Citoesqueleto de Actina

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Citoesqueleto de Actina 
A Actina é a proteína mais abundante nas células Eucarióticas: 
Células musculares – representam 10% do peso total das proteína 
Células NÃO musculares – representam de 1 a 5 %. 
Actina é uma proteína de tamanho médio, consiste de 375 resíduos de aminiácidos codificados por 
uma grande e altamente conservada família de genes. 
Eucarióticos Inferiores – Leveduras e Amebas – possuem apenas um simples gene para Actina. 
Eucarióticos Superiores 
Humanos – possuem seis genes que codificam várias isoformas 
Vegetais – possuem até 60 genes. 
Resíduos de Actina de Amebas e de Animais são idênticos em 80% das posições. 
 Nos Vertebrados, as 4 isoformas de α-Actina presentes em várias células musculares e as isoformas β e 
γ-Actina das células NÃO musculares diferem apenas em 4 ou 5 posições. 
Tipos de Actina 
 Actina existe como monômeros chamados actina-G e como polímeros filamentosos denominados 
actina-F, um polímero de subunidades de actina-G. 
 Cada molécula de Actina contém Mg+2 complexado com ATP ou ADP: 
Tipos: ATP-G-actina, ADP-G-actina, ATP-F-actina e ADP-F-actina. 
Filamentos de Actina (actina-F)- Polaridade Funcional e estrutural 
 Quando corados negativamente para observação ao MET, a actina-F aparece como “duas hélices 
compactas de moléculas de actina-G, retorcidas ente si”, originando um filamento longo, flexível, cujo 
diâmetro varia entre 7 a 9 nm. 
 Devido a esta rotação, o Filamento apresenta alternativamente, áreas mais finas (7 nm diâmetro) e 
mais espessas (9 nm diâmetro). 
 
 
Devido à orientação dos monômeros de Actina-G, o Filamento de Actina assume uma estrutura Polar, com 
duas extremidades diferentes: 
 MENOS – relativamente inerte e de crescimento lento, conhecida como extremidades “cabeça-de-seta 
ou penetrante”; 
 MAIS – de crescimento rápido (5 a 10X), sendo conhecida como extremidade “farpada”. 
Polimerização 
 
 
A polimerização inicia-se com a formação de pequenos agregados consistindo de 3 monômeros de 
Actina (nucleation). 
O Filamento cresce por adição (reversível) de monômeros em ambas as extremidades, porém, na 
MAIS, cresce 5 a 10 vezes mais rapidamente do que na MENOS (elongation). 
Os monômeros de actina-ATP são hidrolisados imediatamente após a polimerização. 
Os monômeros de Actina-ATP polimerizam MAIS rapidamente do que aqueles Actina-ADP, mesmo 
sabendo-se que o ATP não é requerido para a Polimerização. 
Despolimerização 
 A Polimerização é um processo reversível, onde monômeros de Actina associam-se ou dissociam-se, 
das extremidades do Filamento de Actina; 
 A velocidade de Dissociação (Despolimerização) das subunidades (Koff) é independente da 
concentração do monômero; 
 A velocidade de Associação (Polimerização)das subunidades é proporcional à concentração de 
monômeros livres, dado pela fórmula C x Kon (C = concentração de monômeros livres); 
 Um aparente equilíbrio é alcançado na Concentração Crítica de monômeros (Cc), onde Koff = Cc x Kon . 
 
 
 
 
Koff 
Kon 
Treadmilling 
 
A velocidade de crescimento na extremidade MAIS sendo mais rápida do que a MENOS e, da 
dissociação de actina-ADP ser maior do que a actina-ATP, resulta numa diferença na Concentração crítica de 
monômeros necessários para a Polimerização em ambas as extremidades. 
Esta diferença pode resultar no fenômeno conhecido como “Treadmilling”. 
Proteínas de Ligação à Actina – Quadro Geral 
 A Actina está envolvida numa gama extraordinariamente ampla de estruturas, desde as expansões 
rígidas e relativamente permanentes da superfície celular, até as redes tridimensionais dinâmicas na borda 
anterior de uma célula em migração. 
 Em cada caso a estrutura fundamental do Filamento de Actina é a mesma: o que varia nos diferentes 
arranjos são: 
Comprimento do Filamento; 
Estabilidade; 
Número e geometria de suas ligações (entre si e com outros componentes celulares). 
 Estes diferentes arranjos, dependem de um grande número de proteínas que se ligam à Actina, 
modulando as propriedades e funções dos microfilamentos . 
 Muitas destas proteínas pertencem à superfamília das homólogas à calponina (uma proteína 
muscular). 
As mais curtas (fimbrina e α-actinina) são descritas em feixes de actina dentro das extensões (ou 
projeções) celulares; são conhecidas como proteínas empacotadoras. 
As mais longas (filamina, espectrina e distrofina), são descritas em Redes na região cortical adjacente à 
membrana plasmática. 
Citoesqueleto de Actina – Organização em Feixes e Redes 
 A observação de elétromicrografias revela a presença de Feixes e Redes de filamentos de Actina no 
citosol das células. 
 Projeções de Actina originam-se da superfície celular, nas quais os filamentos estão organizados em 
Feixes. 
 Estes Feixes de filamentos continuam pelo interior da célula, onde eles se reorganizam e formam uma 
Rede de filamentos. 
 Estas duas estruturas, Feixes e Redes, são os arranjos mais comuns dos Filamentos de Actina, nas 
células. 
Abaixo, eletromicrografias e esquemas, mostrando a participação de Filamentos de Actina e suas 
interações com proteínas integrais da membrana, originando grandes complexos em forma de Redes 
(Citoesqueletos, de eritrócitos, plaquetas e de células, muscular e epitelial), denominadas de córtex. 
 Feixes de Actina suportando projeções em forma de dedos da membrana, as Microvilosidades e os 
Filopódios, também são observadas em eletromicrografias. 
 A Polimerização de Actina é regulada por algumas proteínas que se ligam e seqüestram monômeros de 
Actina-G. 
 A timosina β4 (PM=5000D) é a principal proteína citosólica que seqüestra até 40% de Actina-ATP-G 
(mas não Actina-F), impedindo sua polimerização, sendo muito importante, pois mantém uma reserva de 
monômeros de Actina-ATP-G. 
 Outra proteína, a Profilina (PM=15.000D) também liga-se aos monômeros de Actina-ATP-G, porém, 
tamponando apenas 20% da actina despolimerizada. 
 Entretanto, sua principal função é promover o crescimento dos filamentos de actina. 
• Auxilia a adição de monômeros no final MAIS do filamento; 
• Ligando-se ao GPI da membrana plasmática, o que evita sua ligação com a Actina-G; 
• Promove a polimerização de Filamentos de actina atuando como um fator de “troca de 
nucleotídeos”. 
 
Algumas Proteínas Citosólicas que Controlam a Polimerização de Actina 
Proteínas Peso Molecular Atividade 
Cofilina 15.000 Cortadora, Quepe ( + ) 
GCAP19 40.000 Quepe ( - ) 
Severina 40.000 Cortadora, Quepe 
Gelsolina 87.000 Cortadora, Quepe ( + ) 
Vilina 92.000 Cortadora, Quepe, Ligação 
CapZ 
36.000(α) Cortadora, Quepe, Ligação 
32.000(β) ? 
Tropomodulina 40.000 Quepe ( - ) 
 
(Modificado de: Molecular cell biology / Harvard Lodish et al. 4th ed. 1999 W. H. Freeman Co.) 
Mecanismo de Atuação das Proteínas Cortadoras e das que formam Quepe 
 Um grupo de proteínas se liga e controla o crescimento dos Filamentos de Actina, cortando-os e 
reduzindo a fragmentos curtos. 
 Após o corte, a proteína “cortadora” permanece ligada na extremidade MAIS de um dos fragmentos 
resultantes, evitando seu crescimento (Quepe). 
 A outra extremidade do fragmento, a MENOS, permanece desprotegida ocorrendo um rápido 
encurtamento, embora muitos filamentos permaneçam ligados. 
 
Mecanismos de Regulação 
 As principais proteínas Cortadoras / Quepe, estudadas são a Gelsolina e a Cofilina. 
 
Gelsolina e a Cofilina ligam-se ao GPI; assim, ficam impedidas de atuarem sobre os Filamentos de Actina. Com 
a hidrólise do GPI, ficam liberadas e atuam rapidamente, promovendo um corte nos Filamentos. 
 
	Tipos de Actina
	Filamentos de Actina (actina-F)- Polaridade Funcional e estrutural
	Polimerização
	Despolimerização
	Treadmilling
	Proteínas de Ligação à Actina – Quadro Geral
	Citoesqueleto de Actina – Organização em Feixes e Redes
	Mecanismo de Atuação das Proteínas Cortadorase das que formam Quepe
	Mecanismos de Regulação