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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
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