Dinâmica do Citoesqueleto: Microfilamentos, Microtúbulos e Filamentos Intermediários

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Mariana Marques – T29 
 
 
Citoesqueleto 
 
 
 
 
 ∆G° → energia livre de Gibbs - disponível para realizar trabalho 
 Quanto maior a quantidade de ligações menor é o ∆G° - mais estável é a molécula 
 A quantidade de ligações está diretamente relacionada com a estrutura 
 Quanto maior a quantidade de ligações químicas, maior será a constante de equilíbrio (Keq) 
 Taxa de associação → Ton = Koff . [A] . [B] 
 Taxa de dissociação → Toff = Koff . [AB] 
 
 Microfilamentos de actina 
 Determinam a forma e a superfície celular 
 Desempenham importante função durante a contração muscular 
 Constituídos pela associação de subunidades solúveis de α-actina 
Actina G → Actina Globular 
Actina F → Actina Filamentosa 
 
 Microtúbulos 
 Determinam o posicionamento de organelas 
 Direcionam o transporte de vesículas 
 Participam do processo de divisão celular 
 Responsáveis pelo movimento de cílios e flagelos 
 Constituídos pela associação de subunidades solúveis de α-tubulina e β-tubulina 
 Microtúbulos crescem sempre perto da região nuclear. 
 Em células animais, o crescimento dos microtúbulos só ocorre na extremidade +, porque a extremidade - 
permanece presa ao centrossomo. 
 
 Filamentos intermediários 
 Conferem resistência mecânica às células 
 Constituídos pela associação de subunidades de proteínas fibrosas (naturalmente insolúveis) 
 Encontram-se associados a desmossomos e hemidesmossomos 
 A α-queratina é um exemplo de proteína fibrosa que participa da constituição de filamentos intermediários 
 
 Dinâmica do citoesqueleto 
 A associação de proteínas ocorre através de interações não-covalentes 
 As interações entre proteínas devem respeitar uma constante de equilíbrio 
 Conforme as proteínas se associam, as concentrações de subunidades livres vão reduzindo e, 
consequentemente, a taxa de associação também será reduzida 
 Ton = kon . [A] . [B] Toff = koff . [AB] 
 
 Em equilíbrio: Ton = Toff, ou seja, Keq =[AB][A] . [B]= KonKoff 
 Quanto maior a afinidade entre as moléculas, maior será o valor de Keq 
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Concentração crítica 
 É a concentração de subunidades livres no equilíbrio químico. 
 Em outras palavras, é quando a concentração de subunidades livres foi reduzida ao ponto de não haver mais 
crescimento de polímero (quando a velocidade de associação é igual a de dissociação). 
 
Taxa de nucleação 
 
 Pequenos oligômeros podem se associar, espontaneamente, porém são instáveis e se dissociam rapidamente 
 Esta instabilidade cria uma barreira cinética para a nucleação 
 Células possuem proteínas e complexos enzimáticos que catalisam a nucleação em locais específicos e 
conforme a necessidade. 
 
Extremidades (+) vs. Extremidades (-) 
 Alterações conformacionais que ocorrem nas subunidades, conforme elas interagem entre si, acarretam em 
taxas de crescimento distintas, em cada extremidade 
 
Instabilidade dinâmica em microtúbulos (Catástrofe) 
 
GTP = trifosfato de guanosina (sempre permanece na extremidade) 
 Capa de GTP = presença de pelo menos uma α- tubulina na forma T na extremidade, assim há o favorecimento 
da polimerização → quando a adição de novas formas T ocorre uma taxa maior do que a taxa de hidrólise de 
GTP em GDP, haverá sempre ao menos uma forma T na extremidade, o que favorecerá o crescimento do 
polímero. 
 Quando um heterodímero de α/β tubulinas se associa a um feixe de microtúbulos, a subunidade β-tubulina sofre 
uma mudança conformacional, adquirindo atividade catalítica capaz de hidrolisar GTP em GDP+PO43- 
 A α-tubulina, no entanto, não tem essa atividade, permanecendo ligada a GTP. 
 A forma T (α/β- tubulinas ligadas a GTP/GTP) possui maior Keq do que a forma D (α/β- tubulinas ligadas a 
GTP/GDP). 
 Catástrofe em microtúbulos ocorrerá quando a capa de GTP for desfeita, ou seja, a hidrólise de GTP em GDP 
ocorreu antes que uma nova forma T foi adicionada. 
 Qualquer interferência ou defeito celular que acarrete em prejuízo à esta instabilidade dinâmica, terá um efeito 
citotóxico. 
 
Treadmilling 
 
 Processo que ocorre somente em actina nas células animais. 
 Para ocorrer treadmilling é necessário que as duas extremidades estejam livres. 
 A taxa de associação na forma T a extremidade (+) é igual à taxa de dissociação que a forma D se dissocia da 
extremidade (-). Então, não há crescimento do polímero. 
 Treadmilling ocorrerá quando subunidades solúveis de α-actina (Forma T), são adicionadas à extremidade (+) a 
uma taxa (velocidade) igual à taxa de remoção de subunidades de α-actina (Forma D), a partir da extremidade 
(-) 
 A adição na extremidade (-) é lenta → a hidrólise alcança o ponto de adição de subunidades 
 A adição na extremidade (+) é rápida → a hidrólise se encontra atrasada em relação à adição de subunidades. 
 
 
 
 
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 Dinâmica de citoesqueleto: 
 
MICROTÚBULOS ACTINA - F 
α/β- tubulinas α- actina (actina G) 
α GTP e β GTP → T 
α GTP e β GDP → D 
α- actina ATP 
α- actina ADP 
Instabilidade dinâmica Treadmilling 
Extremidade (-) presa ao centrossomo Extremidade (+) e (-) podem estar livres 
 
Obs: 
→ Alguns fármacos interferem na dinâmica de microtúbulos e filamentos de actina (todos os fármacos que atingem os 
filamentos de actina são citotóxicos) 
 
FÁRMACOS ACTINO-ESPECÍFICOS 
Faloidina Liga-se aos filamentos, estabilizando-os 
Citocalasina Promove o capeamento da extremidade (+) do filamento 
Swinholide Quebra os filamentos 
Latrunculina Liga-se a subunidades e evita sua polimerização 
 
FÁRMACOS MICROTÚBULO-ESPECÍFICOS 
Taxol Liga-se aos microtúbulos, estabilizando-os 
Colchicina, colcemida Liga-se às subunidades e evita sua polimerização 
Vimblastina, vincristina Liga-se às subunidades e evita sua polimerização 
Nocodazol Liga-se às subunidades e evita sua polimerização 
 
Proteínas acessórias de microtúbulos 
→ COMPLEXO γ-TuRC 
 Promove a nucleação da montagem, permanecendo associado à extremidade (-) 
 Fazem a nucleação de microtúbulos que ocorre a partir dos centrossomos 
 
→ ESTATMINAS 
 São proteínas que se associam a subunidades de α/β-tubulinas, livres em solução, impedindo que estes 
heterodímeros se associem a um microtúbulo. 
 QUINASES: catalisam a transferência de fosfato a partir de uma molécula mais energética para uma molécula 
menos energética (ex: glicose → glicose-6-fosfato (reação irreversível)) 
 FOSFATASE: glicose-6-fosfato →glicose (glicose-6-fosfatases são capazes de remover os fosfatos). 
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→ MAPs: MAP, MAP-2, TAU 
 São proteínas que se associam a microtúbulos, estabilizando-os individualmente e/ou em feixes 
 MAP: estabiliza microtúbulos através de ligações laterais (fosforilada fica inativa, para ativar é necessário retirar 
o fosfato - a quinase é responsável pela superfosforilação) 
 MAP-2: Associação de microtúbulos em feixes (paralelos) 
 TAU: Associação de microtúbulos em feixes (nos neurônios é mais abundante no corpo celular) 
 
Proteínas motoras associadas a microtúbulos 
→ CINESINAS 
 Há, pelo menos, 14 diferentes superfamílias de cinesinas, proteínas motoras que se deslocam sobre 
microtúbulos 
 Cinesina 13: não se move - fator de catástrofe 
→ DINEÍNAS 
 Proteínas motoras que se deslocam sobre microtúbulos e exercem importante papel, por exemplo, no 
movimento de cílios e flagelos 
 É associada à fertilidade e problemas respiratórios 
 
Proteínas acessórias de filamentos de actina 
→ COMPLEXO ARP 
 É um complexo de proteínas que possui duas Proteínas Relacionadas à Actina (Actin-Related Proteins), cada 
proteína apresentando cerca de 45% de similaridade com a actina 
 Promove a nucleação do crescimento do filamento de actina na extremidade (-), permitindo o rápido alongamento 
na extremidade (+) 
 Esse complexo pode se ligar lateralmente a um outro filamento, permanecendo ligado à extremidade (-), dando 
origem a filamentos individuaisorganizados em uma rede ramificada 
→ PROFILINAS 
 Proteínas que se associam a monômeros de actina, impedindo a associação destes à extremidade (-), 
favorecendo o crescimento a partir da extremidade (+) 
 
Bloqueadores neuromusculares 
1- Despolarizantes 
 Succinilcolina → dessensibiliza o nAChR após uma breve abertura (agonistas - simulam a ação da acetilcolina, 
mas com muito mais força; não é competitivo, porque há a dessensibilização; degradados pela 
Acetilcolinesterase em 10 minutos) 
 
2- Não despolarizantes 
 Antagonistas 
 Competitivos 
 Se há aumento da concentração de acetilcolina, desloca o bloqueador, ou seja, desfaz o efeito 
 Conhecidos como curarizantes 
 
 
Filamentos intermediários 
→ Fornecem resistência mecânica às células. 
→ Constituídos pela associação de proteínas fibrosas, como a α-queratina. 
→ Fosforilação: Dissociação 
→ Desfosforilação: Associação 
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TIPOS DE FI COMPONENTES POLIPEPTÍDICOS LOCALIZAÇÃO 
Nuclear Laminas A, B e C 
Lamina nuclear (revestimento interno do envelope 
nuclear) 
Epitelial 
Queratinas tipo I (ácidas) e tipo II 
(básicas) 
Células epiteliais e seus derivados (Ex.: unha e 
cabelo) 
Axonal Proteínas de neurofilamento Neurônios 
Semelhantes à 
vimentina 
Vimentina Diversas células de origem mesenquimal 
Desmina Músculo 
Proteína ácida glial fibrilar Células gliais (astrócitos e algumas células de 
Schwann) 
Periferina Alguns neurônios 
 
Junções celulares, adesão celular e matriz extracelular 
→ Junções de ancoramento 
 
JUNÇÃO 
PROTEÍNA DE 
ADESÃO 
TRANSMEMBRANA 
LIGANTE 
EXTRACELULAR 
LIGAÇÃO AO 
CITOESQUELETO 
INTRACELULAR 
PROTEÍNA DE 
ANCORAMENTO 
INTRACELULAR 
CÉLULA-CÉLULA 
Junções aderentes 
Caderina (caderina 
clássica) 
Caderina da célula 
vizinha 
Filamentos de actina 
α-catenina,- catenina, 
placoglobina (- 
catenina), catenina 
p120, vinculina, α- 
actina 
Placogonina (-
catenina), placofilina, 
desmoplaquina 
Desmossomos 
Caderina 
(desmogleína, 
desmocolina) 
Desmogleína e 
desmocolina da 
célula vizinha 
Filamentos 
intermediários 
Talina, vinculina, α-
actinina, filamina, 
paxilina, cinase de 
adesão focal (FAK) 
Plectina, distonina 
(BP230) 
CÉLULA-MATRIZ 
Adesão célula-matriz 
ligada à actina 
Integrina 
Proteínas da matriz 
extracelular 
Filamentos de actina 
Hemidesmossomos 
Integrina α64, 
colágeno tipo XVII 
(BP180) 
Proteínas da matriz 
extracelular 
Filamentos 
intermediários 
Plectina, distonina 
(BP230) 
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→ Junção de adesão célula/matriz: integrinas (hemidesmossomo) 
→ Junção de adesão célula/célula: caderinas (desmossomo) 
 
→ CADERINAS 
 Proteínas que promovem a adesão homofílica (entre células iguais) 
 Ligação mediada pelo íon Ca2+ 
 Controlam a adesão seletiva das células 
 As metástases ocorrem quando há uma mudança na expressão das caderinas 
 
→ CATENINAS 
 As cateninas ligam as caderinas ao citoesqueleto de actina, exercendo importante função na estrutura das 
junções de adesão 
 
→ DESMOSSOMOS PROPORCIONAM FORÇA MECÂNICA AO EPITÉLIO 
 Desmossomos são estruturalmente semelhantes às junções de adesão, porém estão associados à filamentos 
intermediários 
 Cateninas também efetuam a interligação entre as caderinas e o citoesqueleto 
 
→ PÊNFIGO 
 Trata-se de uma condição autoimune, onde há produção de anticorpos anticaderinas, os quais rompem as 
estruturas dos desmossomos, resultando na formação de bolhas na pele e/ou mucosas. 
 Pênfigo foliáceo: quando há autoanticorpos antidesmogleína 1, uma caderina predominante no tecido epitelial. 
Por essa razão, as lesões do pênfigo foliáceo ocorrem na pele. Razão pela qual é conhecido como “fogo 
selvagem”. 
 Pênfigo vulgar: quando há autoanticorpos antidesmogleína 1 e antidesmogleína 3, esta última presente em 
mucosas. Nesse sentido, no pênfigo vulgar, as lesões têm início em mucosas (boca, por exemplo) e atingem, 
posteriormente, a pele. Produz anticorpos contra as caderinas da mucosa e da pele. 
 Pênfigo bolhoso (ou penfigóide bolhoso), os autoanticorpos produzidos são reativos contra uma proteína 
relacionada à adesão mediada por hemidesmossomos. Sendo assim, no pênfigo bolhoso, diferente do pênfigo 
vulgar e pênfigo foliáceo, as estruturas comprometidas são hemidesmossomos, acarretando prejuízo na adesão 
entre as células e a lâmina basal. 
- ATENÇÃO: como os autoanticorpos no penfigóide bolhoso são contra proteínas associadas a 
hemidesmossomos, estas proteínas, obviamente, não são da família das caderinas, como ocorre no pênfigo 
foliáceo e pênfigo vulgar (integrinas). 
 
→ INTEGRINAS SÃO RESPONSÁVEIS POR UNIR A CÉLULA À MATRIZ EXTRACELULAR 
 Proteínas que promovem forte adesão entre células 
 São ativadas após ligação de um ligante específico 
 
→ SELECTINAS 
 Proteínas que promovem a adesão (mais fraca) transiente entre células 
 Importante no processo de rolamento de leucócitos 
 
→ JUNÇÕES COMPACTAS (JUNÇÕES DE OCLUSÃO) 
 Claudinas e Ocludinas - interações fracas 
 Constituem uma barreira entre duas células 
 Formam a barreira hematoencefálica - junções mais firmes 
 Controlam a permeabilidade intestinal - o estresse afrouxa as proteínas e isso pode causar inflamação, como no 
celíaco, que o glúten atravessa duas células e chega à circulação sem ser digerido 
 
→ JUNÇÕES COMUNICANTES (TIPO GAP) 
 Permitem a comunicação intercelular através da passagem de pequenos solutos. 
- Ex: Aminoácidos, nucleotídeos, carboidratos, íons inorgânicos etc. 
 
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INTEGRINA LIGANTE DISTRIBUIÇÃO 
FENÓTIPO QUANDO 
A SUBUNIDADE α É 
MUTADA 
FENÓTIPO QUANDO A 
SUBUNIDADE É MUTADA 
α51 Fibronectina Diversa 
Morte do embrião; 
defeitos nos vasos 
sanguíneos, somitos e 
crista neural 
Morte precoce do embrião (na 
implantação) 
α61 Laminina Diversa 
Severas bolhas na 
pele; defeito em outros 
epitélios 
Morte precoce do embrião (na 
implantação) 
α71 Laminina Músculo 
Distrofia muscular; 
defeitos nas junções 
miotendinosas 
Morte precoce do embrião (na 
implantação) 
αL2(LFA1) 
Contra-receptores 
da superfamília 
das lgs (ICAM) 
Leucócitos 
Redução no 
recrutamento dos 
leucócitos 
Deficiência na adesão dos 
leucócitos (LAD); resposta 
inflamatória reduzida; infecções 
recorrentes com risco de morte 
αIIb3 Fibrinogênio Plaquetas 
Sangramento; não-
agregação de 
plaquetas (doença de 
Glanzmann 
Sangramento; não-agregação 
de plaquetas (doença de 
Glanzmann; osteoporose 
moderada 
α64 Laminina 
Hemidesmossomos 
de epitélio 
Severas bolhas na 
pele; defeito em outros 
epitélios 
Severas bolhas na pele; defeito 
em outros epitélios 
 
 
 
 
 
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 Doença de Alzheimer 
Bases fisiopatológicas 
 “Demência”: uma perda progressiva de desempenho em dois ou mais dos cinco domínios cognitivos. 
1. Memória 
2. Atenção 
3. Linguagem 
4. Executar atividades do cotidiano 
5. Percepção visual/espacial 
 
Hipóteses fisiopatológicas 
 Formação de placas de oligômeros densos com formação de placas difusas 
 Segregação anormal da proteína TAU 
 Dislipidemias e aumento da homocisteína sérica 
 Tabagismo, obesidade e dieta rica em gorduras saturadas. 
 
“Post-Morten” 
 Placas beta-amilóides extracelulares (formadas pela proteína tau e pela desagregação do microtúbulo do neurônio) 
 Neurônios com emaranhados de proteína tau (triângulo) 
 
CONSEQUÊNCIAS 
 Porções insolúveis de beta-amilóide (entre 39 a 42 aminoácidos) se agrupam, formando placas difusas 
 Placas se agregam progressivamente, atrapalhando as funções celulares 
 Neurônio afetado→ apoptose; placas não são digeridas 
 Recrutamento de células de defesa amplificam os danos 
 
 Classificada como transtorno neurodegenerativo. 
 À medida que a doença evolui, o quadro de sintomas pode incluir confusão, irritabilidade, alterações de humor, 
comportamento agressivo, dificuldades com a linguagem e perda de memória a longo prazo. 
 As causas e progressão da doença aindanão são completamente compreendidas, embora se saiba que estão 
associadas às placas senis (β- amilóide) e aos novelos neurofibrilares no cérebro. 
 
HIPERFOSFORILAÇÃO DA PROTEÍNA TAU 
 Microtúbulo se desfaz, causando a morte da célula 
 Desmembra a estruturação do microtúbulo nas terminações nervosas dos axônios 
 Essa desagregação solta a proteína tau, formando um aglomerado chamado de placa beta-amiloide, 
degenerando o neurônio.