Citoesqueleto - Biologia celular e molecular

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CITOESQUELETO
O citosol de uma célula eucariótica contém três tipos de filamentos.
· Diferenciados de acordo com:
1. Diâmetro;
2. Subunidade proteica que formam esses filamentos;
3. Arranjo desses filamentos (como se conectam uns aos outros);
No esquema mostra um corte de uma célula. Veja que as organelas não estão soltas no citoplasma, elas estão conectadas nesses elementos, que são os elementos do citoesqueleto. É o esqueleto que vai dar forma a célula, permitir que ela realize movimentos e outras funções. Elas estão presente apenas nas células eucarióticas, e encontramos as três estruturas no citoplasma. No núcleo da célula só encontramos filamentos intermediários.
· Os filamentos são 3:
1. Microfilamentos/ filamentos de actina; (8 – 9 nm)
São formados por várias subunidades proteicas da proteína actina. A actina é representada por uma bolinha, por que ela é uma proteína globular. A fila em rosa é chamada de protofilamento e a vinho é outro. Então, o filamento de actina são dois protofilamentos. Os protofilamentos são formados por actinas ligadas umas às outras por interações fracas, que facilmente podem se desprender do filamento ou outra actina pode se associar a ele. Ex.: Órgãos que possuem a função de absorção como o intestino delgado possuem projeções para aumentar a área de adesão com microvilosidades, que são sustentadas pela actina.
2. Intermediários; (10 nm)
Formado por tres protofilamentos. E esse filamentos intermediarios são formados por três proteínas diferentes, e isso vai depender de onde esse filamento é encontrado. Ex.: Célula epitelial formadas por queratina; Célula musculares, são formados pela proteina desmina. É o único que também é encontrado dentro do núcleo, e nele, formados pela proteina lamina que forma uma estrutura que dá suporte a carioteca em eucariotos, que é chamada de lâmina nuclear. Também podem ser formados através de outras proteinas, preferencialmente de tecidos
3. Microtúbulos; (24 nm)
Túbulo formado por protofilamentos que formam a parede desse túbulo, também formados por subunidades proteicas. A proteina tubulina: a alfa e beta tubulina (São duas subunidades da proteina tubulina). Elas se unem por meio de interações fracas, também é facil que a tubulina se desprenda da estrutura do microtúbulo.
A imagem mostra a distribuição dos filamentos na célula, mas é importante ressaltar que ela representa onde cada filamento predomina e sua MAIORIA. A localização está relacionada ao papel que ele representa na célula. Na imagem mostra cada uma separadamente, porém elas estão presentes ao mesmo tempo e na mesma célula.
· Organização X Função
1. Filamentos de actina: São mais presentes na periferia da célula, com a função de sustentação das microvilosidades.
2. Intermediários: Presentes na periferia, mas se estendem para o córtex da célula. Na periferia eles se associa a pontinhos chamados de junção de adesão que unem uma célula a outra célula ou à matriz extracelular. Os filamentos intermediários da lâmina nuclear dão suporte a membrana nuclear interna. O núcleo vai ter a membrana interna e externa. São poucas organelas que possuem duas membranas (int. e ext.), que são: mitocôndrias, plastídios e o núcleo. Então, em contato direto com a membrana, temos uma camada de filamentos intermediários chamados de lâmina nuclear, que sustenta a carioteca. Então, se essa lamina se desfaz, com ela, a carioteca também se desfaz.
3. Microtúbulos: Mais presentes no córtex (centro), desde o centrossomo (que normalmente está na periferia do núcleo) e se direcionam para a periferia da célula. Com contato com as organelas. Então ele possui o papel de organização tridimensional. Por isso uma célula quase sempre possui uma mesma distribuição. Também são importantes para o transporte intracelular. As vesículas que transportam substancias dentro da célula trafegam por trilhos, que são os microtúbulos. Estão muito próximos as principais organelas citoplasmáticas, retículo, golgi, vesículas, que é fundamental para que haja transporte em vesículas de uma organela para a outra.
Procariotos não são formados por actina ou tubulina, é por outras estruturas filamentosas que são formadas por outras proteínas bem mais simples. Essas estruturas filamentosas são fundamentais para conjugação bacteriana e divisão celular na bactéria.
Esse aqui é o desenho esquemático do filamento de actina, a função é ???grafia, como havia falado na aula passada um filamento de actina tem dois protofilamentos que são formados por meio de moléculas de actina. (Cada uma dessas bolinhas aqui representa a proteína actina, e essa proteína na estrutura de um filamento se liga a outra por meio de interações fracas, isso permite que a estrutura do citoesqueleto seja ???, se remodele e der resposta que irão causar consequência a sinais que a célula recebe.)
EX: Quando uma célula começa a se dividir ou secretar alguma proteína, ela recebe sinais que chegam até a superfície por meio de moléculas (normalmente) químicas que se ligam a receptores que traduzem esses sinais para dentro da célula para que ela execute uma resposta. Muitas dessas respostas envolvem alteração da estrutura do citoesqueleto que leva a mudança na forma da célula, a capacidade de realizar um determinado movimento e qualquer tipo de alteração que modifique a estrutura do citoesqueleto, por isso o ele possui a capacidade de ser altamente responsivo. Filamentos podem está formados em uma determinada região da célula, depois se desfazerem e se formarem em uma nova região. Por isso que cada elemento do citoesqueleto pode ser encontrados tanto na forma filamentosa como na forma de subunidade proteica, (como os filamentos de actina que podem ser encontrados na célula no mesmo momento tanto na forma filamentosa com em subunidades livres.)
DESENHO ESQUEMÁTICO:Na bolinha que representa a actina, vendo a estrutura molecular tem uma região chamada extremidade menos e a outra chamada extremidade mais. Como numa estrutura filamentosa uma actina esta ligada a outra numa mesma direção. Por exemplo, todas as extremidades menos para uma direção e todas as extremidades mais para uma outra direção. Quando temos uma estrutura filamentosa uma das extremidades é menos, por exemplo eu tenho várias actinas uma ligada a outra e uma extremidade vai ser menos , portanto a outra extremidade vai ser mais. E aqui a gente pode ver, a extremidade menos e a extremidade mais, porque eles são a consequência do fato da própria proteína actina ter uma extremidade menos e outa extremidade mais. Na extremidade menos é possível visualizar que existe uma cavidade e dentro, encontramos uma molécula de ATP,a extremidade mais é a face oposta a face dessa cavidade. Então temos a extremidade menos com a cavidade e a extremidade mais com a face oposta a extremidade menos. 
 O citoesqueleto pode responder de forma rápida a diferentes sinais a quais as células sejam capazes de corresponder e o citoesqueleto responde se remodelando, formando novos filamentos, desfazendo filamentos de uma determinada região. Por exemplo, uma célula de locomoção, o macrófago indo nessa direção significa que fibras de estresse que auxiliam no processo de movimento são polimerizadas, porém se o macrófago passa a se mover nessa direção todos esses filamentos se desfazem e se refazem em uma outra região para que o macrófago possa se mover na direção oposta. Os filamentos de actina tem um papel fundamental no movimento das células fagocitárias.
Como mostrado no slide, temos actina livre e outra filamentosa ou filamento de actina. Que estava mostrando que a actina na cavidade podia ter um ATP ou um ADP. Quando existe actina livre ela está ligada a molécula de ATP, por isso ela tem afinidade a uma estrutura filamentosa, esse filamento à medida que se liga a várias actinas aumenta de tamanho (polimerizando).Quando perde actinas ele encurta (despolimerizando). Quando essa actina se liga esse ATP é hidrolisado, ou seja, um dos fosfatos é hidrolisado. Então, teremos um ADP, consequentemente perdendo afinidade com essa estruturafilamentosa, ou seja, ela se dissocia. (Como no citosol a concentração de ATP é 10x maior que a de ADP), o ATP ocupa esse sítio, logo ela se ligará novamente a ATP, consequentemente adquirindo novamente afinidade com a estrutura filamentosa, formando um ciclo. 
Por isso, é uma tendência natural os filamentos do citoesqueleto se polimerizarem e despolarizarem dentro da célula, para terem a capacidade de responderem rapidamente aos sinais que a célula recebe. (Recapitulando a Actina livre se liga ao ATP, e a Actina filamentosa ao ADP. Da mesma forma ocorre nos microtúbulos, são formados por tubulinas, que podem ser livres que se ligam a GTP, sendo hidrolisado para GDP, ela perde afinidade com a estrutura filamentosa e se dissocia formando a tubulina filamentosa, e como o GTP é 10x maior que o GDP, o GTP ocupa o sítio, formando o ciclo. Por conta disso, o citoesqueleto pode ser altamente responsivo, podendo se reorganizar em qualquer lugar na célula, por isso essas subunidades (actina e tubulina) estão por todo citosol da célula. Porém, essa cinética de associação e dissociação não acontece com filamentos intermediários, pois não possuem extremidades maise menos.)
Como é que o filamento tem extremidade menos e mais? Qual o motivo dessa denominação?
Os filamentos de actina e de microtúbulo podem ganhar ou perder actina(filamento de actina)/tubulina(microtúbulo) por ambas as extremidades, porém a diferença está na velocidade de associação e dissociação de uma subunidade. Ex: se um filamento está em polimerização (aumentando de tamanho), ou seja, ganhando subunidades, na extremidade mais ele estará ganhando mais subunidades do que na extremidade menos, porém a velocidade de dissociação é também mais veloz na extremidade mais do que na extremidade menos. Então,na extremidade “mais tanto adissociação como a associação será mais rápida em relação à extremidade menos.”
Voltando para a importância da actina para o movimento das células fagocitárias, essa figura enfatiza bastante os filamentos de actina,nessas projeções pontiagudas da membrana plasmática chamadas de filopódios, são projeções que uma célula emite antes de emitir essa projeção planar típica, então no interior dessas projeções pontiagudas pode ver filamentos de actina (feixes deactina), já que o formato que a membrana adquire é uma consequência desses filamentos. Também nos lamelipódios (projeção planar da membrana plasmática), encontra-se redes de filamentos de actina, temos também as fibras de estresse nos filamentos de actina que são feixes paralelos, sendo elas muito importantes para o movimento, pois quando uma célula emite lamelipódio ela estira essas fibras de estresse o que gera uma tensão. Então, a célula fica grudada no substrato nos pontos de contato, que são as junções celulares. Qualquer célula no nosso organismo está aderida ao substrato (matriz extracelular, aderida as outra células ou aderida as duas), por isso se uma célula perder adesão ela irá morrer.
Os filamentos de actina são responsáveis pela forma da membrana.
Houve uma projeção de parte da membrana, e essa projeção também se adere ao substrato, portanto antes tínhamos 3 pontos de adesão e agora temos 4 pontos, pois ela se projetou e esticou (fibras de estresse), parecido com um elástico de cabelo. Por isso, se removermos essa tensão do córtex, ele volta para posição de relaxamento. Isso pode ocorrer tanto na região anterior como na região posterior.
Temos aqui as estruturas dos microtúbulos, as tubulinas (sendo mostrada como duas bolinhas, sendo uma a subunidade α e a outra β). Essas subunidades tem o formato arredondado e globulares, então tubulina e a actina são proteínas globulares, enquanto as proteínas que formam os filamentos intermediários não tem formato arredondado, são chamadas proteínas fibrosas.
Aqui temos um microtúbulo que tem sua parede formada por protofilamento, cada fibra é um protofilamento. Tanto a subunidade α, como a β tem um sitio de ligação a GTP, ele está engaiolado entre essas subunidades, porém o GTP que está na superfície (da subunidade α) é o que sofre hidrólise, isso ocorre também pela diferença de concentração de citosol. Dentro dos filamentos do citoesqueleto, os microtúbulos são os mais rígidos de serem quebrados, por possuírem maior diâmetro. Já os filamentos de actina são os mais fracos, por possuírem menor diâmetro.
EX: podemos comparar o filamento de actina a um fino grafite, o microtúbulo a uma caneta(não sendo qualquer um a quebrar), já os filamentos intermediários seriam macarrões de piscina(não tem a mesma rigidez do microtúbulo, porém muito difícil de ser quebrado por sua flexibilidade)
Os microtúbulos se irradiam/formados a partir de uma região chamada centrossomos (região rica em tubulina), sendo uma área próxima ao núcleo e por conta disso está localizado em uma parte mais central da célula. Após formado, esses microtúbulos do centrossomos se dirigem a periferia da célula.
Embora a maioria das células animais interfásicas contenham muitas organizações de microtúbulos, as células epiteliais são um exemplo de ter vários centros de organizações de microtúbulos. Os microtúbulos são encontrados com frequência no citoplasma de todas as células, participam na movimentação de estruturas como cílios e flagelos, participa no transporte intracelular e funcionam com trilhos levam uma vesícula a uma organela, deslocamento dos cromossomos na mitose, são responsáveis por manter e estabelecer a estrutura e a forma de célula, organização da organelas sendo distribuídas unidimensionalmente. 
Associadas aos microtubulos estão proteínas motoras. Citoesqueleto é formado por microtúbulos e filamentos intermediários, na verdade a maior parte das estruturas formadas por esses filamentos a maioria não existiria se não fossem formadas por proteínas acessórias, então, para realizar a maioria das funções é necessário que hajam proteínas acessórias. 
Dentro dessas proteínas acessórias existe uma classe conhecida como motora, no caso da actina a miosina é a proteína motora, no caso do microtúbulo as cinesinas e dineinas.
OBS: Enumeração gigantescas de proteínas acessórias no Alberts.
As proteínas motoras transportam cargas pelos microtúbulos, destaca-se o transporte ordenado da carga que essas proteínas podem levar. A dineína vai em direção à extremidade menos e a cinesina em direção a extremidade mais.
Os centríolos são estruturas importantíssimas no processo de divisão celular, são estruturas de microtúbulos modificados,formados a partor de tubulina, se econtram no centrossomo, pois é a região mais rica em tubulina, consequentemente onde forma-se qualquer estrutura baseada em tubulina.
A maioria das células animais apresentam um par de centríolos (células que não estão em divisão), quando a célula entra no ciclo celular (da interfase até o final da mitose) em um determinado estágio da interfase (fase S) , na fase S ocorre toda duplicação do material genético , duplicação do par de centríolos e dos centrossomos (região da célula não delimitada , densa , rica em tubulina , onde os centríolos estão organizados perpendicularmente formando um ângulo de 90 graus em relação ao outro) , quando essa célula chega na mitose propriamente dita os dois pares de centríolos vão se afastando e os centrossomos também indo para os polos ,a partir do afastamento dos centrossomos surgem as fibras dos fusos ,pois cada centrossomo é rico em tubulina e fibras do fuso são microtúbulos que necessitam de tubulina para serem formados ,por isso a partir dos polos são formadas fibras do fuso que se direcionam para a região equatorial da célula.
Na telófase seguido de citocinese a célula será dividida em células filhas e cada uma vai herdar um centrossomo e um par de centríolo.
Filamentos de actina e microtúbulos possuem polaridade (extremidade menos e extremidade mais).
Para se formar um filamento de actina e microtúbulos existem três estágios: FASE DE NUCLEAÇÃO, FASE DE ELONGAÇÃO E ESTADO ESTACIONÁRIO.
ACTINA
1-Formação dos núcleos de actina (reunião de três moléculas de actina),fase mais demorada.
2- Os núcleos vão se unindo.
3-Chega o momento que não há encurtamento, nem alongamento, que é denominado ESTADO ESTACIONÁRIO, ele não é estático, é dinâmico, quer dizer está ganhando e perdendo subunidades na mesma proporção.
MICROTUBULOS 
Os núcleos são mais complexos, necessitando de onze a treze tubulinas em associação para formar o núcleo que irá passar para a etapa de elongação até esses microtúbulos atingir o estado estacionário.
Tudo isso ocorre in vitro, in vivo a nucleação ocorre mais rápido, pois dentro das células eucarióticas existem proteínas acessórias, para o filamento de actina a etapa de nucleação tem as proteínas forminas, auxiliando na nucleação de filamentos de actina que vão formar feixes, ou seja, serão paralelos uns aos outros.	
Complexo ARP (proteína acessória) auxilia na nucleação de filamentos de actina em redes.
Para microtúbulos tem complexo em anel da gama tubulina (alfa-TURC) – complexo proteico que auxilia na nucleação dos microtúbulos, todos micrutúbulos que surgem a partir do centrossomos estão surgindo através desse anel, é um complexo proteico acessório , in vitro os microtúbulos pode perder ou ganhar subunidades por ambas as extremidades , in vivo a extremidade(-) contém um centrossomo e a extremidade(+) vai para a periferia , por tanto in vivo a única extremidade que está livre para se polimerizar e despolimerizar é a extremidade(+), pois (-)está bloqueada no centrossomos pelo complexo em anel da gama tubulina.
A quebra de energia gera uma mudança conformacional na adeneina,gerando um movimento nela mas por estar presa no par de microtúbulos ela não consegue se locomover ,porém esse batimento faz com que ela alcance o par de microtúbulos seguinte levando a movimentação do axonema(região central do cílio), essa flexão do axonema será responsável pelo batimento dos cílios e movimentação dos flagelos.
Nos filamentos intermediários não se encontra extremidades – e +, nem as três fases de formação cinética encontradas em em microtubulos e filamentos de actina.
A carioteca é sustentada pela lâmina nuclear e que contém filamentos intermediários de laminas, no citosol vai depender do tipo da célula.
Dimeros proteicos se associam formando uma subunidade de formação do filamento intermediário, um dímero proteico se associa da extremidade amina com um carboxi-terminal e vice-versa, se eles estivessem associados na mesma direção seriam estruturas polarizadas como microtubulos e filamentos de actina.
Tetrámeros proteicos se associam entre si ,tanto longitudinalmente quanto lateralmente e essas associações são hidrofóbicas, essas associações que unem lateralmente os filamentos intermediário permitem uma característica semelhante a um cabo , conferindo flexibilidade e resistência dos filamentos intermediários , eles são facilmente flexionados porém difícil de serem rompidos , consequentemente as células que contem esses filamentos intermediários serão mais resistentes , evitando danos mecânicos . Filamentos intermediários são bastante encontrados em animais que tem tecidos moles, pois tais filamentos auxiliam os animais a terem maior resistência mecânica ao rompimento de tecidos moles ou maleáveis. Filamentos intermediários mantém a coesão dos tecidos, não tem sitio de ligação a trifosfato de nucleosídeo (ATP e GTP).
Os filamentos do citoesqueleto tem grande importância pra célula, pois na sua ausência a célula não faz divisão, fagocitose, nem se locomove, por isso é importante que essa capacidade dos filamentos do citoesqueleto em polimerizar e despolimerizar sejam sempre conservada.
Tratar células com drogas interfere na estrutura e funcionamento do citoesqueleto que é muito importante no processo de divisão celular, e consequentemente essa célula irá morrer.
Na antiguidade, existia uma teoria que só os eucariotos possuíam citoesqueleto, hoje sabe-se que determinadas estruturas filamentosas estão presentes nos procariotos(bactérias), que são importante para motilidade, suporte do núcleo, adesão celular, todos esses processos estão envolvidos com estruturas filamentosas que seriam os citoesqueletos dos procariotos.
Os procariotos não tem proteínas acessórias, que trabalhem juntos com essas estruturas filamentos, em especial não foram encontradas estruturas motoras nos procariotos.
Alberts, diz que talvez o citoesqueleto do procarioto seja mais simples que os eucariotos porque não possui estruturas motoras trabalhando junto com estruturas filamentosas.
Todas as bactérias e algumas arqueobactérias contêm homólogos da tubulina (FtsZ) que podem polimerizar dando origem a filamentos e organizar-se em um
anel (anel Z) na região que é formado o septo na divisão celular
Diversas bactérias, predominantemente células bastão ou espirais, também
contêm dois homólogos de actina (MreB e Mbl) que parecem estar associados à
forma celular e à segregação cromossômica;