Aula Citoesqueleto

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CITOESQUELETO 
 
 Sistema integrado que gera, transmite e sente 
eventos mecânicos em uma variedade de funções 
celulares 
 
 A célula é capaz de reagir integralmente a 
condições intrínsecas e extrínsecas pela coordenação 
dependente de forças diretas e distribuídas pelo 
citoesqueleto 
 
 Nos tecidos – proteínas transmembranares 
(integrinas) e junções transmitem a informação de 
célula a célula e de célula a matriz extracelular 
citoesqueleto 
 Importância Evolutiva 
 Movimento (migração, músculo, cílio e flagelo) 
 Alimentação (Fagocitose e pinocitose) 
 
Forma 
 Sustentação 
  Organização intracelular 
 Transporte intracelular (organelas e vesículas) 
 Comunicação 
  Divisão celular (Fuso mitótico e anel contrátil) 
 Adesão celular 
 
• Filamentos de Actina (microfilamentos)– 
formado por 2 filamentos torcidos com 5-9 nm 
que se agrupam em feixes localizados 
principalmente no córtex celular próximo à 
membrana. Determina a forma e movimento da 
célula. 
• Microtúbulos – estruturas longas e cilíndricas 
e um diâmetro externo de 25 nm. São mais 
rígidos que a actina e possuem uma 
extremidade associada a um centrossoma 
(centro organizador de microtúbuluos). 
Determinam o posicionamento das organelas e 
transporte interno. 
•Filamentos intermediários – são fibras com 
um diâmetro médio de 10 nm formadas por 
uma grande família de proteínas heterogêneas. 
Estão espalhados por todo o citoplasma, 
conferindo resistência mecânica às células 
 Actina e Tubulina são altamente conservadas 
 Tubulina de levedura e mamíferos – 75% de homologia 
 Mamíferos – 6 isoformas com localização e função distintas, 
codificada por diferentes genes muito similares. 
 
Actina de levedura e de Drosophyla - 89% de homologia 
 
Várias proteínas diferentes são capazes de se ligar e interagir com os 
filamentos de actina e microtúbulos 
 Estrutura do filamento de actina 
 
(A) Microscopia eletônica de filamentos 
de actina contrastados negativamente. 
 Molecular Biology of the Cell. Alberts et al 
Molecular Biology of the Cell. Alberts et al 
 Esquema dos monômeros e do filamento de actina 
 
Molecular Biology of the Cell. Alberts et al 
Figure 18-11. The three phases of G-actin polymerization in vitro. (a) During the initial nucleation phase, ATP G-actin monomers (pink) slowly form 
stable complexes of actin (purple). These nuclei are more rapidly elongated in the second phase by addition of subunits to both ends of the filament. In the 
third phase, the ends of actin filaments are in a steady state with monomeric ATP G-actin. After their incorporation into a filament, subunits slowly 
hydrolyze ATP and become stable ADP F-actin (white). Note that the ATP-binding clefts (black triangles) of all the subunits are oriented in the same 
direction in F-actin. (b) Time course of the in vitro polymerization reaction (pink curve) reveals the initial lag period. If some actin filament fragments are 
added at the start of the reaction to act as nuclei, elongation proceeds immediately without any lag period (purple curve). 
 
Nucleação dos filamentos de actina 
 
 - Normalmente na Membrana Plasmática - 
 
 - Determina forma e movimento 
 
 - Projeções celulares – microvilosidades, filipódios e 
 lamelipódios 
Rede de actina abaixo da membrana plasmática 
de uma célula animal observada em microscopia 
eletrônica pela técnica de “deep etch” 
 
Molecular Biology of the Cell. Alberts et al 
 Distribuição dos filamentos de actina 
 
 Como o mesmo filamento pode se organizar em diferentes arranjos? 
 
 Os filamentos de citoesqueleto nunca trabalham sozinhos 
 Proteínas acessórias – Funções: 
–Permitem que um mesmo filamento participe de 
diferentes funções em diferentes regiões da célula 
– Regulam a velocidade e a extensão da polimerização 
– Produzem força e movimento direcionado ao longo do 
filamento hidrolisando ATP 
– Regulam a distribuição espacial e o comportamento 
dinâmico dos filamentos 
– Permitem uma estrutura altamente organizada, mas 
flexível 
– Permitem a interação com outras estruturas 
Vídeos 16.6 / 16.4 /16.8 / 16.10 
Proteínas que se ligam à actina 
-Proteínas empacotadoras 
- Proteínas formadoras de gel 
- Proteínas motoras – múltiplos tipos de miosina 
 
 Regulam os filamentos de actina 
-Comprimento 
- Estabilidade 
- Número 
- Geometria da ligação 
Contatos Focais 
- Fibroblasto em cultura – separado do substrato por 
50 nm e nas regiões de contato por 10 nm 
Vídeo 25.2 
Especializações de Membrana 
 
 
Microvilosidades: prolongamentos da membrana 
plasmática que aumentam a superfície de absorção das 
células; contêm glicocálice desenvolvido e filamentos de 
actina, que dão sustentação. Encontradas nas células 
epiteliais do intestino delgado e rim. 
 
 
 Calcula-se cada célula epitelial possua em média 3.000 microvilosidades. 
 Como conseqüência, há um aumento apreciável da superfície da 
membrana em contato com o alimento. Isso permite, por exemplo, uma 
absorção muito mais eficiente do alimento ingerido. 
Microvilosidades 
Especializações de Membrana 
 
Estereocílios: prolongamentos da superfície celular; não 
possuem mobilidade; aumentam a superfície de absorção 
das células, facilitando o transporte de água e moléculas. 
São encontradas em células epiteliais do epidídimo e 
ductos do aparelho genital masculino, e em células do 
ouvido interno. 
Vídeo 11.2 
 Microtúbulos 
 
Vídeo 16.1 
Figure 16-27. The interphase array of microtubules in 
a cultured fibroblast. The microtubules (green) are 
stained with an antibody to tubulin; the cell nucleus 
(blue) is stained with a fluorescent DNA-binding dye. 
(Courtesy of Nancy L. Kedersha.) 
 Centro Organizador dos Microtúbulos 
 
 g – tubulina que forma complexo de anéis que servem como molde 
para os 13 protofilamentos 
 Centrossomo – maioria das células animais 
 Localização próxima ao núcleo 
 Matriz fibrosa de proteínas 
 1 par de centríolos que organiza a matriz e se duplica na intérfase e 
migra para depois formar o fuso 
 
‘ 
Vídeo 16.3 
 Proteínas acessórias 
 
 Statimina – se liga ao dímero, diminuindo a disponibilidade para 
polimerização 
 MAPs (estabilidade, regulação, interação e distribuição) 
 TAU 
 XMAP215 – ubíqua – fosforilação e mitose 
 
 Catastrofina 
g – tubulina 
 
MAPs- proteínas associadas a microtúbulos 
Verde- distribuição 
da MAP TAU nos 
axônios 
Laranja- MAP2 no 
corpo celular e 
dendritos 
Proteínas Motoras 
Vídeo 16.7 
Figure 13-34. The endocytic pathway from the plasma 
membrane to lysosomes. Transport from early to the late 
endosome is mediated by large endosomal carrier vesicles, 
which contain large amounts of invaginated membrane and 
are therefore called multivesicular bodies. It is uncertain 
whether they should be regarded as middle-aged 
endosomes moving toward the cell interior as they mature 
or as distinct transport compartments. The movement 
occurs along microtubules and can be experimentally 
blocked with microtubule-depolymerizing drugs. 
Eventually, the late endosome is thought to convert into a 
lysosome. Transport vesicles recycle material between the 
early endosome and the cell surface, while a different set 
of transport vesicles recycle material between the late 
endosome and the trans Golgi network. 
OS MICROTÚBULOS FORMAM TRILHOS POR 
ONDE VESÍCULAS E ORGANELAS PODEM 
CIRCULARCentrossomo 
 Microtúbulos 
R.E. 
Golgi 
Núcleo 
 B- células tratadas 
com anticorpos que 
reconhecem o RE e 
microtúbulos; 
C- células tratadas 
com anticorpos que 
reconhecem Golgi e 
microtúbulos 
Vídeos 16.5 / 16.2 
Orientation of cellular microtubules 
Vídeos 18.2 / 18.4 / 18.5 
Figure 19-16. Structures of colchicine and taxol. These 
and other drugs that interfere with normal assembly and 
disassembly of microtubules have an antimitotic effect that 
is particularly devastating to rapidly dividing cells, such as 
cancer cells. 
Drogas que inibem tubulina 
 
Taxol – se une aos microtúbulos e impede a despolimerização da tubulina 
 
Colchicina, vinblastina e vincristina – se ligam à tubulina pela extremidade +, 
evitando a agregação dos microtúbulos 
Figure 19-26. A general model for kinesin- and dynein-mediated transport in a typical cell. The array of 
microtubules, with their (+) ends pointing toward the cell periphery, radiates from an MTOC in the Golgi 
region. Kinesin-dependent anterograde transport conveys mitochondria (carried by KIF1B), lysosomes, and an 
assortment of membrane vesicles to the endoplasmic reticulum (ER) or cell periphery. Cytosolic 
dynein dependent retrograde transport conveys elements of the ER, late endosomes, and lysosomes to the 
cell center. [Adapted from N. Hirokawa, 1998, Science 279:519.] 
Especializações da Membrana 
 
Cílios e Flagelos 
 
 Os cílios e flagelos são flexíveis prolongamentos da membrana celular, que 
variam de comprimento, sendo responsáveis pelo movimento de células como o 
espermatozóide e organismos unicelulares como o Paramecium. 
 
 Essas estruturas são construídas a partir de microtúbulos, proteínas motoras 
(dineínas) e outras proteínas acessórias. 
 
 As dineínas do axonema provocam o deslizamento entre os microtúbulos através 
da hidrólise de ATP, proporcionando os batimentos ciliares e flagelares. 
9 PARES DE MICROTÚBULOS PERIFÉRICOS 
(13 + 11 SUBUNIDADES) 
+ 1 PAR CENTRAL (13+13 SUBUNIDADES) 
Cílios e flagelos são 
constituídos por estrutra 
denominada axonema, 
constituída de nove duplas 
de microtúbulos dispostos 
circularmente e dois 
microtúbulos centrais. 
Moléculas de dineína ciliar 
formam pontes entre os 
pares de microtúbulos. 
O axonema é fixado por corpos basais à superfície celular, que apresenta forma 
semelhante ao centríolo e funciona como um núcleo de montagem de cílios e 
microtúbulos flagelares. 
CENTRÍOLOS E CORPÚSCULO BASAL 
 
9 TRIPLETS (TRIOS) DE MICROTÚBULOS 
PERIFÉRICOS 
(11+13 + 11 SUBUNIDADES) 
SEM PAR CENTRAL 
 Filamentos Intermediários 
 Encontrado em alguns metazoários (vertebrados, 
nematodos e moluscos) 
 Importância para suportar estresse mecânico 
 Não ocorre em todos os tipos celulares 
 Diferentes famílias expressa em diferentes tipos celulares 
 
 
 Localização – rede que envolve o núcleo indo até a periferia onde interage 
com a membrana 
 
Célula epitelial em cultura marcada com anticorpo contra queratina 
 mais proeminente nas células que estão 
sujeitas a estresse mecânico 
 
 Presente em grande número no epitélio, 
onde participam das junções celulares; ao 
longo dos axônios das células nervosas e 
em todos os tipos de células musculares 
4 famílias diferentes expressas em diferentes tipos celulares 
 Tipos de Filamentos Intermediários 
1) Queratina – 20 tipos diferentes expresso nas células 
epiteliais humanas (10 específicas para cabelo e unha) 
 
-Diagnóstico da origem de câncer epitelial – escolha de 
tratamento 
 
- Mutação – doenças humanas 
Ex. Epidermólise bullosa simplex 
 
2) Laminas Nucleares – proteínas filamentosas que formam uma 
rede abaixo da membrana interna nuclear. Ancoragem de 
cromossomos e poros nucleares 
3) Neurofilamentos – durante o crescimento do axônio novos 
filamentos são adicionados. O nível de expressão de 
neurofilamentos parece controlar diretamente o diâmetro do axônio 
(relacionado com a velocidade do sinal elétrico) 
Doenças Neurodegenerativas- Ex.: esclerose amiotrófica lateral 
(Lou Gehrig´s) – associada ao acúmulo e à formação anormal de 
neurofilamentos no corpo do axônio (transporte neuronal e atrofia 
muscular) 
Electron micrographs of two types of intermediate filaments in cells of the nervous system. (A) 
Freeze-etch image of neurofilaments in a nerve cell axon, showing the extensive cross-linking through 
protein cross-bridges - an arrangement believed to provide great tensile strength in this long cell 
process. The cross-links are formed by the long, nonhelical extensions at the carboxyl terminus of the 
largest neurofilament protein. (B) Freeze-etch image of glial filaments in glial cells illustrating that 
these filaments are smooth and have few cross-bridges. (C) Conventional electron micrograph of a 
cross-section of an axon showing the regular side-to-side spacing of the neurofilaments, which greatly 
outnumber the microtubules. (A and B, courtesy of Nobutaka Hirokawa; C, courtesy of John Hopkins.) 
4) Vimentina – 
 
 Desmina- expressa em músculo cardíaco, liso e esquelético 
Classificação funcional das junções celulares 
 
Junções 
bloqueadoras ou 
oclusivas 
Junções compactas (somente em vertebrados) 
Junções septadas (somente em invertebrados) 
Junções de 
ancoramento 
Sítio de ligação de 
filamentos de actina 
Junções aderentes 
Adesões focais 
Sítio de ligação de 
filamentos intermediários 
Desmossomos 
Hemidesmossomos 
Junções 
comunicantes 
Junções do tipo fenda 
Plasmodesmata (somente em plantas) 
Junções bloqueadoras ou oclusivas 
Junções compactas (em vertebrados) - formadas 
principalmente por proteínas transmembrana 
chamadas claudinas e ocludinas que, juntamente 
com proteínas periféricas de membrana intracelular 
(proteínas ZO), ancoram fitas de actina do 
citoesqueleto de células do epitélio do intestino 
delgado dos mamíferos. 
atuam como uma barreira de permeabilidade seletiva, separando 
os fluidos com composição química diferente em cada lado. 
No intestino 
 
atuam como barreira contra a difusão de algumas proteínas de 
membrana e lipídeos entre os domínios apical e basolateral da 
membrana plasmática (transporte transcelular) 
 
selam as células vizinhas para impedir a passagem de proteínas 
marcadoras de baixo peso molecular 
 
 
Vídeos 19.1 / 16.9 / 19.2 
Junções septadas (em invertebrados) - cinturão contínuo 
ao redor de cada célula epitelial, onde as membranas 
plasmáticas que interagem são ligadas por proteínas 
organizadas paralelamente e com periodicidade regular. 
Junções de ancoramento 
 
 formam estrutura que liga filamentos do citoesqueleto de uma célula ao de outra 
célula vizinha 
 
 são muito abundantes em tecidos que sofrem estresse mecânico como o tecido 
cardíaco e a epiderme 
 
 são compostas principalmente por proteínas de ancoramento intracelular e 
proteínas de adesão transmembrana, mas muitas junções possuem proteínas 
sinalizadoras intracelulares 
 
 
Estas junções ocorrem de duas formas: 
 
- Junções Aderentes e Desmossomos 
 
- Adesões Focais e Hemidesmossomos 
Junções aderentes 
 
mantêm as células unidas 
são formados por proteínas de adesão transmembrana da família das caderinas 
conectam os filamentos de actina entre as células 
no tecido epitelial, forma uma estrutura conhecida como cinturão de adesão, que se 
localiza abaixo das junções oclusivas 
Os feixes de actina, ligados às caderinas e proteínas de ancoramento, formam uma 
malha, que podecontrair por associação a proteínas motoras. 
Desmossomos 
 Os desmossomos formam uma ponte entre duas células vizinhas, por 
onde se conectam os filamentos intermediários, formando uma estrutura 
de grande força tensora 
 
Sua estrutura é composta por várias proteínas de ancoramento 
intracelular (placoglobina e desmoplaquina) responsáveis pela conexão 
do citoesqueleto às proteínas de adesão transmembrana (desmogleína e 
desmocolina) que pertecem à família das caderinas 
 
Vídeo 19.3 
Figure 16-17. Keratin filaments join cells together in 
cell sheets. Immunofluorescence micrograph of the 
network of keratin filaments in a sheet of epithelial cells 
in culture. The filaments in each cell are indirectly 
connected to those of its neighbors by desmosomes. 
(Courtesy of Michael Klymkowsky.) 
Figure 16-12. The intermediate filaments in the cytoplasm of a 
tissue culture cell. Rat kangaroo epithelial cells (Ptk2 cells) in 
interphase were labeled with antibodies to one class of intermediate 
filaments (called keratin filaments) and examined by fluorescence 
microscopy. (Courtesy of Mary Osborn.) 
Adesões Focais 
 
 
 
 
 Formadas por proteínas da família das integrinas, que se 
ligam aos filamentos de actina, proporcionando adesão 
célula-matriz extracelular. Assim, por exemplo, células 
musculares ligam-se aos seus tendões. 
Hemidesmossomos 
 
 
 
 
 
O hemidesmossomo é semelhante à metade de um desmossomo, 
porém liga a membrana plasmática de uma célula à lamina basal 
adjacente, por meio da interação de filamentos de queratina à proteína 
transmembranar integrina. 
Figure 11.34. Attachment of intermediate filaments to desmosomes and hemidesmosomes (B) Schematic of a 
desmosome. Intermediate filaments are anchored to sites of cell-cell adhesion by desmoplaskin. (C) Schematic of a 
hemidesmosome. Intermediate filaments are anchored to an integrin by plectin. (A, Don Fawcett/Photo 
Researchers, Inc.) 
Filamentos Intermediários promovem interação célula-célula e 
célula-matriz-extracelular 
Figure 12.61. Junctions between cells and the extracellular matrix Integrins mediate two types of stable junctions in which the 
cytoskeleton is linked to the extracellular matrix. In focal adhesions, bundles of actin filaments are anchored to the b subunits of most 
integrins via associations with a number of other proteins, including a-actinin, talin, and vinculin . In hemidesmosomes, a6b4 integrin 
links the basal lamina to intermediate filaments via plectin. 
Vídeo 1.1 
Junções Comunicantes 
 
Conhecidas também por nexos, junção em hiato ou gap junction, 
são partículas cilíndricas que fazem com que as células entrem em 
contato umas com as outras, para que funcionem de modo 
coordenado e harmônico. Esses canais permitem o movimento de 
moléculas e íons, diretamente do citosol de uma célula para outra. 
 
São formados por conexinas, 
proteínas transmembranares, 
que se unem formando o canal 
chamado conexon que constitui 
a junção tipo fenda. 
As células vegetais possuem um tipo de junção chamada 
plamodesmata ou plasmodesmos, que conectam diretamente o 
citoplasma de uma célula a outras células adjacentes. Cada 
plasmodesmata é revestido com uma membrana plasmática comum 
às duas células ligadas e contém uma estrutura tubular, o 
desmotúbulo, que é contínuo com o retículo endoplasmático liso.