citoesqueleto

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Citoesqueleto
■ O citoesqueleto mantém a forma das células e é
responsável pela contração celular, pelos movimentos da
célula e pelo deslocamento de organelas, vesículas e
partículas no citoplasma
■ Filamentos de actina, microtúbulos e as proteínas motoras
miosinas, dineína e cinesina são os principais constituintes do
citoesqueleto e responsáveis pelos movimentos celulares
■ Os filamentos de actina se associam a diversas proteínas e,
por meio delas, fixam-se na membrana plasmáticas, no
envoltório nuclear e em outros componentes das células
■ Nas células eucariontes, grande parte dos movimentos se
deve ao deslizamento de filamentos de miosina sobre os de
actina
■ As células musculares são especializadas para a contração
■ A unidade contrátil das células musculares estriadas é o
sarcômero
■ Cada sarcômero é separado do outro por uma estrutura
contendo desmina, a estria Z
■ No sarcômero, além dos filamentos de actina e de miosina,
encontram-se outras proteínas que participam da disposição
ordenada desses filamentos no músculo estriado e do
controle da contração
■ Ao chegar à fibra muscular estriada, o impulso nervoso
causa um fluxo de íons Ca2+ do reticulo endoplasmático liso
para o citosol, desencadeando a contração muscular
■ As células mioepiteliais são contrateis e ajudam a expulsar
a secreção das glândulas exócrinas
■ Os movimentos dos cílios e flagelos das células eucariontes
se devem à atividade de microtúbulos, sem a participação do
sistema actina-miosina
- Citoesqueleto que desempenharia apenas um papel
mecânico, de suporte, mantendo a forma celular e a posição
de seus componentes.
- Os principais elementos do citoesqueleto são os
microtúbulos, filamentos de actina, filamentos de
miosina, filamentos intermediários e macromoléculas
proteicas diversas. Esses elementos estruturais assumem
aspectos diferentes, de acordo com o tipo celular e com as
necessidades da célula. De todos os componentes do
citoesqueleto, apenas os filamentos intermediários são
estáveis, exercendo somente funções de sustentação,
sem participar dos movimentos celulares
- Os deslocamentos intracelulares de organelas e
outras partículas se devem às proteínas motoras, que
podem ser divididas em dois grandes grupos: as dineínas e
cinesinas, que causam deslocamentos em associação com os
microtúbulos e as miosinas, que podem formar filamentos e
atuam em associação com os filamentos de actina
MICROTÚBULOS:
- Cilindros muito delgados e longos
- Cada microtúbulo é formado pela associação de dímeros
proteicos dispostos em hélice.
- São constituídos por duas cadeias polipeptídicas de
estruturas semelhantes, mas não iguais, chamadas
tubulinas alfa e beta, que se juntam para formar os
dímeros.
- Anel com 13 dímeros
Desenho de microtúbulo, que mostra as duas subunidades (alfa e beta)
que constituem a molécula de tubulina. O arranjo das moléculas de
tubulina cria 13 protofilamento, que constituem a parede do microtúbulo.
O número de protofilamentos fica bem visível no corte transversal de
microtúbulo que aparece na parte superior da ilustração.
- Estão em constante reorganização
- Estão em constante reorganização, graças a
polimerização local dos dímeros de tubulina, e diminuindo
na outra extremidade, onde predomina a despolimerização.
- A extremidade que cresce é denominada extremidade
mais (+) e a outra é a extremidade menos (–). Os
processos de alongamento e encurtamento dos microtúbulos
são devidos ao desequilíbrio entre polimerização e
despolimerização.
- A polimerização desses dímeros de tubulina para formar
microtúbulos é regulada pela concentração de íons
Ca2+ e pelas proteínas associadas aos microtúbulos
(MAPS)
- Os microtúbulos participam da movimentação de
cílios e flagelos, transporte intracelular de partículas,
deslocamento dos cromossomos na mitose,
estabelecimento e manutenção da forma das células.
- Os axonemas, são expansões muito finas do
citoplasma, que se dispõem radialmente em relação à
célula, além disso os axonemas contém numerosos
microtúbulos, dispostos ordenadamente em espiral
- Ação da ureia, molécula que despolimeriza os microtúbulos
fazendo com que os axonemas entrem em colapso e se
retraem
- Durante o colapso dos axonemas, ocorre uma
despolimerização dos microtúbulos, com acúmulo das
moléculas de tubulina no citoplasma. Com a retirada da uréia,
as moléculas de tubulina se repolimerizam e reaparecem os
microtúbulos e os axonemas
Representação esquemática de microtúbulos, cílios e
centríolos.
A. Microtúbulos vistos ao microscópio eletrônico após fixação com glutaraldeído e ácido
tânico. As subunidades de tubulina, não coradas, são delineadas pelo ácido tânico, que é
elétron-denso. O corte transversal dos microtúbulos revela um anel de 13 subunidades. Os
microtúbulos podem modificar seu tamanho pela perda de tubulina em uma das
extremidades e adição na outra extremidade.
B. O corte transversal de um cílio revela uma parte central formada de microtúbulos, o
axonema, que consiste em 2 microtúbulos centrais, circundados por 9 duplas de
microtúbulos. Nas duplas, o microtúbulo A é completo, com 13 subunidades, enquanto o
microtúbulo B tem 2 ou 3 subunidades comuns com o microtúbulo A. Quando ativados, os
braços de dineína ligam-se ao microtúbulo adjacente e promovem o encurvamento dos
microtúbulos, desde que exista ATP para fornecer energia.
C. Centríolos consistem em 9 trincas de microtúbulos unidas por pontes proteicas. Em cada
trinca, o microtúbulo A é completo e consiste em 13 subunidades, enquanto os microtúbulos
B e C têm subunidades de tubulina em comum.
● Fármacos que interferem nos microtúbulos
- Colchicina paralisa a mitose na metáfase
- Os microtúbulos dos cílios e flagelos são resistentes à
colchicina, talvez em razão das proteínas (MAPS) associadas
à eles.
- Taxol também interfere nos microtúbulos, porém seu efeito
molecular é contrário ao da colchicina, ele acelera a formação
de microtúbulos e os estabiliza, interrompendo a
despolimerização.
- Toda a tubulina do citoplasma se polimeriza em
microtúbulos muito estáveis. Desse modo, não há tubulina
livre no citoplasma para formar os microtúbulos do fuso e a
mitose não se processa. Portanto, os efeitos da
colchicina e do taxol sobre a mitose são semelhantes,
embora um destrua e o outro estabilize microtúbulos,
o que mostra a importância do sistema formado por tubulina
livre e tubulina polimerizada.
- O taxol é empregado no tratamento de tumores
malignos por sua capacidade de impedir a formação do fuso
mitótico, atuando como poderoso antimitótico.
- A colchicina é usada em medicina para o tratamento
da gota, desde a antiguidade até nossos dias, embora o
mecanismo de ação, nesse caso, não esteja ainda bem
esclarecido.
- Vincristina e vimblastina, que agem de modo
semelhante à colchicina, são fármacos também usados
no tratamento dos tumores malignos porque, como a
colchicina e o taxol, impedem a formação dos
microtúbulos do fuso mitótico, interrompendo a divisão
celular.
MICROTÚBULOS DOS CENTRÍOLOS
- Cada célula contém um par de centríolos, que se localiza
próximo ao núcleo e ao aparelho de Golgi, em uma região
denominada centrossomo ou centro celular. O centrossomo,
que, em algumas células, não contém centríolo, é constituído
por um material amorfo de onde se originam microtúbulos.
Por isso, o centrossomo é um MTOC (Centro de organização
do microtúbulo)
- Muito abundante no músculo, a actina é encontrada
também, embora em menor quantidade, no citoplasma de
todas as células
FILAMENTOS DE ACTINA
- Muito abundante no músculo, a actina é encontrada
também, embora em menor quantidade, no citoplasma de
todas as células
- Os filamentos de actina participam da formação de
uma camada imediatamente por dentro da membrana
plasmática, chamada córtex celular. O córtex celular é
importante para reforçar a membrana plasmática.
- Diversos fármacos que influenciam na estrutura dos
filamentos de actina, como as citocalasinas e as faloidinas
- Interferem nos movimentos celulares
- Impedem a polimerização
● subunidadede actina, chamada às vezes de actina
globular ou actina G,
é um polipeptídeo associado a uma molécula de ATP
ou ADP.
α-actina é expressa apenas nas células musculares, enquanto
a 𝛃 e a 𝛄-actina são encontradas, em conjunto, em quase
todas as células não musculares.
Arranjo tipo cabeça-cauda
● ACTINA F (filamentosa)
- As subunidades de actina unem-se nesse arranjo para
formar uma hélice rígida, dextrógira e sao polares
- Extremidade (-) : crescimento lento
- Extremidade (+) : crescimento rápido
- As subunidades estão posicionadas com sua fenda de
ligação a nucleotídeos direcionada para a extremidade
(-)
- Os filamentos de actina individualmente
são bastante flexíveis. Em uma célula
viva, no entanto, as proteínas
acessórias provocam interligações e
agrupam os filamentos em feixes,
originando estruturas de actina de maior
escala que são muito mais rígidas.
● Nucleação
- É a etapa limitante na formação dos filamentos de actina
Sua regulação é um importante mecanismo pelo qual as
células controlam sua forma e movimento.
- Pequenos oligômeros de subunidades de actina podem
formar arranjos de forma espontânea, mas eles são instáveis
e se dissociam facilmente, pois cada monômero é ligado a
apenas um ou dois outros monômeros.
- Formação de um novo filamento de actina => as
subunidades devem associar-se em um agregado inicial, ou
núcleo, o qual será estabilizado por vários contatos
entre as subunidades e, só então, poderá sofrer um rápido
crescimento pela adição de
novas subunidades. Esse processo é chamado de nucleação
do filamento.
Polaridade estrutural do filamento de actina.
Esta fotomicrografia eletrônica mostra um filamento de actina polimerizado a partir
de um filamento inicial curto de actina associado a domínios motores da miosina,
resultando em um padrão de seta. O filamento cresceu muito mais rapidamente na
extremidade “pena” (1) que na extremidade “ponta” (–).
Os filamentos de actina possuem duas extremidades
distintas com diferentes taxas de crescimento
- As velocidades são muito maiores para a extremidade (+)
do que para a extremidade (-). Isso pode ser visto quando se
permite o arranjo de uma solução extremamente concentrada
de monômeros de actina purificados sobre filamentos
marcados de acordo com a polaridade – a extremidade (+) do
filamento se alonga até 10x mais rápido.
- A célula aproveita-se da dinâmica e da polaridade dos
filamentos de actina para realizar trabalho mecânico. O
crescimento do filamento ocorre de forma espontânea quando
o equilíbrio de energia livre (DG) para a adição de
subunidades solúveis é menor que zero. Esse é o caso
quando a concentração de subunidades em solução excede a
concentração crítica.
- Uma célula pode acoplar um processo energeticamente
desfavorável a esse processo espontâneo; assim, a célula
pode usar a energia livre liberada durante a polimerização
espontânea do filamento para mover uma carga associada.
- Por exemplo, ao orientar as extremidades (+), de rápido
crescimento, dos filamentos de actina em direção à sua borda
anterior, uma célula com capacidade de movimento pode
empurrar a sua membrana plasmática para a frente.
● Rolamento de um filamento de actina
- É possível devido à hidrólise de ATP após a adição de
subunidades. Explicação para as diferentes concentrações
críticas (Cc) nas extremidades mais (1) e menos (2). As
subunidades com ATP ligado (subunidades na forma T)
sofrem polimerização em ambas as extremidades do
filamento crescente e, em seguida, passam por hidrólise de
nucleotídeos dentro do filamento. Conforme o filamento
cresce, o alongamento é mais rápido que a hidrólise na
extremidade mais (1) neste exemplo, e as subunidades
terminais desta extremidade estão, portanto, sempre sob a
forma T. No entanto, a hidrólise é mais rápida do que o
alongamento na extremidade menos (–), de tal forma que as
subunidades terminais nesta extremidade estão sob a forma
D. (B) O rolamento ocorre em concentrações intermediárias
de subunidades livres. A concentração crítica para a
polimerização em uma extremidade do filamento sob a forma
T é menor do que em uma extremidade do filamento sob a
forma D. Se a concentração real de subunidades está em
algum ponto entre esses dois valores, a extremidade mais (1)
cresce, enquanto a extremidade menos (–) diminui,
resultando no rolamento.
Resumo:
● A actina é uma proteína do citoesqueleto altamente
conservada que está presente em altas concentrações
em quase todas as células eucarióticas.
● A nucleação representa uma barreira cinética para a
polimerização de actina, mas uma vez iniciados, os
filamentos de actina apresentam um comportamento
dinâmico devido à hidrólise do nucleotídeo ATP.
● Os filamentos de actina são polarizados e podem
sofrer rolamento quando um filamento cresce na
extremidade mais e simultaneamente sofre
despolimerização na extremidade menos.
● Nas células, a dinâmica dos filamentos de actina é
regulada a cada etapa, e as diversas formas e
funções da actina dependem de um repertório
versátil de proteínas acessórias. Aproximadamente,
metade da actina é mantida sob a forma monomérica
através da associação com proteínas de sequestro
como a timosina. Os fatores de nucleação, como o
complexo Arp2/3 e as forminas promovem a
formação de filamentos ramificados e paralelos,
respectivamente.
● As interações entre as proteínas que ligam ou
campeiam filamentos de actina e aquelas que
promovem o rompimento ou despolimerização dos
filamentos podem retardar ou acelerar a cinética da
associação e dissociação dos filamentos.
● Outras classes de proteínas acessórias agregam os
filamentos em estruturas de maior magnitude por
interligação dos filamentos uns aos outros em
conformações geometricamente definidas.
● Conexões entre esses arranjos de actina e a membrana
plasmática das células conferem resistência mecânica
às células animais e permitem a formação de
estruturas celulares corticais, tais como os
lamelipódios, os filopódios e as
microvilosidades.
● A indução da polimerização dos filamentos de actina
na sua superfície, permite que patógenos intracelulares
sequestrem o citoesqueleto da célula hospedeira,
utilizando-o para movimentar-se dentro da célula.
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS
- Os filamentos intermediários são mais estáveis do que os
microtúbulos e os filamentos de actina, e não são constituídos
por monômeros precursores que constantemente se agregam
e se separam
- Não têm participação direta na contração celular, sendo
primordialmente elementos estruturais
- São abundantes nas células que sofrem atrito, como as da
epiderme, onde se prendem a especializações da membrana
plasmática, denominadas desmossomos, que unem as células
umas às outras.
- Frequentes nos axônios, que são prolongamentos das
células nervosas ou neurônios, e em todos os tipos de células
musculares.
- As células que se multiplicam muito frequentemente
são desprovidas de filamentos intermediários.
- Todos os filamentos intermediários têm a mesma estrutura,
sendo constituídos pela agregação de moléculas
alongadas, cada uma formada por três cadeias
polipeptídicas enroladas em hélice.
- Os filamentos intermediários são formados por
diversas proteínas fibrosas (moléculas muito alongadas):
queratina, vicentina, proteína ácida fibrilar da glia, desmina,
lâmina e proteínas dos neurofilamentos
- Os filamentos intermediários constituídos de queratina são
encontrados exclusivamente nas células epiteliais e em
estruturas delas derivadas, como pelos, unhas e chifres
- A desmina é encontrada nos filamentos intermediários das
células musculares lisas e nas linhas Z das células musculares
estriadas esqueléticas e cardíacas.
- Os neurofilamentos são constituintes do corpo celular e dos
prolongamentos dos neurônios, sendo particularmente
abundantes nos axônios.
Os filamentos intermediários são específicos para os diversos
tecidos, o que tem sido utilizado para caracterizar, nas
biópsias de tumores e suas metástases, os tecidos de origem,
informação muitas vezes importante para orientar o
tratamento. Por exemplo,a detecção de queratina por
imunocitoquímica indica que o tumor é de origem epitelial e a
variedade de queratina observada pode informar quanto ao
tipo de epitélio onde se formou o tumor.
MOVIMENTOS CELULARES:
- A movimentação e o posicionamento intracelular das
organelas e grânulos diversos estão relacionados com as
funções celulares. São exemplos os movimentos
cromossômicos na mitose, os movimentos das
vesículas de secreção, das mitocôndrias e muitos
outros.
- Os filamentos de actina e de miosina, os
microtúbulos e as proteínas motoras são responsáveis
pela maioria dos movimentos celulares. Entre as
moléculas desses componentes se estabelecem ligações
químicas fracas e reversíveis, não cova- lentes, responsáveis
pela força motriz.
● Movimentos que causam modificação na forma
das células:
- São ilustrados pela contração das células musculares,
células mioepiteliais, células endoteliais, células mioides
● Movimentos que não causam modificação na
forma das células
- Inclui todos os processos de transporte intracelular de
material não acompanhado por deformação celular. É o que
ocorre também no transporte de material ao longo dos
prolongamentos das células nervosas, transporte de grânulos
de pigmento nas células pigmentares e na extrusão das
vesículas de secreção das células glandular
- O mecanismo de movimentação mais difundido nas células
eucariontes se deve ao deslizamento de fibrilas de actina
sobre fibrilas de miosina; porém, os movimentos dos cílios
e flagelos e o transporte intracelular de partículas
citoplasmáticas são devidos ao deslizamento de proteínas
motoras sobre as macromoléculas de tubulina, que
constituem os microtúbulos.
- Embora os filamentos de actina participem
ativamente na movimentação celular, eles têm
também funções estruturais.
A CÉLULA MUSCULAR ESTRIADA É ALTAMENTE
ESPECIALIZADA NA TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA
QUÍMICA EM ENERGIA MECÂNICA:
- A célula muscular estriada, por ser especializada e
apresentar uma estrutura altamente diferenciada no sentido
de produzir movimento
- O músculo estriado cardíaco é o principal componente do
miocárdio, camada média e responsável pela contração
involuntária, rítmica e continua do coração
- Em razão da forma cilíndrica alongada, as células
musculares muitas vezes são chamadas fibras musculares.
- Na vida embrionária, várias células musculares primordiais
ou precursoras se fundem, formando sincícios (sincício é uma
estrutura constituída por citoplasma e muitos núcleos) que se
alongam, originando as fibras musculares estriadas
esqueléticas.
- Cada miofibrila apresenta alternadamente faixas claras ou
bandas I, e faixas escuras ou bandas A.
O SARCÔMERO É A UNIDADE FUNCIONAL DAS FIBRAS
MUSCULARES ESTRIADAS ESQUELÉTICAS E
CARDÍACAS:
- Miofibrilas, são formadas por unidades que se repetem, os
sarcômeros. Cada sarcômero, por sua vez, é limitado por
duas estrias finas e elétron-densas, as estrias Z, estruturas
que contém desmina. Sarcômero, portanto, é a porção da
miofibrila limitada por duas estrias Z consecutivas, sendo
formado por uma banda A e dois segmentos da banda I
cortada ao meio pela estria Z.
- Um deles é fino, insere-se nas estrias Z com a participação
da proteína α-actinina, dirige-se medialmente, não atingindo,
porém, o centro do sarcômero.
- O filamento fino é constituído por actina
- Que se enrolam em dupla hélice à qual se associam as
proteínas tropomiosina e troponina
- Em determinadas circunstâncias, a actina se despolimeriza,
apresentando-se sob a forma de moléculas globosas isoladas
- actina G
- Quando essas moléculas estão polimerizadas, formando
filamentos, recebem o nome de actina F
- Os filamentos grossos situados no centro do sarcômero,
sem atingirem lateralmente as estrias Z, são constituídos
por feixes de moléculas proteicas fibrilares de
miosina.
O DESLIZAMENTO DOS FILAMENTOS DE ACTINA E
MIOSINA ENCURTA OS SARCÔMEROS E CAUSA A
CONTRAÇÃO MUSCULAR:
- A contração muscular ocorre graças ao deslizamento dos
filamentos de actina sobre os de miosina para dentro do
sarcômero, com o consequente encurtamento da distância
entre as estrias Z.
- A força motriz para esse movimento vem das ligações entre
a actina e as cabeças globulares da miosina, que
periodicamente se dobram, gerando um deslocamento lateral,
seguido por uma ruptura e posterior reconstituição da ligação
- A liberação de íons Ca2+ do retículo endoplasmático liso
transmite para o interior da fibra muscular estriada o estímulo
contrátil recebido pela membrana:
- No músculo em repouso, a tropomiosina encontra-se em
íntimo contato com a actina, cobrindo essa molécula e
impedindo o contato das cabeças da miosina com a actina.
- Quando o músculo é estimulado, o aumento de
permeabilidade induzido pelo estímulo na membrana celular
se transmite ao retículo endoplasmático liso, que libera para o
citosol íons cálcio contidos no seu interior.
- Esses íons agem sobre a troponina promovendo sua
deformação molecular, o que causa a separação entre a
tropomiosina e a actina. Esse movimento molecular expõe os
grupamentos da actina que reagem com as cabeças da
miosina, estabelecendo-se assim pontes entre esses dois
filamentos
- Na etapa seguinte, o encurvamento da cabeça globular da
miosina, consumindo energia do ATP, desloca o filamento de
actina, encurtando o sarcômero e provocando a contração da
fibra
- Em todas as fibras musculares estriadas, tanto esqueléticas
como cardíacas, encurtamento dos sarcômeros.
- constituídas por sarcômeros delimitados por estrias Z e que
apresentam as mesmas bandas A e bandas I.
OUTROS MOVIMENTOS QUE OCORREM POR
INTERAÇÃO ENTRE ACTINA E MIOSINA:
1) Citocinese: ocorre também em razão da interação de
actina e miosina
2) Microvilos: O polo apical das células epiteliais do
revestimento intestinal e dos túbulos contorcidos renais
apresenta numerosos prolongamentos muito finos,
chamados microvilos.
3) Movimentos morfogenéticos: São os movimentos
que ocorrem nos tecidos durante o desenvolvimento
embrionário.
4) Movimentos amebóides: Esse tipo de movimento
ocorre nas células livres como amebas, macrófagos,
leucócitos e fibroblastos.
ESTRUTURA DE CÍLIOS E FLAGELOS:
- Os cílios são curtos, múltiplos e, nos epitélios, situam-se
sempre na superfície apical das células. Os flagelos são geral-
mente únicos e longos e, no corpo humano, encontrados ape-
nas nos espermatozoides
- Os cílios e flagelos são estruturas complexas constituídas
por numerosas proteínas diferentes, várias das quais são
imprescindíveis para sua movimentação.
A síndrome de Kartagener, assim denominada em homenagem a seu
descobridor, acarreta em seus portadores frequentes infecções respiratórias,
sinusite crônica e esterilidade masculina. As mulheres portadoras da síndrome são
férteis. O estudo dos espermatozoides de pacientes com a síndrome de Kartagener
mostrou que os braços de dineína estão ausentes nos cílios e flagelos, o que
impede a movimentação dessas estruturas, impossibilitando o deslocamento dos
espermatozoides e o batimento ciliar responsável pela eliminação contínua de
poeiras que pene- tram na árvore respiratória.
- Os filamentos de actina, os microtúbulos e as proteínas
motoras, miosina, dineína e cinesina são os principais
componentes celulares que participam dos processos de
movimentação. Algumas dessas estruturas do citoesqueleto
são responsáveis também pela forma das células.
- Os movimentos que acarretam modificações na forma das
células (movimento amebóide, contração muscular,
citocinese, contração das células mioides) resultam da
interação de filamentos de actina com filamentos de miosina.
Há, todavia, movimentos que se devem aos microtúbulos,
como os movimentos ciliares e flagelares. A energia para os
movimentos é obtida dos nutrientes, sendo daí transferida
para ligações químicas na molécula de ATP, que é a fonte
imediata de energia para os movimentos celulares.
Distrofia Muscular de Duchenne