citoesqueleto-motilidade-2017

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CITOESQUELETO E MOTILIDADE CELULAR 
Citoesqueleto consiste de uma rede de proteínas filamentosas que se extendem através do 
citoplasma de todas as células eucarióticas. 
 
 
Função do citoesqueleto 
- Determina a forma da célula 
- Organização geral do citoplasma 
- Movimentação de células inteiras 
- Transporte interno de organelas e outras estruturas (cromossomo durante divisão celular) 
 
 
Nota. Embora o nome de citoesqueleto sugere uma estrutura rígida, ele representa uma 
estrutura dinâmica que é continuamente reorganizado conforme a célula se move ou muda de 
forma, por exemplo, durante divisão celular, fagocitose, endocitose, exocitose, etc. 
 
COMPOSIÇÃO DO CITOESQUELETO 
O citoesqueleto é composto por três tipos principais de proteínas e várias proteínas 
acessórias: 
- actina (forma filamentos de actina) 
- filamentos intermediários 
- tubulinas (forma microtúbulos) 
- proteínas acessórias 
 
As proteínas do citoesqueleto estão envolvidas, por exemplo: 
- Manutenção da forma bicôncava de eritrócitos (hemáceas) 
- Atividade fagocítica de macrófagos e neutrófilos 
- Junção entre células enterociticas (intestinos) 
- Formação de microvilosidades intestinais 
- Adesão inter-celular (relação entre matrix extracelular, proteínas de membrana e elementos 
do citoesqueleto, filamentos de actina e outras proteínas acessórias) 
Polimerização e estrutura dos filamentos de actina 
Actina monomérica (actina-G) polimeriza para formar os filamentos de actina (actina-F). 
A primeira etapa é a formação de dímeros e trímeros chamado de nucleação. O terceiro monômero 
estabiliza o dímero e oferece condições para o crescimento do filamento chamado de elongação 
A elongação do filamento origina actina F. 
Actina G (monômero) vão se orientando na mesma direção no microfilamento conferindo uma 
polaridade ao complexo. Extremidade mais (+) e extremidade menos (-) 
Actina 43 kDa (375 aminoácidos) 
Monômero - actina G (globular) 
Microfilamento - actina F 
Elongação do filamento de actina - cresce pela adição de monômeros em ambas extremidades mais (+) e 
menos (-). 
A adição de monômero na extremidade mais (+) é 5 a 10 vezes mais rápido do que na menos (-). 
Como ocorre essa polimerização? 
Embora ATP não seja necessário para o processo de polimerização, a ligação de ATP-actina e depois sua 
hidrólise para ADP-actina tem papel importante na regulação dinâmica da polimerização e 
despolimerização dos filamentos de actina. 
A polimerização de filamento de actina pode ocorrer expontâneamente em condições de força iônica 
fisiológica. In vitro a baixa força iônica promove despolimerização dos filamentos. 
Polimerização de actina é um processo reversível, na qual os 
monômeros associam e dissociam em ambos lados do filamento de 
actina. Aparente equilibrio é estabelecido quando a concentração 
crítica de monômeros é alcançada. 
 
Actina-ATP associa-se na extremidade mais (+) 
Actina-ADP dissocia-se na extremidade menos (-) 
Isto estabelece uma dinâmica para os filamentos de actina e assim 
eles podem ser regulados em seu tamanho. 
 
A diferença na razão de crescimento é refletida pela concentração crítica de actina, pela adição de 
actina-G para os dois lados do filamento. Actina-ATP associa-se mais rápidamente extremidade mais 
(+), e ATP ligado a actina é hidrolisado para ADP. 
Actina-ADP da extremidade menos (-) se dissocia na mesma razão que actina-ATP se associa ao lado 
mais (+), balanceando assim o tamanho do filamento de actina. 
Moléculas de miosina sobre filamentos de actina 
Actina - proteína mais abundante do citoesqueleto (5 a 10% da proteína total de células 
eucarióticas) 
Organização dos filamentos de actina 
Polimerização de actina leva a formação de filamentos também chamados de microfilamentos 
Microfilamentos estão organizados em: 
- filamentos de actinas que estão disposto em paralelo unidos por proteínas acessórias 
pequenas que estão associadas à actina não covalentemente. 
- filamentos de actinas que estão dispostos em rede unidos por proteínas grandes e flexíveis 
que estão associadas também não covalentemente, porém em posições ortogonais com actina 
conferindo a forma de rede. 
Os filamentos de actina apresentam característica de gel semi-sólido e estão próximo a 
membrana plasmática providenciando suporte mecânico, forma e permitindo movimento 
celular. 
Associação de filamentos de actina com a membrana plasmática 
Associação do citoesqueleto cortical de eritrócitos com a membrana plasmática. 
A membrana plasmática é associada com uma rede de tetrâmeros de espectrina ligados a curtos 
filamentos de actina em associação com proteina banda 4.1. 
A rede actina-espectrina é ligada para a membrana pela anquirina, a qual liga-se ambas espectrina e uma 
proteína abundante chamada banda 3. 
Adicional ligação é providenciada pela ligação da proteína banda 4.1 para glicoforina. 
Eritrócitos ou hemáceas são particularmente importante para o estudo de rede de filamento de actinas por 
não possuirem organelas internas e outros componentes do citoesqueleto como microtubulos e filamentos 
intermediários. 
JUNÇÕES ADERENTES 
Fibras de actina ligadas a membrana 
plasmática nos pontos de adesão focal 
exemplo fibroblastos aderidos a placas de 
cultura (cultura de tecidos) via integrina 
(proteína transmembrana) 
As adesões focais são mediadas por ligação com 
integrinas para proteínas da matrix extracelular. 
Filamentos de actinas (ligação cruzada com alfa-
actinina, proteína acessória) estão interagindo com 
as integrinas 
JUNÇÕES ADERENTES – CADERINAS 
Interação Célula-Célula 
Image of human epithelial cells with 
cadherin stained green and nucleus blue. 
The green staining cadherin is very widely 
distributed between these cells. This is why 
it appears that the plasma membrane is 
stained green. (courtesy of Louise Cramer, 
Laboratory for Molecular Cell Biology & 
Cell Biology Unit, University College 
London, UK and Vania Braga, Imperial 
College London, UK) 
PAPEL DE FILAMENTOS DE ACTINA NA FORMAÇÃO DE PROJEÇÕES DA SUPERFÍCIE DAS CÉLULAS. 
Organização da microvilosidades. Filamentos de actina das microvilosidades são interligados por 
fimbrina e vilina (proteínas acessórias) em posições paralelas formando as projeções da superficie celular 
das células do epitélio intestinal envolvidos em processos de absorção de nutrientes. Isto aumenta a 
superficie de contato destas células com seu ambiente. 
MICROTUBULOS 
- São o terceiro componente principal do citoesqueleto, se apresentam como bastões 
cilíndricos de natureza rígida. 
- Como filamentos de actina, os microtubulos também polimerizam e despolimerizam 
contínuamente atuando como estruturas dinâmicas. 
- Função 
- Determina forma da célula 
- Atua numa variedade de movimentos celulares (ex.locomoção) 
- Transporte intracelular de organelas 
- Separação dos cromossomos durante a divisão celular 
- Composição 
- Proteína globular – tubulina – dímero de 55 kDa (subunidades alfa e beta-tubulina) 
Dímeros de alfa e beta-
tubulinas polimerizam 
para formar 
microtubulos, os quais 
são compostos por 13 
protofilamentos 
montandos em núcleo 
cilindríco 
Microtubulos 
Como actina, microtubulos também tem uma polaridade. Extremidade mais (+) 
cresce mais rápido, enquanto a extremidade menos (-) cresce lentamente. 
Tubulina-GTP é adicionado a + e rápidamente GTP é hidrolisado a GDP. 
A hidrólise para GDP enfraquece a interação da tubulina-GDP com moléculas 
adjacentes e então despolimerização acontece 
O processo leva a elongação e encurtamento de microtubulos (instabilidade 
dinâmica) que é importante para a função destes elementos na célula, 
principalmente durante divisão celular. 
Filamentosintermediários 
Em contraste com filamentos de actina e microtubulos, os filamentos intermediários não estão envolvidos 
diretamente na motilidade celular, eles proporcionam resistência mecânica a células e tecidos. 
Estão organizados em aproximadamente 8 protofilamentos a partir de tetrâmeros. Os filamentos 
intermediários tem suas extremidades equivalentes e portanto não apresentam extremidades mais (+) ou 
menos (-) como em microtubulos e filamentos de actina. 
polipeptídeo 
dímero 
protofilamento 
filamento 
tetrâmero 
Mais de 50 tipos diferentes de proteínas que compoem os 
filamentos intermediários tem sido identificadas e foram 
classificadas segundo similaridades em suas sequências de 
aminoácidos. 
Organização intracelular dos filamentos intermediários 
Filamentos intermediários forma uma elaborada 
rede no citoplasma de muitas células, estendendo-
se da circunvizinhaça do núcleo para a periferia 
da membrana plasmática 
Associam-se com os outros elementos do 
citoesqueleto promovendo a organização da 
estrutura interna da célula 
amarelo-plectina 
Azul-filamentos intermediários 
Vermelho-microtúbulos 
Verde- fibras de conexão 
Microscopia eletrônica de fibroblasto corado com 
anticorpo anti-plectina. Plectina liga-se a filamentos 
de actina, microtubulos e filamentos intermediários 
promovendo uma ligação entre esses componentes do 
citoesqueleto. 
Estas interações estabilizam os componentes e 
aumentam a estabilidade mecânica da célula. 
Distribuição de 
queratina (anticorpo 
anti-queratina com 
fluoróforo vermelho) 
e lamina (azul) 
Motilidade celular e motores 
moleculares 
Proteínas motoras 
Miosina-II é um protótipo de um motor 
molecular - uma proteína que converte energia 
química na forma de ATP para energia mecânica, 
então gerando força e movimento. 
Miosina-V é uma miosina com duas cabeças e 
cauda globular. É considerada uma miosina não 
convencional, está envolvida no transporte de 
organelas e outras cargas, por ex. Filamentos 
intermediários, em direção a extremidade + de 
filamentos de actina. 
Miosina-I contém um grupo cabeça similar a miosina II, mas ela tem uma cauda relativamente 
curta e não forma dímeros ou filamentos. Embora não possa induzir contração, miosina I 
move-se ao longo de filamentos de actina (direção a extremidade +) e também está envolvida 
no transporte de organelas e outras cargas. 
Proteínas motoras 
Kinesin uma proteína motora que se move ao longo de microtubulos em direção a extremidade mais (+) 
Dynein também uma proteína motora move-se ao longo de microtubulos em direção a extremidade menos 
(-) 
Proteínas motoras 
(-) (+) 
Transporte de vesículas 
ao longo dos 
microtubulos por 
cinesinas e dineínas. 
Note que cada uma 
transporta em uma 
direção no microtubulo. 
Proteína EB1 liga-se ao lado + de 
microtubulos, somente se o CAP-GTP 
está presente. EB1 com fusão para GFP 
(green fluorescent protein) demonstra o 
crescimento de microtubulos do 
centrossomo para a periferia. 
 
Na segunda parte. Microtubulos que 
perderam o CAP-GTP podem tanto 
encurtar como elongar, assim o vídeo 
mostra tubulina-GFP revelando esse 
movimento. 
Sarcômero. A unidade contráctil das células musculares são compostos por filamentos de actina e 
miosina interangindo entre si. 
Estrutura das células musculares 
Estrutura do sarcômero 
Banda I - filamentos de actina 
Banda A - miosinas 
Modelo de contração muscular. 
Os filamentos de actina deslizam-se pelos 
filamentos de miosina em direção ao meio do 
sarcômero. O resultado é um encurtamento 
do sarcômero sem nenhuma mudança no 
comprimento dos filamentos. 
Modelo de ação da miosina 
 
- A cabeça da molécula de miosina liga filamentos de actina, 
 
 - Hidrólise do ATP providencia energia para o deslizamento sobre o 
filamento de actina. 
 
- A tradução de energia química para movimento é mediada pela 
mudança na forma da miosina pela ligação de ATP. 
 
- O modelo geralmente aceito é que hidrólise de ATP direciona 
repetidos ciclos de interação entre cabeça de miosina e actina. 
 
- Durante cada ciclo, mudanças conformacionais de miosina resulta em 
movimento das cabeças de miosina ao longo do filamento de actina. 
Miosina-
actina 1 
Miosina-
actina 2 
 
Microtubulos e transporte de organelas por dineina 
e quinesina 
Quinesina lado (+) 
Dineína lado (-) 
Motilidade celular 
Fagocitose 
 
 
Lamelopódia 
 
 
Filopódia 
 
A) macrófago fagocitando uma célula tumoral 
B) Ameba com varias extensões de pseudópodes 
C) Lamelopódia (seta-branca) e filopódia (seta vermelha) 
Projeções da superfície celular envolvida em fagocitose e movimento de células 
A C B 
MOVIMENTO INTERNO NA CÉLULA 
Exemplos. 
 
 
O citoesqueleto atua como um trilho na qual as células podem mover organelas, cromossomos e 
outros complexos. 
 
 - Movimento de organelas do interior para a superfície celular, frequentemente estudado em axônio 
gigante de lula. 
 
- Movimentação interna no citoplasma 
 
- Movimento de vesículas contendo pigmentos para mudanças de coloração com fins de proteção 
 
- Descarte de vesículas contendo água no processo de regulação em protozoários. 
 
- Divisão celular - citocinese. 
 
- Movimento dos cromossomos durante mitose e meiose. 
 
MOVIMENTO CELULAR EXTERNOS POR CÍLIOS E FLAGELOS. 
 
Cílios 
 
Cílios são estruturas finas tipo “cabelo” que se movimentam em sincronia promovendo a 
movimentação de organismos unicelulares como por ex. Paramaecium 
Cílios são também encontrado em orgãos especializados de eucariotos. Por exemplo, células da 
traquéia e do oviduto em mulheres. 
 
 
Flagelos 
São mais longos que os cílios, mas apresentam estrutura interna similar feita de microtubulos. 
 
Ambos flagelo e cílios possuem um arranjo de 9/2 microtubulos. Este arranjo se refere a 9 pares de 
microtubulos com fusão de pares no lado externo do flagelo, e 2 microtubulos não fundidos no centro. 
Dineína anexada ao microtubulo serve como motor molecular. Defeitos na dineína causa infertilidade em 
homem. 
MOVIMENTO CELULAR EXTERNO POR CÍLIOS E FLAGELOS. 
Molecular Cell Biology 
Harvey Lodish 
Arnold Berk 
Lawrence S. Zipursky 
Paul Matsudaira 
David Baltimore 
James Darnell 
Fourth EditionW. H. FREEMAN 
Molecular Biology of the Cell 
Fourth Edition 
Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian 
Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter 
Walter 
The Cell 
A Molecular Approach 
 
Geoffrey M. Cooper 
Boston University