Microtúbulos: Estrutura e Funções

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Microtúbulos 
 Os microtúbulos (MT) são polímeros longos e rígidos que se estendem por todo o citoplasma e co-
ordenam a localização intracelular das organelas e de outros componentes celulares. 
 Os MT são constituídos por moléculas de tubulina, cada uma delas sendo um heterodímero com-
posto de duas proteínas globulares de 55 Kd, muito similares, denominadas α-tubulina e β-tubulina, for-
temente ligadas por ligações não covalentes. 
 Nos mamíferos, existem pelo menos, 6 formas de α-tubulinas e número similar de β-tubulinas; 
embora muito similares, estas formas têm localizações distintas na célula e realizam discretas funções dife-
rentes. 
Estrutura de um Microtúbulo – vide alberts, 2001. 
Microtúbulos e Drogas Antimitóticas 
 Muitos dos conjuntos de MTs celulares são lábeis e dependem desta labilidade para suas funções. O 
fuso mitótico é um dos mais extraordinários exemplos para o estudo dessa labilidade, sendo alvo de drogas 
antimitóticas. 
 A droga colchicina, um alcalóide extraído da Colchicum autummale, liga-se firmemente a uma mo-
lécula de tubulina, impedindo sua polimerização não se ligando, no entanto, à tubulina já polimerizada, 
constituindo os MTs. 
 Expondo uma célula em divisão à colchicina ( ou colcemide), observa-se um rápido desaparecimen-
to do fuso mitótico indicando que o equilíbrio químico é mantido através de uma troca contínua de subu-
nidades entre os MTs do fuso e o “pool” de tubulinas livres. 
 A droga taxol tem ação oposta a nível molecular; ela liga-se firmemente aos MTs evitando a perda 
de subunidades de tubulinas. Entretanto, novas subunidades de tubulinas podem ser adicionadas ao MTs 
que cresce, mas não diminui em tamanho. 
Polimerização das Tubulinas: Nucleação e Alongamento – vide alberts, 2001. 
Crescimento dos Microtúbulos 
 A polaridade estrutural de um MT, que reflete a orientação regular das subunidades de tubulinas, 
torna diferentes as duas extremidades do polímero produzindo um grande efeito na sua velocidade de 
crescimento. 
 Se moléculas purificadas de tubulinas são colocadas em condições de polimerizarem nas extremi-
dades de um MT estável, por um curto período de tempo, observa-se que uma das extremidades alonga 
com uma velocidade 3 vezes MAIOR do que a outra. 
 A extremidade que cresce mais rápido é definida como MAIS e a outra extremidade é conhecida 
como MENOS. 
 Tem sido mostrado que as extremidades MAIS dos MTs se estendem na células a partir de sítios de 
nucleação como o centrossomo, os polos do fuso mitótico ou o corpúsculo basal dos cílios. 
Centrossomo – Maior Centro de Organização de MTs. 
 Nas células animais, o centrossomo é o principal centro organizador de MTs. Está localizado ao lado 
do núcleo, próximo da superfície externa do envelope nuclear. 
 O centrossomo contém centenas de estruturas com formato de anéis, constituídas por um outro 
tipo de tubulina – γ-tubulina, com diâmetro de 25 a 28 nm - sendo que cada uma serve como sítio de nu-
cleação para o crescimento de um MT. 
 Os dímeros de αβ-tubulinas adicionados ao anel de γ-tubulina numa orientação específica, tem co-
mo resultado: a embebição do terminal MENOS de cada MT no centrossomo, e; o crescimento ocorrendo 
apenas no terminal MAIS. 
 Na maioria das células animais, além dos anéis de γ-tubulina, encontra-se imerso no centrossomo, 
uma estrutura constituída por um curto arranjo cilíndrico de MT, os centríolos. 
 Os centríolos não tem nenhuma função na nucleação dos MTs, mas, estruturas similares - os cor-
púsculos basais - são os centros organizadores de MTs, nos cílios e flagelos. 
 Centros de organização contendo sítios de nucleação e a manutenção de baixas concentrações de 
subunidades de αβ-tubulinas, possibilitam às células controlar onde os MTs se formam. 
 Nem todo o centro organizador de MTs contém centríolos; 
1. Nas células mitóticas de plantas superiores, os MTs terminam numa região elétron-densa po-
bremente definida e completamente desprovida de centríolos. 
2. Os centríolos estão ausentes no fuso meiótico dos ovócitos de camundongos, embora mais tarde, 
apareçam no embrião em desenvolvimento. 
Nos fungos e diatomáceas, o centro organizador de MTs consiste numa placa denominada corpús-
culo polar do fuso, imersa no envelope nuclear. 
Despolimerização e Repolimerização dos MTs 
 
Importante – A meia-vida de um MT individual é de aproximadamente 10 minutos, enquanto que a vida 
média de uma molécula de tubulina, entre sua síntese e degradação proteolítica é superior a 20 horas. 
 
 Assim, cada molécula de tubulina poderá participar na formação e desagregação de muitos MTs, 
durante sua vida média. 
 Denomina-se Instabilidade Dinâmica às transições entre longos períodos de polimerização e despo-
limerização de subunidades de tubulinas, sendo fundamental no posicionamento dos MTs na célula. 
Crescimento do MT e a Instabilidade Dinâmica 
 A Instabilidade Dinâmica dos MTs necessita de entrada de energia para alterar o balanço químico 
entre a polimerização e despolimerização – energia esta que é fornecida pela hidrólise de GTP. 
 A molécula de GTP liga-se à subunidade da β-tubulina na molécula do heterodímero e, quando a 
tubulina é adicionada à extremidade do MT, o GTP é hidrolisado a GDP. 
 
Importante – a α-tubulina também carrega GTP, mas este não pode ser hidrolisado, de forma que pode-
mos considerá-lo parte integrante da estrutura da proteína. 
 
 A Instabilidade Dinâmica é uma conseqüência do retardamento da hidrólise do GTP após a ligação 
da tubulina. 
 Quando um MT cresce rapidamente, moléculas de tubulina juntam-se à extremidade do polímero 
mais rápidamente do que o GTP que é carregado por eles, possa ser hidrolisado. 
 Isto resulta na presença de um “quepe” de GTP na extremidade do MT, o que estimula a polimeri-
zação, uma vez que as moléculas de tubulina contendo GTP ligam-se umas às outras com maior afinidade 
do que as moléculas que contêm GDP. 
 Ao contrário, quando um MT perde seu “quepe” de GTP – por exemplo, se a velocidade instantânea 
de polimerização diminui – ele começará a encurtar e tenderá a continuar encolhendo. 
 As células podem modificar a instabilidade dinâmica de seus MTs, com propósitos específicos; na 
Mitose, os MTs se agregam e se desagregam com muita rapidez, ao passo que, numa célula com morfolo-
gia definida, a Instabilidade Dinâmica é suprimida por proteínas que se ligam aos MTs, estabilizando-os 
contra a despolimerização. 
Estabilização Seletiva dos MTs X Polarização Celular 
 Vimos que tanto “in vivo” quanto “in vitro”, os MTs tendem a existir em dois estados – crescimento 
estável e desagregação rápida e catastrófica. 
Nas células animais os MTs tendem a irradiar em todas as direções, a partir do centrossomo, onde 
estão ancoradas suas extremidades MENOS, mudando continuamente, a medida que novos MTs crescem e 
substituem aqueles que despolimerizam. 
Um MT que cresce a partir do centrossomo pode ser estabilizado se sua extremidade MAIS for blo-
queada, prevenindo a despolimerização. Se o bloqueio for feito por uma estrutura numa região específica 
da célula, será estabelecida uma ligação estável entre esta estrutura e o centrossomo. 
 A POLARIDADE CELULAR seria determinada por estruturas ou fatores localizados em regiões especí-
ficas do córtex celular que “capturam” as extremidades MAIS dos MTs. 
Modificações Pós-Traducionais da Tubulina – MTs Maduros 
 As subunidades de tubulina podem ser covalentemente modificadas após sua polimerização. 
Estas modificações ocorrem na α-tubulina, consistindo na acetilação de um resíduo específico de li-
sina e na remoção do resíduo de tirosina da extremidade carboxiterminal da proteína. 
 Ambas são reações enzimáticas lentas que ocorrem somente nos MTs e NÃO nas moléculas de tubu-
lina livres. Além disso, são rapidamente reversíveis, tão logo a despolimerização aconteça, liberando as 
tubulinas. 
 Uma modificaçãocompleta demora várias horas; nos fibroblastos, onde a reciclagem de MTS é rela-
tivamente rápida, poucos estarão modificados. Nos axônios, a maioria dos MTs é estável e na sua maior 
parte estão modificados. 
 
Importante – Essas modificações são indicadores úteis para o estudo da estabilidade dos MTs na célula. 
Acredita-se que sua função seja colocar à disposição sítios para ligação de proteínas específicas que irão 
estabilizar os MTs maduros. 
Proteínas Associadas Aos Microtúbulos (MAPs) 
 A polaridade celular reflete a polarização dos sistemas de MTs em seu interior. É importante ressal-
tar que os MTs não atuam sozinhos mas, associam-se à uma grande variedade de proteínas acessórias para 
juntos, exercerem as várias funções. 
 Enquanto as modificações pós-traducionais da tubulina caracterizam determinados MTs como “ma-
duros” e podem promover a sua estabilidade, as modificações mais abrangentes e versáteis são aquelas 
obtidas pela ligação com outras proteínas, as MAPs. 
 
Funções – As MAPS servem tanto para estabilizar os MTs contra a desagregação como para mediar sua 
interação com outros componentes celulares. 
 
 Dadas as diferentes funções dos MTs, existem muitos tipos de MAPs algumas amplamente distribu-
ídas na maioria das células, enquanto outras são encontradas somente em tipos celulares específicos. 
 CLASSES de MAPs - Isoladas do Cérebro 
1. proteínas HMV – com peso molecular de 200.000 a 300.00 ou mais, que incluem MAP-1 e a MAP-2; 
2. proteínas tau – com peso molecular entre 55.000 a 62.000. 
 
Importante – Ambas as classes possuem dois domínios; um deles se liga aos MTs e o outro, auxilia na liga-
ção do MT a outros componentes celulares; 
Importante – As proteínas MAPs estabilizam os MTs por inibirem a liberação da tubulina das suas extremi-
dades 
 
Além das citadas, muitas outras MAPs têm sido descritas, algumas funcionando como componentes 
estruturais e outras, como proteínas motoras. 
Compartimentalização Citoplasmática das células nervosas – Participação das 
MAPs 
As células nervosas possuem dois tipos de prolongamentos: 
 
Axônios – apresentam diâmetro uniforme, podem ter muitos centrímetros de comprimento e são respon-
sáveis pela propagação dos sinais elétricos a partir do corpo celular; 
Dendritos – são prolongamentos delgados, raramente excedendo 500 µm de comprimento, cuja função 
consiste em receber as informações elétricas procedentes de outros neurônios e transmiti-las ao corpo 
celular. 
A maioria das células nervosas possui vários dendritos, mas somente um axônio. 
Tanto os axônios como os dendritos são carregados com MTs, em arranjos diferentes. 
 
Axônios – os MTs são muito longos e estão todos orientados com suas extremidades MAIS no sentido o-
posto ao do corpo celular; apresentam apenas a proteínas tau; 
 
Dendritos – são mais curtos e sua polaridade é mista: alguns possuem suas respectivas extremidades MAIS 
orientadas em direção ao corpo celular e outros se orientam na direção contrária. Apresentam a MAP-2 
(presente também no corpo celular). 
Proteínas Motoras e o Transporte Intracelular 
 Foram identificadas e isoladas duas classes de proteínas motoras dependentes de MTs – as cinesi-
nas e as dineínas citoplasmáticas. 
 
Caseínas – apresentam maior diversidade do que as dineínas, e membros de diferentes famílias estão en-
volvidos no transporte de organelas, na mitose e meiose e no transporte de vesículas sinápticas ao longo 
dos axônios. 
 São moléculas com cerca de 350 Kd, consistindo de 2 cadeias pesadas (cerca de 110 Kd cada uma) e 
2 cadeias leves (60 a 70 Kd). 
 As cadeias pesadas tem longas regiões α-helicoidal que se entrelaçam; a cabeça globular amino-
terminal são domínios motores da molécula, ligando-se aos MTs e ATP, cuja hidrólise (atividade ATPase) 
fornece energia para o movimento. 
 A porção da cauda consiste das cadeias leves associadas com cada um dos domínios carboxi-
terminal das cadeias pesadas. Esta parte é responsável pela ligação a outros componentes celulares (vesí-
culas membranosas, organelas) que são transportadas ao longo dos MTs pela ação das quinesinas. 
 
Dineínas – estão envolvidas com o transporte de organelas e com a mitose, sendo relacionadas com as 
dineínas ciliares, proteínas motoras dos cílios e flagelos. 
 A Dineína é uma molécula extremamente grande (acima de 2.000 Kd), consistindo de 2 ou 3 cadeias 
pesadas (cada uma com 500 Kd) complexadas com um número variável de polipeptídeos (cadeias) leves e 
intermediários (14 a 120 Kd). 
As cadeias pesadas formam domínios globulares motores que se ligam ao ATP (com atividade AT-
Pase) e são responsáveis pelo movimento ao longo dos MTs e a porção basal, que se liga a outras estrutu-
ras tais como vesículas e organelas. 
Direção do Movimento ao Longo dos MTs 
 A maioria das proteínas motoras conhecidas deslocam-se somente numa direção ao longo dos MTs 
– as QUINESINAS para a extremidade MAIS e as DINEÍNAS para a extremidade MENOS. 
 
Uma exceção é a quinesina da Drosophila chamada Ncd, necessária na meiose; ela difere da quinesina axo-
nal tanto na direção quanto na velocidade de deslocamento: a axonal dirige-se para a extremidade MAIS a 
2 µm/Seg e a Ncd, se desloca para a extremidade MENOS a 0,1 µm/Seg. 
MTs - Cílios e Flagelos 
 Muitos MTs nas células estão estabilizados através de suas associações com outras proteínas, e por 
conseqüência, mostram instabilidade dinâmica. 
Os MTs estáveis são empregados pelas células como rígidos suportes (vigas) para construírem uma 
variedade de estruturas polarizadas, como os cílios e os flagelos. 
 
Cílios – são apêndices finos, semelhantes aos cabelos, com 0,25 µm de diâmetro e 10 µm de comprimento, 
contendo no seu interior um feixe de MTs; estendem-se a partir da superfície de muitos tipos de células. 
 A função primária dos cílios consiste em movimentar fluido sobre a superfície celular ou deslocar 
células isoladas através de um fluido. 
 Nas células epiteliais que revestem o trato respiratório humano, os cílios (109/cm2 ou mais) limpam 
as camadas de muco contendo partículas de poeira e células mortas em direção à boca, onde serão engoli-
das e eliminadas. 
 Os cílios também auxiliam no deslocamento do óvulo pelo oviduto. 
 
Flagelos – dos espermatozóides e de muitos protozoários são muito semelhantes aos cílios na sua estrutu-
ra interna, mas normalmente são muito mais longos, 200 µm de comprimento. 
 As células normalmente possuem um ou dois flagelos. Os flagelos das bactérias são completamente 
diferentes daqueles presentes nas células eucariontes. 
 
Axonema – ESTRUTURA FUNDAMENTAL DOS CÍLIOS E FLAGELOS 
MOVIMENTO dos Cílios e Flagelos 
 Os MTs de um axonema estão associados com numerosas proteínas, algumas estruturais, outras 
geradoras de força (motora), sendo que, dessas proteínas, a mais importante é a Dineína Ciliar. 
 A Dineína Ciliar é um grande complexo protéico (2.000 Kd), composta por 9 a 12 cadeias polipeptí-
dicas (a maior, uma cadeia pesada com 512 Kd); as cadeias pesadas formariam a porção principal das cabe-
ças globulares e os domínios das hastes e, muitas cadeias leves estariam agrupadas ao redor da base das 
hastes. 
 A base da molécula se liga firmemente ao microtúbulo A, de forma independente de ATP e, as ca-
beças globulares possuem um sítio, dependente de ATP, para ligação ao microtúbulo B. 
 
Corpúsculos Basais – são estruturas cilíndricas, com 0,2 um de largura e 0,4um de comprimento. Nove 
grupos de 3 MTs, fundidos em tripletes formam a parede do corpúsculo e cada um inclina-se para dentro, 
como lâminas de uma turbina 
 
 Cada par de MTs do Axonema dos cílios se origina a partir de dois MTs do triplete do corpúsculo 
basal; não se sabe como o par central se forma. 
 Assim, o Corpúsculo Basal serve para iniciar o crescimento dos MTs axonais, bem como, ancorar os 
cílios e flagelos na superfície das células. 
 Por autoradiografia,sugere-se que a adição de tubulinas e de outras proteínas tem lugar na região 
distal da estrutura, extremidade MAIS do MT. 
 
	Estrutura de um Microtúbulo – vide alberts, 2001.
	Microtúbulos e Drogas Antimitóticas
	Polimerização das Tubulinas: Nucleação e Alongamento – vide alberts, 2001.
	Crescimento dos Microtúbulos
	Centrossomo – Maior Centro de Organização de MTs.
	Despolimerização e Repolimerização dos MTs
	Crescimento do MT e a Instabilidade Dinâmica
	Estabilização Seletiva dos MTs X Polarização Celular
	Modificações Pós-Traducionais da Tubulina – MTs Maduros
	Proteínas Associadas Aos Microtúbulos (MAPs)
	CLASSES de MAPs - Isoladas do Cérebro
	Compartimentalização Citoplasmática das células nervosas – Participação das MAPs
	Proteínas Motoras e o Transporte Intracelular
	Direção do Movimento ao Longo dos MTs
	MTs - Cílios e Flagelos
	MOVIMENTO dos Cílios e Flagelos