7.Citoesqueleto

Prévia do material em texto

CITOESQUELETO 
Conjunto de 
componentes 
filamentosos do citossol, 
de natureza proteica, 
responsáveis por 
funções relacionadas à 
sustentação do 
citoplasma, à 
manutenção do formato 
da célula, e aos 
movimentos celulares. 
COMPONENTES DO 
CITOESQUELETO: 
• Filamentos de actina 
(ou microfilamentos; < 9 
nm de espessura); 
• Filamentos 
intermediários ( 10 nm 
de espessura); 
• Microtúbulos (25 nm 
de espessura). 
I. Filamentos de Actina (ou Microfilamentos) 
Componentes mais delgados do citoesqueleto, constituídos pela proteína globular actina. 
Cada monômero de actina tem um sítio de ligação para o ATP (ou ADP); monômeros 
se polimerizam e formam um filamento, constituído por dois protofilamentos 
trançados em hélice. 
I.A Ciclos de Polimerização e Despolimerização dos Filamentos de Actina 
ATP 
ADP 
P 
ADP ATP 
Instabilidade dinâmica (“treadmilling”) 
dos filamentos de actina 
Equilíbrio 
entre a 
concentração 
de actina 
livre no 
citossol e a 
actina 
polimerizada 
nos 
filamentos 
Coloração negativa dos 
filamentos de actina vistos 
ao M.E.T. 
I.B Proteínas Acessórias à Actina Relacionadas aos Ciclos de 
Polimerização/Despolimerização 
ADP ATP 
I.C Proteínas Motoras (Motores Moleculares) Associados à Actina 
Superfamília das miosinas 
(diferentes tipos) 
Miosina II (mais abundante) – 
molécula alongada, constituída por 
duas cadeias pesadas e quatro 
cadeias leves (2 cópias de cada 
uma). 
As cadeias pesadas se associam 
em hélice e formam a parte 
alongada da molécula (bastão), 
com uma extremidade globular 
(cabeça), com atividade ATPásica. 
Nos filamentos espessos (em 
células musculares e não-
musculares), as moléculas de 
miosina II se associam através das 
porções de bastão, com as cabeças 
voltadas para as extremidades do 
filamento e para fora 
( interação com a actina) As moléculas de miosina II se deslocam em direção à 
extremidade mais dos filamentos de actina ( deslizamento 
dos filamentos delgados por entre os espessos) 
Filamento de miosina 
(filamento espesso) 
Organização dos filamentos delgados de 
actina e filamentos espessos de miosina II 
em agregados de filamentos denominados 
de miofibrilas, subdivididas em unidades 
morfofuncionais denominadas de 
sarcômeros, nas células musculares 
estriadas (esqueléticas e cardíacas) 
Ativação das moléculas de 
miosina em células não-
musculares para a organização 
dos filamentos espessos 
 
 
Fosforilação das cadeias leves 
da cabeça da miosina pela 
miosina-quinase de cadeia 
leve (MQCL), ativada pelo 
complexo cálcio-calmodulina 
Miosina I  motor molecular presente em 
células não-musculares, envolvida no 
movimento de vesículas ao longo de 
filamentos de actina e no movimento de 
feixes de filamentos de actina nos 
microvilos (ver adiante) 
I.D Formas de Organização dos Filamentos de Actina 
Feixes de actina – disposição 
paralela dos filamentos de 
actina, com diferentes 
espaçamentos determinados 
por diferentes proteínas de 
associação à actina 
Redes de actina – disposição 
em trama tridimensional dos 
filamentos de actina, 
organizados devido à proteínas 
de associação à actina nos 
pontos de cruzamento dos 
filamentos 
I.D.a Feixes de Actina – Feixes Paralelos e Feixes Contráteis 
Os feixes paralelos de actina conferem estabilidade estrutural aos microvilos e aos 
estereocílios, as quais são especializações permanentes da superfície apical de 
determinados tipos celulares (por ex., células absortivas do epitélio intestinal e células 
do revestimento do epidídimo). 
Feixes Paralelos de Actina 
Feixes Paralelos 
de Filamentos de 
Actina no Eixo de 
Microvilos (Célula 
Epitelial de 
Revestimento 
Intestinal, M.E.T.) 
Corte longitudinal 
Corte transversal 
Filamentos 
de actina 
Feixes contráteis conferem motilidade à célula em meio a 
substratos através do exercício de forças devido à 
ancoragem de filamentos de actina a pontos da 
membrana plasmática (= contatos focais) via proteínas de 
associação (vinculina e talina, entre outras) e integrinas, 
as quais interagem com componentes da matriz 
extracelular. 
Feixes contráteis formam o que se denomina normalmente 
de fibras de estresse. 
Imunocitoquímica para 
vinculina (em verde), 
mostrando contatos focais, 
e para actina (em 
vermelho), mostrando as 
fibras de estresse em um 
fibroblasto. 
Feixes Contráteis de Actina 
Feixe contrátil do anel contrátil 
de células em divisão 
(citocinese) 
Zigoto em divisão (M.E.V.) 
I.D.b Redes de Actina 
Homodímeros da proteína 
filamina se associam em pontos 
de cruzamento dos filamentos de 
actina, proporcionando a 
formação de redes flexíveis 
associadas à formação de 
extensões planas da membrana 
plasmática (lamelipódios). 
Nucleação de filamentos de 
actina na membrana plasmática 
 Participação das proteínas do 
complexo Arp2/3, permitindo 
rápido alongamento do filamento 
a partir da extremidade mais. 
Córtex celular  área periférica do 
citoplasma das células, onde normalmente se 
estabelece uma rede de filamentos de actina, 
envolvidos na formação de pseudópodos 
largos (lamelipódios). 
Filamentos de actina sob diferentes 
formas de organização se associam 
durante a movimentação de células 
em meio a um substrato. 
 
Pseudópodos: 
• largos = lamelipódios (envolvidos 
no rastejamento celular e em 
eventos de fagocitose; formados a 
partir de redes de actina) 
• delgados = filopódios (envolvidos 
na percepção do microambiente; 
organizados a partir de feixes 
paralelos de actina) 
lamelipódio 
Células em migração (por ex., 
fibroblastos, macrófagos, leucócitos, etc.) 
ativam o citoesqueleto de actina para 
sua movimentação. A formação das 
redes de actina no córtex celular 
determina a formação de lamelipódios 
na borda de avanço, juntamente com a 
formação de áreas de contatos focais 
para inserção de feixes contráteis de 
actina e consequente adesão da célula 
ao substrato. Na porção traseira da célula 
(borda de retração), oposta à borda de 
avanço, ocorre a despolimerização 
regulada dos filamentos de actina e 
descolamento da célula do substrato. 
Exemplos da participação de 
filamentos de actina no córtex celular 
Macrófago 
emitindo 
lamelipódios e 
fagocitando 
célula 
cancerosa 
Fibroblasto em 
cultura emitindo 
lamelipódios (L) 
e filopódios 
(seta) 
Cone de crescimento 
neuronal em um neurito 
(prolongamento de 
neurônio em cultura) 
Trama terminal  rede de filamentos de actina, associados a filamentos de 
espectrina (proteína filamentosa), no citoplasma apical de células epiteliais 
cilíndricas e cúbicas, ancorada ao folheto interno da membrana plasmática em 
áreas de cinturões de adesão. 
A trama terminal é uma área de 
córtex celular especializado. 
Participação da trama terminal na 
formação de órgãos epiteliais 
tubulares. 
II. Filamentos Intermediários 
Componentes filamentosos 
do citoesqueleto, de natureza 
proteica e características 
flexíveis, com cerca de 10 nm 
de espessura, envolvidos na 
manutenção da resistência a 
forças de tensão e a 
estresses mecânicos. 
Os polipeptídeos individuais 
dos filamentos 
intermediários são 
monômeros alongados, que 
se associam formando 
dímeros enovelados, os quais 
por sua vez se associam de 
modo escalariforme em 
tetrâmeros; tetrâmeros se 
associam pelas extremidades 
(formando protofilamentos) 
e se enovelam de forma 
complexa, até a formação do 
filamento. 
TIPOS PRINCIPAIS DE PROTEÍNAS DOS FILAMENTOS 
INTERMEDIÁRIOS EM CÉLULAS DE VERTEBRADOS 
A diversidade de proteínas dos filamentos intermediários e suacorrelação com grupos 
principais de tecidos é útil sob o ponto de vista clínico, pelo fato de permitir o 
diagnóstico de diferentes tipos de cânceres através de imunocitoquímica. 
IMUNOCITOQUÍMICA/IMUNO-HISTOQUÍMICA 
Fotomicrografia de 
uma 
imunofluorescência 
da rede de 
filamentos de 
citoqueratinas (em 
verde) em uma 
camada de células 
epiteliais em cultura 
Filamentos intermediários estão ancorados nas 
placas elétron-densas de desmossomas (= 
desmoplaquinas, placoglobinas, e placofilinas) e 
de hemidesmossomas (= plectina e antígeno do 
penfigoide bolhoso 1, APB1). 
A proteína plectina promove a formação de 
ligações cruzadas entre filamentos intermediários 
e entre filamentos intermediários e outros 
componentes do citoesqueleto. Plectina, em 
verde; anticorpo antiplectina, em amarelo; 
microtúbulos, em vermelho. 
III. MICROTÚBULOS 
Componentes mais espessos do citoesqueleto (25 nm de diâmetro), representadas por 
estruturas cilíndricas ocas formadas pelo arranjo concêntrico de 13 protofilamentos 
formados pela polimerização de heterodímeros (subunidades) de tubulinas ( e ). 
MICROTÚBULOS – M.E.T. 
Corte Transversal Corte Longitudinal 
Os heterodímeros de tubulina com moléculas de GTP ligadas à -tubulina produzem 
protofilamentos rígidos, que fazem fortes contatos laterais uns com os outros. A hidrólise 
do GTP a GDP torna os protofilamentos suscetíveis a perderem suas subunidades e faz com 
que os protofilamentos se tornem encurvados. 
 
ⱷ
 
Instabilidade Dinâmica dos Microtúbulos 
Centro Organizador de Microtúbulos  
caracterizado como centrossoma ou centro 
celular, é local de formação (nucleação) de 
microtúbulos, constituído por um par de 
centríolos circundado por um material 
amorfo (matriz pericentriolar) 
Os sítios de nucleação no centro celular se encontram na 
matriz pericentriolar, e são denominados de complexos 
anelares de γ-tubulina. 
Centro celular 
ou 
centrossoma 
As extremidades menos dos microtúbulos 
citoplasmáticos se encontram inseridas nos 
complexos anelares de γ-tubulina, enquanto 
crescem a partir das extremidades mais, voltadas 
para o citossol. 
(A) 
Imunofluorescência 
para tubulina; 
(B) Célula tratada 
com colcemida, 
mostrando a 
dissociação dos 
microtúbulos e a 
visualização do 
centrossoma 
Centríolos  par de estruturas cilíndricas, 
dispostas perpendicularmente uma em 
relação a outra, formadas pelo arranjo 
concêntrico de 9 trios de microtúbulos, 
sendo um microtúbulo A com 13 
protofilamentos, e os outros dois 
microtúbulos (B e C) com menos 
protofilamentos. 
O par de centríolos 
está situado em 
meio à matriz do 
centrossoma; sua 
capacidade de 
replicação ainda não 
é bem 
compreendida. 
Par de centríolos no centrossoma – M.E.T. 
Após a replicação dos centríolos durante o início da divisão celular, formam-se os 
microtúbulos do fuso acromático, estrutura responsável pela sustentação dos cromossomas 
replicados. 
São observados três conjuntos de microtúbulos: microtúbulos astrais (que interagem com o 
córtex celular), microtúbulos dos cinetocoros (que aderem cada cromossoma ao fuso 
mitótico), e microtúbulos interpolares (que mantém as metades do fuso acromático unidas). 
Fuso Mitótico em 
uma Célula em 
Divisão – M.E.T. 
Proteínas Associadas a 
Microtúbulos (MAPs, 
microtubule-associated 
proteins) 
 
Proteínas que se associam 
lateralmente aos 
microtúbulos, estabilizando-os 
e, deste modo, impedindo sua 
despolimerização. Os 
principais exemplos são as 
proteínas MAP2 e tau. 
Estas proteínas são 
particularmente 
proeminentes em neurônios, 
cujos microtúbulos devem se 
manter estáveis para a 
sustentação de seus 
prolongamentos (axônio e 
dendritos). 
MAPs motoras  
ATPases que se utilizam 
dos microtúbulos como 
“trilhos” para o 
carreamento de 
vesículas e pequenas 
organelas. 
 
As principais MAPs 
motoras são a 
quinesina (extremidade 
menos  extremidade 
mais) e a dineína 
citoplasmática 
(extremidade mais  
extremidade menos). 
Axonema 
Eixo estrutural de 
cílios e flagelos, 
formado por uma 
organização 
altamente 
especializada de 
microtúbulos e 
proteínas 
acessórias. 
Axonema 
O axonema ciliar é derivado de 
estruturas semelhantes a 
centríolos (e originadas destes), 
denominadas de corpúsculos 
basais, situados na região de 
inserção de cada axonema. 
Célula em ciliogênese, mostrando 
corpúsculos basais dando origem 
ao axonema de cílios – M.E.T. 
Corpúsculos basais em corte 
transversal – M.E.T. 
Estrutura Geral de um Cílio e seu Axonema – Corte Transversal 
Dineína ciliar  ATPase do 
axonema dos cílios e flagelos, 
responsável pelo batimento 
ciliar e da movimentação do 
flagelo do espermatozoide 
 
Presa ao microtúbulo A de 
cada par do axonema, a 
dineína ciliar utiliza a energia 
da clivagem do ATP para 
movimentar os microtúbulos 
do axonema, deslizando suas 
2 cabeças ao longo do 
microtúbulo B do par 
adjacente em direção à 
extremidade menos. 
 
A não-expressão da dineína 
ciliar ocasiona a síndrome de 
Kartagener (infecções 
respiratórias recorrentes em 
ambos os sexos e infertilidade 
no homem). 
Cadeias pesadas 
(cabeça = domínio 
motor) 
Cadeias leves 
(base = domínio 
de carga) 
Microtúbulo A de um par periférico