Citoesqueleto: Estrutura e Funcionamento

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13/02/2012
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CITOESQUELETO
Prof. Dr. Cleber Machado de Souza
Algumas observações
iniciais levaram os 
cientistas...
Introdução 
A realizarem várias 
perguntas...
Por que 
as células 
possuem 
formas 
diferentes?
Introdução 
Por que algumas 
organelasorganelasorganelasorganelas eram “achadas” 
no mesmo local mesmo 
que em células 
diferentes???
Introdução 
Essas observações iniciais...
Introdução 
Formato das células
Localização fixa das organelas
Levaram os cientistas a admitirem...
Existência do citoesqueleto 
Deve apresentar uma correta conformação
Deve ser robusto
Citoesqueleto_requisitos celulares
Deve ser capaz de reorganizar seus 
constituintes internos 
Deve ser capaz de modificar a sua forma
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Intrincada rede 
de filamentos 
protéicos...
Citoesqueleto_definição
Que se estende 
através do 
citoplasma 
Microtúbulos
Os principais elementos 
do citoesqueleto são:
Filamentos de actina
Filamentos intermediários
Citoesqueleto
Citoesqueleto
Microtúbulos
Citoesqueleto
Determinam a posição das organelas 
delimitadas por membrana
Direcionam o transporte
intracelular
Filamentos de actina
Citoesqueleto
Determinam a forma da 
superfície celular
São necessários para a locomoção
da célula como um todo
Filamentos intermediários
Citoesqueleto
Proporcionam força mecânica
Proporcionam resistência
para enfrentar o estresse 
provocado na célula
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Entretanto, esses filamentos do 
citoesqueleto seriam ineficientes
Citoesqueleto
Elas são essenciais à função...
Sem a presença de 
proteínas acessórias...proteínas acessórias...proteínas acessórias...proteínas acessórias...
Citoesqueleto
Conceitos 
importantes
Cada tipo de filamento do 
citoesqueleto é constituído 
a partir de subunidades 
proteicas menores
Unidades monoméricas
Cada filamento é composto 
por unidades monoméricas
Microtúbulos
Filamentos de actina
Filamentos intermediários
� tubulina
� actina
� outras proteínas
Unidades monoméricas
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Unidades monoméricas
Unidades monoméricas
Associam-se
formando os 
filamentos...
Arranjo helicoidal de subunidades
As subunidades monoméricas se 
associam pela combinação...
De interações ou 
contatos protéicos
Lineares e laterais
Unidades monoméricas
Unidades monoméricas
As subunidades monoméricas 
que se associam (linearmente) 
formam estruturas peculiares...
Protofilamento
Unidades monoméricas
Filamentos
Protofilamento
Posteriormente haverá associações 
laterais dos protofilamentos...
Protofilamentos
Unidades monoméricas
Filamentos
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Filamentos
Associações lineares e laterais
Filamentos
Associações lineares e laterais
Filamentos
Associações 
lineares e 
laterais
As diferenças entre as estruturas 
das subunidades monoméricas
Tem influência direta na resistência das 
forforforforças de atraas de atraas de atraas de atraçãoooo existentes 
entre os diversos monentre os diversos monentre os diversos monentre os diversos monômeros...meros...meros...meros...
Assim...
Filamentos
Filamentos
Associações lineares 
e laterais
Resultando nas...
Diferenças existentes entre 
cada tipo de filamento...
Filamentos
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A taxa de nucleação 
é o fator limitante na 
formação de um polímero 
do citoesqueleto
Taxas nucleação
Taxas nucleação
Para que um novo filamento seja 
formado, as subunidades devem 
associar-se em um agregado inicial
Esse núcleo será estabilizado por 
vários contatos (entre as unidades)
Fase de nucleação
Fase de 
nucleação
Taxas nucleação
Depois da nucleação...
Devido a instabilidade dos 
agregados formados...
Ocorrerá uma fase intermediária...
Fase de retardo...
Fase de 
nucleação
Fase de 
retardo
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Taxas nucleação
Depois da fase de retardo...
Fase de elongação...
Um polímero cresce pela adição
de suas subunidades monoméricas
A taxa de adição
das subunidades é dada:
Taxa de adição = Kon
Taxas nucleação
Taxas nucleação
+
Kon
O número de monômeros que 
serão adicionados ao polímero 
será proporcional à... 
Concentração de 
subunidades livres (KonC)
Taxas nucleação
Outro aspecto importante é que...
Fase de 
nucleação
Fase de 
retardo
Fase de 
elongação
Conforme o polímero “cresce”
As subunidades são utilizadas
e a concentração C diminui
Até alcançar um valor constante chamado...
Concentração crítica (Cc)
Cc = Koff / Kon
Taxas nucleação
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Taxas nucleação
Depois da fase de elongação...
Fase de estabilidade...
Um polímero diminui pela 
remoção de suas subunidades 
monoméricas...
A taxa de remoção das 
subunidades é dada:
Taxa de remoção = Koff
Taxas nucleação
Taxas nucleação
+
Koff
Além disso...
Sob uma taxa constante 
independente da concentração 
Taxas nucleação
Algumas subunidades deixarão a 
extremidade livre...
resumindo...
Taxas nucleação
ADIÇÃO Proporcional a concentração de subunidades livres (KonC)
Taxa constante 
independente da 
concentração 
SAÍDA
Fase de 
nucleação
Fase de 
retardo
Fase de 
elongação
Fase de 
equilíbrio
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O processo de 
treadmilling e de 
instabilidade dinâmica 
dos filamentos são 
consequencia da 
hidrólise de nucleotídeos
Instabilidade e treadmilling
Ambas as subunidades...
Capazes de catalisar a hidrolise
Essa hidrólise influencia na 
instabilidade e no treadmiling
De tubulina e de actina são enzimas...
Nucleotídeos trifosfatados (GTP ou ATP) 
Instabilidade e treadmilling
No citoplasma, 
cada dímero livre 
de tubulina...
Contém duas 
moléculas de 
GTP fortemente 
associadas 
Instabilidade e treadmilling
Um sítio de 
ligação para 
a molécula 
de GTP está 
na tubulina-α
Instabilidade e treadmilling
O outro sítio 
de ligação para 
a molécula de 
GTP está na 
tubulina-β
Instabilidade e treadmilling
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Devido a sua 
localização
mais periférica 
O GTP “poderá” 
ser modificado
Isto é, “poderá” ser 
hidrolisado em GDP 
Instabilidade e treadmilling
Fenda de ligação de ATP
Instabilidade e treadmilling
Instabilidade e treadmilling
Instabilidade
dinâmica
Treadmiling
Instabilidade e treadmilling
A taxa de hidrólise junto
com a taxa de adição...
Definirá se a subunidade da 
extremidade estará como T/D
Forma T
(ATP ou GTP)
Forma D
(ADP ou GDP)
Instabilidade e treadmilling
Lembrar que...
Definida pela concentração crítica 
(Cc) das subunidades livres...
A taxa de adição...
Instabilidade dinâmica
O “microtúbulo” pode alternar 
entre momentos de crescimento
Instabilidade dinâmica
Gerando um comportamento 
conhecido por...
Emomentos de encurtamento
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Esse comportamento 
é coordenado pela 
molécula de tubulina
Terá condições de 
realizar a hidrólise da 
molécula de GTP? 
Instabilidade dinâmica
O parâmetro que irá definir essa 
“possibilidade de modificação”
É a velocidade de incorporação 
dos novos dímeros de tubulina
Instabilidade dinâmica
Instabilidade e treadmilling
Lembrar novamente que...
Definida pela concentração crítica 
(Cc) das subunidades livres...
A taxa de adição...
Quando a incorporação de novos 
dímeros ocorre muito rapidamente...
O próximo dímero será 
adicionado...
Antes que ocorra a hidrólise da 
molécula de GTP na tubulina-β
Instabilidade dinâmica
Instabilidade dinâmica
Formando um “filamento reto”
“Cheio” de GTPESTABILIDADE
Instabilidade dinâmica
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Essa “capa 
de GTP” torna 
a estrutura 
bem estável
Favorecendo o
crescimento do MT
Instabilidade dinâmica
Quando essa incorporaçãoincorporaçãoincorporaçãoincorporação ocorre de 
forma mais lenta...
Haverá tempo de ocorrer a 
hidrólise do GTP em GDP
Instabilidade dinâmica
Porém...
Instabilidade dinâmica
Formando um “filamento curvo”
Tendendo a...
INSTABILIDADE
Instabilidade dinâmica
Formando assim...
Traduzindo-se no 
encurtamento 
do microtúbulo
Uma estrutura 
muito instável
Instabilidade dinâmica
A hidrólise do GTP em GDP...
Auxiliando a célula a 
dissociar os microtúbulos
Instabilidade dinâmica
Promove a despolimerizaçãodespolimerizaçãodespolimerizaçãodespolimerização
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Reduz a resistência 
da ligação entre os 
monômeros
Instabilidade dinâmica
A hidrólise do GTP em GDP...
A seguir, os dímeros de tubulina contendo 
GDP voltam para o citoplasma
Onde acabam 
modificadosmodificadosmodificadosmodificados
Instabilidade dinâmica
Tornando-se, desta forma...
A outros microtúbulos que se 
encontrem em fase de crescimento 
Instabilidade dinâmica
Novamente competentes 
para serem adicionados...serem adicionados...serem adicionados...serem adicionados...
Instabilidade dinâmica
Instabilidade dinâmica
Instabilidade e treadmilling
Instabilidade
dinâmica
Treadmiling
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A polimerização do filamento 
de actina têm 3 fases (in vitro)
Nucleação
Alongamento
Equilíbrio
Treadmilling
É marcada por 
uma fase de 
adaptação em 
que a actina G 
agrega-se em...
Oligômeros curtos e instáveis
Treadmilling
Nucleação
Quando os 
oligômeros
alcançam certo 
comprimento 
(3 ou 4)
Eles podem atuar como um núcleo
Treadmilling
Nucleação
Rapidamente ocorre o aumento 
do comprimento pela adição de 
monômeros em ambas extremidades 
Treadmilling
Alongamento
A medida que o filamento cresce...
Até que seja quase alcançado 
o equilíbrio entre o filamento e 
os monômeros disponíveis...
A concentração dos monômeros 
de actina G no citosol diminui...
Treadmilling
Alongamento
Ocorre uma permuta de monômeros 
nas extremidades, mas o filamento 
não altera o seu tamanho...
Treadmilling
Equilíbrio
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Treadmilling
Alcançado a fase de equilíbrio...
Porém havendo uma “renovação” 
dos monômeros do filamento...
Treadmilling
Treadmilling
O polímero manterá estável
o seu tamanho...
Microtúbulos
Possuem cerca 
de 25 nm de 
diâmetro
Microtúbulos
A microscopia eletrônica 
mostrou que o citoplasma
Microtúbulos
Contém uma ampla 
quantidade de cilindros
Delgados e longos 
Funções dos
microtúbulos
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Funções dos microtúbulos
- Manutenção na forma das células
- Deslocamento dos cromossomos 
na mitose (fuso-mitótico)
- Participam da movimentação de 
cílios e flagelos
- Transporte intracelular de partículas 
Funções dos microtúbulos
Frente a essas funções, os 
MTs podem se comportar de 
duas formas...
Instáveis
Estáveis
-> Fuso mitótico
-> cílios e flagelos
Formação dos
microtúbulos
Formação dos microtúbulos
Cada microtúbulo 
é formado pela 
associação de 
dímeros protéicos
Compostos
por moléculas 
de tubulina
Cada dímero
é formado por:
Formação dos microtúbulos
Tubulina-αααα( )
Tubulina-ββββ ( )
GTP
Os dímeros 
de tubulina, 
irão unir-se 
entre si
Por meio de 
ligações fracas 
(não-covalentes)
Formação dos microtúbulos
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Formando
protofilamentos
Formação dos microtúbulos
Paralelos entre si
Número de treze (13)
Formação dos microtúbulos
Protofilamentos
Associação
lateral
Associação
longitudinal
Formação dos microtúbulos_resumo
Formação dos microtúbulos_resumo
Polaridade 
estrutural dos 
microtúbulos
Polaridade dos microtúbulos
In vitro...
Após fornecer
“milhares” de 
monômeros 
(tubulina-αβ)
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Observou-se 
que cada 
protofilamento
formado...
Apresentava 
uma polaridade 
estrutural
Polaridade dos microtúbulos
E a tubulina-ββββ
exposta na 
extremidade 
oposta
Com a tubulina-αααα
exposta em uma 
extremidade 
αααα
ββββ
Polaridade dos microtúbulos
Ainda in vitro...
Haviam 
diferenças 
relacionadas a 
velocidade de 
incorporação
Polaridade dos microtúbulos
(+)
Uma extremidade
possuía uma 
maior velocidade 
de incorporação
Sendo chamada 
de extremidade 
mais (ou +)
Polaridade dos microtúbulos
E a outra 
extremidade
possuía uma 
menor velocidade 
de incorporação
Sendo chamada 
de extremidade 
menos (ou -)
(-)
Polaridade dos microtúbulos
O conjunto de 
protofilamentos
(-)
(+)
αααα
ββββ
Fornece uma 
polaridade 
estrutural ao 
microtúbulo
Polaridade dos microtúbulos
-
+
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Polaridade dos microtúbulos
(-)(+) ααααββββ
(-)
(+)
αααα
ββββ
Polaridade dos microtúbulos
-
+
Regulação dos 
microtúbulos
Regulação dos microtúbulos
A célula regula o comprimento e 
a estabilidade dos filamentos 
A maioria dos processos reguladores 
são realizados por proteínas acessórias
As proteínas acessórias ligam-se 
aos filamentos ou as subunidades
Em uma célula animal, os 
microtúbulos são nucleados
Principalmente 
a partir de uma 
pequena estrutura
conhecida por...
Centrossomo
Regulação dos microtúbulos
Centrossomos
também são 
chamados...
“MTOC- centro 
organizador de 
microtúbulo”
Regulação dos microtúbulos
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Regulação dos microtúbulos
Matriz centrossomal fibrosa
Na matriz fibrosa 
centrossomal existem
Formadas de 
treze unidades
de tubulina-γ
Em forma de anel
Regulação dos microtúbulos
Proteínas regulatórias...
Cada anel de tubulina-γ (γ-TuRC = γ-
tubulin ring complex) funciona como...
Ou como um sítio 
de nucleação, para 
o crescimento do MT
um ponto de partida
Regulação dos microtúbulos
Regulação dos microtúbulos
Os centrossomos (MTOC)
controlam no citoplasma:
O número dos MTs
O posicionamento
e a orientação dos 
microtúbulos 
Regulação dos microtúbulos
Os dímeros de tubulina-αβ
Seguindo uma 
orientação 
específica
Serão adicionados ao anel de tubulina-γ
Regulação dos microtúbulos
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Regulação dos microtúbulos
Isto é, com a 
extremidade 
αααα ou menos
Voltada para o 
centrossomo
αααα
Regulação dos microtúbulos
ββββ
E com a 
extremidade 
ββββ ou mais
Realizando o
crescimento
Em direção 
a periferia
Regulação dos microtúbulos
αααα
ββββ
-
+
Regulação dos microtúbulos
Regulação dos microtúbulos
Proteínas acessórias
Regulação dos microtúbulos
MAP2
tau
Cinesina 13
Catanina
Gelsolina
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Algumas proteínas acessórias 
associam-se aos filamentos...
Regulação dos microtúbulos
Nessa associação...
Elas podem usar sua 
energia de ligação para... 
Aumentar ou diminuir a energia 
livre do filamento (polímero)
Regulação dos microtúbulos
O aumento ou a diminuição da 
energia livre do filamento deixa...
O filamento estável
O filamento instável
Proteínas acessórias que se 
ligam lateralmente aos MTs...
Regulação dos microtúbulos
São chamadas de MAPs...
Proteínas de associação 
a microtúbulos (MAPs)
Um subgrupo de MAPs pode 
ainda mediar a interação de MTs 
com outros componentes celulares
Regulação dos microtúbulos
MAP2
tau
Regulação dos microtúbulos
As MAPs participam daspolimerizações mais duráveis
Formação 
dos flagelos
Regulação dos microtúbulos
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Outras proteínas acessórias 
atuam na extremidade dos MTs
Regulação dos microtúbulos
Podem ter efeitos no processo de...
Instabilidade dinâmica
Elas são membros da família de proteínas 
relacionadas com as cinesinas – fatores 
de catastrofe – cinesinas 13
Regulação dos microtúbulos
Proteínas acessórias
Regulação dos microtúbulos
MAP2
tau
Cinesina 13 
Catanina *
Estatamina *
Microtúbulos: 
drogas
Fuso mitótico
Microtúbulos: drogas
Conjunto 
microtúbulos
Que guiam os 
cromossomos
durante a 
MITOSE
Metáfase
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Anáfase
Telófase
Citocinese
O fuso mitótico 
é importante...
Microtúbulos: drogas
Desenvolvimento 
dos tumores
Câncer colorretal
Colchicina...
Microtúbulos: drogas
Combina-se fortemente 
com dímeros de tubulina 
livre no citoplasma
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Microtúbulos: drogas
Impossibilitando que a 
tubulina livre acople-se na 
extremidade em formação 
do microtúbulo...
A colchicina indiretamente 
força a despolimerização
Microtúbulos: drogas
Não permitindo o crescimento 
dos microtúbulos
Não formando o fuso mitótico...
Impedindo que ocorra a mitose
Outra droga que interfere 
com os microtúbulos é o...
Microtúbulos: drogas
Taxol
Liga-se fortemente aos 
microtúbulos e evita que eles 
percam as subunidades
Microtúbulos: drogas
Com o taxol os microtúbulos 
não se despolimerizam...
Impedindo que ocorra a mitose
A colchicina e o taxol “foram” 
empregados no tratamento de 
diversos tipos de tumores
Microtúbulos: drogas
Esses medicamentos atuaram
como drogas anti-mitóticas
Por sua capacidade de alterar de 
forma importante o fuso mitótico
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Comportamento 
dos microtúbulos
Comportamento dos microtúbulos
Os MTs podem se comportar
de duas formas...
Instáveis� Citoplasma
Comportamento dos microtúbulos
Os MTs podem se comportar
de duas formas...
Instáveis
Estáveis
� Citoplasma
Comportamento dos microtúbulos
Estáveis � Estruturas especiais
- cílios
- flagelos
- centríolos
Microtúbulos
dos cílios e 
flagelos
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MT estáveis são empregados 
pelas células como suportes 
rígidos* na construção de 
estruturas especializadas
Microtúbulos dos cílios e flagelos
Cílios e flagelos
Estruturas filiformes de batimento ritmado
As células 
ciliares são 
encontradas 
na árvore 
respiratória
Cílios
E no oviduto
Os flagelos são geralmente 
únicos e longos
Flagelos
No corpo humano 
são encontrados 
apenas nos 
espermatozóides
Arranjo dos MT 
nos cílios e 
flagelos 
São constituídos por vários 
microtúbulos estáveis
Envoltos por membrana
Arranjo dos MT: cílios e flagelos
Dispostos paralelamente
Organizados em um feixe
Arranjo dos MT: cílios e flagelos
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Arranjo dos MT: cílios e flagelos
São organizados
num arranjo 
distinto (9:2)
No par central 
os microtúbulos 
não estão
fundidos...
E são unidos 
por estruturas 
protéicas
Bainha central
Arranjo dos MT: cílios e flagelos
Arranjo dos MT: cílios e flagelos
Unem a bainha 
central...
Pares periféricos
Filamento, raio
ou pedúnculo 
radial
Arranjo dos MT: cílios e flagelos
Compartilham MTs
Arranjo dos MT: cílios e flagelos
Formados pela 
proteína nexina
Os pares 
periféricos 
são unidos 
lateralmente
Por braços 
protéicos...
Arranjo dos MT: cílios e flagelos
“Preso” ao MT 
do par periférico
Braços protéicos
Externos e internos 
Dineína ciliar
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Arranjo dos MT: cílios e flagelos
Arranjo dos MT: cílios e flagelos
Possui atividade 
ATPásica 
Dineína ciliar
Arranjo dos MT: cílios e flagelos
Arranjo dos MT: cílios e flagelos
Doença associada
Síndrome de Kartagener
Freqüentes infecções respiratórias 
Quadros de sinusites crônicas
Infertilidade masculina
Doença associada
Acarreta em seus portadores:
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Síndrome de 
Kartagener...
Doença associada
Ou síndrome dos 
cílios imóveis...
Causada pela 
ausência dos
braços de 
dineína
Essa ausência
impede o 
movimento
dos MTs
Doença associada
E por conseguinte...
A movimentação
dos cílios e flagelos
Microtúbulos
dos centríolos
Cada célula 
possui um 
par de 
centríolos
Microtúbulos dos centríolos
Localizados na região 
conhecida por centrossomo
Microtúbulos dos centríolos
Origina os 
microtúbulos
Fuso mitótico
Microtúbulos dos centríolos
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Microtúbulos dos centríolos
Microtúbulos dos centríolos
O centríolo ao ME 
é um cilindro...
Formado por feixes
paralelos de MTs
estáveis
Não recobertos por
membrana plasmática
Microtúbulos dos centríolos
Dispostos
em 9 feixes
Formados por 
uma tríade de 
3 microtúbulos
São 27 MTs (9:3)
A união das
9 tríades...
Microtúbulos dos centríolos
Ocorre através 
de várias pontes 
protéicas 
Microtúbulos_resumo
13
9:2
9:3
Motores 
moleculares
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Movimento de 
organelas sobre 
os microtúbulos
Microtúbulos
Os principais elementos 
do citoesqueleto são:
Filamentos de actina
Filamentos intermediários
Citoesqueleto
Filamentos 
de actina
Filamentos de actina
Possuem cerca 
de 5 a 9 nm de 
diâmetro
A actina é a proteína 
intracelular mais 
abundante na maioria 
das células eucarióticas
Filamento de actina
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Filamento de actina
Formação dos 
filamentos de 
actina
Formação do filamento de actina
Actina G
Monômero 
globular
Encontrado 
no citoplasma
Cada monômero 
de actina G
Um nucleosídio 
trifosfatado (ATP)
Carrega associado 
fortemente...
Fenda de ligação de ATP
Formação do filamento de actina
Formação do filamento de actina
Fenda de ligação de ATP
+
-
Os monômeros irão se unir 
através de ligações fracas
Resultando 
um polímero 
filamentoso
Formação do filamento de actina
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34
Formação do filamento de actina
+
-
(-)
(+)
Hélice dextrogira
O filamento de actina consiste 
de dois protofilamentos paralelos 
e enrolados um sobre o outro
Formação do filamento de actina
A polimerização do filamento 
de actina têm 3 fases (in vitro)
Nucleação
Alongamento
Equilíbrio
Formação do filamento de actina
Formação do filamento de actina
Regulação dos 
filamentos de 
actina
Regulação do filamento de actina
Complexo ARP
Forminas
Timosina
Profilina
Geosolina
Tropomiosina 
Cofilina 
Proteínas acessórias são envolvidas 
com os filamentos de actina
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A nucleação dos filamentos 
de actina ocorre com mais 
frequência na membrana 
Regulação do filamento de actina
Os filamentos de actina 
posicionados no córtex...
Determinam o formato e 
o movimento da célula...
Regulação do filamento de actina
Formato...
E coli
Regulação do filamento de actina
Movimento...
A nucleação pode ser 
catalisada por 2 tipos:
Regulação do filamento de actina
Complexo ARP
Forminas
O complexo ARP provoca a 
nucleação do crescimento a 
partir da extremidade menos 
Regulação do filamento de actina
(-)
(+)
Regulação do filamento de actina
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Regulação do filamento de actina
Assim, a extremidade mais 
pode sofrer expansão...
Regulação do filamento de actina
O complexo ARP também 
realiza ligações laterais...
E coli
Regulação do filamento de actina
Lamelipódios
A nucleação pode ser 
catalisada por 2 tipos:Regulação do filamento de actina
Complexo ARP
Forminas
Muitas das grandes estruturas 
de actina vistas nas células...
Regulação do filamento de actina
Sulco de clivagem de uma 
célula em divisão...
São compostos por feixes 
paralelos de actina
Regulação do filamento de actina
A formação 
desses feixes 
paralelos...
São induzidos 
pelas...
Forminas
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Forminas são proteínas diméricas 
responsáveis pela nucleação...
Regulação do filamento de actina
Regulação do filamento de actina
Anel contráctil: actina e miosina
O equilíbrio entre...
É propiciada por duas proteínas... 
Timosina e a profilina
Regulação do filamento de actina
Monômeros de actina G livres
e os que estão polimerizados
Timosina liga-se à actina G 
deixando a mesma em um 
estado de repouso...
Não podendo esse monômero...
Regulação do filamento de actina
Associar-se em nenhuma 
das extremidades...
A profilina liga-se na actina G...
+
-
Regulação do filamento de actina
Na face contrária a fenda de ligação
Impedindo a 
ligação à 
extremidade 
menos
O complexo (profilinina + actina G)
Regulação do filamento de actina
Pode ser 
adicionada a 
extremidade +
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Timosina e profilina acabam 
competindo pelos monômeros 
livres de actina G...
Regulação do filamento de actina
Alterando o equilíbrio entre os 
monômeros livres e os que estão 
polimerizados no filamento
Em certas situações a célula 
pode quebrar um filamento 
longo preexistente...
Regulação do filamento de actina
A proteína chamada de gelsolina...
Faz a quebra os filamentos 
de actina as custas da do Ca+2
Regulação do filamento de actina
Complexo ARP
Forminas
Timosina
Profilina
Geosolina
Tropomiosina *
Cofilina *
Proteínas acessórias são envolvidas 
com os filamentos de actina
Cap Z *
Instabilidade do 
filamento de actina
Instabilidade do filamento de actina
A actina possui a capacidade 
intrínseca de hidrolisar a 
molécula de ATP...
Controla a resistência da 
ligação entre os monômeros
Instabilidade do filamento de actina
A hidrólise do ATP em ADP...
Reduz a resistência da ligação 
entre os monômeros
Promovendo a 
despolimerização
13/02/2012
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Maior velocidade de 
incorporação...
Não permite a hidrólise 
do ATP em ADP...
Grande resistência da ligação 
entre os monômeros de actina 
Filamento tende a crescer...
Instabilidade do filamento de actina
Instabilidade do filamento de actina
Menor velocidade de 
incorporação...
Reduzindo a resistência da 
ligação entre os monômeros
Possibilita a hidrólise do ATP
em ADP na fenda de ligação
Filamento tende a diminuir...
Proteínas de 
ligação cruzada 
organizam o 
filamento de actina
Os filamentos de actina podem estar 
organizados em dois tipos de arranjos:
Organização dos filamentos de actina
Arranjo de redes (ou teias)
Arranjo de feixes
Estas diferentes estruturas (redes ou 
feixes) são inicialmente formadas...
A partir da ação de proteínas de 
nucleação distintas...
Complexo ARP
Forminas
--> Redes
--> Feixes
Organização dos filamentos de actina
Para auxiliar a formação dessas 
estruturas específicas (redes e feixes)
Existe a necessidade da participação
de outro tipo de proteínas...
Proteína de interligação (PI)
--> de redes --> de feixes
Organização dos filamentos de actina
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Características das proteínas de 
interligação de rede ou de feixes 
Organização dos filamentos de actina
Dois domínios similares de ligação
Espaçamento entre os domínios
PI de rede: interligam em arranjos 
paralelos
PI de feixe: interligam em arranjos 
ângulos abertos
Organização dos filamentos de actina
Espaçamento entre os domínios
Arranjos (paralelos ou ângulo)
Determinam...
+
Tipo de estrutura e a função
α actinina
Fimbrina
Proteínas de interligação (feixe)
Organização dos filamentos de actina
Vilina
Miosina I
Organização dos filamentos de actina
Organização dos filamentos de actina
Filamina
Proteínas de interligação (rede)
Organização dos filamentos de actina
Espectrina
Espectrina
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Podem formar...
Estruturas rígidas
Organização dos filamentos de actina
Microvilosidades
Funções dos filamentos de actina
Miosina e calmodulina 
Vilina e fimbrina
Funções dos filamentos de actina
Citocinese
Podem formar...
Funções dos filamentos de actina
Miosina
Anéis contráteis
Funções dos filamentos de actina
Podem formar...
Filopódios e 
lamelipódios
Funções dos filamentos de actina
Locomoção celular
Proteínas relacionadas 
à actina (ARP)
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E coli
Funções dos filamentos de actina
Locomoção 
da célula
E coli
Locomoção 
da célula
Proteínas relacionadas 
a actina (ARP)
Funções dos filamentos de actina
Funções dos filamentos de actina
Funções dos filamentos de actina
Funções dos filamentos de actina
E coli
Filamentos de actina
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Contração 
muscular
Microtúbulos
Os principais elementos 
do citoesqueleto são:
Filamentos de actina
Filamentos intermediários
Citoesqueleto
Filamentos 
intermediários
Filamentos intermediários
São assim 
chamados 
devido ao 
seu diâmetro
de 10nm
Filamentos intermediários_localização
Encontrados no 
citoplasma (1)
Junções 
célula-célula Desmossomos
Onde estão 
ancorados 
Na forma de cordões
Encontrados no interior 
do núcleo celular (2)
Filamentos intermediários_localização
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Uma trama 
de filamentos 
intermediários
Conhecida por... Lâmina nuclear
Formam 
uma “rede”
Filamentos intermediários_localização
Filamentos intermediários_localização
Citoplasmáticos Nucleares
Filamentos intermediários
Forma de “cordões” Forma de “rede”
Filamentos intermediários_localização
Filamentos intermediários_função
Estrutural
Ao se associarem
com as membranas
Do citoplasmática
E do núcleo
Filamentos intermediários_função
Resistência 
mecânica
Dissipando para o citoplasma as forças 
de tração ao qual a célula é submetida 
São encontrados principalmente 
no citoplasma das células...
Nas células epiteliais
Nas células musculares
Que são submetidas a 
estresses mecânicos
Nos axônios dos neurônios
Filamentos intermediários_função
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Filamentos intermediários_função
Evitando que 
as células se 
rompam...
Os FI distribuem o efeito de
forças localmente aplicadas
Filamentos intermediários_função
Estrutura dos 
filamentos 
intermediários
Filamentos intermediários
Todos os filamentos intermediários
possuem a mesma estrutura
São constituídos pela 
agregação de moléculas
Amplamente alongadas
Filamentos intermediários
Um domínio central (alongado)
Uma cauda globular (C terminal)
Uma cabeça globular (N terminal)
Filamentos intermediários
O domínio central consiste 
em uma região em αααα-hélice
Permitindo que o pareamento 
dessas subunidades protéicas
Formem dímeros estáveis
ao serem enroladas entre si 
13/02/2012
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Filamentos intermediários
As Ligações entre os 
monômeros para formar os 
filamentos ocorrem através de...
Ligações 
não-covalentes
Filamentos intermediários
monômeros dímeros2
Filamentos intermediários
monômeros
dímeros
Filamentos intermediários
monômeros dímeros
tetrâmerosFilamentointermediários
2
2
8
Filamentos intermediários
monômeros
dímeros
tetrâmeros
Filamentos intermediários
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Filamentos intermediários
Subunidades longase não coincidentes: domínios de contatos laterais
Propriedade 
de flexibilidade
(igual a corda)
Filamentos intermediários
Filamentos intermediários
As cabeças e as caudas estão 
expostas na superfície do FI 
Permitindo uma interação
dessas cabeças e caudas...
Com componentes do 
citoplasma e do núcleo
Filamentos intermediários
Proteínas dos 
filamentos 
intermediários
Proteínas dos FI
Citoplasmáticos Nucleares
Filamentos intermediários
Queratinas Semelhante
a vimentina 
(desmina)
Neurofilamentos Laminas
em epitélios
em células 
musculares e 
em tecido 
conjuntivo 
em neurônios em todos os 
núcleos das 
células animais
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Os FI presentes 
no citoplasma
“Cordas”
Estão dispostos 
como estruturas
semelhantes a...
Exemplo: FI_queratinas
Desmossomos
Diferentes conjuntos de 
queratinas são encontrados 
em diferentes epitélios:
Intestino
Epiderme
Exemplo: FI_queratinas
: Queratina de baixo PM
: Queratina de alto PM
Existe uma doença de pele
Importância biológica
Envolvidas com as 
células da camada 
basal da epiderme
Originada pela mutação dos 
genes que codificam tipos 
específicos de queratinas...
Epidermólise bolhosa
Os filamentos intermediários, 
formados por essas queratinas 
defeituosas, tornam-se frágeis
Em conseqüência, ao menor atrito, 
ocorre a ruptura da MB da epiderme
Originando “espaços” entre as células
Importância biológica
Importância biológica
Mais uma importância biológica
Os vários tipos de FI são 
específicos na formação
dos diversos tecidos
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Proteínas dos FI
Citoplasmáticos Nucleares
Filamentos intermediários
Queratinas Vimentina Neurofilamentos Laminas
em epitélios em células 
musculares 
e em tecido 
conjuntivo 
em neurônios em todos os 
núcleos das 
células animais
Mais uma importância biológica
Os vários tipos de FI são 
específicos na formação
dos diversos tecidos
E essa especificidade é muito utilizada
nos diversos tipos de biópsias...
Tumores e suas metástases
Para se caracterizar os tecidos que originam
A detecção da queratina pela técnica 
de imunocitoquímica, por exemplo...
E a variedade da queratina 
observada pode ainda informar...
Indica que o tumor é de origem epitelial
Quanto ao tipo de epitélio onde 
se formou o tumor pesquisado
Mais uma importância biológica
Sinais externos 
podem ditar a 
direção da 
migração
Sinais externos e migração
Sinais externos e migração
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Define-se quimiotaxia
como movimento celular
Exemplo é o movimento das 
células brancas (neutrófilos)
Sinais externos e migração
Em uma direção controlada
por gradiente químico difusível
Sinais externos e migração
A locomoção celular necessita 
de uma polarização inicial...
Sinais externos e migração
Para posicioná-la em 
uma direção específica
Sinais externos e migração
Proteínas receptoras na 
superfície dos neutrófilos
Sinais externos e migração
Permitem a detecção de 
concentrações baixas de 
moléculas sinalizadoras
Peptídeos N-formilados
Peptídeos derivados de 
proteínas bacterianas
Sinais externos e migração
Moléculas sinalizadoras
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A polimerização local de actina
ocorre nas proximidades dos 
receptores, quando estes 
encontram os seus ligantes
A resposta depende de GTPases 
monoméricas da família Rho
Sinais externos e migração
Sinais externos e migração
Sinais externos e migração
Sinais externos e migração
E coli
Sinais externos e migração
A direção da migração da célula 
também pode ser influenciada por 
sinais químicos não-difusíveis
Sinais externos e migração
Conectados à MEC
Conectados à superfície de 
outras células
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A ativação de receptores por 
esses sinais pode provocar um 
aumento da adesão celular 
Sinais externos e migração
Direcionando a 
polimerização dos 
filamentos de actina
Sinais externos e migração
A polimerização da actina
ocorre no sítio de contato
em ambas as células
Sinais externos e migração
Nas células T, as interações 
entre a zona de contato rica 
em actina e os microtúbulos
Sinais externos e migração
Sinais externos e migração
Resultam na reorientação 
dos microtúbulos...
Sinais externos e migração
Esse movimento reorienta
também o centrossomo...
Sinais externos e migração
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Sinais externos e migração
Posicionando o centrossomo 
na zona de contato entre a 
célula T e a célula-alvo
Sinais externos e migração
Os microtúbulos
reorientados posicionam
o Complexo de Golgi...
Sinais externos e migração
Exatamente sobre a zona 
de contato entre as células
Sinais externos e migração
A complexa 
especialização 
dos neurônios
http://static.hsw.com.br/gif/cipa-pain-diagram.gif
Neurônios e citoesqueleto
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Neurônios e citoesqueleto
Os neurônios na embriogênese
desenvolvem uma série de longos 
processos especializados que irão
Neurônios e citoesqueleto
Receber sinais elétricos (dendritos)
Transmitir esses sinais (axônios)
Dendritos e axônios
Neurônios e citoesqueleto
Encontram-se preenchidos
por feixes de microtúbulos
Importante para sua 
estrutura e função
Neurônios e citoesqueleto
CITOESQUELETO
Prof. Dr. Cleber Machado de Souza