante da 
célula é impulsionada 
para frente
Fibroblastos: importância dos filopódios
Estruturas móveis e exploratórias que se formam e 
retraem com grande velocidade
10/04/2014
30
A actina se associa à miosina para a formação de 
estruturas contráteis (Miosina I e Miosina II)
Miosina I: 
- cabeça interage com os filamentos de actina (se 
move por hidrólise de ATP)
- Cauda se liga em diversos componentes celulares a 
serem transportados
Movendo a membrana: 
mudar a forma da célula
Contração muscular: Miosina II
Componentes importantes: actina e miosina II
Filamento de miosina II
10/04/2014
31
Contração muscular
Miosina II
(filamentos grossos)
Actina 
(filamentos finos)
Sarcômeros consistem de:
Disco Z: Onde os filamentos de actina se ligam
Contração muscular
A contração é causada pelo encurtamento simultâneo de todos os sarcômeros, 
e isto ocorre pelo deslizamento dos filamentos de actina sobre os filamentos de 
miosina sem alteração no comprimento dos filamentos
10/04/2014
32
Filamentos de actina sem capacidade de movimentação:
Em alguns casos os filamentos de actina não permitem a 
movimentação - Microvilosidades
Depende do tipo de 
proteína que se liga à 
actina
Filamentos de actina: Microvilosidade
Estrutura de 
microvilosidade
MICROVILOSIDADES:
Proteína que se prende entre os filamentos 
de actina – fimbrina (globular e pequena) = 
arranjo denso – miosina não consegue 
entrar entre os filamentos de actina