Citoesqueleto

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Citoesqueleto
Citoesqueleto: suas proteínas são responsáveis pelos movimentos celulares.
Elementos do citoesqueleto
· Microtúbulos (24nm)
· Sua estrutura se assemelha a um tubo oco;
· Formam trilhos dentro da célula, definindo o posicionamento das organelas e movimentos de estruturas dentro das células.
· Filamentos intermediários (10nm)
· Sua estrutura se assemelha a um cabo de aço;
· São responsáveis pela resistência celular;
· Estão presentes nas junções entre as células, permitindo que elas suportem tensões mecânicas;
· É a única classe de elementos do citoesqueleto que está presente no núcleo (lâminas nucleares).
· Microfilamentos de actina (6-9nm)
· Relacionados à manutenção do formato da célula (ex.: vilosidades);
· Permitem o movimento das células por deslizamento;
· Participam do processo de contração (interação de actina com miosina).
· Filamentos intermediários
· São os elementos do citoesqueleto mais resistentes e duráveis. Logo, formam estruturas que não são desfeitas com facilidade.
· Grupo heterogêneo de proteínas. Em diferentes células existem diferentes famílias dessas proteínas, mas todas pertencentes à classe dos filamentos intermediários.
Exemplo: A classe de filamentos intermediários presente no tecido epitelial é a queratina.
· Funções:
· Garantem a estrutura da célula
· Protegem a célula contra tensões mecânicas
· Presentes ao longo dos axônios nas células nervosas.
· Organização estrutural dos filamentos intermediários
Os filamentos intermediários são semelhantes a cordas (ou cabos), com várias fitas longas trançadas entre si para fornecer resistência à tensão.
a) As subunidades (monômeros) dos filamentos intermediários – são proteínas fibrilares alongadas, cada uma composta por porções globosas em suas extremidades: uma porção amino-terminal e uma porção carboxi-terminal.
A porção alongada tem a capacidade de se torcer sobre outra proteína.
b) Duas proteínas se torcem uma sobre a outra e formam um dímero.
c) Dois dímeros de associam em direções antiparalelas: a porção amino-terminal se pareia com a porção carboxi-terminal do outro dímero.
Um tetrâmero é formado.
d) Vários tetrâmeros se associam enfileirados para formar uma estrutura alongada.
e) 8 pacotes de tetrâmeros se posicionam paralelamente e torcem a estrutura sobre ela mesma.
O filamento está formado.
· Os filamentos intermediários podem ser agrupados em 4 classes
· Conexão entre elementos do citoesqueleto
A forma com que o citoesqueleto é conectado garante que uma função seja desempenhada.
A plectina conecta os filamentos intermediários entre si, com os outros elementos do citoesqueleto e aos desmossomos.
Plectina em verde, ligando os filamentos intermediários e microtúbulos
Mutações no gene da plectina causam doença devastadora em humanos que combina: epidermólise bolhosa (disruptura de filamentos de queratina da pele), distrofia muscular (disruptura de filamentos de desmina) e neurodegeneração (disruptura de neurofilamentos).
· O envelope nuclear é sustentado por uma rede de filamentos intermediários
Os filamentos intermediários que revestem e fortalecem a superfície interior da membrana nuclear interna estão organizados sob a forma de uma rede bidimensional. Os filamentos intermediários que compõem essa forte lâmina nuclear são formados a partir de uma classe de proteínas de filamentos intermediários denominados laminas.
Os filamentos intermediários da lâmina nuclear se dissociam e se reagrupam a cada divisão celular quando o envelope nuclear é dissociado durante a mitose e reorganizado em cada célula-filha, através da fosforilação das laminas.
· Microtúbulos
· Trilhos celulares pelos quais as organelas e outros componentes celulares se movimentam.
· Funções
· Suporte interno das células
· Localização das organelas
· Formação das fibras do fuso
· Formação de cílios e flagelos
· Organização estrutural dos microtúbulos
Os microtúbulos são ocos com extremidades estruturais distintas.
· As tubulinas são as proteínas que formam os microtúbulos. Elas estão sempre organizadas em 2 subunidades de proteína (dímeros): a subunidade alfa (-) e a beta (+).
· Subunidade beta (+): crescimento; adição de polímeros.
· Protofilamento: estrutura formada por vários dímeros de tubulina.
· 13 protofilamentos se associam para a formação do tubo oco.
· Microtúbulos atuam no posicionamento das organelas
Quando há o uso de drogas que despolimeriza os microtúbulos, a organela muda sua organização.
· Outras estruturas formadas por microtúbulos
Centrossomo: centro de organização de microtúbulos. Contém centríolos em seu interior. A partir do centrossomo, várias estruturas de microtúbulos vão ser polimerizadas na extremidade beta (+).
Essas estruturas podem ser polimerizadas na forma de fibras do fuso durante o processo de divisão celular.
Os microtúbulos também formam cílios. Na base dos cílios existem estruturas parecidas com as dos centríolos, chamadas de corpos basais. Para diferenciá-los, é necessário observar que os centríolos estarão sempre em pares, enquanto os corpos basais são individualizados. Além disso, ao redor dos centríolos existe a matriz de centrossomo que não está presente no corpo basal.
Estrutura dos centríolos, corpos basais (9+0), cílios e flagelos
Os centríolos são formados por 9 trincas de microtúbulos, sem nenhum microtúbulo no centro.
Nos cílios e nos flagelos, os microtúbulos estão organizados em 9 pares (dímeros) de microtúbulos periféricos e um par central. 
Cílios estão presentes na superfície de diversas células eucariontes e são capazes de mover líquidos da superfície. O movimento de batimento dos cílios permite a varredura de impurezas em determinados órgãos do corpo, como mecanismo de defesa.
· Instabilidade dinâmica
Nos dímeros de tubulina, a subunidade beta tem um GTP associado. É isso que permite o crescimento do microtúbulo: enquanto existe um GTP ligado, é possível adicionar outro dímero de tubulina e assim sucessivamente. Isso faz com que a estrutura cresça em comprimento.
Instabilidade dinâmica: a qualquer momento os microtúbulos podem ser despolimerizados. A estrutura pode ser quebrada e desmontada, para uma posterior formação de outra estrutura. Isso acontece com a hidrólise do GTP em GDP. Nesse caso, a estrutura tende a uma despolimerização.
Por serem responsáveis pelos trilhos celulares, a qualquer momento os microtúbulos podem modificar os “caminhos” celulares. Para isso, há o desmanche e reutilização das mesmas proteínas.
Centrossomos enviam microtúbulos continuamente de forma exploratória. Os microtúbulos que partem do centrossomo crescem em determinada direção. Se esse caminho não for correto, acontece uma retração.
Para fixar os caminhos corretos, há a ação de proteínas de capeamento; elas são capazes de estabilizar essas rotas.
Essa capacidade de polimerização e despolimerização dos microtúbulos é importante para várias funções que eles desempenham.
Na divisão celular, na fase de anáfase, há a separação dos cromossomos. Isso só é possível com a despolimerização dos microtúbulos.
Algumas drogas que atuam sobre os microtúbulos, bloqueando a polimerização ou despolimerização dos microtúbulos podem ser chamadas de drogas anti-mitóticas.
Exemplos: a colchicina impede a polimerização dos microtúbulos na pro-metáfase; com isso, não há a formação das fibras do fuso. O taxol impede a despolimerização dos microtúbulos; impede a separação do material genético na anáfase.
Essas drogas são importantes para frear a proliferação de células com capacidade tumoral de proliferação.
· Proteínas motoras: cinesinas e dineínas
A cabeça das proteínas motoras interage com ATP e permite a função de movimentação. Ela se liga a uma porção do microtúbulo, se desliga e depois se liga a outra porção, num movimento semelhante a passos.
A cauda se liga ao conteúdo que a proteína vai carregar.
Diferença entre cinesinas e dineínas
Ambas as proteínas são motoras, mas se movimentam em direções opostas. A cinesina se movimenta em direção à extremidade beta (+) dos microtúbulos, enquantoa dineína se movimenta em direção à extremidade alfa (–) dos microtúbulos.
· Os microtúbulos organizam o interior das células por meio de vias orientadas
No caso dos neurônios, por exemplo, algo produzido no corpo celular pode ser enviado para a extremidade final do axônio pelas cinesinas. O caminho inverso também pode ser feito com a ação das dineínas.
· Filamentos de actina
· Funções:
- Projeções de membrana;
- Contração muscular;
- Protusões (movimentação por deslizamento): lamelipódios (uma grande parte da célula é deslocada) e filopódios (projeções finas e alongadas);
- Anéis contráteis durante a divisão celular (citocinese);
- Fagocitose por pseudópodes;
- Transporte de estruturas na célula;
- Arcabouço: formato celular.
· Organização estrutural dos filamentos de actina
Um filamento é formado pela polimerização de várias actinas G (actina globosa). Elas se juntam para formar a actina F (filamentosa).
Reorganização estrutural
A actina também possui uma alta capacidade de polimerização e despolimerização. A polimerização e despolimerização permitem alterações na organização do citoesqueleto para divisão celular e migração.
· Proteínas de ligação à actina
Formina: permite a polimerização da actina para a formação de uma estrutura em feixes paralelos.
Complexo ARP: permite a polimerização da actina para a formação de uma estrutura em forma de malha.
Profilina: se liga aos monômeros e faz com que eles se polimerizem mais rápido.
Timosina: evita que os monômeros se polimerizem.
Capeamento: estabiliza a estrutura formada.
Tropomiosina: se liga ao redor da actina f e estabiliza o filamento.
Alfa-actinina: liga dois filamentos paralelos de actina.
· Interação actina e miosina I
A porção cabeça da miosina I é ATPase, ou seja, o ATP se liga nesse polo e permite que a proteína exerça função motora. O polo da cauda se liga ao conteúdo transportado.
Assim como a cinesina e dineína, faz movimentos semelhantes a passos, proporcionados pela hidrólise do ATP.
Quando interage com a membrana, altera seu formato.
· Interação actina e miosina II: contração muscular
Duas proteínas miosina II se associam e formam uma molécula de miosina. 
Na contração muscular, a estrutura da miosina forma um filamento espesso com muitas cabeças de miosina dispostas em seu comprimento. Durante a contração, essas cabeças de miosina são disponibilizadas para interagir com a actina.
A miosina forma o filamento espesso da contração, enquanto a actina forma o filamento fino.
A tropomiosina se enrola ao longo da actina, estabilizando-a. Além disso, ela bloqueia os sítios de interação entre actina e miosina. Há também o complexo de troponina que regula a função da tropomiosina.
· Troponina C: onde o cálcio se liga
· Troponina T: ligada diretamente à tropomiosina
· Troponina I
· Sarcômero
As estruturas de actina e miosina estão dispostas em um padrão altamente organizado: o sarcômero. Ele é o menor nível de organização em um tecido muscular que permite uma contração.
No sarcômero há uma organização de actina (vermelho) e miosina (roxo).
Banda A: região correspondente à miosina. Também considera a parte em que existe sobreposição de actina e miosina.
Banda I: região onde só existe actina. É a parte mais clara vista na microscopia.
Zona H: região onde existe somente miosina.
Linha M: ligação entre as miosinas.
Disco Z: local onde há proteínas que ligam as actinas de sarcômeros vizinhos.
Ou seja, sarcômero = metade de uma banda I + zona H + metade de banda I.
Durante a contração, há um deslizamento entre actina e miosina. Há um aumento da região de sobreposição da actina e miosina. A actina desliza em direção ao centro da estrutura, na linha M porque a cabeça da miosina a “puxa”.
O processo de contração muscular demanda muito ATP. Por isso, as células musculares são repletas de mitocôndrias.
Além disso, o cálcio é fundamental para que o processo ocorra. Esse cálcio está armazenado no retículo endoplasmático liso. Na célula muscular, é chamado de retículo sarcoplasmático.
Como há uma grande quantidade de cálcio dentro do retículo liso, ele sai por transporte passivo (canal iônico). No entanto, depois da contração, esse cálcio retorna à organela contra o gradiente de concentração, pelo transporte ativo (bombas de cálcio).
Sarcolema: membrana plasmática do tecido muscular.
O sarcolema do tecido muscular estriado esquelético sofre invaginações para dentro do citoplasma (túbulo T ou transverso), entrando em contato com o retículo sarcoplasmático. 
Isso acontece para levar o sinal elétrico de início de uma contração para o retículo sarcoplasmático, e ele, então, abrir os canais iônicos de cálcio dependentes de voltagem. Esse sinal é emitido pelo neurônio associado ao sarcolema.
O cálcio sai do retículo sarcoplasmático e interage com a troponina C. A troponina C desloca a tropomiosina e permite a ligação entre actina e miosina.
Junção neuro-muscular ou placa motora
 
O tecido muscular tem inervação por neurônios motores. As vesículas sinápticas contêm neurotransmissores responsáveis pelo sinal para a contração.
Quando houver um sinal para contração, as vesículas sinápticas se fundem com o sarcolema e liberam os neurotransmissores para a fenda sináptica.
Isso causa uma despolarização da membrana. Os sinais percorrem os túbulos T e induzem a abertura dos canais de cálcio. O cálcio sai e interage com a troponina. Ela desloca a tropomiosina e permite a interação entre actina e miosina (contração).
ATP na miosina
Quando o ATP se liga na miosina, ela se dissocia da actina.
A cabeça da miosina faz a hidrólise do ATP e ele é quebrado em ADP + Pi. Isso fornece energia para que ele se ligue novamente na actina e permite o movimento da contração muscular. Há a saída do Pi e do ADP. Assim, a cabeça da miosina fica livre para se ligar a outro ATP e o ciclo se reinicia.