Citoesqueleto: Microtúbulos, Actina e Intermediários

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CITOESQUELETO:
Microtúbulos, Filamentos de Actina e 
Filamentos intermediários
Profa. Sandra Moura
Aspectos Gerais
Proteínas citosólicas que formam o citoesqueleto� divisão celular, trânsito intracelular, 
resistência mecânica e organização espacial, movimentação celular
Filamentos intermediários, Filamentos de Actina e Microtúbulos
Fibras semelhantes a cabos: 10 nmFormado pela proteína tubulina: cilindros 
ocos� 25 nm
microfilamentos� polímeros helicoidais 
dupla fita de proteína actina� 5-9 nm
Família heterogênia de proteínas�
força mecânica e resistênciaCentro organizador de microtúbulos: 
centrossomo� determinam a posição 
das organelas e transporte intracelular
Maior concentração no córtex celular�
forma da superfície e movimentação 
celular
Filamentos IntermediáriosMicrotúbulos Filamentos de Actina
Aspectos Gerais
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS
MICROTÚBULOS
REDE MICROTRABECULAR
ACTINA
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS
� Constituído por heterodímeros de α e β tubulina
� Estas proteínas se polimerizam para formar o microtúbulo
� Parede constituída por 13 subunidades (protofilamentos paralelos)
Rigidez, forma celular; regula movimentos intracelulares de organelas e 
vesículas; proporciona a movimentação de cílios e flagelos
Qual a função dos Microtúbulos?
� Monômero de α-tubulina: ligado ao GTP� não pode ser hidrolisado
� Monômero de β-tubulina� pode se ligar ao GDP ou GTP
GTP
GTP/GDP
ββββ-tubulina
αααα-tubulina
ligações laterais entre a 
mesma subunidade: α-α; β-β
� Parede constituída por 13 subunidades (protofilamentos paralelos)
forte energia de ligação entre 
as subunidades α-β
Extremidade + � região mais dinâmica: 
crescimento e dissociação ocorre mais rápido
� Localizadas no citoplasma e prolongamentos celulares (cílios e flagelos)
Microtúbulos de células da retina. 80.000x Cílios do epitélio respiratório. N: núcleo, M: 
precursor de muco. HE
Microtúbulos
precursor de muco. HE
Microscopia confocal: células embrionárias-
anti-tubulina (verde)
Microtúbulos
MICROTÚBULOS: responsável pela formação do fuso mitótico (cortes longitudinal e transversal)
Microtúbulo
Cabeça globular: 
domínio motor
E
x
t
r
e
m
i
d
a
d
e
(
−
− −
−
)
E
x
tre
m
id
a
d
e
(+
)
Microtúbulos
Microtúbulos: direcionam o transporte vesicular intracitoplasmático: Cinesinas x Dineínas
DINEÍNA
CINESINA
domínio motor
E
x
t
r
e
m
i
d
a
d
e
Cadeias leves e 
intermediárias
Cauda
Cadeia
leve
E
x
tre
m
id
a
d
e
MICROTÚBULOS: via de 
transporte intracelular
Microtúbulos
� Movimento bidirecional regulado pela Cinesina e Dineína
Formação de Polímeros: Microtúbulos
� Microtúbulos em crescimento� subunidade de GTP na extremidade (capa de GTP):
proteção
hidrólise de GTP>adição de 
microtúbulos� encurtamentomicrotúbulos� encurtamento
inserção de subunidades com GTP
suficientes no microtúbulo em
encurtamento� formação de nova
capa de GTP � crescimento
� Hidrólise do GTP após a polimerização� modificação da conformação � encurtamento
Adição de subunidades de tubulina com GTP a extremidade do 
protofilamento� crescimento
Formação de Polímeros: Microtúbulos
subunidades ββββ
ligadas ao GTP
Proteínas que se ligam lateralmente aos microtúbulos são denominadas de Proteínas de 
Associação a Microtúbulos (MAPs)
Diferentes Proteínas se Ligam aos Microtúbulos e Controlam a Polimerização
� Catastrofinas ligam-se a extremidade� alavancam os filamentos
� MAPs� ligam-se a extremidade� crescimento dos microtúbulos
Proteína catanina (não MAP)� hidrolisa o ATP �
rápida despolimerização dos microfilamentos
� Proteína estatmina se liga a dois heterodímeros de tubulina� evita a adição na
extremidade do microtúbulo
Subunidades de tubulina não-polimerizadas são seqüestradas!
Por que Não Há Polimerização Espontânea das Subunidades de Tubulina?
� � [tubulina] disponível para polimerização
� Polimerização da tubulina� reação energeticamente favorável� enquanto houver
subunidades livres haverá formação dos microtúbulos
� � da disponibilidade de tubulina� � crescimento do microtúbulo� a taxa de hidrólise do� � da disponibilidade de tubulina� � crescimento do microtúbulo� a taxa de hidrólise do
GTP permanece constante
Cílios e Flagelos
� Prolongamentos móveis
� Estrutura semelhante entre cílios e flagelos
� Região central: microtúbulos (axonema)� 2 
microtúbulos centrais + 9 duplas de microtúbulos
Microtúbulos
Corte transversal de um cílio
microtúbulos centrais + 9 duplas de microtúbulos
� Quando ativados: braços de dineína se ligam ao microtúbulo adjacente 
promovendo deslizamento (necessidade de ATP)
flexão
proteínas 
de ligação
Movimentação Ciliar Movimentação Flagelar
Cílios e Flagelos - Microtúbulos
Movimento flagelar diferenciado. 
A: protozoários; B: espermatozóide
Deslizamento de Microtúbulos
Dobramento de Microtúbulos
� Cílios� movimentação de fluidos e partículas
Cílios e Flagelos - Microtúbulos
Cílios ao ME varredura
Microtúbulos
CÍLIOS em corte transversal: axonema constituído de microtúbulos ( 9+2 ) envolvido por
membrana; braços de dineína.
� Inseridos em corpúsculos basais
Cílios e Flagelos - Microtúbulos
ME célula epitelial ciliada. Corpúsculo basal: origina o cílio. 59.000x. Cílios seccionados transversalmente: padrão
9+2 microtúbulos. 80.000x
Centríolos Microtúbulos
� Cilíndricos, compostos especialmente por microtúbulos
curtos e especializados
� Cada centríolo� 9 conjuntos de 3 microtúbulos (9 tríades)
� Células que não estão em divisão� único par de centríolos (próximo ao núcleo)� Células que não estão em divisão� único par de centríolos (próximo ao núcleo)
� Momentos antes da mitose� se duplica (2 pares)
� Centros organizadores de microtúbulos (MTOC)� ricos em γ-tubulina
Nucleação dos microtúbulos ocorre por um complexo protéico� γ-tubulina
Como as Células Regulam o Tamanho do Citoesqueleto?
� Matriz centrossomal fibrosa� contém mais de 50 cópias de γ-tubulina (γ-TuRC):
molde para nucleação de microtúbulos com 13 protofilamentos
Microtúbulos
Centrossomo� centro organizador do citoesqueleto: nucleação do 
crescimento de microtúbulos� arranjo dirigido centro � periferia celular
� Configuração estelar dos 
microtúbulos
Filamentos de ActinaMicrotúbulos Filamentos IntermediáriosFilamentos Intermediários
Filamentos de Actina (microfilamento)Actina
� Subunidades associam-se em oposição: cabeça� cauda�
formação de filamentos com polaridade estrutural
Formada por cadeia polipeptídica globular simples� monômeros
� Subunidades de actina� sítio de ligação para ATP ou ADP
� Filamento de actina� formado por 2 protofilamentos paralelos enrolados em hélice
Nucleotídeo: 
ATP ou ADP
extremidade −−−−
extremidade +
Filamentos de Actina
Filamentos de Actina (microfilamento)Actina
� Presente no citoplasma de todas as células em diferentes formas:
� Musc. estriado: associado a filamentos grossos (miosina)� estruturalmente estável
miofilamentos
miosina
actina
� Córtex celular: delgada rede na superfície interna da membrana plasmática
da maioria das células � migração celular
� Cinta de actina e miosina formada no final da mitose� divisão 
celular
Marcação com 
anti-actina
Marcação com 
anti-miosina
� Há 3 tipos de actina: α (muscular); β e γ (não musculares)
� Formam feixes com 3 tipos de associações em células não musculares:
1) Feixes contráteis: formação de sulcos de clivagem (anéis contráteis) durante divisão
mitótica� geralmente associados a miosina
� Associação com Miosina V: movimentação de vesículas intracelulares e
organelas
� Associaçãocom Miosina II: formação e retração de pseudópodes
Filamentos de Actina (microfilamento)
2) Redes Semelhante a Géis: base estrutural do córtex celular� rigidez
3) Feixes paralelos de filamento de actina� formação do eixo central das
microvilosidades
� Maior densidade de filamentos de actina no córtex celular
Nucleação de filamentos de actina ocorre freqüentemente na membrana plasmática�
geralmente regulada por sinais externos
Como Ocorre a Nucleação dos Filamentos de Actina?
� Nucleação é catalisada� complexo de proteínas: 2 proteínas relacionadas a actina (ARPs)
� Função análoga a γ-TuRC: Complexo ARP (ou ARP2/3) induz nucleação e crescimento do
filamento de actina a partir da extremidade − para extremidade +filamento de actina a partir da extremidade − para extremidade +
� ARP2 e ARP3� posicionadas por moléculas acessórias em posição similar a extremidade
+ dos filamentos de actina� organização a partir do complexo ARP
outras proteínas
complexo ARP
monômeros de 
actina
filamentos de actina nucleado
extremidade 
(−)
extremidade 
(+)
Como Ocorre a Nucleação dos Filamentos de Actina?
� A nucleação de novos filamentos ocorre com maior eficiência pela ligação do complexo
ARP com a cadeia lateral de um filamento pré-existente
� Crescimento da ramificação em ângulo de 70º� formação de teia de actina
ME: filamentos purificados de actina e
complexos ARP� formação de filamentos de
actina ramificados
� Maioria das células não-musculares� 50% actina solúvel e 50% actina filamentosa
Proteínas especiais se ligam aos monômeros de actina desfavorecendo a 
polimerização� timosina
Por que os Monômeros de Actina não se Associam Espontaneamente na Célula?
� Monômeros associados a timosina� estado de
repouso� não se associam a extremidade + ou −
�não hidrolisam/modificam ATP
Como ocorre o desbloqueio da timosina para iniciar a polimerização?
� Ligação da proteína profilina ao monômero de
actina� alteração conformacional da actina�
� afinidade pela timosina
� A ativação de uma pequena quantidade de
profilina resulta na rápida polimerização da actina
� Pode ser estabilizado na extremidade + � proteína de capeamento� inativação da
extremidade� � taxa de crescimento/despolimerização
Filamento de actina que cessa o crescimento e não é estabilizado�
rápida despolimerização
� Maior parte dos filamentos de actina� capeamento na extremidade + � proteínas CapZ
� Capeamento na extremidade − � pode ser realizado pela manutenção do complexo ARP
responsável pela nucleação� capeamento na extremidade − é pouco freqüente
Como ocorre a Estabilização/Desestabilização dos Filamentos de Actina na Célula?
proteína capeadora
proteína capeadora
Proteínas de Ligação Auxiliam o Arranjo dos Filamentos de Actina
Filamentos de Actina estão organizados na célula em forma de 
feixes e redes/teias (semelhante a gel)
Fimbrina: 2 domínios de ligação com actina
muito próximos� empacotamento compacto
de feixes de actina� filopódios
α-actinina: 2 domínios de ligação com
actina distantes� fibras de estresse:
responsável pela ligação frouxa de feixes
contráteis (miosina II)
αααα-actina 
(dímero)
fimbrina 
(monômero)
Proteínas de feixes: ligam filamentos 
de actina em arranjos paralelos
Proteínas de rede/teia: ligam filamentos de
actina em ângulos abertos� trama frouxa
fibras de estresse
córtex celular
filopódio
fibras de estresse
córtex celular
filopódio
feixe contrátil rede com estrutura 
em gel
feixe paralelo 
compacto
Proteínas de Ligação Auxiliam o Arranjo dos Filamentos de Actina
Géis de actina tridimensionais são formados por proteínas com dois domínios curvos 
e longos de ligação aos filamentos de actina
� Filamina� formação de gel frouxo e viscoso unindo 2
filamentos de actina
� Necessários para célula formar lamelipódios� auxilia
movimentação sobre superfícies sólidas
Filamina liga-se de forma flexível aos filamentos de
actina� formação de gel resistente
ligação 
filamina-
actina
ligação 
filamina-
actina
filamento de 
actina
A Célula Pode Quebrar Longos Filamentos em Filamentos Menores
Proteínas da superfamília gelsolina estão envolvidas na quebra da actina
� Gelsolina� ativada pelo � [citosólica de Ca2+]
� Liga-se a lateral do filamento de actina� abertura entre as subunidades
� Insinua um dos domínios na abertura� quebra do filamento
� Após a quebra� permanece ligada a extremidade + � atua como proteína capeadora
� Fragmentos de filamentos de actina
podem nuclear o crescimento de
novos filamentos
Filamentos de ActinaMicrotúbulos Filamentos IntermediáriosFilamentos Intermediários
� Outros filamentos de tamanho intermediário (8-10 nm) 
� Constituídos por diversas proteínas
Filamentos Intermediários
� Filamentos intermediários e suas proteínas associadas: auxiliam a manutenção da 
estrutura tridimensional da célula
Filamentos Intermediários
Filamentos Intermediários
� Função: resistência física às células e tecidos� formam o arcabouço tridimensional
deformável e ancoram o núcleo; conexão entre a membrana celular e o citoesqueleto
Filamentos intermediários de 
queratina associado a desmossomos
força tensora em 
células compostas por 
filamentos 
intermediários
células permanecem intactas e unidas células se rompem
células sem
filamentos 
intermediários
Formados por moléculas alongadas com domínio central estendido de α hélice�
estrutura supertorcida paralela a outro monômero
� Um par de dímeros são associados de forma antiparalela� arranjo em tetrâmero
� Empacotamento lateral de tetrâmeros formando estrutura com 8 protofilamentos 
paralelos� 32 α hélices enroladas� flexível e muito resistente
� Mecanismos de associação e dissociação são pouco 
compreendidos� parecem estruturas muito dinâmicas
Filamentos Intermediários
região de αααα hélice do monômero
dímero supertorcido
estrutura encadeada de um tetrâmero feito a partir
de dois dímeros supertorcidos
dois tetrâmeros associados
32 tetrâmeros enrolados em um filamento 
semelhante a um cabo
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS
Citoplasmático Nuclear
Queratina Proteínas Semelhantes 
a Vimentina
Neurofilamentos Lâminas Nucleares
Cerca de 20 tipos em 
células epiteliais
Axônios de neurônios 
de vertebrados
Desmina, Proteínas Ácida 
Glial Fibrilar
Filamentos Intermediários
neurofilamento 
(axônio)
filamentos da 
glia
axônio: grande número de 
neurofilamentos
Astrócitos
(axônio) glia
Junções de adesão: DesmossomoJunções de adesão: Desmossomo
� Membranas celulares dispostas de forma reta, paralela 
� Células epiteliais=> filamentos intermediários (muito resistentes) de queratina se 
inserem na placa de ancoragem
Junções Intercelulares- Filamentos Intermediários
Desmossomos: célula da epiderme em região de interdigitação com filamentos intermediários (10nm) de
queratina (tonofilamentos).
Junções de adesão: Desmossomo ou Mácula de AdesãoJunções de adesão: Desmossomo ou Mácula de Adesão
A
Junções Intercelulares- Filamentos Intermediários
� Desmossomos promovem firme adesão entre as 
células
� Células não-epiteliais=> filamentos 
intermediários ancorados nos desmossomos 
não são constituídos por queratina (desmina
ou vimentina)
A) TONOFILAMENTOS (10nm): queratina - inseridos em desmossomas. B) Hemi-desmossomos unindo a célula 
epitelial à membrana basal.
B
� Hemidesmossomo=> localizados entre 
algumas células epiteliais e sua lâmina basal
� Estrutura de meio desmossomo: prendem a 
célula epitelial a lâmina basal
� Nos desmossomos as placas de ancoragem 
contém principalmente caderinas ao passo 
que nos hemidesmossomos há integrinas
Como os Filamentos Intermediários são Mantidos Associados?
Auto-associação entre filamentos adjacentes� ligaçãopor múltiplos contatos laterais
� Participação de proteínas acessórias:
� Filagrina� forma feixes de filamentos de queratina em células epidérmicas em 
diferenciação� resistência da camada externa da pele
� Plectina� formação de feixes de filamentos intermediários; liga filamentos 
intermediários a� microtúbulos, feixes de filamentos de actina e a filamentos de 
proteína motora miosina II
� Auxilia a ligação a feixes de filamentos intermediários a proteínas adesivas da MP� Auxilia a ligação a feixes de filamentos intermediários a proteínas adesivas da MP
� Ligação da plectina (verde) conectando diferentes 
filamentos intermediários (azul) entre si, com 
microtúbulos (vermelho) e filamentos de miosinamiosina. 
Amarelo: partículas de ouro ligadas ao Ac anti-plectina
Filamentos Intermediários
Epidermólise bolhosa� doença genética causada por queratina defeituosa na 
camada basal de células epidérmicas
� Formação de bolhas em resposta a estresse mecânico
� Ruptura da camada basal de células epidérmicas � problema de ancoragem da lâmina 
basal pelos filamentos de queratina (hemidesmossomos)
Inibidores da Polimerização da Tubulina
Alteração do Citoesqueleto por Fármacos
"Se você quer transformar 
o mundo, mexa primeiro 
em seu interior."
( Dalai Lama )
� ALBERTS, B., JOHNSON A., WALTER P. 2004. Biologia Molecular da Célula. 4º
Edição. Editora Artmed, Porto Alegre. 1462p.
Referências Indicadas
� ALBERTS, B., BRAY, D., HOPKIN, K., JOHNSON, A., LEWIS, J., RAFF, M.,
ROBERTS, K., WALTER, P. 2006. Fundamentos da Biologia Celular. 2º Edição.
Editora Artmed, Porto Alegre. 866p.
Edição. Editora Artmed, Porto Alegre. 1462p.
� JUNQUEIRA, L.C.U. & CARNEIRO, J. Histologia Básica. 10a edição. Ed.
Guanabara Koogan. 2004. 488 p.