O Citoesqueleto

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[O Citoesqueleto] 
Considerações Gerais 
A capacidade das células eucarióticas de 
adotarem diversas formas, organizarem os 
componentes em seu interior e interagirem 
mecanicamente com o ambiente e realizarem 
movimentos coordenados, é dependente do 
citoesqueleto - uma intricada rede de filamentos 
proteicos que auxilia o suporte do grande 
volume de citoplasma de uma célula eucariótica. 
O citoesqueleto é uma estrutura altamente 
dinâmica que está sendo reorganizada 
constantemente. É diretamente responsável 
pelo movimento em larga escala, como a 
migração de células sobre uma superfície, a 
contração de células musculares e as alterações 
no formato celular que ocorrem ao longo do 
desenvolvimento do embrião. 
O citoesqueleto é construído a partir de três 
tipos de filamentos proteicos: filamentos 
intermediários, microtúbulos e filamentos de 
actina. 
Filamentos Intermediários 
Apresentam grande resistência a tensão, e sua 
função principal é permitir que as células resistam 
ao estresse mecânico. Esses filamentos são 
denominados intermediários pois seu diâmetro 
(aproximadamente 10nm) encontra-se entre o 
diâmetro dos delgados filamentos que contem 
actina e aquele dos espessos filamentos de 
miosina. 
Eles são os mais resistentes e duráveis dos três 
tipos de filamentos citoesqueléticos. A maioria 
dos filamentos intermediários são encontrados 
no citoplasma das células animais. 
 
Esses filamentos são também encontrados no 
interior do núcleo, uma trama desses filamentos, 
a lâmina nuclear, reveste e fortalece o envelope 
nuclear em todas as células eucarióticas. 
Os filamentos intermediários são resistentes e 
semelhantes a cordas, e tornam as células mais 
resistentes a estresses mecânicos. Eles estão 
presentes em grandes números, por exemplo, 
ao longo do comprimento do axônio de células 
nervosas, fornecendo um reforço essencial para 
essas extensões celulares, também são 
encontradas em células musculares e epiteliais, 
evitando que as células e as membranas rompam 
em resposta a tração mecânica. 
Bianca Oliveira 
Medicina UNP 
Os filamentos intermediários podem ser 
agrupados em quatro classes: 
1. Filamentos de Queratina em células epiteliais 
2. Filamentos de vimentina e relacionados à 
vimentina em células do tecido conetivo. 
3. Neurofilamentos em neurônios 
4. Lâminas nucleares 
A mais diversificada família de subunidades 
corresponde a das queratinas. Uma célula epitelial 
individual pode produzir diferentes tipos de 
queratinas, e estas podem copolimerizar, 
formando uma rede única. Os filamentos de 
queratina conferem resistência mecânica a 
tecidos epiteliais, em parte pela ancoragem dos 
filamentos intermediários em regiões de contato 
célula-célula, denominadas desmossomos, ou 
regiões de contato célula-matriz, denominadas 
hemidesmossomos. 
As mutações nos genes de queratina são a causa 
de diferentes doenças genéticas humanas. Por 
exemplo, a doença denominada epidermólise 
bolhosa simples ocorre quando queratinas 
defeituosas são expressas em células da camada 
basal da epiderme. Essa doença caracteriza-se 
pela formação de bolhas na pele mesmo em 
resposta a estresses mecânicos muito leves, que 
rompem as células basais. 
Vários dos filamentos intermediários são ainda 
estabilizados e reforçados por proteínas 
acessórios que interligam os feixes de filamentos 
formando fortes arranjos. Uma proteína acessória 
de grande interesse é a plectina, além de manter 
unidos feixes de filamentos intermediários, essa 
proteína conecta os filamentos intermediários a 
microtúbulos, a filamentos de actina e a 
estruturas adesivas nos desmossomos. Mutações 
no gene da plectina levam uma terrível doença 
já citada, a epidermólise bulbosa simples (causada 
pela disrupção da queratina da pele), distrofia 
muscular (disrupção de filamentos intermediários 
nos músculos) e neurodegeneração (disrupção 
de neurofilamentos). 
 
 
 
Microtúbulos 
Os microtúbulos são estruturalmente mais 
complexos do que os filamentos de actina, mas 
eles também são altamente dinâmicos e 
desempenham funções comparativamente 
diversas e importantes para a célula. Os 
microtúbulos são polímeros da proteína tubulina. 
Os microtúbulos são tubos ocos e relativamente 
rígidos que podem rapidamente sofrer 
dissociação em um determinado local e 
reassociação em outro. tubulina. A subunidade de 
tubulina é, em si, um heterodímero formado por 
duas proteínas globulares intimamente 
relacionadas chamadas a-tubulina e b-tubulina, 
cada uma composta por 445 a 450 
aminoácidos, sendo as subunidades firmemente 
unidas por ligações não covalentes Os 
microtúbulos crescem a partir de uma pequena 
estrutura posicionada próximo ao centro da 
célula, o centrossomo (principal centro 
organizador de microtúbulos em células animais). 
Eles criam um sistema de vias dentro da célula 
ao longo do qual vesículas, organelas e outros 
componentes são transportados. Quando uma 
célula entra em mitose, os microtúbulos se 
dissociam e, a seguir, se reassociam sob a forma 
de uma estrutura chamada fuso mitótico, que 
fornece a maquinaria necessária para segregar 
os cromossomos igualmente entre as duas 
células-filha. 
Os microtúbulos também formam estruturas 
permanentes, como as estruturas filiformes de 
batimento ritmado denominadas cílios e flagelos.
 
 
 
Dois centríolos encontram-se imersos no 
centrossomo, compondo um par de estruturas 
cilíndricas dispostas em ângulos retos, uma em 
relação à outra, em uma configuração em forma 
de L. Um centríolo consiste em um arranjo 
cilíndrico de microtúbulos curtos e modificados, 
dispostos em forma de barril e apresentando 
uma impressionante simetria nonamérica. 
Juntamente com um grande número de 
proteínas acessórias, os centríolos organizam o 
material pericentriolar, onde ocorre a nucleação 
dos microtúbulos 
Os microtúbulos em crescimentos apresentam 
instabilidade dinâmica 
Após a nucleação de um microtúbulo, sua 
extremidade mais cresce, tipicamente, em 
direção à periferia, a partir do centro 
organizador, pela adição de subunidades, durante 
vários minutos. A seguir, o microtúbulo sofre 
uma transição que provoca seu rápido 
encurtamento por meio da perda de subunidade 
em sua extremidade livre. Esse comportamento 
é denominado instabilidade dinâmica, e é 
controlado pela capacidade intrínseca que as 
moléculas de tubulina possuem de se hidrolisar.
 
Cada dímero livre de tubulina contém uma 
molécula de GTP fortemente associada que é 
hidrolisada para GDP momentos após a adição da 
subunidade ao microtúbulo. Um microtúbulo em 
crescimento possui subunidades com GTP em 
sua extremidade, formando uma proteção, ou 
capa, de GTP. Se a hidrólise de nucleotídeos 
ocorre mais rapidamente do que a adição de 
subunidades, essa proteção é perdida, e o 
microtúbulo começa a sofrer encurtamento, em 
um evento denominado “catástrofe”. No entanto, 
subunidades com GTP ainda podem ser 
adicionadas à extremidade que está sob 
encurtamento e, se inseridas subunidades 
suficientes para formar uma nova capa, o 
microtúbulo retoma o crescimento em um 
evento chamado de “resgate”. 
Os microtúbulos são mantidos por um balanço 
entre montagem e dissociação 
A relativa instabilidade deles permite que passem 
por uma remodelação rápida e continua. 
As proteínas motoras associadas aos 
microtúbulos 
A cinesinas e as dineínas, os protótipos de 
proteínas motoras associadas aos microtúbulos, 
movimentam-se através dos micrtoubulos em 
direções oposta: a cinesina em direção a 
extremidade positiva e a dineina em direção a 
extremedidade negativa. A dineina é abundante 
nos cílios. 
Tanto a cinesina como a dineina formam famílias 
semelhantes às proteínas motoras. Alguns 
membros da família das cinesinas movimentam-
se ao longo dos microtúbulos em direção a 
extremidade positiva. 
 
 
Microtúbulos e motores movem organelas e 
vesículas 
Uma função primordial das proteínasmotoras do 
citoesqueleto em células em interfase é o 
transporte e o posicionamento de organelas 
delimitadas por membrana. Um típico arranjo de 
microtúbulos em uma célula em interfase está 
orientado com suas extremidades menos (-) 
próximas ao centro da célula, no centrossomo, e 
suas extremidades mais (+) estendendo-se para 
a periferia da célula. Assim, o movimento 
centrípeto de organelas ou vesículas, em direção 
ao centro da célula, requer a ação de dineínas 
motoras citoplasmáticas direcionadas para a 
extremidade menos (-), ao passo que o 
movimento centrífugo para a periferia exige 
cinesinas motoras direcionadas para a 
extremidade mais (+). Interessantemente, nas 
células animais, quase todo o transporte 
direcionado para a extremidade menos (-) é 
impulsionado unicamente pela proteína motora 
dineína citoplasmática 1, ao passo que 15 cinesinas 
diferentes são usadas para o transporte 
direcionado para a extremidade mais (+). Um 
claro exemplo do efeito dos microtúbulos e dos 
motores de microtúbulos no comportamento 
das membranas intracelulares é a sua atuação na 
organização do retículo endoplasmático (RE) e 
do aparelho de Golgi. A rede de membranas 
tubulares do RE alinha-se com microtúbulos e se 
estende quase até a borda da célula, enquanto o 
aparelho de Golgi posiciona-se próximo ao 
centrossomo. 
Cílios e flagelos motrizes são compostos por 
microtúbulos e dineínas 
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 nos espermatozoides e em 
vários protozoários. Por um movimento 
ondulatório permitem que a célula que os possui 
nade através de meios líquidos. Os cílios são 
organizados de forma semelhante, mas eles 
batem em um movimento semelhante ao de um 
chicote, que lembra o movimento do nado de 
peito. O batimento dos cílios tanto pode propelir 
uma célula única através de um fluido (como é o 
caso da locomoção do protozoário Paramecium) 
quanto movimentar fluidos sobre a superfície de 
um grupo de células em um tecido. O 
movimento de um cílio ou de um flagelo é 
produzido pela flexão de sua porção central, 
denominada axonema. O axonema é composto 
por microtúbulos e por suas proteínas associadas. 
As moléculas de dineína axonemal formam 
pontes entre os pares de microtúbulos 
adjacentes em torno da circunferência do 
axonema. Quando o domínio motor dessa 
dineína é ativado, as moléculas de dineína ligadas 
a um dos pares de microtúbulos tentam 
movimentar-se sobre o par de microtúbulos 
adjacente, forçando o deslizamento de um sobre 
o outro de forma semelhante ao deslizamento 
dos filamentos delgados de actina durante a 
contração muscular. Nos seres humanos, 
defeitos hereditários na dineína axonemal 
causam uma condição chamada de discinesia 
ciliar primária ou síndrome de Kartagener. Essa 
síndrome é caracterizada pela inversão da 
assimetria normal dos órgãos internos (sinus 
inversus) devido à disrupção do fluxo de fluidos 
no embrião em desenvolvimento, pela 
esterilidade masculina devido à imotilidade de 
espermatozoides e por uma elevada 
suscetibilidade a infecções pulmonares, 
considerando a incapacidade dos cílios paralisados 
de limpar o trato respiratório dos detritos e das 
bactérias. 
 
Arranjo dos microtúbulos em um flagelo: 
Filamentos de Actina 
Encontrados em todas as células eucarióticas e 
essenciais para muitos movimentos, 
principalmente os que envolvem a superfície 
celular. 
 
Os filamentos de actina são finos e flexíveis, cada 
filamento é composto por uma cadeia espiralada 
de moléculas idênticas de actina globular. 
A actina e a tubulina polimerizam por meio de 
mecanismos semelhantes. Como a GTP da 
tubulina. A hidrolise da ATP ligada a ADP no 
filamento de actina reduz a resistência da ligação 
entre os monômeros e diminui a estabilidade do 
polímero. 
As citocalasinas são produtos de fungos que 
impedem a polimerização da actina pela ligação 
à extremidade mais (+) dos filamentos de actina. 
A latrunculina impede a polimerização da actina 
pela sua ligação a subunidades de actina. As 
faloidinas são toxinas isoladas do cogumelo 
Amanita que se ligam firme e lateralmente aos 
filamentos da actina estabilizando-os e evitando a 
despolimerização. Todos esses compostos 
causam mudanças dramáticas no citoesqueleto 
de actina e são tóxicos para as células, indicando 
que a função dos filamentos de actina depende 
de um equilíbrio dinâmico entre os filamentos e 
os monômeros de actina. Essas proteínas de 
ligação à actina influenciam a dinâmica e a 
organização dos filamentos. As proteínas de 
ligação à actina alteram drasticamente a dinâmica 
e a organização dos filamentos da actina por 
meio de controle espacial e temporal da 
disponibilidade do monômero, da nucleação do 
filamento, do alongamento e da 
despolimerização. 
A actina na célula se encontra concentrada em 
uma camada que existe abaixo da membrana 
plasmática. Essa região, denominada córtex 
celular, filamentos de actina estão conectados 
por intermédio de proteínas de ligação à actina. 
A migração celular depende de actina, 
envolvendo alterações coordenadas. 
 
A actina se associa à miosina para a formação 
de estruturas contrateis 
Usando o seu domínio do pescoço como um 
braço de alavanca, as miosinas convertem a 
hidrólise de ATP em trabalho mecânico 
possibilitando seu movimento gradual sobre os 
filamentos de actina. O músculo esquelético é 
composto por miofibrilas contendo milhares de 
sarcômeros formados a partir de arranjos 
altamente organizados de filamentos de actina e 
de miosina II, juntamente com diversas proteínas 
acessórias. A contração muscular é estimulada 
pelo cálcio, que provoca o movimento da 
proteína tropomiosina associada ao filamento de 
actina, revelando sítios de ligação à miosina e 
permitindo que os filamentos deslizem uns sobre 
os outros. O músculo liso e as células não 
musculares possuem feixes contráteis de actina 
e miosina menos organizados, que são regulados 
por fosforilação da cadeia 
leve da miosina. A miosina V transporta cargas 
se deslocando sobre os filamentos de actina.