Citoesqueleto: Estrutura e Funções

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CITOESQUELETO 
INTRODUÇÃO 
 O citoesqueleto é uma das principais estruturas das células eucariotas. Nestas células, ele é um 
dos responsáveis pela variedade de formas que estas células assumem. Ele é, também, responsável 
pela execução de movimentos coordenados e direcionados. Assim como, permite o tráfego intracelular 
de organelas, vesículas e outras estruturas. Contrariamente ao esqueleto ósseo dos vertebrados, o 
citoesqueleto é uma estrutura altamente dinâmica que se reorganiza continuamente sempre que a 
célula altera a sua forma, se divide ou responde à um estímulo ambiental. O citoesqueleto está 
envolvido em inúmeras funções celulares, tais como: contração muscular, transporte intracelular de 
vesículas, fatores e organelas e segregação dos cromossomos nos eventos de mitose. Inúmeras 
doenças implicam em alterações do citoesqueleto, entre elas temos a Síndrome de Duchenne (um tipo 
de distrofia muscular) e o câncer na sua fase metastática. Há três filamentos principais compondo o 
citoesqueleto: os filamentos intermediários, os filamentos de actina e os microtúbulos. 
 
FILAMENTOS DO CITOESQUELETO 
 Cada um dos tipos de filamentos que compõe o citoesqueleto é formado a partir de uma 
subunidade protéica diferente: actina nos filamentos de actina, tubulina nos microtúbulos e proteínas 
fibrosas tais como vimentina e lâmina nos filamentos intermediários. A actina e a tubulina têm se 
mantido altamente conservadas ao longo da evolução dos eucariotos; seus filamentos protéicos se 
ligam a uma grande variedade de proteínas acessórias que permitem que um mesmo filamento participe 
de diferentes funções em diferentes regiões das células. Algumas dessas proteínas acessórias ligam os 
filamentos entre si ou a outros componentes celulares como, por exemplo, a membrana plasmática. 
Outras regulam a velocidade e a extensão da polimerização dos filamentos de actina e dos microtúbulos 
controlando, assim, onde e quando eles devem ser montados na célula. Outras ainda são proteínas 
motoras que hidrolisam ATP para produzir força e movimento direcionado ao longo do filamento. Os três 
filamentos do citoesqueleto (filamentos de actina, microtúbulos e filamentos intermediários) de uma 
célula viva estão conectados entre si e suas funções são coordenadas. 
 
Microfilamentos de actina 
 Todas as células eucariotas possuem a proteína actina. Os filamentos de actina atuam no 
citoplasma na forma de redes ou feixes. Os filamentos de actina que se distribuem logo abaixo da 
membrana plasmática, estão ligados entre si por várias proteínas que se ligam à actina formando uma 
rede chamada córtex celular. Esta rede é altamente dinâmica e atua juntamente com as moléculas de 
miosina no controle dos movimentos da superfície celular. 
Bio Mol Cel I 
Prof. Paulo R. Cunha 
2º semestre - 2005 
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 Os filamentos de actina podem formar estruturas temporárias ou estáveis nas células. 
Filamentos estáveis formam o núcleo das microvilosidades e constituem um componente crucial na 
maquinaria contrátil das células musculares 
 Basicamente há três tipos de filamentos de actina modelando a membrana plasmástica das 
céulas eucariotas: protusões finas e pontiagudas semelhantes a microespículas se formam na 
superfície das células como conseqüência da reunião de feixes de filamentos de actina ancorados no 
córtex celular; expansões semelhantes a folhas chamadas lamelipódios, formadas também na 
superfície celular e invaginações da superfície da célula como as que ocorrem durante a divisão celular. 
Os filamentos de actina são finos e flexíveis. 
 Aparecem em micrografia eletrônica como fios de 8 nm de espessura, consistindo de uma dupla 
alfa-hélice compacta de moléculas de actina globular (G-actina) uniformemente orientadas. Portanto, 
podemos encontrar a proteína actina de duas formas: globular (ou monomérica) e filamentosa (F-
actina), onde a forma globular se arranja de modo a formar um filamento. Assim como os microtúbulos, 
os filamentos de actina são estruturas polarizadas consistindo de duas extremidades com crescimento 
diferenciado: uma extremidade positiva (ou extremidade farpada) onde o crescimento é rápido e uma 
extremidade negativa ou penetrante, de crescimento mais lento. 
 
 . 
 Os filamentos de actina são abundantes no músculo, embora sejam encontrados em menor 
quantidade no citoplasma de todas as células, onde constitui 5-30% das proteínas totais do citoplasma. 
 Já foram descritos seis tipos de moléculas de actina, extraídas de células dos animais ou de 
células humanas. Trata-se de uma proteína extremamente conservada durante a evolução. Mais de 
80% das seqüências de aminoácidos são exatamente iguais em todos os tipos de actina. 
 Diversas drogas que influem sobre a estrutura dos microfilamentos de actina, como as 
citocalasinas e as faloidinas (ambas extraídas de fungos), interferem com os movimentos celulares e 
têm sido usadas em experimentos sobre esses movimentos. As citocalasinas se combinam com as 
moléculas de actina e impedem sua polimerização para formar microfilamentos. As faloidinas se 
combinam lateralmete com os microfilamentos de actina, estabilizando-os. Tanto as citocalasinas como 
as faloidinas impedem os movimentos dependentes da actina. 
Esses microfilamentos são formados 
por duas cadeias de nomômeroas 
globosos da proteína G-actina, que 
se polimerizam lembrando dois 
colares de pérolas enrolados 
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 Como no caso dos microtúbulos, tanto a destruição como a estabilização de microfilamentos têm 
o mesmo efeito, mostrando que o dinamismo entre os monômeros de actina dos microfilamentos e os 
do pool citoplasmático é essencial para a função desses microfilamentos. 
 Os filamentos de actina são encontrados nos músculos esqueléticos, proporcionando a 
contração muscular. Em destaque o sarcômero mostrando a disposição dos filamentos de actina e dos 
filamentos de miosinas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
O filamento de actina 
interage com proteínas 
motoras como as Miosinas. 
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A figura mostra a interação entre o filamento de actina e a proteína motora Miosina, pela hidrólise do ATP, 
proporcionando o deslocamento do filamento para a realização da contração e relaxamento muscular. 
 
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS 
 
 Os filamentos intermediários são fibras protéicas 
duras e resistentes encontradas no citoplasma da maioria, 
mas não de todas as células animais. São assim 
denominados devido ao fato de, em micrografia eletrônica, 
possuírem diâmetro de tamanho intermediário entre os 
filamentos finos (actina) e microtúbulos, de calibre maior. 
 Sua forma é de cordão com um diâmetro em torno 
de 10 nm. São formados por um grupo de proteínas 
heterogêneas. Os filamentos intermediários são muito 
importantes no citoplasma de células que estão sujeitas à 
stress mecânico, estando presente em grande número em 
epitélios ligando as células entre si por junções 
especializadas, denomiadas de desmossomos. 
 
 
 Estes filamentos também formam a trama da lâmina nuclear, logo abaixo da membrana nuclear 
interna. Veja na foto abaixo os filamentos intermediários da lâmina nuclear com aspecto bidimensional. 
 
 
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 Os filamentos intermediários são constituídos por polímeros de proteínas fibrosas, 
contrariamente aos filamentos de actina e microtúbulos que são constituídos por monômeros 
globulares. As proteínas que formam os filamentos intermediários são moléculas fibrosas e alongada. 
 São encontrados tanto no citoplasma da célula, como no núcleo. Veja o esquema abaixo: 
 
 
 
A – Imunofluorescência evidenciando a distribuição 
dos filamentos intermediários 
B – Esquema mostrando a localização dos 
filamentos intermediários na célula 
C – Eletromicografia mostrando a rede formada 
pelos filamentos intermediários 
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OS MICROTÚBULOSOs microtúbulos estão em constante reorganização; crescendo em uma extremidade graças à 
polimerização local dos dímeros de tubulina, e diminuindo na outra extremidade graças à 
despolimerização local. A extremidade que cresce é denominada extremidade mais (+) e a outra é a 
extremidade menos (-). Os processos de encurtamento e alongamento dos microtúbulos são devidos a 
um desequilíbrio entre polimerização e despolimerização. 
 
 
 
A estrutura dos microtúbulos. 
 Cada microtúbulo é formado pela associação de dímeros protéicos arranjados em hélice. Os 
dímeros são constituídos por duas cadeias polipeptídicas de estruturas semelhantes, mas não iguais, 
chamadas tubulinas alfa e beta, que formam um dímero, uma molécula dimérica denominada de 
tubulina. Em corte transversal ao microtúbulo, sua parte mostra-se constituída por um anel com 13 
dímeros. 
 
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 Os microtúbulos são encontrados com freqüência no citoplasma de todas as células, o estudo de 
suas funções tem mostrado que eles participam da movimentação de cílios e flagelos, transporte 
intracelular de partículas, deslocamento dos cromossomos na mitose, estabelecimento e manutenção 
da forma das células. 
 Os microtúbulos originam-se de estruturas denominadas de centrossomos, que se formam por 
áreas de nucleação constituídas por anéis de gama-tubulina. 
Associado aos microtúbulos estão as proteínas motoras como as dineínas e as quinesinas que 
transportam cargas pelos microtúbulos utilizando-os como trilhos para deslizarem-se, destacando o 
transporte ordenado realizado por estas proteínas, sendo que a dineína sempre caminha para a 
extremidade "menos" do microtúbulo e a quinesina, ao contrário caminha no sentido "mais " do 
microtúbulo. 
O protofilamento, dímero 
formado pela associação da 
tubulina alfa e beta. 
 
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