Citoesqueleto: Filamentos e Proteínas

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Citoesqueleto- roteiro BBPMI- Junqueira 
Os filamentos intermediários proporcionam resistência mecânica. Os microtúbulos determinam o posicionamento de organelas delimitadas por membrana e direcionam o transporte intracelular. Os filamentos de actina determinam a forma da superfície celular e são necessários à locomoção da célula como um todo. Os filamentos intermediários são formados a partir de subunidades que são, por si próprias, fibrosas e longas, ao passo que os filamentos de actina e os microtúbulos são compostos por subunidades globulares e compactas - subunidades de actina, no caso dos filamentos de actina, e subunidades de tubulina, no caso dos microtúbulos. Os microtúbulos são formados por subunidades proteicas de tubulina. A subunidade de tubulina é um heterodímero formado de duas proteínas globulares bastante relacionadas denominadas a-tubulina e beta-tubulina, fortemente associadas por ligações não-covalentes. Cada um dos monômeros a e beta possui um sítio de ligação a uma molécula de GTP. O GTP que se liga ao monômero de a-tubulina encontra-se fisicamente preso à interface do dímero e nunca é hidrolisado ou trocado; ele pode, portanto, ser considerado como parte integrante da estrutura do heterodímero de tubulina. O nucleotídeo que se liga à beta tubulina pode estar ou sob a forma de GTP ou de GDP, e essa situação é intercambiável. Um microtúbulo é uma estrutura cilíndrica oca e firme, construída a partir de 13 protofilamentos paralelos, cada um deles composto de moléculas alternadas de alfa-tubulina e beta tubulina. Visto que múltiplos contatos nesse arranjo mantêm em união a maior parte das subunidades de um microtúbulo, a adição ou a perda de subunidades ocorre quase que exclusivamente nas extremidades do microtúbulo. Quando os heterodímeros de tubulina são organizados para formar a estrutura cilíndrica oca do microtúbulo, eles dão origem a dois novos tipos de contatos proteína-proteína. Ao longo do eixo longitudinal do microtúbulo, o "topo" de uma molécula de beta- tubulina forma uma interface com a "base" de uma molécula de alfa-tubulina da subunidade heterodimérica adjacente. 
Os microtúbulos, em contraste, são construídos a partir de subunidades globulares unidas entre si principalmente por ligações longitudinais, sendo comparativamente fracas as ligações laterais que unem o conjunto de 13 protofilamentos. Por essa razão, os microtúbulos são rompidos de forma muito mais fácil que os filamentos intermediários quando sofrem dobramento. Polaridade dos microtúbulos: alfa tubulina (-) em direção oposta a beta tubulina (+). MTOC: centros organizadores de microtúbulos. A polimerização das tubulinas depende da concentração de Ca2+ no citosol e da participação das proteínas associadas aos microtúbulos ou MAP. Sinusite: ausência da atividade móvel dos cílios limpando as vias respiratórias. Proteínas que se ligam lateralmente aos microtúbulos são coletivamente chamadas de proteínas de associação a microtúbulos (MAPs, microtubule-associated proteins ). Assim como o taxol, as MAPs podem estabilizar os microtúbulos, prevenindo sua dissociação. Essas MAPs apresentam pelo menos um domínio de ligação à superfície do microtúbulo e outro que se projeta a partir do microtúbulo. Dentre as importantes proteína-cinases que podem regular as MAPs encontram-se aquelas que são ligadas e desligadas conforme a célula progride pelo ciclo celular.
CENTROSSOMO: Na maioria das células animais, existe um MTOC único e bem-definido chamado de centrossomo, localizado próximo ao núcleo. A partir desse ponto focal, os microtúbulos citoplasmáticos emanam radialmente, em uma conformação em forma de estrela. Os microtúbulos são nucleados no centrossomo a partir de suas extremidades menos e, consequentemente, suas extremidades mais estão posicionadas para fora, crescendo em direção à periferia celular. Os microtúbulos nucleados no centrossomo sofrem um contínuo crescimento e encurtamento por instabilidade dinâmica, abarcando todo o volume tridimensional da célula. O centrossomo duplica e separa-se em duas partes iguais durante a interfase, cada uma contendo um par de centríolos (par de estruturas cilíndricas organizadas em ângulo reto entre si, formando uma configuração semelhante a um L, encontra-se inserido no centrossomo) duplicados. Estes dois centríolos-filhos se movem para lados opostos do núcleo no início da mitose e originam os dois polos do fuso mitótico. Os centríolos organizam a matriz centrossomal (também chamada de material pericentriolar ), garantindo a sua duplicação durante cada ciclo celular ao mesmo tempo em que os próprios centríolos são duplicados.
HIDROLISE DE NUCLEOTIDEOS: Cada molécula de actina carrega uma molécula de ATP fortemente associada e que é hidrolisada em uma molécula de ADP fortemente associada logo após sua adição ao polímero. De forma semelhante, cada molécula de tubulina carrega uma molécula de GTP fortemente associada que é convertida em uma molécula de GDP fortemente associada logo após sua adição ao polímero. A hidrólise do nucleotídeo associado reduz a afinidade de ligação da subunidade pelas subunidades adjacentes e torna mais provável a dissociação desta subunidade na extremidade do filamento. A forma T (monômero ligado a ATP ou GTP) é adicionada e a D (monômero ligado a ADP ou GDP) sofre dissociação. A taxa de adição de subunidades em um filamento de actina ou microtúbulo em crescimento pode ser mais rápida do que a taxa na qual seus nucleotídeos associados são hidrolisados. Sob estas condições, a extremidade possuirá uma "capa" de subunidades contendo o trifosfato de nucleosídeo - uma capa de ATP no caso de filamentos de actina ou uma capa de GTP no caso de microtúbulos. INSTABILIDADE DINÂMICA E TREADMILLING são dois comportamentos observados em polímeros do citoesqueleto. Ambos estão associados à hidrólise de trifosfatos de nucleotídeo. Acredita-se que a instabilidade dinâmica predomine em microtúbulos e que o treadmilling deva predominar em filamentos de actina.
TREADMILING: ocorre quando o polímero mantem um tamanho constante, mesmo considerando-se que existe um fluxo médio de subunidades através do polímero. Porque se ambas as extremidades de um polímero estão expostas, a polimerização prossegue até que a concentração do monômero livre alcance um valor que seja acima de Cc para a extremidade mais(+) e abaixo de Cc para a extremidade menos(-). Neste estado de repouso, as subunidades estarão sendo, na média, associadas à extremidade mais(+) e, na média, dissociadas da extremidade menos(-) sob taxas idênticas
INSTABILIDADE DINAMICA: É a rápida interconversão entre os estados de crescimento e encurtamento que ocorre sob concentração uniforme de subunidades livres. Os microtúbulos despolimerizam aproximadamente 100 vezes mais rápido extremidades que contêm tubulina GDP do que extremidades que contêm tubulina GTP. Uma capa de GTP favorece o crescimento, mas se for perdida, ocorrerá despolimerização. Tanto o treadmilling quanto a instabilidade dinâmica permitem que a célula mantenha o mesmo conteúdo médio de filamentos ao mesmo tempo em que subunidades individuais estão sendo constantemente recicladas entre o citosol e os filamentos. Catástrofe: encurtamento. Resgate: crescimento. A adição de subunidades de tubulina contendo GTP à extremidade de um protofilamento provoca o crescimento linear deste, que poderá facilmente empacotar sob a forma da parede cilíndrica do microtúbulo. A hidrólise de GTP, após a montagem, modifica a conformação das subunidades e tende a forçar o encurvamento do protofilamento, tornando-o menos eficiente na formação da parede do microtúbulo. Em uma célula em estado de diferenciação terminal, como é o caso de um neurônio, por exemplo, é desejável manter-se uma estrutura consistente e estável ao longo do tempo, e muitos filamentos de actina e microtúbulos encontram-se estabilizados por associação a outras proteínas.
FILAMENTOS INTERM: são moléculas alongadas com um domínio central estendido de hélice a que forma uma estrutura paralela supertorcidacom outro monômero. Um par de dímeros paralelos associa-se de forma antiparalela produzindo um arranjo em tetrâmero. Este tetrâmero representa a subunidade solúvel que é análoga ao dímero de alfa-beta tubulina ou ao monômero de actina, porem não contem sitio para ATP. Os filamentos intermediários estão particularmente presentes no citoplasma de células sujeitas a estresse mecânico e geralmente não são encontrados em animais que possuem exoesqueletos rígidos. Assim, o filamento intermediário organizado não apresenta uma estrutura polarizada, a qual é tão importante para os filamentos de actina e para os microtúbulos. Os tetrâmeros são empacotados lateralmente, formando um filamento que agrega oito protofilamentos paralelos, feitos a partir destes tetrâmeros. Os filamentos sãocompostos por queratina (tecido epitelial); vimentina (nas células do mesênquima); desmina (tecido muscular liso e nas linhas Z dos músculos esquelético e cardíaco); proteína fibrilar ácida da glia (astrocitos) e proteínas dos neurofilamentos (filamentos intermediários das células nervosas). Em células cancerosas, mediante o uso de Imunocitoquimica, é possível identificar a origem do tumor a partir da analise da origem dos filamentos intermediários.
TIPOS: Nuclear (laminas A, B, C); Semelhantes a vimentina (composto por vimentina); Epitelial (Periferina, queratinas tipo I e II) e axonal (proteínas de neurofilamento). A família de filamentos intermediários mais diversificados é a das queratinas: existem aproximadamente 20 queratinas encontradas em diferentes tipos de células epiteliais humanas. Cada filamento de queratina é constituído a partir de uma mistura equitativa de cadeias de queratina tipo I (ácidas) e tipo II (neutras/básicas); estas formam heterodímeros, que são unidos dois a dois para formar a subunidade tetramérica básica. A diversidade das queratinas é utilizada clinicamente para o diagnóstico de cânceres epiteliais (carcinomas), pois a expressão de um grupo específico de queratinas fornece indicações sobre o tecido epitelial a partir do qual a célula cancerosa é originária e, dessa maneira, pode auxiliar na escolha de um tratamento adequado. A desmina, é expresso em músculo esquelético, cardíaco e liso. Três tipos de proteínas de neurofilamentos (NF-L, NF-M e NF-H) coassociam-se in vivo, formando heteropolímeros que contêm NF-L mais uma das outras duas formas. As proteínas NF-H e NF-M apresentam domínios C-terminais compridos que se ligam aos filamentos adjacentes dando origem a arranjos com espaçamento interfilamentar uniforme. Durante o crescimento do axônio, novas subunidades de neurofilamentos são incorporadas ao axônio em um processo dinâmico que envolve tanto a adição de subunidades longitudinalmente ao comprimento do filamento quanto a adição de subunidades às extremidades do filamento.
Os filamentos de queratina conferem resistência mecânica a tecidos epiteliais, em parte pelo ancoramento dos filamentos intermediários a regiões de contato célula-célula, denominadas desmossomos, ou de contato célula-matriz, denominadas hemidesmossomos. 
EPIDERMOLISE BOLHOSA: ocorre quando queratinas defeituosas são expressas em células da camada basal da epiderme. Esta doença caracterizase pela formação de bolhas na pele mesmo em resposta a estresses mecânicos muito leves, os quais conseguem romper as células basais
Actina: formada por dois protofilamentos paralelos enrolados um sobre o outro em uma hélice dextrógira. Os filamentos de actina são relativamente flexíveis e fáceis de ser curvados, se comparados aos cilindros ocos do microtúbulo. Extremidade +: tanto a dissociação quanto o crescimento ocorrem rapidamente. A fenda ligada ao ATP é a extremidade –. A maior densidade de filamentos de actina encontra-se na periferia celular. A camada adjacente à membrana citoplasmática é denominada córtex celular, e os filamentos de actina ali presentes determinam o formato e o movimento da superfície celular. EX: lamelipódios, filopódios, microvilosidades. Filamentos de actina específicos são, na maioria das células, estabilizados pela ligação com tropomiosina, uma proteína longa que se liga simultaneamente a sete subunidades de actina adjacentes em um protofilamento. A ligação da tropomiosina ao filamento de actina pode evitar a interação deste filamento com outras proteínas; desse modo, a regulação da ligação com a tropomiosina é uma etapa importante na contração muscular. Também conhecida como fator de despolimerização de actina, a cofilina é incomum pelo fato de ligar-se a ambas as formas de actina, ou seja, tanto ao filamento como à subunidade livre. A cofilina liga-se sobre o filamento de actina, forçando uma torção um pouco mais compacta do filamento.
O axonema: dois microtúbulos centrais circundados por nove duplas de microtúbulos. Quando ativados, os braços de dineína ligam-se ao microtubulo adjacente e promovem o deslizamento dos túbulos, desde que exista ATP para fornecer energia. 
Centríolos: nove trincas de microtúbulos ligadas umas às outras. Essas organelas são encontradas em pares, com um centríolo formando ângulo reto com o outro. Nas células que não estão em divisão, os pares de centríolos localizam-se próximo ao núcleo e ao complexo de Golgi. Centrossomo: par de centríolos mais o material pericentriolar.
CÍLIOS E FLAGELOS: Tanto os cílios quanto os flagelos são apêndices celulares semelhantes a pelos que possuem um feixe de microtúbulos em seu interior. Os flagelos são encontrados em espermatozoides e em vários protozoários. Por um movimento ondulatório possibilitam que a célula que os possui nade através de meios líquidos. Os cílios tendem a ser mais curtos do que os flagelos e estão organizados de modo similar a eles, no entanto batem como um chicote. O axonema é composto por microtúbulos e por suas proteínas associadas, organizadas em um padrão regular: nove pares especiais de microtúbulos encontram-se organizados em um anel ao redor de um par simples de microtúbulos. Quando o domínio motor da dineína é ativado, as moléculas de dineína ligadas a um par de microtúbulos tentam movimentar-se sobre o par de microtúbulos adjacente, forçando o deslizamento de um sobre o outro. Nos humanos, defeitos hereditários da dineína ciliar causam a síndrome de Kartagener. Esta síndrome é caracterizada por esterilidade masculina devido a imobilidade dos espermatozoides, alta suscetibilidade a infecções pulmonares devido à paralisação dos cílios do trato respiratório e consequente incapacidade em eliminar sujeira e bactérias, assim como defeitos na determinação do eixo lateral do corpo durante estágios iniciais do desenvolvimento embrionário. A cinesina apresenta uma estrutura similar à da miosina II, com duas cadeias pesadas e duas cadeias leves por motor ativo; isso forma duas cabeças globulares representando os domínios motores e uma extensão supertorcida responsável pela dimerização da cadeia pesada. A maioria das cinesinas possui um sítio de ligação em sua cauda que pode ser usado para conectar a uma organela delimitada por membrana ou a um outro microtúbulo. Muitos dos membros da superfamília da cinesina (se move no sentido da extremindade +) desempenham funções específicas na formação dos fusos mitóticos e meióticos e na separação dos cromossomos durante a divisão celular. As dineínas representam uma família de motores de microtúbulos direcionados para a extremidade menos(-) e não são relacionadas à superfamília das cinesinas. Elas são compostas por duas ou três cadeias pesadas (onde se inclui o domínio motor) e um grande e variado número de cadeias intermediárias e cadeias leves associadas. As proteínas motoras do citoesqueleto se associam a seus caminhos de filamentos por uma região da "cabeça'; ou domínio motor, que se liga e hidrolisa ATP. Dirigidas por ciclos de hidrólise de nucleotídeo que produzem alterações na conformação, as proteínas ciclam entre estados nos quais elas se encontram fortemente ligadas ao filamento e estados nos quais elas estão dele desconectadas. Por meio de um ciclo mecanoquímico de ligaçãoao filamento, alteração da conformação, liberação do filamento, relaxamento conformacional e religação ao filamento, a proteína motora e sua carga associada movem-se, um passo por vez, ao longo do filamento (tipicamente uma distância equivalente a uns poucos nanômetros ). A identidade do caminho e a direção do movimento ao longo dele são determinadas pelo domínio motor (cabeça), ao passo que a identidade da carga (e, consequentemente, a função biológica de uma proteína motora específica) é determinada pela cauda da proteína motora.
PROTEINA MOTORA: As proteínas motoras do citoesqueleto que se movem unidirecionalmente sobre um caminho de polímeros orientados lembram algumas outras proteínas e complexos proteicos discutidos em outros pontos deste livro, como as DNA e RNA-polimerases, as helicases e os ribossomos. Todas essas estruturas apresentam a capacidade de usar energia química para sua propulsão sobre um caminho linear, a direção do deslizamento dependendo da polaridade estrutural do caminho. As proteínas motoras do citoesqueleto se associam a seus caminhos de filamentos por uma região da "cabeça'; ou domínio motor, que se liga e hidrolisa ATP. Dirigidas por ciclos de hidrólise de nucleotídeo que produzem alterações na conformação, as proteínas ciclam entre estados nos quais elas se encontram fortemente ligadas ao filamento e estados nos quais elas estão dele desconectadas.
MIOSINA: uma proteína longa formada por duas cadeias pesadas e duas cópias de cada uma das duas cadeias leves. Cada uma das cadeias pesadas possui um domínio globular (cabeça) em sua extremidade N-terminal que contém a maquinaria geradora de força, seguida por uma longa sequência de aminoácidos que forma uma extensão supertorcida que será mediadora da dimerização da cadeia pesada. As duas cadeias leves ligam-se próximo ao domínio globular N-terminal, ao passo que a longa cauda supertorcida formará feixes através da ligação às caudas de outras moléculas de miosina. Cada cabeça de miosina se liga a ATP e é capaz de hidrolisá-lo, usando a energia dessa hidrólise para caminhar rumo à extremidade mais ( +) do filamento de actina. No caso da miosina, cada passo do movimento ao longo da actina é gerado pela rotação de uma hélice a de 8,5 nm de comprimento, chamada de braço de alavanca, a qual é estruturalmente estabilizada pela ligação a cadeias leves. Na base deste braço de alavanca, próximo à cabeça, existe uma hélice, semelhante a um pistão, que conecta os movimentos da fenda de ligação a ATP na cabeça com pequenas rotações do chamado domínio conversor
CINESINA: A cinesina apresenta uma estrutura similar à da miosina II, com duas cadeias pesadas e duas cadeias leves por motor ativo; isso forma duas cabeças globulares representando os domínios motores e uma extensão supertorcida responsável pela dimerização da cadeia pesada. A maioria delas possui o domínio motor localizado na região N-terminal da cadeia pesada e caminha em direção à extremidade mais ( +) do microtúbulo. Na cinesina, em vez do giro de um braço de alavanca, os pequenos movimentos da alça do interruptor no sítio de ligação ao nucleotídeo regulam o ancoramento e desligamento do domínio motor da cabeça a uma longa região ligante, a qual conecta esta cabeça motora em uma extremidade ao domínio supertorcido de dimerização na outra extremidade
DINEINAS: representam uma família de motores de microtúbulos direcionados para a extremidade menos(-) e não são relacionadas à superfamília das cinesinas. Elas são compostas por duas ou três cadeias pesadas (onde se inclui o domínio motor) e um grande e variado número de cadeias intermediárias e cadeias leves associadas. A proteína motora dineína não possui relação estrutural com as miosinas ou com as cinesinas, no entanto segue a regra geral de acoplamento de hidrólise de nucleotídeo com a ligação e o desligamento do microtúbulo e com alterações conformacionais geradoras de força.
FUSO: Na interfase, os arranjos de microtúbulos são caracteristicamente longos e sofrem raras catástrofes, mas durante a mitose os microtúbulos são mais curtos e muito mais dinâmicos. A nucleação e a montagem de microtúbulos está aumentada nas regiões adjacentes aos cromossomos condensados. Conforme os microtúbulos são montados sobre a cromatina condensada, em orientações aleatórias, a ação coordenada de diferentes proteínas motoras constrói um fuso bipolar coerente a partir da massa de microtúbulos desorganizados. Existem três classes de microtúbulos dinâmicos em um fuso mitótico na metáfase: microtúbulos do cinetocoro (em azul) que conectam cada um dos cromossomos ao polo do fuso, microtúbulos interpolares (em vermelho) que mantêm unidas as duas metades do fuso, e microtúbulos astrais (em verde) que podem interagir com o córtex celular. Todos os microtúbulos estão orientados com suas extremidades menos(-) nos polos do fuso onde residem os centrossomos e com suas extremidades mais(+) se projetando a partir destas estruturas. Como indicado pelas flechas, os microtúbulos astrais apresentam instabilidade dinâmica, sofrendo tanto crescimento como encurtamento em suas extremidades mais (+),ao passo que os microtúbulos do cinetocoro e os microtúbulos interpolares seguem um fluxo contínuo rumo aos polos do fuso.
( ) os filamentos i. possuem maior resistência a tração do que os microtúbulos 
( ) Os microtúbulos participam dos mov de exocitose, migração celular, endocitose
( ) filamentos intermediários e actina possuem composição homogênea 
( ) cílios possuem actina/ o microtúbulo so se defaz pela extremidade +
( ) A dineina é muito importante em flagelos pois realiza a flexão dos microtúbulos proporcionando os movimentos
( ) Cinesina realiza o transporte anterógrado e dineina o retrogrado 
( ) laminas são um tipo de filamento intermediário 
( ) os filamentos i. se inserem nos desmossomos junto com Caderinas (proteínas transmembrana de adesão celular dependente de Ca). O tremeling ocorre com os filamentos de microtubulos
( ) os filamentos i. são exclusivos de organismos multicelulares e atuam na manutenção da união entre as células dos tecidos nas junções basolaterais
( ) axonema esta presente em cílios e flagelos
( ) o crescimento dos microtúbulos ocorre na capa de GTP
( ) A polimerização dos microtúbulos ocorre independentemente da situação do citosol
( ) A colchicina se liga à tubulina na mitose (metáfase) e impede a adição de tubulina na extremidade +
( ) os filamentos intermediários realizam o transporte de organelas celulares
1.Qual a importância estrutural da capa de GTP?