Citoesqueleto: Estrutura e Função

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citoesqueleto
Processos celulares e moleculares
Luíza Soares 19.2-UNIFACS
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Luíza Soares 19.2 
 
 
CITOESQUELETO 
Quem vai definir internamente os limites celulares é o citoesqueleto. A célula precisa ser 
fisicamente robusta e estar estruturada de forma adequada internamente. O citoesqueleto é 
uma estrutura altamente dinâmica. Está presente apenas em células eucarióticas 
(principalmente animais). As organelas não ficam “soltas” na célula. Elas ficam sustentadas no 
citoesqueleto, por um de seus componentes. 
*Algumas células eucarióticas animais não possuem todas as estruturas do citoesqueleto. Os 
oligodendrócitos não possuem filamentos intermediários, elas só possuem microtúbulos e 
filamentos de actina. 
• Filamentos intermediários, microtúbulos, filamentos de actina. 
 
Os compartimentos internos celulares são sustentados por filamentos intermediários. Os 
microtúbulos nas células eucarióticas vão ser responsáveis pela formação de trilhos por onde 
as vesículas podem trafegar. Eles estão associados também a formação do fuso mitótico. Já os 
microfilamentos de actina, normalmente ficam em contato íntimo com a membrana celular. É 
ele que de fato dá a forma da célula. Sustenta a microvilosidade. 
*Os microtúbulos são formados por tubulina e os microfilamentos de actina são formados por 
actina. Os filamentos intermediários não são formados por proteínas globulares, elas são 
fibrosas. Por isso eles são utilizados para suporte e sustentação. Forma uma espécie de ‘cabo” 
dentro da célula, que dificilmente vão se romper. Os filamentos intermediários têm seu 
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tamanho específico e vão se manter naquele tamanho para oferecer o devido suporte a célula. 
Não são dinâmicos como os microtúbulos e os microfilamentos de actina. 
*Os filamentos intermediários podem estar distribuídos de forma diferente dependendo do 
tipo celular. Já a distribuição dos filamentos de actina normalmente é bem comum. 
-Quando a célula entra em divisão, os filamentos de actina se reorganizam na região central da 
célula para fazerem a citocinese (estrangulamento/divisão do citosol) e individualizar a célula 
formando duas novas células. Após a divisão, a reorganização da célula é muito rápida. 
-Os microfilamentos de actina (em vermelho), que 
normalmente estão logo abaixo da membrana numa célula em 
repouso, se reorganizam ao final da divisão, na região central 
(plano equatorial) da célula, formando um anel contrátil para 
fazer a citocinese ( o estrangulamento), e individualizar as duas 
novas células; os microtúbulos (em verde) que estavam 
organizados de maneiras distinta, se reorganizaram em fusos 
mitóticos e estes, partindo do centro organizador de 
microtúbulos (centrossomos), são importantes para prender 
nessas regiões do centrômero, os microssomos no momento 
da divisão para que eles possam ser distribuídos de forma 
igualitária para as duas novas células que irão surgir (pois, no 
caso da mitose, elas devem ser geneticamente iguais à célula-
mãe). 
 
 
Os desmossomos estão internamente ligados aos filamentos intermediários. 
→Para o neutrófilo englobar essa bactéria, ele precisa emitir pseudópodos, e os pseudópodos 
vão ser sustentados e modificados pelas modificações nas tramas de actina, que são o que 
sustentam as projeções de membrana. 
 
*Os monômeros de actina conseguem se associar e se dissociar facilmente, pois não são 
associados com ligações muito fortes. A célula recebe um sinal de que vai realizar a 
endocitose, e ocorre a organização dos filamentos de actina. É um 
processo energético com 
gasto de energia. Esses 
monômeros de actina se 
desfazem no final da 
endocitose para voltar ao 
seu estado de repouso. 
Esse exemplo funciona 
para microtúbulos 
também, pois ambos estão 
relacionados a proteínas globulares, ao contrário dos filamentos 
intermediários que são de certa forma estáticos. 
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ASSOCIAÇÃO E DISSOCIAÇÃO DE 
MONÔMEROS: se não tem ligação 
muito forte, a desvantagem é que 
com o aumento da temperatura, 
essas ligações podem ser desfeitas. A 
ação compensatória é a forma com 
que os filamentos se associam. A 
organização em protofilamentos 
garante uma estabilidade térmica. 
Isso faz com que eles não sejam 
rompidos simplesmente com um 
aumento de temperatura. 
 
 
 
*TAXA DE NUCLEAÇÃO: Explica 
como funciona o mecanismo de crescimento e estabilização dos microfilamentos de actina e 
dos microtúbulos do citoesqueleto. No experimento foram colocadas subunidades de actina 
em tubos de ensaio. Essas subunidades ficaram em contatos por determinado tempo, e 
começavam a formar núcleos. Na fase de nucleação/retardo são formados os conglomerados 
de actina. Depois dessa fase, é onde começa o crescimento de fato. A taxa de associação de 
novos monômeros é igual a taxa de dissociação de novos monômeros que já estavam 
presentes no filamento. Isso faz com que exista uma fase estacionária e de equilíbrio, 
mantendo aquele tamanho. 
Para comprovar a fase de nucleação, fizeram o experimento com os núcleos já pré-formados, 
provando que a fase de crescimento ocorre instantaneamente. 
A taxa de nucleação ocorre tanto em microtúbulos como em microfilamentos de actina. A 
célula sabe exatamente onde é que os novos filamentos devem ser formados. A regulação da 
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nucleação do filamento é uma forma essencial de controle, por meio da qual as células 
regulam a sua forma e o seu movimento. 
*O trímero de actina atua como núcleo da polimerização da molécula de actina. Enquanto um 
núcleo de tubulina provavelmente compõe um anel de 13 ou mais subunidades que vai ser o 
núcleo do microtúbulo. 
 
ACTINA 
Os filamentos de actina são os mais finos formados no nosso esqueleto. Eles NORMALMENTE 
são relacionados a flexibilidade, depende da sua organização. A subunidade de actina é um 
monômero que apresenta o sítio de ligação a um nucleosídeo, que pode ser um difosfato ou 
um trifosfato. Elas se associam em oposição cabeça/cauda. O filamento de actina é formado a 
partir de dois protofilamentos paralelos enrolados uns sobre os outros. São relativamente 
flexíveis e fáceis de serem encurvados. Depende de como essa organização acontece. 
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É um tipo de controle para que se tenha a manutenção do tamanho do filamento. 
Essas proteínas são polarizadas. Ela tem uma extremidade positiva e uma extremidade 
negativa. O crescimento desses filamentos é regulado por conta dessas extremidades, por 
conta de suas características. Na ausência de hidrólise de ATP (actina) ou de GTP 
(microtúbulos), as proporções entre as taxas constantes de crescimento devem ser idênticas 
para cada extremidade. Se não tiver quebra de nenhum desses nucleosídeos, não vai haver 
diferença nesse crescimento. Em um filamento polar, isso não acontece, geralmente as taxas 
de constante cinética são bem maiores em uma das extremidades. A extremidade mais rápida 
é a extremidade “mais” em relação a outra extremidade. O processo de hidrólise do 
nucleosídeo é acelerado quando as subunidades estão incorporadas aos filamentos. Nas 
células vivas, a maioria das subunidades livres encontra-se sob a forma de nucleosídeo 
glifosfato. Células vivas possuem mais ATP e GTP do que células mortas. 
 
Em células mortas tem mais nucleosídeos difosfatos (o círculo claro na imagem) e em células 
vivas tem mais trifosfatos (quadrado vermelho na imagem). 
Em células vivas: microfilamentos de actina: ATP. Microtúbulos de tubulina: GTP. 
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Em células mortas- microfilamentos de actina: ADP. Microtúbulos de tubulina: GDP. 
 
Uma extremidade tem maior poder de associação. 
*FORMINA: é uma proteína regulatória que promove a nucleação da montagem e permanece 
associada a extremidade mais do crescimento. Ela organiza o crescimento dos filamentos de 
actina nos feixes paralelos. Normalmente esses feixes têm um pouco maisde resistência, 
quem garante essa paralelidade dos feixes são as forminhas. Permanece associada à 
extremidade mais (+) em crescimento. 
*COMPLEXO ARP ( formado pelas proteínas ARP1 e ARP2): São proteínas que se ligam na 
extremidade menos (-) para montar uma trama que normalmente apresenta maior 
flexibilidade; os feixes são perpendiculares uns aos outros e geralmente formam “forquilhas”; 
são estruturas angulares e que tem maiores flexibilidades. 
Tanto as forminhas quanto as proteínas do complexo ARP se ligam em protofilamentos pré-
formados (aqueles que já foram nucleados e já são crescidos). 
 
A forma como o feixe de actina cresce, depende da proteína que ela está associada. A formina 
vai formar feixes paralelos, e o complexo A vai formar feixes perpendiculares e flexíveis. 
*TIMOSINA E PROFILINA= A timosina vai se ligar as subunidades e vai impedir a associação 
delas, faz com que não forme microfilamentos de actina. Em alguns momentos a célula precisa 
de certa desorganização de filamentos para que a célula volte ao seu estado de repouso. e 
ligam aos monômeros. Já a profilina age de maneira antagônica a timosina, ligando-se a 
subunidades e acelerando o crescimento. Por exemplo, precisa capturar algum nutriente ou 
bactéria, então há essa associação mais rápida para formar um novo filamento. 
*GEOSOLINA= quebra os filamentos e se liga a extremidade mais. Corta os filamentos em 
pedaços maiores, causando uma associação mais rápida. 
* COFILINA: se liga aos filamentos com ADP-actina (subunidades actina onde tem o 
nucleosídeo difosfato) e acelera a dissociação, faz com que o filamento encurte. 
 
 
PROJEÇÕES TRANSITÓRIAS DE SUPERFÍCIE CELULAR: 
*microvilosidades são projeções permanentes. A fibrina é a proteína que está entre os 
microfilamentos de actina que sustentam as microvilosidades. 
1. MICROESPÍCULAS: não ocupam toda a superfície da membrana, são mais finas. 
Normalmente sustentadas por microfilamentos de actina. Acontecem em algumas 
células para proporcionar o movimento delas. 
2. LAMELIPÓDIOS: Ocupam toda a estrutura de membrana, não são estruturas finas. São 
protusões mais largas/compridas. 
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3. INVAGINAÇÕES: Acontecem para endocitar partículas, internalizar vesículas. São 
sustentadas pelo feixe contrátil de actina, e podem servir para a divisão celular. 
 
MICROTÚBULO 
São estruturas formadas por tubulina. 13 protofilamentos paralelos compostos por essa 
proteína. São proteínas globulares, associadas por ligações que não podem ser covalentes, 
pois vão se dissociar e associar a vida inteira. 
Cada um dos monômeros – alfa e beta- se ligam a uma molécula de GTP. O GTP que se liga a 
alfa, é parte integrante da estrutura do heterodímero. É constitutivo, faz parte daquela 
molécula proteica. 
Já o GTP que se liga a beta, pode sofrer hidrólise. Pode se transformar em GDP. A beta pode 
estar ligada ao GTP ou ao GDP. E a alfa só pode se ligar ao GTP. 
Também vai ter mecanismos que favorecem o crescimento ou o encurtamento dos 
microtúbulos. Está relacionado intimamente com o tipo de nucleosideo que os monômeros 
abrigam. Se o monômero está carregado com nucleosideos 
Quando a célula entra em divisão celular, ela precisa ter um fuso mitótico, o microtúbulo 
precisa se estender de um polo a outro da célula. Para fazer isso, ela vai incorporar novos 
monômeros. Na anáfase, quando a célula sai do estado de divisão, há o encurtamento das 
fibras do fuso mitótico. 
Nos microfilamentos, só há crescimento e encurtamento em uma das extremidades (ao 
contrário dos filamentos de actina). Na extremidade “menos” é onde encontra-se o 
centrossomo, que é de onde partem os microtúbulos. Como eles partem de um centro 
comum, é uma região que não pode sofrer crescimento, está sempre ancorada no MTOC 
(complexo organizador de microtúbulos). 
 
O complexo de gama tubulina é capaz de nuclear o crescimento de microtúbulos. 
 
-Existem dois tipos de proteínas motoras: uma que vai da extremidade MAIS para a 
extremidade MENOS (dineina), e outra que vai da extremidade MENOS para a extremidade 
MAIS (cinesina). Essas proteínas usam ATP. São divididas em três partes: cabeça, pés e 
pescoço. A parte que carrega a vesícula são os pés. Mesmo nos cílios e flagelos, que não são 
estruturas do citoesqueleto, a dineina e a cinesina estão presentes. O movimento do flagelo 
(espermatozoide) é proporcionado a partir dessas proteínas 
-Outra função importante do microtúbulo é a formação do fuso mitótico. Prende os 
cromossomos. 
 
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS 
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Não apresentam polarização. Não são formados por uma proteína característica, são muitos 
tipos envolvido. São proteínas fibrosas. 
Filamentos intermediários são encontrados em alguns animais e em alguns citoplasmas de 
algumas células. Nos nossos oligodendrócitos nós não encontramos filamentos intermediários. 
PATOLOGIAS: 
Algumas mutações no DNA podem gerar algumas proteínas defeituosas de filamentos 
intermediários. 
*Acantólise: liberação de células da camada espinhosa da epiderme por conta de 
pressão mecânica. Não deveria acontecer se os filamentos intermediários tivessem 
proteínas bem formadas. Causa epidermólise bolhosa. 
 
DROGAS QUE AFETAM O CITOESQUELETO: 
Afetam principalmente a parte dinâmica (microfilamentos de actina e microtúbulo). A maior 
parte das drogas para o câncer são drogas que atuam no citoesqueleto.