Citoesqueleto: Estrutura e Funções

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CITOESQUELETO
· Rede de proteínas celulares que conferem forma, movimentação, orientação e organização das células.
· É uma estrutura altamente dinâmica que está continuamente se reorganizando, funciona como os “ossos” e “músculos” de uma célula. Sem ele, as feridas nunca cicatrizam, os músculos seriam inúteis, e os espermatozoides jamais encontrariam o óvulo.
· O citoesqueleto controla o posicionamento das organelas que desempenham função especializada e também fornece a maquinaria de transporte que deve conectá-las, além de ser responsável pela segregação das células filhas na divisão celular.
· 3 principais famílias:
- Microfilamentos de Actina: Actina é uma proteína globular associada a um nucleotídeo (GTP). Polímeros de actina se unem em nucleação – fase de crescimento – desorganização.
- Região periférica da célula.
- Microtúbulos: Formados por dímeros de tubulina alfa e beta que se organizam em filamentos – 13 filamentos – 1 microtúbulo.
- Responsáveis por manter o posicionamento das organelas e tráfego de vesículas.
- Associam-se às proteínas motoras como a cinesina e a dineína.
- Catástrofe – resgate – GTP
 - Filamentos intermediários: Proteínas em octômeros – RESISTÊNCIA
 - Ligações covalentes
 - Organização dos núcleos
 - Exemplos de proteínas: queratina, vemesina, laminas.
· Estrutura dinâmica;
· Responsável pelo posicionamento de organelas e outras estruturas celulares.
· Armação proteica filamentosa espalhada por todo o citosol
· Proteínas Acessórias
- Reguladoras, Ligadoras e Motoras.
· Filamentos são polimerizados a partir de subunidades proteicas que lhes conferem propriedades físicas e dinâmicas específicas.
· Interações fracas, mas numerosas, mantêm a estabilidade: força e adaptabilidade.
1. Interações de hidrogênio;
2. Interações hidrofóbicas;
3. Ligações não-covalentes.
- Os filamentos intermediários se unem por interações fortes (cabeça-cauda).
· 3 tipos de filamentos
· Estrutura proteica espalhada por todo o citoplasma.
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS – Se encontram entre os filamentos delgados de actina e os filamentos delgados de miosina.
· São fibras semelhantes a cabos com um diâmetro de aproximadamente 10nm;
· Apresentam uma grande resistência à tensão, e sua principal função é que as células resistam ao estresse mecânico ocasionado quando essas são distendidas.;
· Como células são caracterizados como soluções salinas concentradas e detergentes não iônicos
· São encontrados na maioria dos citoplasmas das células animais;
· Podem estar ancorados na membrana plasmática em junções célula-célula – DESMOSSOMOS quando estão na periferia;
· Podem ser encontrados no núcleo – Formando a lâmina nuclear (reveste e fortalece o envelope nuclear) ou no citoplasma na maioria das células animais;
· São estáveis e não participam dos movimentos celulares;
· Defeitos de filamentos no núcleo (laminas) estão associados a certos tipos de progéria – doenças raras que levam os indivíduos afetados a apresentarem um envelhecimento prematuro, devido a divisão celular inadequada ou uma capacidade diminuída de reparo tecidual;
· Estão presentes em grande número nas células que são submetidas a estresses mecânicos – EX: Axônios de células nervosas, células epiteliais (células da pele) e musculares;
· São semelhantes a cordas com várias fitas longas trançadas entre si para fornecer resistência a tensão.
· Filamentos de Queratina: Células epiteliais;
· Filamentos de Vimentina: Células do tecido conectivo, células musculares e células de sustentação do sistema nervoso;
· Neurofilamentos: Neurônios
· Lâminas Nucleares: Fortalecem a membrana nuclear de todas as células animais.
· PLECTINA: Embora não ser necessária para a formação inicial dos filamentos intermediários, sua ação de interligação é essencial para fornecer as células a resistência necessária para enfrentar os estresses mecânicos inerentes à vida de um vertebrado.
· PLECTINA (EM VERDE): Une a trama de filamentos intermediários à:
- Microtúbulos (em vermelho)
- Actina
- Junções celulares
O envelope nuclear é sustentado por uma rede bidimensional de filamentos intermediários (lâmina).
· Se dissociam e se reagrupam a cada divisão celular;
· Proteínas quinase fosforilam (dissociam) e desfosforilam (reorganizam, no final da mitose) as lâminas.
MICROTÚBULOS
· Formados por dímeros β tubulina (+) e α tubulina (-) ligadas fortemente entre si por ligações não covalentes para a formação da parede de um microtúbulo cilindro oco;
· Apresentam uma polaridade geral no microtúbulo, possuindo uma direção definida, com duas extremidades quimicamente diferentes que apresentam diferentes comportamentos, é essencial para a montagem dos microtúbulos quanto ao desempenho de suas funções após sua formação;
· Desempenham um papel essencial na organização de todas as células eucarióticas; 
· Cilíndricas, longas, rígidas e ocas que podem rapidamente sofrer dissociação em um determinado local e reassociação em outro;
· Maiores fibras do citoesqueleto;
· Organização de todas as células;
· São dinâmicos! Desmontam e sintetizam novamente – Instabilidade dinâmica;
· Crescem a partir do centrossomo, organiza o arranjo de microtúbulos que irradia em direção à periferia e é formado pela gama-tubulina e um par de centríolos;
· Formam o fuso mitótico na mitose, pois eles se dissociam e a seguir se reassociam sob a forma de uma intricada estrutura denominada fuso mitótico;
· Movimentação de organelas, ancoramento de organelas delimitadas por membrana dentro da célula e tráfego de vesículas → proteínas motoras dineína e cinesina;
· São permanentes quando estão sob a forma de cílios e flagelos;
· Fornece forma a célula;
· Guanina Tri Fosfato GTP (ligado a tubulina): Realiza a junção de heterodímeros.
Instabilidade dinâmica, catástrofe e resgate! 
Sua extremidade (+) cresce em direção à periferia, a seguir sem prévio aviso e repentinamente, o microtúbulo sofre uma transição que provoca seu encurtamento por meio da perda de subunidades em sua extremidade livre, formando a famosa Instabilidade dinâmica. 
· Sua instabilidade é controlada pela capacidade intriseca que as moléculas de tubulina possuem de hidrolisar GTP para GDP. As moléculas de tubulina associadas ao GTP se empacotam eficientemente para a formação da parede do microtúbulo.
· GTP: Compõe unicamente as subunidades em crescimento. É ela que impede o desaparecimento do microtúbulo muitas vezes, já que o mesmo sofre intensas despolimerizações sob taxas catastróficas com as tubulinas associadas ao GDP.
Os microtúbulos são mantidos por um balanço entre associação e dissociação!
· Sua instabilidade faz com que eles passem por rápidas remodelações, e esse fenômeno é essencial para o seu funcionamento;
· Colchicina: Se liga fortemente a tubulina livre e impede que essa se polimerize para a formação de microtúbulos;
· Taxol: Se liga fortemente aos microtúbulos e evitam que eles percam subunidades, o mesmo também bloqueia as células em divisão na mitose.
Proteínas Motoras associadas ao Microtúbulo
· Tanto microtúbulos quanto filamentos de actina estão envolvidos em movimentos saltatórios e outros movimentos intracelulares direcionados em células eucarióticas, movimentos esses que são gerados por proteínas motoras que usam energia derivada de ciclos repetidos de hidrólise de ATP. As proteínas se diferem no tipo de filamento ao qual se ligam, à direção na qual se movimentam ao longo dos filamentos e à carga transportada.
· São dímeros que se ligam ao ATP; possuem cabeça e cauda
- Cinesinas → negativo para positivo (Núcleo → MP);
- Dineínas → positiva para negativa (MP → Núcelo).
A polaridade da célula é um reflexo dos sistemas de microtúbulos polarizados em seu interior, que auxiliam a posicionar as organelas nas regiões onde essas são necessárias e a guiar as vias de trânsito que se movem entre os diferentes compartimentos da célula.
· Em neurônios, os microtúbulos de um axônio estão posicionados na mesma direção, com suas extremidades mais direcionadas para o término do axônio.Microtúbulos organizam as organelas intracelulares
· Conforme a célula se desenvolve, os microtúbulos posicionam as organelas na rede.
· Microtúbulos se estendem de uma estrutura organizadora: Centríolos.
Centro Organizador de Microtúbulos (MTOC)
· Microtúbulos crescem a partir do centrossomo que contém um par de centríolos.
9 pares de microtúbulos organizados em anel, em volta de um único par de microtúbulos isolados
· Criam um sistema de vias dentro da célula;
· Transporte de vesículas e organelas (associação a proteínas motoras);
· Transporte intracelular e ancoramento de organelas delimitadas por membrana;
· Impulsionam células móveis como protozoários e espermatozoide.
CENTRÍOLOS
· Participam da divisão celular – formação do fuso mitótico para separação dos cromossomos em lados opostos da célula.
· Originam os cílios e flagelos – estruturas móveis e os microtúbulos do mesmo estão organizados em anel em torno de um único microtúbulo isolado;
· Locomoção celular através da flexão de sua região central conforme os microtúbulos deslizam uns sobre os outros e remoção de impurezas
 - Protozoários;
 - Gametas masculinos (meio aquoso);
 - Células da traqueia.
· Cílios: Estruturas semelhantes a pelos, cobertas por membrana plasmática e que ocorrem na superfície de diversos tipos de células eucarióticas. São compostos por microtúbulos estáveis, organizados em feixe, que crescem a partir de um corpo basal presente no citoplasma.
Eles movimentam líquidos sobre a superfície da célula, ou impelem células isoladas através de um líquido. Como por exemplo, nas células do trato respiratório onde os cílios varrem as camadas de muco que contêm partículas de poeira e células mortas aprisionadas no organismo.
· Flagelos: Impulsionam os espermatozoides e diversos tipos de protozoários e são bastante semelhantes aos cílios no que diz respeito à sua estrutura interna. Tem objetivo de mover a célula como um todo.
MICROFILAMENTOS
FILAMENTOS DE ACTINA
· Encontrados em todas as células eucarióticas e são essenciais para muitos de seus movimentos, principalmente aqueles que envolvem a superfície celular. Eles interagem com uma grande quantidade de proteínas de ligação à actina e podem formar estruturas rígidas e relativamente permanentes, como as microvilosidades das células com borda em escova que revestem o intestino;
· Os filamentos são finos e flexíveis e mais curtos que os microtúbulos e uma célula, são geralmente encontrados em feixes interligados e em redes;
· A actina e a tubulina polimerizam por mecanismos semelhantes, a actina pode sofrer dissociação em ambas as extremidades. Onde o ATP será hidrolisado a uma molécula de ADP que reduz a resistência das ligações e a estabilidade do polímero;
· Citocalasinas: Evitam a polimerização da actina;
· Faloidina: Estabilizam os filamentos de actina impedindo sua depolimerização;
· Timosina e Profilina: Desempenham um papel central na regulação da polimerização da actina pela manutenção desses monômeros de actina como reserva até o momento necessário;
· Actina G → proteína globular com 375 aa e associada uma molécula de ATP;
· Três isoformas → α, β e γ.
· Um cortéx rico em actina reveste a membrana plasmática na maioria das células eucarióticas, e assim conferem resistência mecânica a essa;
· A migração celular depende da actina, como por exemplo na movimentação dos neutrófilos;
· A actina se associa à miosina para a formação de estruturas contráteis, com as proteínas motoras da família das miosinas que se ligam ao ATP hidrolisando-o, fornecendo assim energia para seu movimento ao longo dos filamentos de actina;
· Miosina I – Encontrada em todos os tipos de células / Miosina II – Encontrada em células musculares;
· Família da proteína Rho: Controlam a organização dos filamentos de actina e são proteínas ligadas ao GTP e atuam como uma rede de computadores para controlar a organização e a dinâmica da actina.
 
Extremidade (-) ou da ponta → crescimento lento 
Extremidade (+) ou da pena → crescimento rápido
NUCLEAÇÃO
MICROFILAMENTOS CORTICAIS
· Células Epiteliais;
· Morfologia periférica – malha contínua abaixo da membrana;
· Microvilosidades – imóveis
- Filamentos paralelos estáveis;
· Cinturão de adesão.
ACTINA, MIOSINA E CONTRAÇÃO MUSCULAR
· O filamento de miosina é como se fosse uma flecha com duas pontas, onde os dois conjuntos de cabeças estão posicionados em sentidos opostos, a partir do centro da flecha. Um conjunto de cabeças se liga a filamentos de actina sob uma dada orientação, movendo-os nessa direção; o outro conjunto de cabeças se liga em outros filamentos de actina, em orientação oposta, movendo-os rumo a essa direção oposta. Isso tudo gera uma força de contração;
· Contração muscular: encurtamento dos sarcômeros (cadeias de unidades contráteis idênticas), os filamentos de miosina se posicionam na posição central do sarcômero e os filamentos de actina (mais finos) se estendem para a extremidade do sarcômero;
· A contração é provocada pelo encurtamento simultâneo de todos os sarcômeros que é causado pelo deslizamento de actina sobre os filamentos de miosina II, sem que ocorra alteração no comprimento de qualquer um dos tipos de filamento;
· A ação conjunta de muitas cabeças de miosina tensionando os filamentos de actina e de miosina uns contra os outros leva à contração do sarcômero, Após a completa contração, as cabeças de miosina perdem contato completamente com o filamento de actina, e o músculo sofre relaxamento;
· A contração muscular é induzida por um aumento súbito de Ca2+.