Funções do Citoesqueleto

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Citoesqueleto 
Prof. Hermann A. Rodrigues 
Funções do Citoesqueleto 
-Permite que a célula se organize no espaço e interaja mecanicamente com o 
ambiente ao seu redor; 
 
- Possibilita o processo de divisão celular, separando os cromossomos; 
 
- Guia e direciona o trânsito intracelular de organelas; 
 
- Dá suporte à membrana plasmática, proporcionando resistência a estresse e 
esforços; 
 
- Dá condições de locomoção à determinadas células; 
 
- Possibilita a contração das células musculares; 
 
- Sustenta os prolongamentos celulares. 
Três principais tipos de filamentos 
 Filamentos Intermediários: 
 
 - proporcionam força mecânica e resistência para enfrentar o estresse; 
 
 - revestem a face interna do envelope nuclear, protegendo o DNA; 
 
 - forma um sistema de cabos que mantêm as camadas de células epiteliais unidas; 
 
 - auxiliam a extensão dos longos e fortes axônios das células neuronais; 
 
 - permitem a formação de certos apêndices resistentes, como cabelos e unhas. 
 
 - são estruturais. 
 
Três principais tipos de filamentos 
 Filamentos Intermediários 
Três principais tipos de filamentos 
 Microtúbulos: 
 
 - determinam a posição das organelas e direcionam o transporte intracelular; 
 
 - formam o fuso mitótico bipolar durante a divisão celular; 
 
 - formam estruturas de motilidade na superfície da célula– cílios e flagelos; 
 
 - formam estruturas alinhadas em feixes que servem como trilhos que servem para 
transporte. 
Três principais tipos de filamentos 
 Microtúbulos 
Três principais tipos de filamentos 
 Filamentos de Actina: 
 
 - determinam a forma da superfície celular; 
 
 - promovem a locomoção da célula como um todo; 
 
 
 - formam projeções na superfície das células 
 
 
 
 - participam da divisão celular durante a citocinese; 
 
 - permite a contração muscular. 
Dinâmicas  lamelipódios e filopódios. 
 
Estáveis  estereocílios 
Três principais tipos de filamentos 
 Filamentos de Actina 
Os filamentos são formados por subunidades protéicas 
A célula é capaz de construir grandes estruturas por meio da montagem de um grande 
número de pequenas subunidades repetitivas. 
 
 
 
As subunidades podem difundir-se rapidamente pelo citoplasma, o que não pode ser 
feito pelos filamentos já montados. 
 
 
 
As células podem promover a reorganização rápida de estruturas, pela associação de 
filamentos em uma determinada região e pela re-associação em outra região. 
Os filamentos são formados por subunidades protéicas 
Os filamentos são formados por subunidades protéicas 
 Filamento Intermediários  são formados de subunidades fibrosas e longas. 
 
 
 Filamentos de actina e os microtúbulos são formados por subunidades globulares 
 e compactas: 
 
 
 microtúbulos subunidades de tubulina 
 
 filamentos de actina subunidades de actina 
Os filamentos formados a partir de protofilamentos apresentam 
propriedades vantajosas 
A associação das subunidades protéicas não pode nem muito fraca, nem 
muito forte. 
 
Os polímeros do citoesqueleto combinam força e capacidade de adaptação, 
pois são constituídos por muitos protofilamentos. 
Longas fitas lineares de subunidades 
unidas pelas extremidades. 
Enrolam-se umas às outras, formando 
uma estrutura helicoidal. 
Microtúbulos 
São formados por subunidades protéicas de tubulina. 
 
 
Tubulina  formada por duas proteínas globulares α-tubulina (GTP) 
β-tubulina (GTP – GDP) 
Microtúbulos 
Microtúbulo 
 
 
 
é uma estrutura cilíndrica oca 
e firme, construída a partir de 
13 protofilamentos paralelos, 
compostos de α-tubulina e β-
tubulina. 
Microtúbulos 
A extremidade do filamento onde ocorre o crescimento 
A outra extremidade do filamento extremidade menos 
extremidade mais 
Filamentos de Actina 
A subunidade de actina  cadeia polipeptídica globular simples. 
Monômeros  actina G (globular) 
Cada subunidade de actina apresenta um sítio de ligação para ATP/ADP. 
Filamento de actina  actina F 
polimerização 
Filamento de actina  consiste de dois protofilamentos paralelos enrolados 
 enrolados em hélice. 
 
 
 é flexível 
Filamentos de Actina 
Filamentos de Actina 
Extremidade mais  recebe subunidades. 
 
Extremidade menos  perde subunidades. 
Filamentos Intermediários 
Estão especialmente presentes no citoplasma das células que são 
submetidas à estresses mecânicos e que são altamente especializadas. 
Células da epiderme, neurônios, 
células musculares. 
Filamentos Intermediários 
Cada filamento intermediário é formado por oito protofilamentos. 
 
Cada protofilamento é formado por um tretâmero. 
Portanto são 32 hélices α supertorcidas 
Gera uma característica semelhante a de 
um cabo 
 
 
O filamento pode ser facilmente curvado, 
mas dificilmente rompido. 
Filamentos Intermediários 
Filamentos Intermediários 
A família mais diversificada é a das queratinas. 
 
Existem aproximadamente 20 queratinas em tipos diferentes de células 
epiteliais. 
 
Aproximadamente 10 outras específicas do cabelo e das unhas. 
 
Uma célula epitelial  produz vários tipos de queratina que formarão uma 
rede única. 
 
Queratinas formam coberturas resistentes para os animais 
 
 pele (camada córnea), cabelos, unhas, garras e escamas. 
 
A diversidade de queratina é usada clinicamente para o diagnóstico de 
câncer epitelial, porque a expressão de um grupo específico de queratinas 
fornece indicações do tecido epitelial de origem do tumor. 
Filamentos Intermediários 
Filamentos Intermediários 
Mutações nos genes da queratina causam doenças graves. 
 
 Epidermólise bulhosa 
 
Ocorre quando queratinas defeituosas são expressas em células da camada 
basal da epiderme, que então se solta da derme. 
 
Caracteriza-se pela formação de bolhas na pele em resposta a estresses 
mecânicos mesmo pequenos, os quais conseguem romper a camada basal. 
Filamentos Intermediários 
A família dos neurofilamentos ocorre nos axônios de neurônios de vertebrados. 
 
Existem três tipos de proteínas de neurofilamentos: NF-L; NF-M, NF-H. 
 
 
 
A Esclerose Lateral Amiotrófica está associada ao acúmulo e montagem 
anormal de neurofilamentos no corpo celular e axônios motores. 
 
 
Interfere com o transporte axonal normal. 
 
 
A degeneração do axônio leva à fraqueza muscular e à atrofia. 
Filamentos Intermediários 
A polimerização dos filamentos pode ser alterada por drogas 
Os filamentos citoesqueléticos, principalmente actina e microtúbulos são 
alvos de toxinas naturais. 
 
 Perturbam as reações de polimerização. 
Algumas dessas drogas são 
empregadas no tratamento do 
câncer. 
 
 
 
Provocam preferencialmente a 
morte de células que se encontram 
em divisão. 
A polimerização dos filamentos pode ser alterada por drogas 
DROGAS ACTINO-ESPECÍFICAS 
Faloidina  liga-se aos filamentos, estabilizando-os. 
Citocalasina  promove o capeamento de extremidades mais do filamento. 
Swinholide  quebra os filamentos. 
Latrunculina  liga-se à subunidade e evita sua plimerização. 
DROGAS MICROTÚBULO-ESPECÍFICAS 
Taxol  liga-se aos microtúbulos, estabilizando-os. 
Colchicina, colcemid liga-se às subunidadese evita sua polimerização. 
Vinblastina, vincristina  liga-se às subunidades e evita sua polimerização. 
Nocodazole  liga-se às subunidades e evita sua polimerização. 
Acrilamida causa dissociação ou rearranjo das redes de filamentos 
 intermediários. 
Como as células regulam seus filamentos do citoesqueleto? 
Os microtúbulos são nucleados por um complexo protéico 
contendo γ-tubulina 
Unidades básicas normais para montagem dos microtúbulos 
α-tubulina 
β-tubulina 
Porém, outra unidade, a γ-tubulina, está envolvida na nucleação do 
crescimento do microtúbulo. 
 
Os microtúbulos são nucleados em regiões específicas 
 
 Centros organizadores de microtúbulos (MTOC) 
microtúbulos 
São nucleados na extremidade menos. 
 
Crescem pela extremidade mais, a partir do MTOC. 
Os microtúbulos são nucleados por um complexo protéico 
contendo γ-tubulina 
Os microtúbulos irradiam a partir do centrossomo 
Na maioria das células animais existe um único e bem-definido MTOC 
 
 
Centrossomo 
(localizado próximo ao núcleo) 
centrossomo 
Matriz centrossomal fibrosa  contém anéis de γ-tubulina. 
 
Centríolos  organizam a matriz centrossomal. 
Garantindo a duplicação do 
centrossomo durante cada ciclo celular 
Os microtúbulos irradiam a partir do centrossomo 
Os microtúbulos irradiam a partir do centrossomo 
Nas células animais, os microtúbulos apresentam 
uma configuração estrelar 
Extremidade mais irradiando para periferia 
Extremidade menos recolhida próximo ao núcleo 
Esta capacidade de localizar o centro da célula 
Estabelece um sistema geral coordenador 
Utilizado para posicionar uma série de organelas 
Os filamentos de actina são freqüentemente nucleados na membrana 
plasmática 
A nucleação dos filamentos de actina ocorre na membrana plasmática. 
 
Assim, a maior densidade de filamentos de actina encontra-se na periferia celular. 
Esses filamentos localizados no córtex 
celular 
Determinam o formato e o movimento da 
superfície da célula 
Ex.: projeções da superfície celular 
( microvilos, filopódios, lamelipódios), 
 
Cálices de fagocitose. 
Os filamentos de actina são freqüentemente nucleados na membrana 
plasmática 
Os filamentos de actina são freqüentemente nucleados na membrana 
plasmática 
Os filamentos de actina são freqüentemente nucleados na membrana 
plasmática 
Proteínas que se ligam lateralmente aos filamentos podem 
estabilizá-los ou desestabilizá-los 
As proteínas que se ligam lateralmente aos microtúbulos 
Proteínas de associação a microtúbulos (MAPs) 
Podem estabilizar os microtúbulos 
Prevenindo sua dissociação. 
Podem mediar a interação dos microtúbulos com 
outros componentes celulares. 
Proteínas que se ligam lateralmente aos filamentos podem 
estabilizá-los ou desestabilizá-los 
MAPs 
MAP 2 
Apresenta longos domínios 
Formando feixes de 
microtúbulos espaçados 
Proteínas que se ligam lateralmente aos filamentos podem 
estabilizá-los ou desestabilizá-los 
MAPs 
Tau 
Apresenta domínios curtos 
Formando feixes de 
microtúbulos compactos 
Proteínas que se ligam lateralmente aos filamentos podem 
estabilizá-los ou desestabilizá-los 
Os filamentos de actina são estabilizados pela tropomiosina. 
 
A tropomiosina impede a interação da actina com outras proteínas. 
 
 
Outra proteína importante é a cofilina 
 
 
Desestabiliza os filamentos de actina 
Motores Moleculares 
Proteínas motoras baseadas em actina 
Primeira identificada  miosina 
Miosina II 
Duas cadeias pesadas 
Quatro cadeias leves 
Duas α-hélices supertorcidas uma cauda. 
duas cabeças 
Proteínas motoras baseadas em actina 
A cauda de uma molécula de miosina formará feixes ligando-se a caudas de 
outras moléculas. 
 
Essa interação cauda-cauda leva a formação de um grande filamento espesso 
bipolar, que possui várias centenas de cabeças nas duas extremidades. 
Existem dois tipos de proteínas motoras de microtúbulos 
Cinesina  proteína motora que se move sobre os microtúbulos. 
 
Apresenta estrutura similar a da miosina II. 
 
Promove o transporte de organelas do corpo do neurônio até a terminação, 
movendo-se para a extremidade mais dos microtúbulos. 
Existem dois tipos de proteínas motoras de microtúbulos 
Dineína  proteína motora que se move sobre microtúbulos em direção à 
 extremidade menos. 
 
Possuem duas ou três cadeias pesadas (cabeças). 
 
Dineínas citoplasmáticas envolvidas com o trânsito de vesículas; 
e com o posicionamento do complexo de 
Golgi próximo ao centro da célula. 
envolvidas com o deslizamento 
dos microtúbulos que direcionam o 
batimento de cílios e flagelos. 
Dineínas do axonema 
As proteínas motoras geram força por meio da coordenação de 
hidrólise de ATP e de mudanças conformacionais 
As proteínas motoras medeiam o transporte intracelular de organelas 
delimitadas por membrana 
Uma função primordial das proteínas motoras é o transporte e o posicionamento 
de organelas delimitadas por membrana. 
 
Os microtúbulos em uma célula em intérfase está orientado com suas 
extremidades menos próximas ao centro da célula e suas extremidades mais 
para a periferia. 
Assim, os movimentos de 
organelas para o centro da célula 
necessitam de proteínas motoras 
direcionadas para a extremidade 
menos. 
Dineínas citoplasmáticas 
As proteínas motoras medeiam o transporte intracelular de organelas 
delimitadas por membrana 
Uma função primordial das proteínas motoras é o transporte e o posicionamento 
de organelas delimitadas por membrana. 
 
Os microtúbulos em uma célula em intérfase está orientado com suas 
extremidades menos próximas ao centro da célula e suas extremidades mais 
para a periferia. 
Os movimentos em direção à 
periferia celular necessitam de 
proteínas motoras direcionadas 
para a extremidade mais. 
Cinesinas 
As proteínas motoras medeiam o transporte intracelular de organelas 
delimitadas por membrana 
A miosina V transporta organelas ao longo dos filamentos de actina. 
Os grânulos de melanina 
envolvidos por membrana 
(melanossomos) 
Movimentam-se para a extremidade 
dos processos dendríticos dos 
melanócitos 
Contração muscular 
Contração muscular 
Contração muscular 
Contração muscular 
A contração muscular é iniciada por uma elevação da 
concentração citosólica de cálcio 
A contração muscular é iniciada por uma elevação da 
concentração citosólica de cálcio 
A contração muscular é iniciada por uma elevação da 
concentração citosólica de cálcio 
Os cílios e os flagelos 
Os cílios e os flagelos 
Os Cílios e os flagelos 
Os cílios e os flagelos 
Os cílios e os flagelos 
Os cílios e os flagelos 
Os cílios e os flagelos