Citoesqueleto: Estrutura e Funções

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O citoesqueleto é formado por um conjunto de 
filamentos proteicos que estão presentes no citosol da 
célula. Para o funcionamento correto da célula, são 
necessárias uma organização interna ajustada e uma 
relação com o meio externo. 
 
A célula precisa passar por diversas modificações como, 
por exemplo, alterações de formato e migração sob um 
substrato, e o citoesqueleto irá cooperar em algumas 
situações para que a célula se ajuste nessas 
modificações. 
 Filamentos de actina ou microfilamentos; 
 Microtúbulos; 
 Filamentos intermediários. 
A distribuição desses filamentos ocorre de maneira 
diferente para cada tipo. Os microfilamentos, 
geralmente, se distribuem de forma mais concentrada 
na região abaixo da membrana plasmática. Os 
microtúbulos e os filamentos intermediários se 
distribuem de maneira igual por todo o citosol. 
Os filamentos de actina são formados pela proteína 
actina, se concentram mais próximos da membrana 
plasmática e são os filamentos mais finos, por isso são 
conhecidos também como microfilamentos. 
Os microtúbulos são formados pela proteína tubulina, se 
distribuem ao longo de todo o citosol, porém partem de 
uma mesma região central da célula. Dos três filamentos 
é o considerado mais espesso. 
Os filamentos intermediários são formados por 
diferentes tipos de proteínas, se distribuem de forma 
homogênea pelo citosol e possuem uma espessura 
intermediária entre os microfilamentos e os 
microtúbulos. 
Cada tipo de filamento do citoesqueleto é constituído 
por proteínas solúveis que estão no citosol. Tais 
proteínas se unem e formam cadeias que se mantém 
por fracas ligações entre elas. Se tivermos, por exemplo, 
várias actinas solúveis, elas irão se unir e formarão 
cadeias que serão mantidas pelas ligações mais fracas. 
Portanto, as ligações fracas irão garantir a instabilidade 
dinâmica do citoesqueleto, que facilita a dissociação e 
reassociação desses filamentos pela célula. Esses 
processos são influenciados pelas proteínas acessórias 
por meio da regulação dessa dinamicidade. 
Os filamentos do citoesqueleto são constituídos a partir 
de múltiplos protofilamentos, ou seja, múltiplas cadeias. 
Os filamentos de actina são formados por dois 
protofilamentos enrolados entre si, formando uma 
estrutura helicoidal. Os microtúbulos são formados por 
13 protofilamentos que se organizam para formar uma 
estrutura cilíndrica. Os filamentos intermediários são 
formados por vários protofilamentos organizados 
lateralmente. 
O citoesqueleto se reorganiza conforme a célula passa 
por diferentes momentos. Quando a célula passa pelo 
momento de divisão celular, por exemplo, há uma 
reorganização dos microtúbulos e dos filamentos de 
actina. No final dessa divisão, novas estruturas são 
montadas em um momento específico e as duas células 
filhas terão, cada uma, o seu próprio citoesqueleto com 
uma organização que irá conferir o formato dessas 
novas células. 
As funções gerais dos filamentos de citoesqueleto são: 
 Condicionar a forma das células; 
 Ajudar a dar suporte ao grande volume de 
citoplasma da célula eucariótica e organizar 
espacialmente os componentes celulares; 
 Gerar informações para polarização geral das 
células; 
 Possibilitar o movimento interno de organelas, 
cromossomos e vesículas citoplasmáticas; 
 Possibilitar o movimento coordenado de células 
em uma superfície como, por exemplo, um 
substrato; 
 Auxiliar a mobilidade de microvilosidades, cílios 
e flagelos; 
Citologia e Histologia 
 Citoesqueleto 
Beatriz Fernandes 
 Realizar o movimento de contração das células 
musculares. 
Os microfilamentos são formados pela proteína actina 
que é chamada de actina G em sua forma solúvel, 
devido a sua forma globular. Ao se polimerizar e formar 
o microfilamento ela passa a ser chamada de actina F. 
Esses filamentos se concentram próximos à membrana, 
numa região conhecida como córtex celular. Por isso, 
esses filamentos de actina serão muito importantes em 
processos que envolvem a mobilização da membrana 
plasmática como, por exemplo, os processos de 
endocitose, exocitose e migração celular. 
Várias proteínas acessórias podem se associar aos 
microfilamentos, fazendo com que eles coordenem 
diferentes funções em determinados momentos da 
célula como, por exemplo, formar estruturas estáveis e 
permanentes (A) como, por exemplo, as 
microvilosidades, que aumentam a superfície de 
absorção das células intestinais. Porém, também 
podem formar estruturas instáveis (D) como, por 
exemplo, o anel contrátil na divisão celular. Além disso, 
auxilia a conferir formato à célula (B), propicia a 
locomoção celular (C) e auxilia no transporte 
intracelular. 
 
Nos vertebrados existem três isoformas de actina, 
denominadas α, β e γ, que diferem ligeiramente entre si 
e têm funções distintas. A α-actina é expressa apenas 
nas células musculares. Portanto, os filamentos de 
actina nas células musculares vão montar a estrutura 
do sarcômero (unidade de contração muscular). As β- e 
γ-actinas estarão presentes nas células não musculares. 
A actina é uma molécula globular assimétrica, ou seja, 
suas regiões (cabeça e cauda) são diferentes uma da 
outra. Quando as actinas se organizam na estrutura de 
um filamento, elas se encaixarão na mesma direção, ou 
seja, a cabeça de uma actina irá se encaixar na cauda 
de outra actina. Com isso, teremos a formação de um 
filamento polarizado, em que sua parte superior é uma 
extremidade com cargas positivas e a parte inferior é 
uma extremidade com cargas negativas. Isso acontece 
porque, na extremidade superior o que estará exposto é 
a cabeça de uma actina enquanto na extremidade 
inferior o que estará exposto é a cauda de outra actina. 
 
A polimerização dos filamentos de actina é um evento 
que depende de energia, por isso cada monômero de 
actina possui uma região de ligação para um ATP, pois 
é ele quem vai auxiliar essa polimerização. Logo após a 
incorporação do monômero ao filamento, o ATP é 
hidrolisado, transformando-se em ADP, e um fosfato 
inorgânico é liberado. Portanto, em um filamento de 
actina nós observamos ADPs associados a essas 
proteínas. E é a taxa de hidrólise dos ATPs que regula o 
processo de polimerização dos filamentos de actina. 
 
Algumas proteínas acessórias que se associam aos 
monômeros de actina podem estabilizar um filamento, 
impedindo que o filamento se desmonte. Já outras 
podem se ligar aos monômeros e impedir a 
polimerização e, consequentemente, impedir a 
formação da cadeia. 
Para dar início à polimerização, a nucleação permite a 
união de monômeros iniciais de actina, ou seja, as 
actinas começam a se ligar umas às outras e, após a 
ligação de três monômeros, forma-se um núcleo para a 
polimerização. Esse núcleo, formado por três 
monômeros, aumenta a estabilidade do filamento, o que 
permite o crescimento daquele microfilamento. Esse 
evento também ocorre na formação dos microtúbulos. 
Alguns exemplos de proteínas acessórias que regulam a 
polimerização e despolimerização dos filamentos de 
actina são o complexo arp 2/3, profilina, tropomiosina, 
formina, timosina, cofilina etc. A profilina, por exemplo, 
liga-se às subunidades acelerando o crescimento e 
favorecendo a polimerização do filamento de actina. Já 
a timosina liga-se às subunidades evitando a 
associação, ou seja, impede a polimerização. 
As proteínas também são importantes para a 
organização dos filamentos ao criar arranjos específicos 
em determinadas regiões da célula. 
 
Os filamentos de actina nas células animais estão 
organizados em dois tipos de arranjos: 
 Feixes; 
 Redes. 
As proteínas de interligação organizam os arranjos de 
filamentos de actina. As proteínas de feixe interligam os 
filamentos em arranjos paralelos, sendo que o 
empacotamento compacto (feixes não contráteis) 
ocorre nas microvilosidadese o empacotamento frouxo 
(feixes contráteis) ocorre nas células musculares. Já as 
proteínas de rede interligam os filamentos em ângulos e 
ocorrem no córtex celular. 
 
Uma célula no processo de migração muda bastante o 
seu formato e emite protusões na membrana 
plasmática para migrar sobre o substrato. Tais 
protusões são conhecidas como filopódio e lamelipódio. 
Também são formadas fibras de tração para causar 
tensão na célula. Cada uma dessas estruturas possui 
diferentes arranjos de filamentos de actina. E são as 
proteínas acessórias que influenciam esse processo. 
Nesse processo de migração celular, o movimento 
rastejante depende do córtex rico em actina existente 
abaixo da membrana plasmática para que haja a 
protusão da membrana e a alteração do formato com a 
polimerização das actinas. Além disso, a célula promove 
interações com a matriz extracelular, com auxílio dos 
filamentos de actina, ao se apoiar para fazer a 
migração. Resumindo, a célula emite prolongamentos, 
se fixa na matriz e, com o auxílio da proteína motora 
miosina, ela consegue se mover em cima do substrato. 
 
As microvilosidades, projeções em forma de dedo que se 
projetam da superfície apical das células epiteliais, 
contém um feixe central de filamentos de actina para 
serem mantidas. E os sarcômeros das células 
musculares possuem filamentos de actina interagindo 
com as proteínas miosinas, que se aproximam quando 
ocorre a contração do músculo. 
 
 
As miosinas são proteínas motoras que irão sempre se 
associar os filamentos de actina. Existem vários tipos de 
miosina: 
 Miosina 1: Organização intracelular e protusão 
de estruturas ricas em actina (ligação a 
membrana e vesículas endocíticas); 
 Miosina 2: Atividade contrátil, citocinese e 
transporte do corpo celular durante a migração 
das células; 
 Miosina 5: Transporte de organelas e vesículas. 
O anel contrátil, estrutura montada no fim da divisão 
celular para realizar a citocinese, é formado por 
filamentos de actina e miosina. 
 
As principais funções dos microtúbulos são: 
 Organização do citoplasma, ao posicionar 
organelas em regiões específicas do citoplasma; 
 Desenvolvimento e manutenção da forma da 
célula; 
 Transporte intracelular de organelas e vesículas 
como, por exemplo, o transporte axoplasmático 
nos neurônios, movimento dos cromossomos no 
fuso mitótico e movimento de vesículas entre 
retículo, Golgi e membrana. 
Para o transporte intracelular, serão necessárias 
proteínas motoras (dineínas e cinesinas) que irão 
consumir ATP para realizar o movimento. 
Os microtúbulos são formados pelas tubulinas que 
possuem duas isoformas, as α-tubulinas e β-tubulinas. 
Os dímeros dessas isoformas vão formar os 
protofilamentos e a união de 13 protofilamentos em 
espiral formarão os microtúbulos com extremidades 
diferentes, uma positiva e a outra negativa, assim como 
os filamentos de actina. 
 
A β-tubulina estará exposta na extremidade positiva e a 
α-tubulina estará exposta na extremidade negativa. 
Nos dímeros também há um nucleotídeo de energia 
associado a eles, o GTP. 
Em regiões intracelulares específicas, os Centros 
Organizadores de Microtúbulos (MTOC), os 
microtúbulos são geralmente nucleados. O 
centrossomo, por exemplo, é considerado um MTOC e 
estará sempre posicionado próximo ao núcleo. Por isso, 
como já discutido, os microtúbulos partem de uma 
região mais centralizada da célula. 
No interior dos centrossomos há um par de centríolos 
que garante a duplicação dos centrossomos na divisão 
celular. 
Os microtúbulos citoplasmáticos partem radialmente 
dos centrossomos em uma conformação em estrela, a 
partir do complexo de anéis γ-tubulinas presentes 
nesses MTOC, com suas extremidades positivas 
voltadas para o exterior. 
Assim como nos filamentos de actina, algumas 
proteínas se associam aos microtúbulos. Tais proteínas 
são conhecidas como proteínas acessórias de 
microtúbulos (MAPs). Elas possuem domínios globulares 
(cabeça) que se ligam aos microtúbulos e domínios 
filamentosos que se projetam para longe do 
microtúbulo. E suas funções são integrar os microtúbulos 
entre si, aumentar a estabilidade ou alterar a rigidez e 
influenciar na velocidade de polimerização. 
Os microtúbulos e suas proteínas associadas possuem 
um papel fundamental no transporte e posicionamento 
de organelas. Os microtúbulos de uma célula exposta a 
um agente despolimerizador de microtúbulos perdem 
sua organização e, consequentemente, as organelas 
dessa célula são desmontadas. Portanto, os 
microtúbulos auxiliam na organização celular ao 
distribuir as organelas em determinadas posições no 
citoplasma das células. 
No interior das células, organelas e outras vesículas 
envolvidas por membrana são, frequentemente, 
transportadas pelos microtúbulos a locais determinados 
ao longo de rotas bem definidas no citosol. Esse 
movimento ao longo dos microtúbulos é muito mais 
rápido e eficiente, pois os microtúbulos funcionam como 
trilhos no transporte intracelular e suas proteínas 
motoras (cinesinas e dineínas) medeiam o transporte ao 
longo deles. 
As proteínas motoras ligam-se aos microtúbulos e, com 
a energia derivada da hidrólise (quebra) do ATP, 
deslocam-se ao longo dos filamentos, transportando 
vesículas ou organelas. As cinesinas irão sempre em 
direção à extremidade positiva e as dineínas em direção 
à extremidade negativa. 
 
O transporte de neurotransmissores ao longo dos 
axônios de neurônios é mediado pelos microtúbulos e 
suas proteínas motoras, por exemplo. Os 
neurotransmissores, sintetizados no corpo celular, são 
transportados pelas cinesinas até a extremidade do 
neurônio, onde irão participar do processo de sinapse. 
Já os neurotransmissores recaptados serão 
transportados pelas dineínas para o corpo celular. 
 
As proteínas TAU se associam aos microtúbulos do 
axônio de neurônios e quando elas sofrem alterações 
podem causar a doença de Alzheimer, pois irão 
atrapalhar o transporte axonal nos neurônios. 
 
O fuso mitótico é uma estrutura formada por 
microtúbulos e surge, especificamente, no momento da 
divisão celular. Tal estrutura é responsável pela 
promoção da separação dos cromossomos durante a 
divisão celular. 
 
Existem fármacos específicos que afetam a organização 
dos filamentos de actina ou dos microtúbulos. Alguns 
desses fármacos são utilizados como quimioterápicos 
para o tratamento do câncer, pois existem estruturas 
montadas pelos microfilamentos e microtúbulos que 
participam da divisão celular. Tais quimioterápicos 
podem, por exemplo, se ligar aos filamentos e impedir 
que ocorra a sua polimerização ou despolimerização 
como, por exemplo, o taxol que auxilia na 
despolimerização dos microtúbulos. Portanto, essas 
ligações irão desestabilizar a divisão celular e auxiliar no 
processo de cura do câncer. 
Os microtúbulos possuem diferentes tipos de arranjos 
em diversas situações. Na interfáse, por exemplo, os 
microtúbulos partem dos centrossomos formando uma 
“estrela”. Durante a divisão celular, há a formação do 
fuso mitótico a partir de dois centrossomos. Na célula 
nervosa, os microtúbulos permeiam seus axônios. E nos 
cílios e flagelos os microtúbulos às preenchem 
internamente, a partir de um centro organizador 
conhecido como corpúsculo basal. 
Os cílios e flagelos são estruturas especializadas em 
movimento. Eles são extensões da membrana, 
internamente preenchidos por uma organização de 
microtúbulos associados às proteínas motoras dineínas, 
que irão auxiliar o movimento. Internamente, os cílios e 
flagelos são organizados por microtúbulos de maneira 
especial, tal organização é conhecida como axonema. O 
axonema possui 9 pares de microtúbulos que 
circundam um par central de microtúbulos e estão 
associados às dineínas para auxiliar o movimento dos 
cílios ou flagelos. 
 
Os filamentos intermediários sãodiferentes dos 
microtúbulos e dos filamentos de actina, pois são 
simétricos, ou seja, não possuem extremidades 
diferentes, pois suas duas extremidades serão idênticas, 
e são formados por proteínas filamentosas, 
diferentemente dos filamentos de actina e microtúbulos 
que são formados por proteínas globulares. Suas 
proteínas filamentosas irão se associar para formar os 
filamentos intermediários que são muito abundantes no 
citoesqueleto, porém, apesar disso, não estão presentes 
em todas as células animais. Apesar de serem 
estruturas dinâmicas, suas características mais 
importantes são a alta resistência e estabilidade. 
As funções que estão associadas aos filamentos 
intermediários são as funções mecânicas: 
 Manter a resistência celular; 
 Manutenir a forma e integridade estrutural das 
células; 
 Posicionar as organelas dentro das células. 
Proteínas motoras não se associam a esses filamentos. 
Portanto, tais filamentos não contribuem com os 
movimentos celulares. 
Os filamentos intermediários podem ser formados por 
diferentes proteínas, por isso são divididos em diferentes 
classes que irão se distribuir especificamente para cada 
tipo celular. As células epiteliais, por exemplo, terão 
filamentos intermediários formados por queratinas. Já 
em células musculares nós teremos filamentos 
formados por desminas. Em células mesenquimais os 
filamentos intermediários serão formados por 
vimentimas. E as lâminas nucleares (revestimento 
interno do envelope nuclear) são filamentos 
intermediários formados por laminas. Portanto, os 
filamentos intermediários serão específicos de acordo 
com cada tipo celular. 
Os filamentos intermediários possuem um papel 
fundamental na resistência mecânica das células. Nas 
células epiteliais, por exemplo, os filamentos 
intermediários mantêm a integridade estrutural da 
célula e, ao se unirem umas as outras, os filamentos 
criam um “cinturão” que promove uma resistência ao 
tecido epitelial. Portanto, ao sofrer uma pressão 
mecânica, esse tecido epitelial mantém-se íntegro. No 
entanto, caso ocorra uma mutação na queratina 
(proteína que forma os filamentos intermediários das 
células epiteliais), o tecido epitelial se torna suscetível ao 
rompimento, causando a formação de bolhas na pele. 
A lâmina nuclear é um filamento intermediário que não 
é encontrado no citosol, mas na parte interna do núcleo 
celular. Independente do tipo celular, as proteínas que 
irão compor esses filamentos serão sempre as laminas. 
As laminopatias são condições associadas à má 
estruturação da lâmina nuclear.