Citoesqueleto: Estrutura e Função

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Resumo – Citoesqueleto
Beatriz Joia Tabai
RESUMO: O termo citoesqueleto designa o conjunto de elementos que, em sintonia, são responsáveis pela integridade estrutural das células e por uma ampla variedade de processos dinâmicos, como a aquisição da forma, a movimentação celular e o transporte de organelas e de outras estruturas citoplasmáticas. A aquisição de um sistema integrado de filamentos de constituição proteica, responsável pelos processos de estruturação, movimentação e transporte, foi um importante passo evolutivo, sendo uma característica que distingue as células eucarióticas das células procarióticas, que carecem de citoesqueleto. Embora estejam presentes em todas as células eucarióticas, a quantidade e a distribuição dos elementos do citoesqueleto variam nos diferentes tipos celulares. O citoesqueleto é representado por três tipos principais de filamentos, cada qual composto por proteínas distintas: os microtúbulos, formados pelas tubulinas; os microfilamentos de actina, formados pela proteína actina; e os filamentos intermediários, divididos em diferentes classes, conforme o tipo de proteína fibrosa que possuem. Cada tipo possui uma distribuição característica nas células. Há um número variável de proteínas acessórias associadas a cada um desses três tipos de elementos do citoesqueleto, modulando a estrutura e a função dos filamentos principais.
ACTINA:
- Os filamentos de actina, ou microfilamentos, foram identificados primeiramente nas células musculares, mas hoje sabe-se que estão presentes em todas as células eucarióticas. Ao microscópio eletrônico, esses flamentos são facilmente reconhecidos, apresentando espessura entre 6 e 8 nm. Os microflamentos são formados pela actina, uma proteína globular altamente conservada evolutivamente e codifcada por diferentes genes.
- Os monômeros de actina, denominados actina G (de globular), são assimétricos e se associam de maneira regular, orientando-se sempre no mesmo sentido e formando um flamento helicoidal, denominado actina F (de flamentosa).
- Existe um equilíbrio constante entre as moléculas de actina na forma livre e polimerizada, sendo que a quantidade de actina G presente no citoplasma regula, ao menos em parte, a taxa de polimerização dos flamentos. O constante intercâmbio entre os monômeros presentes no flamento e aqueles livres denomina-se instabilidade dinâmica. É interessante lembrar que a orientação dos monômeros no flamento garante a sua polaridade. Dessa forma, os flamentos apresentam uma extremidade na qual, preferencialmente, ocorre o crescimento (extremidade +), enquanto na outra (extremidade –) a perda de monômeros é favorecida.
- Além da quantidade de monômeros disponíveis no citoplasma, o controle da inserção ou remoção de monômeros nos flamentos de actina depende da presença de proteínas reguladoras. Os flamentos de actina podem também ser encontrados em uma forma estável. Essa estabilidade é conseguida pela associação a proteínas estabilizadoras. 
- PROPRIEDADES FUNCIONAIS: Os flamentos de actina formam uma trama de flamentos delgados e flexíveis, dispersa por todo o citoplasma. Às vezes, eles são encontrados em feixes, como nas microvilosidades, nos pontos de junções intercelulares, nos sarcômeros e nas fbras de estresse.
- Forma e locomoção celular: Embora os flamentos de actina estejam distribuídos por toda a célula, há uma concentração na periferia do citoplasma, onde eles estão ligados entre si por várias proteínas, formando o córtex de actina. Esse citoesqueleto cortical atua em processos dinâmicos, como a expansão de prolongamentos celulares, os movimentos associados aos processos de endocitose e exocitose e a adesão celular a outras células ou à matriz extracelular. Eles contribuem para o deslocamento de células pelo substrato sólido. Também são importantes os processos de adesão ao substrato. O córtex de actina também contribui para a manutenção da forma celular, principalmente no que se refere às especializações da superfície celular. É o caso, por exemplo, das microvilosidades. 
- Diversos processos de transporte intracelular são dependentes dos filamentos de actina. A rede de filamentos de actina também desempenha papel essencial na distribuição de moléculas no citoplasma.
- O citoesqueleto de actina responde a estímulos do meio externo, sofrendo rearranjos que levam a mudanças gerais da morfologia e fisiologia celular. Essa capacidade de responder a estímulos do meio externo depende da interação direta dos filamentos (via proteínas de acoplamento) com receptores de membrana em sítios específicos da membrana plasmática.
- Formação do anel contrátil nas células em divisão: Os filamentos de actina arranjam-se na forma de um anel contrátil, que se contrai e separa as duas células-filhas. (depende da interação entre actina e miosina).
- Formação do citoesqueleto de hemácias: A actina, juntamente com a espectrina (Figura 26.6), forma uma malha firme, mas extremamente flexível, localizada junto à face citoplasmática da membrana plasmática de hemácias. A presença desse citoesqueleto e as suas interações com proteínas transmembrana garantem às hemácias a sua forma bicôncava.
MIOSINAS: As miosinas constituem uma família de proteínas motoras que, associadas aos filamentos de actina, desempenham papéis críticos no movimento de organelas membranosas, na expansão de prolongamentos celulares e na contração muscular, entre outros.
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS: 
- Os filamentos intermediários recebem essa denominação por apresentarem diâmetro de 8 a 10 nm, valores intermediários entre aqueles dos microfilamentos de actina (6 a 8 nm) e dos microtúbulos (22 a 24 nm). 
- Os monômeros dos filamentos intermediários são proteínas fibrosas que se associam, formando estruturas altamente resistentes a forças de tração. A maioria dessas proteínas encontra-se na forma polimerizada, existindo apenas uma pequena quantidade livre no citoplasma.
- Os filamentos intermediários são predominantemente citoplasmáticos. Porém, no núcleo celular, há um arcabouço proteico que constitui a lâmina nuclear, composta principalmente pelas proteínas laminas, que pertencem a uma classe independente de filamentos intermediários.
- COMPOSIÇÃO QUÍMICA: Mais de 50 tipos de proteínas formam os flamentos intermediários. As subunidades proteicas de cada classe de flamentos intermediários tendem a se autoagregar rapidamente, obedecendo a um mesmo padrão de polimerização. Não há polaridade nos flamentos intermediários, ao contrário do que acontece nos microflamentos e nos microtúbulos.
- Os flamentos intermediários formam uma trama tridimensional dispersa por todo o citoplasma, desempenhando um papel primariamente mecânico. Contribuindo para a manutenção da forma e da integridade estrutural das células.
- O papel mecânico dos flamentos intermediários é decorrente de duas propriedades principais, a alta resistência e a estabilidade. A primeira diz respeito à capacidade de resistir a grandes forças de tração sem se romper, enquanto a estabilidade é confrmada por experimentos que demonstraram que os flamentos intermediários se mantêm estáveis após tratamentos drásticos com soluções contendo detergente ou altas concentrações iônicas, condições estas capazes de despolimerizar os microtúbulos e os microflamentos. Apesar de resistentes, os flamentos intermediários são dinâmicos, sendo constantemente rearranjados para responder às necessidades celulares.
- À semelhança do que ocorre com os demais constituintes do citoesqueleto, as funções dos filamentos intermediários também dependem de associações a proteínas acessórias, que influenciam na polimerização e no estabelecimento do arranjo tridimensional. 
- A contribuição dos flamentos intermediários à formação de estruturas resistentes é nítida na formação dos anexos epidérmicos, como cabelos, unhas, chifres e cascos, que são basicamente compostos por citoqueratinas de alta massa molecular.
MICROTÚBULOS:
	- Os microtúbulos são estruturas cilíndricas, aparentemente ocas, com aproximadamente 25 nm de diâmetro, que se estendempor todo o citoplasma. Como os flamentos de actina, os microtúbulos são estruturas dinâmicas que polimerizam/ despolimerizam continuamente dentro da célula. Estão envolvidos na determinação da forma celular, na organização do citoplasma, no transporte intracelular de vesículas e organelas, em uma variedade de movimentos celulares e na separação dos cromossomos durante a divisão celular. Os microtúbulos são formados por uma proteína globular chamada tubulina. 
	- Os microtúbulos são estruturas polares com extremidades distintas. Essa polaridade é de considerável importância para a célula, permitindo que o transporte de diferentes estruturas ao longo dos microtúbulos possa ser direcionado.
	- A polimerização dos microtúbulos apresenta duas fases, uma inicial bastante lenta, denominada nucleação, seguida por uma fase de crescimento rápido dos microtúbulos, denominada alongamento.
	- As duas tubulinas (α e β) ligam-se a GTP; entretanto, somente o GTP ligado à tubulina β é hidrolisado à GDP após a entrada desta no microtúbulo. Essa hidrólise enfraquece a afnidade da tubulina com a molécula adjacente, favorecendo, assim, a sua saída do microtúbulo (despolimerização). Portanto, para que uma molécula de tubulina seja adicionada à extremidade do microtúbulo, ela deve estar ligada a GTP, mas não é necessária a hidrólise deste. Ao contrário, a hidrólise favorece a saída da molécula de tubulina do microtúbulo. Ao contrário, a hidrólise favorece a saída da molécula de tubulina do microtúbulo. Portanto, a velocidade de polimerização é dependente da velocidade de conversão do GDP, ligado à tubulina livre, a GTP, assim como a velocidade de despolimerização é dependente da hidrólise do GTP após a tubulina ter sido adicionada ao microtúbulo. Esse comportamento de polimerização rápida e despolimerização foi denominado de instabilidade dinâmica.
	- Nas células vivas, a polimerização dos microtúbulos ocorre geralmente a partir de sítios específicos de nucleação, chamados centros organizadores de microtúbulos, nos quais as extremidades (–) dos microtúbulos ficam ancoradas. Na maioria das células animais, o principal centro organizador de microtúbulos é o centrossomo. Este fica localizado próximo ao núcleo da célula em intérfase e contém, na maioria das células animais, um par de centríolos orientados perpendicularmente entre si e envolvidos pelo material pericentriolar.
	- Quando a célula vai entrar em divisão, a rede microtubular sofre uma total reorganização, promovendo um claro exemplo da importância da instabilidade dinâmica. Toda a rede microtubular presente na célula em intérfase é desmontada, e as tubulinas livres são reutilizadas para formar o fuso mitótico, que é responsável pela separação das cromátides-irmãs. Essa reestruturação dos microtúbulos é dirigida pela duplicação do centrossomo, formando dois centros organizadores de microtúbulos que, durante a mitose, migrarão para polos opostos do fuso mitótico.
	- A formação do fuso mitótico envolve a estabilização seletiva de alguns microtúbulos que irradiam dos centrossomos. Esses microtúbulos são de três tipos: (1) os microtúbulos dos cinetocoros, que se ligam ao centrômero dos cromossomos condensados por meio de proteínas específcas que formam o cinetocoro. Ao se ligarem a essas proteínas, esses microtúbulos são estabilizados e são os responsáveis pela separação dos cromossomos durante a anáfase; (2) os microtúbulos polares, que não se ligam ao centrômero, mas são estabilizados por associação entre si no centro da célula; e (3) os microtúbulos astrais, que se estendem do centrossomo até a periferia celular e têm suas extremidades (+) livremente expostas.
	- O comportamento dinâmico pode ser modificado por interações de microtúbulos com outras proteínas, chamadas de proteínas associadas aos microtúbulos, ou MAP. Essas proteínas podem se ligar aos microtúbulos e impedir que estes sejam despolimerizados. Dessa forma, a célula pode estabilizar microtúbulos em locais específicos. As MAP podem também mediar interações dos microtúbulos com outros elementos do citoesqueleto, como, por exemplo, os filamentos intermediários.
	- Os microtúbulos são responsáveis por uma variedade de movimentos intracelulares, incluindo o transporte de vesículas e organelas e a separação dos cromossomos durante a divisão celular. O movimento ao longo dos microtúbulos é baseado na ação de proteínas motoras, que utilizam energia derivada da hidrólise do ATP para produzir força e movimento. Já foram identificadas duas grandes famílias de proteínas motoras responsáveis por uma variedade de transportes dependentes de microtúbulos – as cinesinas e as dineínas. Outra função importante dos microtúbulos e suas proteínas associadas é a de posicionar as organelas como retículo endoplasmático (RE), complexo de Golgi (CG) e lisossomos dentro das células eucarióticas.
CÍLIOS E FLAGELOS: Cílios e flagelos são projeções da membrana plasmática com 0,25 µm de diâmetro, contendo, no seu interior, um feixe de microtúbulos. Essas estruturas são responsáveis pelo movimento de uma variedade de células eucarióticas. A estrutura fundamental responsável pelos movimentos dos cílios e flagelos é o axonema. Este é formado por um feixe de microtúbulos.
CORPOS BASAIS: A região basal do axonema, que o mantém ancorado à célula, é denominada de corpo basal. Os corpos basais possuem estrutura semelhante àquela dos centríolos, com nove grupos de três microtúbulos (túbulos A, B e C) fundidos em um tríplex. Os corpos basais servem tanto como precursores para os microtúbulos do axonema (centro de nucleação) como ponto de ancoragem dos cílios e flagelos na superfície celular.
Referência Bibliográfica
A célula / Hernandes F. Carvalho, Shirlei Maria Recco-Pimentel. – 3. ed. – Barueri, SP : Manole, 2013.