15- Citoesqueleto.pdf

Prévia do material em texto

29/05/2017
1
Citoesqueleto
Profa. Ana Paula Coelho Marques
Universidade Federal do Amazonas
Instituto de Ciências Biológicas
Departamento de Morfologia
Disciplina: Biologia Celular
Citoesqueleto
É uma intrincada rede de filamentos (fibras e túbulos) 
proteicos existentes no citoplasma das células eucarióticas.
Microfilamentos
Filamentos
intermediários
29/05/2017
2
O citoesqueleto dá a célula sua forma e permite a 
organização dos seus componentes internos, interagir com 
o ambiente e realizar movimentos
Estrutura dinâmica
 Sustentação celular e mudanças no formato da 
célula;
 Interação mecânica das células com o ambiente;
 Movimentação e organização das organelas no 
interior da célula; 
 Realização de movimentos coordenados das células;
 Responsável pela segregação dos cromossomos 
para as células-filhas e pela separação das células na 
divisão celular. 
Citoesqueleto
29/05/2017
3
Citoesqueleto
Microtúbulos
Filamentos de 
actina ou 
microfilamentos
Citoesqueleto
Proteínas fibrosas 
(miosina, dineína e cinesina)
ActinaTubulina
29/05/2017
4
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS
Citoesqueleto1) Filamentos intermediários:
 Estão no citoplasma e conferem 
resistência mecânica às 
células;
 No tecido epitelial, atravessam 
o citoplasma de uma junção 
célula-célula à outra, 
reforçando, dessa forma, o 
epitélio como um todo.
 São fibras semelhantes a 
cabos com um diâmetro de 
aproximadamente 10 nm; 
 Formam uma trama 
denominada lâmina nuclear 
abaixo da membrana nuclear 
interna;
29/05/2017
5
Citoesqueleto1) Filamentos intermediários:
 Apresentam uma grande 
resistência à tensão;
 Função principal: permitir 
que as células resistam ao 
estresse mecânico 
ocasionado quando são 
distendidas;
 Os filamentos intermediários 
são os mais resistentes e 
duráveis dos três tipos de 
filamentos citoesqueléticos.
Citoesqueleto1) Filamentos intermediários:
• Semelhantes a cordas, com várias fitas longas enroladas entre
si;
• As subunidades são 
proteínas fibrosas alongadas, 
cada uma composta por uma 
cabeça globular N terminal 
e uma cauda globular C 
terminal e um domínio 
central na forma de bastão;
29/05/2017
6
Citoesqueleto1) Filamentos intermediários:
• O domínio em forma de bastão é uma região de α-hélice,
que permite pareamento para formar dímeros;
• Dois dímeros se associam, 
por meio de ligações não 
covalentes, gerando 
tetrâmeros e estes se ligam 
para formar o filamento 
intermediário;
• Apresentam grande 
resistência a tensão.
Citoesqueleto1) Filamentos intermediários:
Os filamentos intermediários no citoplasma são 
semelhantes a cordas (ou cabos), com várias fitas longas 
trançadas entre si para fornecer resistência à tensão.
29/05/2017
7
Filamentos intermediários nas junções celulares
DESMOSSOMOS
HEMIDESMOSSOMOS
Os filamentos intermediários são estabilizados e reforçados 
por proteínas acessórias formando fortes arranjos.
Filamentos intermediários (azul) ligados via plectina (verde) a 
outros filamentos intermediários e microtúbulos (vermelho)
A proteína plectina auxilia a formação de feixes de filamentos 
intermediários e conecta esses filamentos a outras redes proteicas 
do citoesqueleto
29/05/2017
8
Citoesqueleto1) Filamentos intermediários:
• Se células epiteliais são distendidas por 
forças externas:
• Rede de filamentos intermediários e 
desmossomos se estendem através da 
camada;
• Se tensiona e limita a extensão do 
estiramento. 
• Se não houvesse 
filamentos intermediários:
• As forças provocariam 
uma grande deformação 
nas células;
• Poderiam inclusive 
ocasionar a ruptura das 
membranas plasmáticas.
Estiramento de uma 
camada de células 
que contém 
filamentos 
intermediários
Estiramento de uma 
camada de células 
que não contém 
filamentos 
intermediários
Citoesqueleto1) Filamentos intermediários:
Categorias:
29/05/2017
9
Citoesqueleto1) Filamentos intermediários:
 Suportam e dão resistência a superfície interna da 
membrana nuclear  lâmina nuclear;
 Se dissociam e se reagrupam a cada divisão celular, 
quando o envelope nuclear é dissociado durante a mitose 
e reorganizado em cada célula-filha.
Citoesqueleto2) Microtúbulos:
 São longos cilindros ocos formados pela proteína tubulina, que 
podem rapidamente se dissociar e se reassociar de uma parte da 
célula a outra;
 Têm diâmetro externo de 25 nm, e são mais rígidos que os 
filamentos de actina.
29/05/2017
10
Citoesqueleto2) Microtúbulos:
 Criam um sistema de 
vias dentro da célula ao 
longo do qual vesículas, 
organelas e outros 
componentes celulares 
serão transportados;
 São responsáveis pelo 
ancoramento de 
organelas delimitadas 
por membrana dentro da 
célula e pelo transporte 
intracelular.
Funções dos microtúbulos
• Organização do meio intracelular;
• Criam um sistema de vias no interior da célula
(transporte vesicular e de outros componentes
celulares);
• Formação do fuso na divisão celular;
• Formação de estruturas permanentes como cílios e
flagelos;
29/05/2017
11
Citoesqueleto2) Microtúbulos:
 Os microtúbulos são longos e 
retilíneos e apresentam uma das 
extremidades ligada a um único 
centro organizador de 
microtúbulos (MTOC) 
denominado centrossomo.
Centríolo
Estruturalmente, são constituídos por um total de nove 
trios de microtúbulos protéicos, que se organizam em 
cilindro. 
São autoduplicáveis no período que precede a divisão 
celular, migrando, logo a seguir, para os pólos opostos da 
célula.
29/05/2017
12
Os microtúbulos em crescimento apresentam instabilidade 
dinâmica  o arranjo de microtúbulos ancorado em um 
centrossomo está em constante alteração
Cada filamento de microtúbulo cresce e encurta de forma 
independente dos microtúbulos adjacentes.
Setas azuis 
microtúbulos antigos 
em encurtamento
Setas vermelhas 
microtúbulos novos 
em crescimento
A hidrólise de GTP (guanosina trifosfato - purina) 
controla o crescimento de microtúbulos
Dímeros de tubulina
ligados à GTP (vermelho) 
se ligam mais fortemente 
uns aos outros do que com 
dímeros de tubulina ligados 
à GDP (verde-escuro)
Portanto, microtúbulos que possuem dímeros de 
tubulina com GTP recentemente adicionados à sua 
extremidade tendem a manter-se em crescimento 
29/05/2017
13
Encurtamento do microtúbulo
Algumas vezes, quando o 
crescimento do 
microtúbulo é lento, as 
subunidades de GTP 
sofrem hidrólise 
transformando-se em 
GDP, antes que novas 
subunidades ligadas a 
GTP tenham tempo de 
ser incorporadas 
Com isso, o GTP será perdido; as subunidades ligadas a GDP são 
menos fortemente associadas ao polímero, sendo facilmente 
liberadas de sua extremidade livre, de tal forma que o microtúbulo
sofre um encurtamento contínuo.
A estabilização seletiva de microtúbulos pode polarizar a célula
Um microtúbulo recém-formado somente persistirá se suas duas 
extremidades estiverem protegidas contra a despolimerização.
Nas células, as extremidades (-) dos microtúbulos geralmente estão 
protegidas pelos centros organizadores a partir dos quais estes crescem;
As extremidades (+) estão inicialmente livres, mas podem ser 
estabilizadas por outras proteínas.
29/05/2017
14
A estabilização seletiva de microtúbulos pode polarizar a célula
(A) Célula com novos microtúbulos crescendo e encurtando em 
diferentes direções, aleatoriamente, a partir do centrossomo;
(B) Alguns desses microtúbulos, ao acaso, encontram proteínas 
(proteínas de capeamento) numa região específica do córtex celular, 
que podem ligar-se e estabilizar suas extremidades livres;
(C) Essa estabilização seletiva levará a uma rápida reorientaçãodo 
arranjo de microtúbulos;
(D) A célula fica convertida em uma forma fortemente polarizada.
Os microtúbulos transportam cargas através do axônio de 
um neurônio
Em neurônios, todos os microtúbulos de um axônio estão orientados na 
mesma direção, com suas extremidades direcionadas para as pontas do 
axônio;
29/05/2017
15
Os microtúbulos transportam cargas através do axônio de 
um neurônio
Círculos vermelhos  tráfego de material rumo à extremidade, 
direcionado por um conjunto de proteínas motoras;
Via para o transporte direcionado de materiais sintetizados no corpo 
celular e necessários na extremidade do axônio Ex. proteínas de 
membrana para o crescimento; 
Os microtúbulos transportam cargas através do axônio de 
um neurônio
Círculos azuis  tráfego reverso, na direção contrária, direcionado por 
outro conjunto de proteínas motoras;
O tráfego para o interior transporta materiais ingeridos na ponta do 
axônio ou produzidos através da quebra de proteínas ou outras 
moléculas rumo ao corpo celular.
29/05/2017
16
Proteínas Motoras
Microtúbulos e filamentos de actina estão envolvidos em 
movimentos saltatórios (movimento descontínuo de organelas 
celulares) e outros movimentos intracelulares direcionados em 
células eucariontes;
Esses movimentos são gerados pelas chamadas proteínas 
motoras;
Estas utilizam energia derivada de ciclos repetidos de hidrólise de 
ATP para viajar continuamente ao longo dos filamentos de actina e 
dos microtúbulos em uma única direção;
Também se ligam a outros componentes celulares e transportam 
sua carga através dos filamentos ;
Proteínas motoras se movem sobre os microtúbulos usando seus 
domínios (cabeças) globulares.
As proteías motoras que se movem ao longo dos microtúbulos
citoplasmáticos são de dois tipos: cinesinas e dineínas. 
Proteínas Motoras
Cada uma dessas proteínas 
possui duas cabeças 
globulares que interagem 
com os microtúbulos, em 
uma das extremidades, e 
uma cauda única, na outra 
extremidade. 
(B) Diagrama esquemático de 
uma proteína motora 
mostrando sua caminhada
dependente de ATP sobre um 
filamento.
Cinesina e dineína
movem-se em 
sentidos opostos:
29/05/2017
17
Proteínas Motoras
Diferentes proteínas motoras transportam cargas ao longo dos 
microtúbulos;
A maior parte das cinesinas se move em direção à extremidade (+) de 
um microtúbulo, e as dineínas se movem rumo à extremidade (-);
Diferentes formas dessas proteínas transportam diferentes cargas;
A cauda da proteína determina a carga que será transportada. 
Proteína motoras
Microtúbulos
RE
Aparelho de 
Golgi
Núcleo
Centrossomo
(B) Superior, célula corada contra o RE; inferior, contra microtúbulos; 
Proteínas motoras impulsionam o RE ao longo dos microtúbulos.
(C) Superior, contra aparelho de Golgi; inferior, contra microtúbulos; 
Proteínas motoras deslocam o aparelho de Golgi em direção ao interior, 
rumo à sua posição próximo ao centrossomo.
Os microtúbulos e suas 
proteínas motoras 
desempenham um 
importante papel no 
posicionamento das 
organelas delimitadas 
por membrana no 
interior da célula 
eucarionte. 
29/05/2017
18
Molécula individual de 
cinesina movendo-se ao 
longo de um microtúbulo.
(A) Molécula de cinesina
mostrando os dois domínios 
da cabeça. 
(B) Três fotos com 
intervelaos de 1s entre elas: 
movimento da cinesina
sobre um microtúbulo a 
velocidade de 0,3 m/seg.
(C) Modelos moleculares das 
duas cabeças de uma cinesina
mostrando como elas progridem 
sobre um microtúbulo com 
passos de 8nm.
2) Microtúbulos:
 Microtúbulos geralmente se estendem a 
partir de uma estrutura organizadora.
como (A) um centrossomo, (B) um polo 
do fuso ou (C) o corpo basal de um cílio 
ou flagelo; 
29/05/2017
19
Citoesqueleto2) Microtúbulos:
 Na divisão celular se dissociam 
ou associam formando o fuso 
mitótico;
 O fuso mitótico segrega os 
cromossomos entre as células 
filhas pouco antes da divisão.
 Os microtúbulos podem formar 
cílios e flagelos: estruturas das 
células eucarióticas, usadas para 
locomoção ou movimentação de 
líquidos pela superfície celular; Ex: 
protozoários e espermatozoides.
Citoesqueleto2) Microtúbulos:
 Um cílio bate através da repetição de ciclos de 
movimentos movimentam líquidos sobre a superfície da 
célula, ou impelem células isoladas através de um líquido.
 Exemplos: 
 protozoários utilizam cílios para a 
coleta de partículas de alimento ou 
locomoção;
 células epiteliais que revestem o trato 
respiratório humano;
 células da parede do oviduto criam 
uma corrente que auxilia a 
movimentação dos óvulos ao longo 
dessa via;
29/05/2017
20
CÍLIOS
Os cílios formam uma cobertura 
semelhante a uma cabeleira na 
superfícies de várias células eucariontes. 
Microfotografia eletrônica de varredura 
de um epitélio ciliado na superfície do 
trato respiratório humano. 
Células não ciliadas
Citoesqueleto2) Microtúbulos:
 Flagelos mais longos que cílios 
movem a célula como um todo 
impulsionam os espermatozoides e 
diversos tipos de protozoários;
 Os flagelos impulsionam 
uma célula através do uso 
de um movimento 
repetitivo semelhante a 
uma onda.
29/05/2017
21
Citoesqueleto2) Microtúbulos:
 Os microtúbulos em um cílio ou flagelo estão organizados 
em um arranjo “9 + 2”.
Os nove microtúbulos
externos apresentam 
duas colunas de 
dineína.
Movimento da dineína provoca curvatura do flagelo
Quando microtúbulos associados 
à dineína são expostos a ATP num 
flagelo, ocorre deslizamento de 
um par de microtúbulos sobre o 
outro;
Devido à ação repetida das 
dineínas associadas
29/05/2017
22
Movimento da dineína provoca curvatura do flagelo
Em um flagelo intacto, os pares de 
microtúbulos estão conectados 
uns aos outros por ligações 
proteicas flexíveis
Ação do sistema provoca 
movimento de flexão do flagelo 
ao invés de deslizamento
Citoesqueleto3) Filamentos de actina:
 São polímeros helicoidais dupla-hélice da proteína actina;
 São fibras proteicas finas e flexíveis, com diâmetro de 5-
9 nm.
29/05/2017
23
Citoesqueleto
3) Filamentos de actina:
 Apesar de os filamentos de actina
estarem dispersos por toda a 
célula, eles se encontram em 
maior concentração no córtex, 
logo abaixo da membrana 
plasmática.
 São essenciais para os 
movimentos celulares, 
principalmente da superfície 
celular, reforçam a membrana 
celular e são a base para a 
contração muscular. 
29/05/2017
24
Citoesqueleto3) Filamentos de actina - funções
 Filamentos de actina permitem que as células eucarióticas adotem 
uma grande variedade de formas e desempenhem diferentes 
funções. 
(A) microvilosidades; (B) feixes contráteis no citoplasma; (C) 
protrusões planas (lamelipódios) ou filiformes (filopódios) da borda 
anterior de uma célula em movimento; (D) anéis contráteis durante a 
divisão celular.
INSTABILIDADE 
A hidrólise de ATP diminui a estabilidade do polímero de actina
O ATP é hidrolisado em 
ADP logo após a sua 
inserção no filamento em 
crescimento;
Monômeros de 
actina no citosol
carreiam ATP;
As moléculas de ADP ficam presas 
dentro do filamento de actina, 
incapazes de serem trocadas por ATP, 
a menos que o monômero que as 
carreia seja dissociado do filamento.
29/05/2017
25
Proteínas de ligação a actina
Existem várias proteínas de 
ligação à actina nas células 
ligam-se à filamentos de 
actina e regulam o 
comportamento dos mesmos. 
A trama de actina cortical controla a morfologia e as propriedades mecânicas 
da membrana plasmática e da superfície celular
Proteínas de interligação 
mantêm unidos os filamentos 
de actina sob a forma de uma 
tramasemelhante a um gel 
dentro do córtex celular – a 
camada citoplasmática 
localizada exatamente abaixo 
da membrana plasmática. 
Proteínas de ligação a actina
29/05/2017
26
Os filamentos de actina permitem que uma célula migre
Diferentes células se movem 
deslizando sobre superfícies; 
1) A célula emite protrusões 
em sua região “frontal” ou 
borda anterior;
2) Essas protrusões aderem à 
superfície sobre a qual a célula 
se locomove;
3) A porção restante da célula 
é impulsionada para a frente 
pelo tracionamento nesses 
pontos de ancoramento.
A actina se associa à miosina para formar 
estruturas contráteis
Miosina é uma proteína motora dependente de actina;
Se liga ao ATP, hidrolisando-o, o que fornece energia para 
seu movimento ao longo dos filamentos de actina;
Existem vários tipos diferentes de miosina nas células, as 
duas principais e mais abundantes são a miosina-I e a 
miosina-II;
A miosina-I possui uma cabeça e uma 
cauda;
A cabeça liga-se com filamentos de 
actina e com gasto de ATP move-se 
através desses filamentos. 
29/05/2017
27
Miosina-I contém sítios que se ligam a vários componentes 
da célula, inclusive a membranas
(B) Miosina-I movimentando uma 
vesícula em relação a um filamento de 
actina; 
(C) Miosina-I movimentando um 
filamento de actina e a membrana 
plasmática uma em relação à outra. 
A cabeça da miosina-I 
sempre se movimenta 
em direção à 
extremidade (+) da 
actina. 
Moléculas de miosina-II podem se associar umas com as outras 
para a formação de filamentos de miosina.
Contração Muscular
A miosina-II é composta por um par de miosinas idênticas 
(dímero) unidas pelas suas caudas  duas cabeças ATPase e 
uma longa cauda em bastão.
29/05/2017
28
As cabeças de miosina se ligam à actina movendo-se em 
direções opostas;
O resultado é o deslizamento dos conjuntos de filamentos de 
actina opostamente orientados, um sobre o outro. 
Uma célula muscular esquelética é empacotada a partir de 
miofibrilas, cada qual constituindo-se de uma repetição de 
sarcômeros em cadeia.
Disco Z – pontos de ligação 
para os filamentos de actina
29/05/2017
29
Os músculos se contraem por um mecanismo de deslizamento de filamentos
O deslizamento é conduzido pela caminhada das cabeças de miosina em rumo 
à extremidade (+) da actina, em direção ao disco Z.
MECANISMO DE AÇÃO
DA MIOSINA-II
1) Ligada - A cabeça de miosina liga-
se firmemente à actina;
2) Desligada – Um ATP se liga à 
parte posterior da cabeça de 
miosina modificando o sítio de 
ligação miosina-actina; reduz a 
afinidade da cabeça pela actina
fazendo com que esta possa 
deslizar pelo filamento de 
actina.
3) Engatilhada – Ocorre 
hidrólise de ATP, mas o ADP e 
Pi produzidos permanecem 
ligados à miosina; a miosina 
desliza 5 nm.
29/05/2017
30
MECANISMO DE AÇÃO 
DA MIOSINA-II
4) Geradora de força – A cabeça 
de miosina liga-se fracamente à 
um novo sítio da actina e o Pi é 
liberado; a liberação do Pi leva ao 
movimento de potência  a 
cabeça de miosina volta à sua 
conformação inicial e perde o ADP. 
5) Ligada – Ao final de um ciclo a 
cabeça da miosina está 
firmemente presa ao filamento de 
actina como no início do ciclo.
A contração muscular é induzida por um aumento de Ca2+
A contração só ocorre quando o 
músculo recebe um sinal do 
sistema nervoso;
Este estímulo induz um potencial 
de ação na membrana plasmática 
da célula muscular;
A excitação elétrica se espalha por 
uma série de tubos na membrana –
túbulos transversos ou túbulos T
A seguir o sinal elétrico é enviado 
para o retículo sarcoplasmático –
camada de vesículas achatadas e 
interconectadas que reveste cada 
miofibrila musculares.
29/05/2017
31
A contração muscular é induzida por um aumento de Ca2+
O retículo sarcoplasmático tem alta concentração de Ca2+;
Com o estímulo nervoso parte do Ca2+ é liberada no citosol através de 
canais iônicos que se abrem na membrana do retículo 
sarcoplasmático devido à alteração de voltagem na membrana 
plasmática.
A contração muscular envolve sinalização por Ca2+
Um canal de liberação de Ca2+ na membrana do retículo 
sarcoplasmático se abre pela ativação de um canal de Ca2+
Esta abertura do canal de Ca2+ é controlada pela voltagem presente na 
membrana do túbulo T. 
29/05/2017
32
A contração muscular é induzida por um aumento de Ca2+ e controlada 
pela troponina
A tropomiosina liga-se à actina nos 
sítios de ligação actina-miosina, 
bloqueando esta ligação;
Quando há nível alto de Ca2+ no 
citosol, este se liga à troponina, 
esta move a tropomiosina que 
antes bloqueva a interação actina-
miosina  actina e miosina ligam-
se = início da contração muscular;
Existem proteínas 
acessórias 
associadas à actina
que interagem com 
o Ca2+ troponina
e tropomiosina.
A contração muscular é induzida por um aumento de Ca2+ e controlada 
pela troponina
O Ca2+ é rapidamente bombeado para o retículo sarcoplasmático 
através de bombas de Ca2+ na membrana;
Quando as concentrações de Ca2+ retornam ao nível de repouso, 
troponina e tropomiosina retornam às posições originais, bloqueiam a 
ligação da miosina e encerram a contração. 
O aumento de Ca2+ no 
citosol cessa quando o sinal 
nervoso é interrompido;
29/05/2017
33
Filamentos de actina nas junções celulares
Referências e sugestões para estudos 
 Fundamentos da Biologia Celular
Alberts et al., 2011
Cap. 17: 571-605