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Biologia Molecular e Celular Isabel Lima CITOESQUELETO Está perdido? As anotações que eu fiz durante a aula estão em preto. Já as anotações feitas durante a leitura do Alberts estão em azul! Em verde estão algumas observações feitas nas aulas para tirar as dúvidas! Referências utilizadas: ALBERTS, B.; JOHNSON, A.; LEWIS, J.; et al. Biologia molecular da célula. Artmed, 2010. INTRODUÇÃO ● Microtúbulos ○ Distribuição radial se estendendo para a periferia da célula ○ Diâmetro de 25 nm ○ Instabilidade dinâmica ○ É formado por subunidades de tubulina (893) ■ São assimétricas → polarização do feixe em cabeça-cauda com diferentes propriedades ■ Hidrolisa GTP ○ Determinam o posicionamento das endomembranas, promovem o transporte intracelular, formam cílios e forma o fuso mitótico → é tipo uma linha de trem que corta toda a cidade ● Filamentos de Actina → periférica ○ Possui um diâmetro de 7nm ○ Instabilidade de rolamento ○ É formado por subunidades de actina (893) ■ São assimétricas → polarização do feixe em cabeça-cauda com diferentes propriedades ■ Hidrolisa ATP ■ Revestem a face interna da membrana plasmática que podem conferir a ela elasticidade, resistência, adesão à substratos e até Biologia Molecular e Celular Isabel Lima mesmo uma especificidade conformacional da célula (como as microvilosidades) (890) ○ Determinam a forma da superfície e auxiliam na locomoção geral → é tipo uma muralha, as paredes da cidade ● Filamentos Intermediários ○ Interliga outros elementos do citoesqueleto ○ O seu diâmetro é de 10 nm (diâmetro intermediário) ○ Da sustentação mecânica à célula → estabilidade ○ É formado por subunidades menores próprias alongadas e fibrilares (890) ■ São simétricas → filamentos não polarizados ■ Não hidrolisam ATP ou GTP ○ Dão uma resistência mecânica à célula ○ Reveste a face interna da carioteca, protegendo o DNA ● Proteínas auxiliares/acessórias ○ Regula e liga os filamentos → é a infraestrutura, o cimento ○ Proteínas motoras → máquinas ATPases que movem as organelas pelos filamentos (é a bomba que “empurra” o trem) (889, albertão) CONCENTRAÇÃO CRÍTICA Kon e Ko� ● Kon ou taxa de adição é a taxa em que se adiciona as subunidades em um polímero. ○ É diretamente proporcional à concentração de monômeros livres ● Koff ou taxa de remoção é a taxa de dissociação desse polímero em subunidades. Biologia Molecular e Celular Isabel Lima A CONCENTRAÇÃO CRÍTICA ● Dá-se quando Kon . C = Koff ⇒ CC = Koff / Kon ● Acontece quando o polímero cresce o suficiente para que a C (Concentração de monômeros livres) alcance a CC (Concentração crítica), reduzindo o Kon até que ele se equilibre com a taxa de saída. (902) SUA INFLUÊNCIA NAS EXTREMIDADES DOS MICROTÚBULOS E DOS FILAMENTOS DE ACTINA SEM A HIDRÓLISE DE ATP/GTP Cada extremidade possui Kon e Koff diferente devido à alterações conformacionais das subunidades que compõem cada extremidade. Mas se você parar para pensar, se na extremidade + se entra 4x mais subunidades, na extremidade - se entra 4x menos! Essa é pra galera de exatas (não eu) Na extremidade +: 4.Kon.C = Koff ⇒ C+ = Koff/Kon.4 Na extremidade -: Kon.C = Koff/4 ⇒ C- = Koff/Kon.4 Portanto, C+ = C- = CC igual pra ambas :) Portanto, se a relação Koff/Kon é a mesma, a CC tamb ● C < CC ⇒ Encurtamento em ambas extremidades ● C > CC ⇒ Crescimento em ambas extremidades COM A HIDRÓLISE DE ATP/GTP A actina se liga ao ATP/ADP e a tubulina se liga ao GTP/ADP. Essas subunidades, quando na forma T, tem uma alta afinidade pelas subunid. adjacentes, aumentando a taxa de crescimento (Capa de GTP) . Quando elas estão na forma D essa afinidade é perdida e essa extremidade tende a dissociar-se. Biologia Molecular e Celular Isabel Lima Portanto, o Kon e o Koff de cada extremidade é diferente, dando um CC diferente para cada extremidade! ● Extremidade mais (T) → crescimento mais rápido ⇒ CC menor ● Extremidade menos (D) → crescimento menos rápido ⇒ CC maior (903) A ADAPTABILIDADE DO CITOESQUELETO ● Os sistemas do citoesqueleto são dinâmicos, adaptáveis e rápidos. ● Isso se dá por conta das ligações não-covalentes que ligam as suas subunidades (mais fracas que ligações que ligam proteínas, o DNA e etc) (894) ● Essas subunidades não são organizadas linearmente apenas, mas também não são tão grossos → é preciso ter força e adaptabilidade (894) ● As proteínas acessórias regulam a polimerização/despolimerização dos filamentos, dando a eles esse comportamento dinâmico (895) ○ Elas recebem sinais extra e intracelulares para esse tipo de regulação ○ Proteínas motoras → são os trens que andam pelas linhas ferroviárias (microtúbulos ou actina) usando da hidrólise do ATP ● Divisão Celular ○ Exemplo da rapidez do rearranjo do citoesqueleto ○ Microtúbulo → fuso mitótico bipolar ○ Actina → movimentação do fibroblasto sobre a placa, permitindo que a célula tenha um formato esférico e também forma o anel contrátil que divide as duas células (890, big beto) ● Neutrófilos ○ Perseguição celular e fagocitação com a influência da actina (891, big beto) ORGANIZAÇÃO E POLARIDADE CELULAR ● O citoesqueleto é quem forma e estabiliza a morfologia diferenciada de várias células → neurônios, células epiteliais e etc Biologia Molecular e Celular Isabel Lima ● Algumas morfologias são estáveis, como as microvilosidades e os cílios das células epiteliais de revestimento interno, e outras são temporárias, como os feixes de actina centrais das microvilosidades. (892) ● Forma as polarizações gerais da célula, criando diferenças entre as regiões superiores, inferiores, anteriores e posteriores. (893) MICROTÚBULOS ● Sua distribuição na célula é radial ● O seu diâmetro é de 25 nm ● Possui uma instabilidade dinâmica ● São compostos por dímeros de alfa e beta tubulinas ligadas à GTPs ○ Na tubulina beta há a hidrólise do GTP ○ Na tubulina alfa não há essa hidrólise → o GTP já está muito "incrustado" no filamento ○ A hidrólise do GTP é catalisada quando as tubulinas estão polimerizadas ○ Forma T⇒ Ligada ao GTP → tende a polimerizar ○ Forma D⇒ Ligada ao GDP → tende a despolimerizar ● Possui 13 protofilamentos (associação de dímeros) estruturados tridimensionalmente formando um cilindro com um orifício oco ○ Formação vertical → O topo da B forma uma interface que se liga a alfa, possuindo uma alta energia de ligação (926) ○ Formação horizontal → interações não covalentes entre os protofilamentos, ligando dímeros iguais (927) ○ Um desemparelhamento forma uma estrutura helicoidal ● São rígidos e quase inflexíveis, mas crescem muito rápido (927) ● São polarizados ○ Alfa-tubulina → menos (-) ○ Beta-tubulina → mais (+) Biologia Molecular e Celular Isabel Lima CRESCIMENTO DOS MICROTÚBULOS ● O seu crescimento preferencial é pela extremidade + ○ Há a conservação dos GTP não hidrolisados na extremidade +, facilitando as afinidades entre os dímeros ○ Na extremidade -, por sua vez, há a hidrólise do GTP, fazendo com que os dímeros percam essa afinidade ● Os microtúbulos se ancoram no centrossomo ○ A extremidade - que se liga ao centrossomo ○ A extremidade + está livre ● Enquanto o microtúbulo está em crescimento/resgate, mantém-se a capa de GTP não hidrolisada ○ A taxa de entrada de dímeros + GTP > a taxa de hidrólise (927) ○ A hidrólise do GTP curva o polímero, mas a capa de GTP segura essa flexão, evitando a quebra ● Quando os dímeros acabam, parando o crescimento, inicia-se a catástrofe ○ A taxa de hidrólise (constante) > taxa de entrada de dímeros (Dímeros acabarem ⇒ a concentração fica abaixo da concentração crítica) ● Consultar concentração crítica ⇒ zuco mandou um “se foda lê ai vc q lute” ● Instabilidade dinâmica ○ É uma rápida interconversão entre o estado de resgate e estado de catástrofe, deixando, no final de tudo, o microtúbulo do mesmo tamanho ○ A concentração de tubulina livre é intermediária entre a concentração crítica das extremidades da forma T e D → qualquer extremidade T cresce e qualquer extremidadeD diminui, somando zero no final de tudo. ● Portanto, os microtúbulos estão em constante crescimento e decréscimo ○ Isso é importante pois a distribuição dos microtúbulos das células em intérfase é radial, podendo participar da sustentação de toda a célula Biologia Molecular e Celular Isabel Lima ○ Já para a célula em divisão, essa dinâmica permite a formação das fibras do fuso mitótico ■ Microtúbulos polares/interpolares → Saem do - para o +, indo até a região equatorial ■ Microtúbulos cinetocóricos → Se ligam aos cromossomos na região cinetócoro ○ Células ciliadas/flageladas os microtúbulos formam o axonema → forma o flagelo ● Fármacos que atuam nos microtúbulos ○ Paclitaxel → estabiliza os microtúbulos, aumento líquido da polimerização da tubulina ○ Colchicina, colcemida, vinblastina, vincristina → liga-se aos dímeros de tubulina e impedem a polimerização ○ Matam preferencialmente células em divisão → podem ser quimioterápicos ■ Paclitaxel usado em câncer de mama e pulmão ■ Afetam, consequentemente, outras células com uma elevada taxa mitótica (folículos pilosos → queda capilar) ○ Gota (928, albertão) NUCLEAÇÃO DOS MICROTÚBULOS Normalmente, acontece do Centro Organizador dos Microtúbulos (MTOC) ou Centrossomo (928) ● A gama tubulina é um centro de nucleação e fixação para o crescimento dos microtúbulos⇒ Complexo do Anel da gama tubulina (γ-TuRC) ○ Ligação entre a gama tubulina e proteínas acessórias que criam um espiral de moléculas que servirá de molde para gerar um microtúbulo (930) Biologia Molecular e Celular Isabel Lima ○ A gama tubulina forma uma plataforma de associação entre a alfa e a beta tubulina → facilita a sua ligação linear para formar o protofilamento ● - para o centrossomo, + para a periferia da célula ● Dois centríolos em L estão imersos no centrossomo ○ Centríolo → 9 trincas radiais de microtúbulos sem um par central ○ Massa pericentriolar → Fica ao redor dos centríolos com várias proteínas ○ Se duplicam e se movem para 2 polos diferentes durante a mitose (931) ● No entanto, a nucleação dos microtúbulos podem ocorrer sem a y-TuRC. ● Essa nucleação da a capacidade do citoesqueleto mapear toda a célula (931) CORTE DE MICROTÚBULOS ● Corta-se um microtúbulo ao meio → a extremidade + continua sendo a + e agora a extremidade mais próxima do corte torna-se a - ○ Essas extremidades menos se ligam e formam um núcleo organizador → demonstra a importância do centrossomo para a organização dos microtúbulos PROTEÍNAS DE ASSOCIAÇÃO AO MICROTÚBULO (MAP) ● Estabilizam e medeiam interações entre microtúbulos e outros componentes celulares (932) ● Posicionamento das MAPs ○ Dendritos e Corpo Celular → MAP2 ○ Axônio → Proteína TAU ■ Se relaciona com subprodutos da digestão da beta amiloide Biologia Molecular e Celular Isabel Lima ■ Está relacionada com a doença de Alzheimer ○ Como a MAP2 possui um braço mais longo, ela forma uma organização mais espaçada nos dendritos/corpo celular ○ Já a proteína TAU possui um braço mais curto, formando organizações pouco espaçadas PROTEÍNAS ACESSÓRIAS DE EXTREMIDADE + São proteínas que podem modificar a frequência de resgate ou de catástrofe.(934) ● CINESINA ⇒ Aumenta ou diminui as catástrofes ○ Ligação de proteínas nas extremidades + do microtúbulo (desestabilização) ou aumentando a frequência das catástrofes ou reduzindo-as (estabilização) ○ Leva vesículas, organelas e etc para a periferia da célula ■ Vesícula secretora ○ Fatores de catástrofe ou Cinesina 13 → ligam-se a extremidade + e força o rompimento dos protofilamentos ○ A cinesia-14 é a ovelha negra e se move para a extremidade -. ○ Os microtúbulos ajudam a posicionar as organelas em uma célula eucariótica. Com o uso das cinesinas, o RE vai se expandindo em direção à periferia da célula. ● PATRONINA ⇒ Evita a catástrofe ○ protege a extremidade + das cinesinas 13 ● XMAP215 ⇒ Promove o resgate ○ Se liga à subunidades de tubulinas livres e as entrega para a extremidade + ○ Combate o fator de catástrofe e aumenta a frequência de resgate Biologia Molecular e Celular Isabel Lima ○ É fosforilada e inativada durante a mitose → aumento da frequência de catástrofes (935) ● + TIP ⇒ Reduz a catástrofe e aumenta o resgate ○ Procura e acumula-se nas extremidades + e dissocia-se dela quando o microtúbulo está em catástrofe, aumentando-a ainda mais. ■ TIPs específicas participam da estabilização das catástrofes para o crescimento dos microtúbulos. ○ EB1 → não se movem até a extremidade +, mas as reconhecem. Muitas +TIPs dependem das EB1 PROMOVEM A CATÁSTROFE ● ESTATMINA /Op18⇒ Promove a catástrofe ○ Liga-se a dois heterodímeros de tubulina e impede a sua adição nas extremidades dos microtúbulos → diminui a concentração de dímeros capazes de polimerizar → taxa de dímeros < concentração crítica → catástrofe ○ A fosforilação da Op18 inibe a sua ligação com os dímeros → aumenta o resgate (936) ● CATANINA ⇒ Promove a catástrofe ○ Possui 2 subunidades → a menor quebra o ATP e fissura o microtúbulo e a maior direciona a catanina para o núcleo ○ Solta os microtúbulos do centrossomo e despolimeriza os microtub da intérfase (936) PROTEÍNAS MOTORAS São úteis para o transporte de carga através dos microtúbulos, sendo as maiores e mais rápidas proteínas motoras. ● DINEÍNAS ○ Direcionadas para a extremidade — ⇒ centrípeto ○ Dineínas citoplasmáticas Biologia Molecular e Celular Isabel Lima ■ 1 ⇒ homodímeros de duas cadeias pesadas, codificada por um gene, transporta organelas e mRNA ■ 2 ⇒ Eucariotos ciliados, transporte intraflagelar (937) ○ Dineínas axonemais ■ Monômeros, heterodímeros ou heterotrímeros ■ Rápido e eficiente movimento de deslizamento dos microtúbulos que direciona o batimento dos flagelos (938) ● CINESINAS 1 ○ Direcionadas para a extremidade + ⇒ centrífugo ○ Possui duas cadeias pesadas que formam domínios motores globulares ligadas por um motor que hidrolisa a ATP ● Movimento centrípeto (para o núcleo) ⇒ dineínas motoras direcionadas para a extremidade — ● Movimento centrífugo (para a membrana, fora, fuga) ⇒ cinesinas motoras direcionadas para a extremidade + (936) MOVE ORGANELAS E MONTANHAS ● Se ligam de forma específica à membrana carga ● Cinesinas ○ Levam o RE para a periferia ○ Leva vírus replicados para a mp ● Dineinas + Dinactina ○ Levam o golgi para o centrossomo ○ Lissencefalia ou cérebro liso ■ É causado por um defeito na Lis1, uma proteína que que liga a dineína e migra o núcleo do neurônio, levando a movimentação da célula para o córtex. A ausência da Lis1, não há esse transporte. (940, albertão) Biologia Molecular e Celular Isabel Lima CICLO DA CINESINA A cinesina é responsável pelo transporte axonal anterógrado, pelo movimento das mitocôndrias, de precursores de vesículas secretoras e outros componentes sinápticos até o terminal nervoso. (936, albertão) 1. Ligação do ATP em uma das cabeças motoras da cinesina 2. A hidrólise fixa a “cabeça motora” no microtúbulo, fazendo com que a outra proteína se posicione mais adiante, dando um passinho 3. Ligação do 2º ATP na outra cabeça motora (que estava ligada ao ADP) 4. A hidrólise leva essa mesma proteína a se estabilizar, forçando a outra a dar outro passo POTÊNCIA NA DINEÍNA A hidrólise do ATP modifica a estrutura da cabeça globular, estendendo-a. A volta para o seu estado original puxa o microtúbulo em direção a extremidade -, criando o movimento de potência a partir da flexão. O complexo dinactina ● A dineína contém 6 domínios AAA onde 4 se ligam ATP e um único deles é responsável pela atividade ATPase. ● Há ainda a haste, que se liga ao microtúbulo dinâmico ● E a cauda que se liga ao microtúbulo estático ou uma membrana A hidrólise do ATP faz com que a haste se estenda e se ligue ao microtúbulo e a liberação do ADP + Pi leva a contração dessa haste, puxando o microtúbulo. É muito semelhante à miosina na actina, inclusive com a presença da ARP1 nas proteínas acessórias do complexo. AMP CÍCLICOS OU cAMPEssa movimentação dos cAMP é muito importante para a coloração da escama do peixe com os melanossomos. Essas vesículas se movem pelos microtúbulos em um cabo de guerra entre as proteínas motoras cinesinas e dineínas. Biologia Molecular e Celular Isabel Lima ● Diminuição de cAMP → inativação da cinesina → dineína ganha o cabo de guerra→ melanossomos agregados no núcleo ● Aumento da cAMP → ativação da cinesina → dineína perde o cabo de guerra → melanossomos dispersos → colore a escama Esse transporte vai pelos “fios” dos microtúbulos”. MICROTÚBULOS EM NEURÔNIOS ● Normalmente não são ancorados ao centrossomo ● A orientação é diferente ○ Antiparalela no dendrito → + e - voltados para o corpo ■ Cinesinas e dineínas participando em ambas as direções ○ Paralela no axônio → - para o corpo, + para a sinapse ■ Agrega vários microtúbulos para chegar a comprimentos grandes (941) ■ Cinesinas participando da via secretora (CC → SINAP) ■ Dineínas na via endocítica (SINAP → CC) ● Captação da acetil coa da FS AXONEMA, CÍLIOS OU FLAGELOS ● Flagelos⇒ espermatozóides e protozoários, movimento ondulatório ● Cílios⇒ várias células, nado de peito ● Duplas de microtúbulos com um par central (9,2+2) Biologia Molecular e Celular Isabel Lima ● Axonema ⇒ Nexinas e outras proteínas ligando os microtúbulos (não é microtubo puro) ○ Depende do transporte intraflagelar → cinestesinas e dineínas citoplasmáticas 2 (943) ● Proteína motora → dineína axonemal ou ciliar ○ Está inserida no corpúsculo basal que sustenta o microtúbulo que faz o axonema. ○ O corpúsculo basal é semelhante ao centríolo (9,3 + 0) ○ Se ancora ao microtúbulo pela cauda e se liga a outro microtubo com a cabeça globular → gera a flexão ○ Separando o axonema do corpúsculo basal, as dineínas fazem um deslizamento entre os microtúbulos. ● Síndrome de Kartagener ○ Cílios paralisados ○ Causa: Inversão da assimetria normal dos órgãos internos, infertilidade nos homens e aumenta a exposição à infecções pulmonares (942) CÍLIO PRIMÁRIO ● É semelhante à um cílio, porém menor e sem motilidade ● É gerado durante a interfase nos corpos basais → enraizado na mp ● É alimentado pelo transporte intraflagelar ● Respondem ao ambiente externo ○ Epitélio nasal → recepção e amplificação do sinal olfatório ○ Retina → conversão de luz em sinal neural ● Síndrome de Bardet-Biedl ○ Distúrbios associados aos transporte intraflagelar, cílios ou corpo basal ○ Não possui olfato, possui degradação da retina, perde a audição, doença policística nos rins, diabetes, obesidade, polidactilia e etc (943) CICLO CELULAR E OS CENTRÍOLOS ● INTÉRFASE → Organizador de microtúbulos no centrossomo Biologia Molecular e Celular Isabel Lima ● EM DIVISÃO → São duplicados para formar 2 centros organizadores, formando as fibras do fuso mitótico FIBRAS DO FUSO MITÓTICO ● S/G2 → Centríolos iniciando a divisão ● Entrando na Prófase → início da individualização dos centrossomos, formação de novas fibras ● Prófase → finalização da individualização, mas a carioteca ainda está inteira ● Metáfase → some a carioteca e os centrossomos se polarizam, ligando os microtúbulos na placa cinetócoro equatorial ● Anáfase ○ A → dineínas e cinesinas iniciam o afastamento dos polos ○ B → Despolimerização dos microtúbulos cinetocóricos e a retração deles para o seu respectivo endossomo FILAMENTOS DE ACTINA ou MICROFILAMENTOS FORMAÇÃO DOS FEIXES DE ACTINA ● É formado por subunidades de actina que pode se ligar à ATPs ou ADPs ○ Trata-se de uma grande família de proteínas. As que compõem os músculos são as alfa-actina. ○ A actina livre está sempre na sua forma T, já no polímero ela pode estar na sua forma T ou D. Essa actina livre pode polimerizar ambas as extremidades e, quando já dentro do filamento, sofrem a hidrólise. Biologia Molecular e Celular Isabel Lima ● Se arranjam tipo cabeça-cauda e também são polarizadas em extremidades mais e menos ○ Extremidade + ⇒ crescimento rápido ○ Extremidade - ⇒ crescimento lento (899) ○ Na extremidade menos há um sulco para a ligação com o ATP ou ADP e fica alternando entre eles ■ Existe uma baixa afinidade do ADP à actina, saindo pela extremidade menos ● Estão distribuídos em partes específicas da célula como as microvilosidades, nos feixes contráteis, nas micro espículas e no anel contrátil da mitose ○ Para a formação dos feixes contráctil é feita a partir das proteínas de fimbrina em que a extremidade — está ancorada na rede terminal (córtex celular) e a extremidade + está para a periferia da protusão. ● Podem participar de projeções transitórias da superfície celular ○ Micro Espículas ○ Lamelipódios ○ Invaginações da superfície NUCLEAÇÃO E ROLAMENTO ● As actinas livres não formam polímeros estáveis sem um núcleo anterior ○ Núcleo de actina → conjunto já estabilizado de várias subunid. ○ O tempo de formação de um núcleo se chama fase de retardo ○ Quando se forma o núcleo, a [subunid. livres] chega na concentração crítica intermediária entre as extremidades mais e menos e entra em uma instabilidade de rolamento ● Instabilidade de rolamento/treadmilling ○ Entrada de actina pela extremidade + e saída pela ponta — ○ Ocorre quando a [actina] está entre a CC(T) e a CC(D). Comparando Instabilidade de Rolamento (Actina) Instabilidade Dinâmica (Microtúbulo) Biologia Molecular e Celular Isabel Lima Acontece em ambas as extremidade Acontece em uma extremidade apenas (+) Depende da hidrólise do ATP Depende da hidrólise do GTP Add na + e retiradas da — Resgate na T e catástrofe na D CC (ext. menos) > CC (ext. mais) CC D > CC T (903) ● C < CCmais ⇒ Dissociação de ambas as extremidades ● CC mais < C < CC menos ⇒ Instabilidade de rolamento ● C > CC menos ⇒ Crescimento em ambas as extremidades FÁRMACOS QUE AFETAM O FILAMENTO Faloidina → liga-se aos filamentos e os estabiliza Citocalasina → promove o capeamento das extremidades +, impedindo o crescimento Latrunculina → liga-se ao monômero livre, impedindo a sua entrada na extremidade (904, albertão) PROTEÍNAS QUE CONTROLAM A POLIMERIZAÇÃO ● TIMOSINA → Impede o crescimento ○ Se ligam à actina livre e impede com que ela polimerize ou hidrolise o seu ATP(905) ● PROFILINA → Estimula o crescimento na ext. + ○ Liga-se a face oposta de ligação ao ATP (face que se ligaria na ext —), deixando exposta a face que se liga à ext. +. ● COFILINA Biologia Molecular e Celular Isabel Lima ○ Favorece a saída de monômeros na forma D pela extremidade — PROVOCAM A NUCLEAÇÃO ● ARP2/3 → Nucleação de filamentos ramificados ○ Complexo Arp2/3 inativado se liga a um fator de ligação que as ativa, ligando-as a outras proteínas. ○ Provoca a nucleação na extremidade —, permitindo o crescimento livre pela extremidade +. ○ A ARP2/3 permite a ramificação ao ligar-se em um filamento que já foi polimerizado, formando outro filamento como uma ramificação. ● FORMINAS → Nucleação de filamentos não ramificados ○ Vão dando a “forma” helicoidal ao polímero que está sendo formado, recebendo a actina na sua forma T. ○ Continua ligada a ext. + durante o crescimento. ○ Permite a formação de filamentos paralelos e lineares ○ Usa da profilina ALTERAM A DINÂMICA DO FILAMENTO SE LIGAM À LATERAL DO FILAMENTO Devem revestir completamente a proteína, devendo existir em altas quantidades. (909) ● TROPOMIOSINA ○ Estabiliza e enrijece o filamento ○ Impede que ele interaja com outras proteínas Biologia Molecular e Celular Isabel Lima SE LIGAM À EXTREMIDADE DO FILAMENTO Devem revestir apenas as extremidades, podendo existir em níveis baixos. ● PROTEÍNA DE CAPEAMENTO / CapZ → ext. + ○ Capa a extremidade +, estabilizando o filamento e diminuindo a taxa de adição ou remoção de subunidades. ■ Como a ext. — estã “capada” pela Arp2/3, a ext. + livre tem uma taxa de adição/remoção muito alta! A CapZ equilibra isso. ■ A CC considerada é a CC(D) ● TROPOMODULINA → ext. — ○ Capa a extremidade — dos filamentos de actina ligados a tropomiosina. PROVOCAM A DESPOLIMERIZAÇÃO ● SuperfamíliaGELSOLINA ○ Ativadas pela alta [Ca++] citosólico ○ Se liga lateralmente ao filamento criando uma fenda e quebrando tudo na base da porrada ● COFILINA ○ Torção do filamento até que ele papoque ○ Liga-se à actinas na forma D. PROPRIEDADES MECÂNICAS CELULARES E SINALIZAÇÃO PROTEÍNAS DE ENFEIXAMENTO Associam os filamentos paralelamente ● FIMBRINA Biologia Molecular e Celular Isabel Lima ○ Exclui a miosina II por formar feixes muito compatos → filamento não contrátil ● ALFA-ACTININA ○ Interliga filamentos de polaridades opostas em feixes não compactos, permitindo a entrada da Miosina II → filamento contrátil (912) PROTEÍNAS FORMADORAS DE GEL Associa os filamentos formando ângulos, como se fosse uma malha ● FILAMINA ○ Liga os filamentos de actina formando redes ortogonais (cruzados), formando um gel ○ Forma os lamelipódios → bracinhos para movimentação ○ Heterotopia periventricular → doença que expressa uma filamina mutada, alterando a organização neuronal ● ESPECTRINA ○ Atua no córtex celular ○ Forma uma teia bidimensional que se liga à proteínas periféricas da membrana, fortalecendo o córtex e dando a ele uma flexibilidade maior ○ Proteínas ERM ligam-se ao córtex e a actina, modulando a forma e a rigidez da membrana. ARRANJOS DE ACTINA NA CÉLULA ● FIBRA DE TRAÇÃO → Possui um feixe contrátil ● CÓRTEX CELULAR → Rede com estrutura em gel ● LAMELIPÓDIO → Rede dendrítica ● FILOPÓDIO → Feixe compacto TIPOS DE FEIXES ● FEIXE PARALELO ○ Miosina II não atua Biologia Molecular e Celular Isabel Lima ○ Filamentos de actina + fimbrina em uma estrutura compacta ● FEIXE CONTRÁTIL ○ Miosina II atua ○ Filamentos de actina + alfa-actinina MOVIMENTOS DA ACTINA ● Movimento da Listeria monocytogenes ● Arp2/3 nucleando filamentos e Impulsionando a célula pra frente ○ A actina reformula a mp formando o lamelipódio que se adere à uma superfície através da integrina. Com os feixes contráteis, a célula é puxada e há uma contração da cauda que ficou para trás. ○ É um caminhar meio lagarta MIOSINA II ● Possui uma cabeça globular ligada à uma cauda de alfa-hélice via cadeias leves com proteínas essenciais e regulatórias ○ Essas proteínas regulatórias recebem o disparo para a contração muscular, forçando a miosina a atuar sobre a actina. ○ Cada cabeça globular se liga a um ATP e usa da energia da hidrólise para se movimentar pela actina em direção à ext. +. (915) COMO A PROTEÍNA AGE NO M.E.E. Para a contração desse músculo, tem-se: 1. CONECTADA a. A cabeça da miosina está ligada aos filamentos de actina, mas não possui ainda um ATP/ADP b. Estado de rigor → viva, repouso, morta, rigor mortis Biologia Molecular e Celular Isabel Lima 2. LIBERADA a. A ligação de ATP a miosina faz com que ela se solte da actina. b. A ligação do ATP à parte posterior da cabeça globular faz com que haja uma modificação conformacional da proteína, fazendo-a perder afinidade com a actina 3. ENGATILHADA a. A hidrólise do ATP gera uma mudança conformacional na cabeça globular da miosina, forçando-a se movimentar para a extremidade + i. Braço de alavanca → passo de 5 nm (916) 4. GERADORA DE FORÇA a. Retorno da ligação da miosina com a actina, liberado o ADP+Pi, gerando o movimento de potência i. Modificação conformacional de retorno da cabeça globular Biologia Molecular e Celular Isabel Lima 5. CONECTADA MIÓCITOS São formados a partir da junção de mioblastos, formando uma célula polinucleada e alongada com miofibrilas. Essas miofibrilas possuem o sarcômero, formado basicamente a partir de 1. Um arranjo de filamentos delgados a. Actina + proteínas 2. Disco Z a. Parede móvel que limita o sarcômero e se liga aos filamentos delgados 3. Filamentos espessos a. Miosina II b. É onde a extremidade menos da actina se sobrepõe O encurtamento do sarcômero seria o deslizamento da actina sobre a miosina, puxando o disco Z. (918) Biologia Molecular e Celular Isabel Lima Os filamentos espessos deslizam em direção à extremidade + dos filamentos delgados. ● Banda clara/isotrópicos → disco Z e outras proteínas ● Banda escura/Anisotrópica → filamentos delgados (actina) e espessos (miosina) SARCÔMERO E SEUS COMPONENTES O sarcômero é um complexo que possui as seguintes unidades: ● Disco Z ○ Uma parede móvel ○ Constituído de CapZ, alfa-actinina e desmina (um filamento intermediário) ○ Se liga com a ext. + do fil. delg. ● Linha M ○ uma linha imaginária que corta o centro do sarcômero ● Filamentos espessos ○ Arranjo de miosinas II estáveis no centro, onde se sobrepõe as ext. — do fil. delg. ● Filamentos delgados ○ Arranjo de actina ligados ao disco Z pela extremidade + e com a ext. — voltada para a Linha M e também são empacotados pela alfa-actinina ● Titinina ○ Age como uma mola molecular ○ Ligam os filamentos de miosina ao Disco Z ○ O deslizamento da actina sob a miosina contrai a titinina. Quando há o relaxamento, essa mola usa da Epel para gerar Ec. ● Nebulina ○ Proteína que estabiliza os filamentos de actina ○ Vai do DiscoZ até a ext. — do fil. delg. ● Tropomodulina ○ Faz o capeamento e estabiliza os filamentos delgados (920) Biologia Molecular e Celular Isabel Lima A CONTRAÇÃO DO SARCÔMERO A contração ocorre na seguinte ordem: 1. Chegada do estímulo através do impulso nervoso nos túbulos T ○ Os túbulos transversais se estendem até as miofibrilas. 2. O canal de cálcio controlado por voltagem da membrana é aberto 3. Isso estimula a abertura dos canais de cálcio controlados por ligante do Retículo Sarcoplasmático, liberando ainda mais Ca++ no citosol 4. O Ca++ se liga ao complexo troponina tropomiosina ○ Existem 3 tipos de troponina: T, I e C. A I e a T se ligam à actina e a C se liga ao Ca++, quando ele está disponível. ■ Citosol normal → baixa [Ca++] → Troponina I e T + Tropomiosina na actina ■ Contração muscular → alta [Ca++] → Troponina C + 4 Ca++ faz a troponina I largar a actina. Assim, a tropomiosina se modifica, permitindo o deslizamento das cabeças da miosina pela actina. (922) 5. Abre os sítios de alta afinidade entre a actina com a miosina → fase 1) conectada 6. Engatilhada → Geradora de força → cabeça globular da miosina puxa a actina que puxa o disco Z, contraindo a Banda A. ⇒ contração muscular. 7. Retorno da [Ca++] normal no citosol via Canal de Ca++/H+ e reabsorção do R. Sarco. 8. Relaxamento Biologia Molecular e Celular Isabel Lima A CONTRAÇÃO EM CÉLULAS NÃO MUSCULARES Aqui, o ciclo da miosina é 10x mais lento. (923) Existe um processo de sinalização celular via calmodulina. 1. Influxo de Ca++ 2. Ligação da calmodulina com o Ca++ 3. Calmodulina se liga a MLCK 4. Esse complexo fosforila a cadeia leve regulatória da miosina 5. Essa fosforilação leva a contração FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS CARACTERÍSTICAS GERAIS ● Está presente apenas em metazoários, nematódeos e moluscos, especificamente em células sujeitas a estresse mecânico ● São responsáveis pela resistência mecânica das células e dos tecidos. ● Tem distribuição radial tal qual os microtub e é composto por diversas proteínas que variam para cada tipo de filamento intermediário. ● Participam na união das células, mantendo-as intactas. Sem eles, a célula se rompe. ● Têm uma haste central em alfa-hélice com uma extremidade N terminal ou C terminal sem conter um sítio de ligação a nucleotídeos. (945) ● Como os dímeros apontam para direções opostas, as extremidades dos filamentos intermediários são idênticas → não se polariza. ● Podem ser facilmente curvados, mas dificilmente serão rompidos → elasticidade Biologia Molecular e Celular Isabel Lima FASES DA FORMAÇÃO DE UM FILAMENTO 1. um monômero → uma alfa-hélice N-terminal e C-terminal 2. um dímero supertorcido → duas alfa-hélices trançadas antiparalelamente 3. um tetrâmero → é a junção de dois dímeros com os carbóxis voltados para a parte interna do complexo e as aminas para a parte externa 4. Associação lateral de oito tetrâmeros 5. Add dos 8 tetra no filamento TIPOS DE FILAMENTO ● Nuclear ○ LâminasA, B e C → compõe a lâmina nuclear ● Semelhantes à vimentina ○ Vimentina → células de origem mesenquimal ○ Desmina → músculo ○ Proteína ácida glial fibrilar → célula da glia ○ Periferina → alguns neurônios ● Epitelial ○ Queratinas tipo I (ácidas) e tipo II (neutras/básicas) → células epiteliais ● Axonal ○ Proteínas de neurofilamento → neurônios FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS IMPORTANTES QUERATINA ● Família mais diversificada → 20 tipos Biologia Molecular e Celular Isabel Lima ● Filamento composto de queratinas tipo I (ácidas) e tipo II (neutras/básicas)⇒ heterodímero ● Redes interligadas por ligações dissulfeto ● Sua diversidade é utilizada para o diagnóstico de carcinomas. ● Conferem resistência mecânica ○ Desmossomos e hemidesmossomos ● Filagrina ○ Proteína acessória que confere maior resistência para a epiderme ○ Mutação → eczemas. (947, albertão) ● Queratina mutada ○ Epidermólise bolhosa simples → erupções cutâneas na forma de bolhas. ■ Não formação rede de sustentação celular, tornando-as sensíveis para as pressões mecânicas. ○ Essas mutações podem afetar a córnea, o esôfago e isso causa a ruptura de células quando há um trauma mecânico. NEUROFILAMENTOS ● Tem 3 tipos: NF-H, NF-L e NF-M. ● Formam heteropolímeros ● NH-H e NF-M ○ Domínios C-terminal longos que se ligam aos filamentos adjacentes → arranjos com espaçamentos contantes ○ Participam no aumento do axônio, add. NF-H e NF-M nas extremidades e nas laterais ○ Dão resistência e estabilidade nos processos celulares dos neurônios (948) ● Esclerose Amiotrófica Lateral (ELA) → Stephen Hawking. ○ Doença neurodegenerativa que modifica a expressão de neurofilamentos, montando-os de maneira errada e acumulando-os, Biologia Molecular e Celular Isabel Lima reduzindo a resistência dos neurônios motores e desenvolvendo uma atrofia. DESMINA ● Expresso na musculatura esquelética cardíaca e lisa ● Forma o suporte do DiscoZ ● Mutações na desmina geram distrofias musculares e miopatia cardíaca. LÂMINAS ● Forma a lâmina nuclear do tipo A ○ Estabilidade mecânica do núcleo ○ Transcrição, organização da cromatina e transdução de sinal ● Laminopatias → mutação nos genes codificadores das lâminas A. PROTEÍNAS DE LIGAÇÃO PLAQUINA ● Liga os filamentos intermediários ao citoesqueleto. (948) ● Plectinas, que ligam os microtúbulos aos filamentos intermediários. ○ Agrega os filamentos intermediários em feixes ○ Liga os fil. intermed. (gatilhos) aos microtúbulos, aos microfilamentos e aos filamentos espessos. ○ Mutações → combina epidermólise bolhosa (queratina) + distrofia muscular (desmina) + neurodegeneração (NF) Biologia Molecular e Celular Isabel Lima COMPLEXOS DE PROTEÍNAS NUCLEARES ● As proteínas periféricas SUN e KASH ligam o citoesqueleto ao envelope nuclear. ● As SUN se ligam ao cromossomo ou à lâmina nuclear → bic. interna ● KASH se ligam ao citoesqueleto usando proteínas motoras. → bic. ext. ● Participam da movimentação de cromossomos durante a meiose Progéria → defeitos na lâmina nuclear, levando a um envelhecimento precoce. JUNÇÕES CELULARES Biologia Molecular e Celular Isabel Lima INTRODUÇÃO TIPOS DE JUNÇÃO Temos, basicamente: ● A junção compacta ○ Sela os espaços entre as células epiteliais ● Junção comunicante ○ Permite a passagem de pequenas moléculas solúveis em água de uma célula para outra ● As junções de ancoragem célula-célula ○ Junção aderente → conecta os feixes de filamentos de actina de uma célula com os feixes de outra célula ○ Desmossomo → conecta os filamentos intermediários de uma célula com os da outra célula ● Junções de ancoragem célula-matriz ○ Ligada à actina → ancora os filamentos de actina da célula na matriz extracelular ○ Hemidesmossomos → ancora os filamentos intermediários JUNÇÃO PROT. DE ADESÃO TM LIGANTE EXTRAC. CITOESQUELETO PROT. ADAPTADORA Junção aderente (C-C) caderinas clássicas caderinas clássicas da vizinha actina alfa e beta catenina, placoglobina... Desmossomo (C-C) caderinas não clássicas desmogleína e desmocolina filamentos intermediários placoglobina, placofilina, desmoplaquina Junção de actina (C-M) integrinas prot. da matriz actina talina, quindlina, vinculina Hemidesmossomo (C-M) integrina alfa6beta4, colágeno tipoXVII prot. da matriz filamentos intermediários plectina, BP230 Biologia Molecular e Celular Isabel Lima (1037, albertão) PROTEÍNAS ENVOLVIDAS ● As junções de ancoragem depende das proteínas de adesão transmembrana para ligar a célula com o citoesqueleto da célula vizinha ● Célula-célula → Caderinas ● Célula-matriz → integrinas (1037, albertão) JUNÇÕES CÉLULA-CÉLULA CADERINAS TIPOS ● Caderinas clássicas ○ Classificadas segundo as suas sequências com domínios intra/extracelulares ○ Caderina-E → epitelial ○ Caderina-N → nervos ○ Caderina-P → placenta e epiderme ● Caderinas não clássicas ○ Sequências distintas ○ Protocaderinas → cérebro ○ Desmocolinas e desmogleínas → desmossomos CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS ● Dependem de Ca++ ⇒ Sem Ca++, a caderina perde a adesão Biologia Molecular e Celular Isabel Lima ○ Os cátions se ligam as dobradiças, tornando-as rígidas. Sem ele, a caderina torna-se flexível e desfaz a junção. (1039) ● Medeiam adesão homofílica ○ O par que forma a junção deve ser do mesmo subtipo ○ Essa ligação acontece nas extremidades N-terminais da caderina. ○ Acontece pelo domínio EC. ● Tem afinidade baixa ○ são muuuuitas ligações fracas em paralelo ○ Parece um velcro ● Tem reconhecimento seletivo ○ Não é cola, é velcro, e velcro só liga com velcro. ● Participação no nenê ○ Formação do tubo neural → caderina-E vira caderina-N ○ Expressão de caderinas em células mesenquimais as faz migrar para o tecido epitelial → auxilia na formação da crista neural ■ Proteína Twist (and shout) → transforma células epiteliais em mesenquimais. Ela é inibida para que aconteça a transição epitélio-mesênquima. ■ Se essa transição ocorrer na vida adulta, é câncer. CATENINA, ACTINA E AS JUNÇÕES ADERENTES ● Domínio intracelular da caderina ● Liga-a com a actina ⇒ junções aderentes ● B-catenina + catenina p120 se liga com a alfa-catenina → liga com a actina → actina que liga com miosina II ○ Flexão e contração entre as células ■ Mecanotransdução → se você aumentar a contração em uma célula, ela aumenta a sua junção para aumentar a atvd. contrátil da outra célula, gerando um equilíbrio. (1043). ■ Se o aumento for muito grande, reduz-se a adesão célula-célula. Biologia Molecular e Celular Isabel Lima ● Remodelagem dos tecidos ○ Interliga indiretamente os citoesqueletos das células vizinhas, facilitando a “homogeneização” tecidual ○ Tecido epitelial → cinturão de adesão contínuo. ■ Nesse cinturão, tem um conjunto actina + miosina II que permite a contração coordenada das células (1044) DESMOSSOMOS ● Se ligam à filamentos intermediários ○ Queratina → células epiteliais ○ Desmina → músculo cardíaco ● Força mecânica ao epitélio ○ Os filamentos e as proteínas formam uma rede de grande tensão ○ Pênfigo → doença autoimune que destrói as caderinas dos desmossomos. fatal. (1046) JUNÇÕES COMPACTAS ● Selagem do espaço intercelular ○ Evita passagem de fluidos ■ células epiteliais entéricas, que controlam o fluxo de solutos por canais (transporte transcelular). Se houvesse a quebra das junções compactas, ocorreria um desequilíbrio fatal. ● Proteínas no domínio apical → transporte ativo ● Proteínas no domínio basolateral → difusão facilitada ● Polarizam e estabilizam os domínios específicos de membrana ○ Atua como cerca, impedindo que as proteínas do dom. basolateral fujam para o domínio apical (1047) ● Proteínas de adesão transmembrana homofílicas ○ Claudinas → forma a junção compacta ○ Ocludina → limita a permeabilidade juncional ○ Tricelulina → liga 3 células Biologia Molecular e Celular Isabel Lima ● Proteínas de suporte → prot. da zona ocludente ○ ZO, ZO-1, ZO-2 e ZO-3 ○ Possuem domínios PDZ ○ Outros domínios se ligam às claudinas, ocludinasou o citoesqueleto de actina ● Conjunto de junções compactas → complexo juncional JUNÇÕES TIPO FENDA ● Canais que comunicam o citoplasma de uma célula com a sua vizinha (1050) ○ Permite a troca de íons e outras moléculas solúveis em água ■ permite a passagem de uma corrente elétrica, dispersando potenciais de ação rapidamente ● Proteínas ○ Conexinas ■ 6 conéxons = 1 conexina ■ Peneira molecular ○ Inexinas ● Não ficam abertos o tempo todo → podem fechar por estímulos RESUMÃO NA TABELA NOME CLASSIFICAÇÃO PROT. PRINCIPAL x CITOESQ. LOCAL DE ATUAÇÃO Junção aderente célula-célula caderina - actina epitélio Desmossomo célula-célula caderina - intermed epitélio Junção compacta célula-célula OZ + ocluinas, tricelulinas e claudinas intestino Biologia Molecular e Celular Isabel Lima Junção comunicante célula-célula conexinas e inexinas músculo ● Placoglobina e Filamentos Intermediários
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