Citoesqueleto: Filamentos e Dinâmica Celular

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Citoesqueleto 
Questões Norteadoras 
1) Defina, em poucas palavras, o que é o citoesqueleto. 
2) Quais os três principais filamentos que constituem o 
citoesqueleto? Qual a função principal de cada um deles? 
3) Defina o conceito de nucleação. Qual a vantagem para a 
célula dessa característica? 
4) Onde ocorre a nucleação dos microtúbulos? 
5) Sobre a dinâmica do citoesqueleto, explique com detalhes 
termodinâmicos, o que é concentração crítica? 
6) Sobre a concentração crítica, qual a importância da hidrólise 
de nucleotídeos trifosfatados para a dinâmica celular? Explique 
com conceitos de termodinâmica. 
 
É formado por filamentos de proteínas. 
Filamentos são polimerizados a partir de subunidades 
proteicas que lhes conferem propriedades físicas e dinâmicas 
específicas 
 
 
Interações facilmente realizadas e desfeitas. Interações fracas, 
mas numerosas, mantêm a estabilidade: força e 
adaptabilidadeProteínas acessórias, fique rigigo e outra parte 
flexível 
 Interações de hidrogênio 
 Interações hidrofóbicas 
 Ligações não-covalentes 
→ Os filamentos intermediários se unem por interações 
fortes (cabeça-cauda) 
Filamentos intermediários, ligações mais resistentes 
 
-formados por uma família de proteínas fibrilares longas que 
conferem a essa categoria muita resistência à tensão, e 
permite que as células resistam ao estresse mecânico 
quando são distendidas; são encontrados no citoplasma da 
maioria das células animais, envolvem o núcleo e se 
estendem por toda a periferia celular; 
-na periferia encontram-se ancorados na membrana 
plasmática; podem ser encontrados no interior do núcleo; 
uma trama desses filamentos forma a lâmina nuclear, que 
reveste o envelope nuclear em todas as células eucarióticas; 
esses filamentos específicos da lâmina nuclear se dissociam e 
se reagrupam a cada divisão celular por meio da fosforilação 
e desfosforilação; 
* Defeitos em um tipo específico de laminas estão 
associados a certos tipos de progéria – doenças raras que 
levam os indivíduos afetados a apresentarem um 
envelhecimento prematuro. Crianças com progéria possuem 
pele enrugada, perdem os dentes e cabelos e 
frequentemente desenvolvem doenças cardiovasculares 
severas ainda na adolescência. Apesar de os pesquisadores 
ainda não compreenderem como a ausência das laminas 
nucleares leva a esses sintomas, já foi sugerido que a 
instabilidade nuclear resultante dessa ausência pode levar a 
uma divisão celular inadequada ou a uma capacidade 
diminuída de reparo tecidual 
-possuem 10 nm de diâmetro; 
-a configuração dessas proteínas é a seguinte: uma cabeça 
amino-terminal, outra carboxila-terminal, e a região do bastão 
é em alfa-hélice, pois permite um possível pareamento com 
outro filamento, formando dímeros supertorcidos; esses 
dímeros podem ir se associando por ligações covalentes e 
formando tetrâmeros, que formam um filamento contínuo; 
-os filamentos podem ser divididos em 4 grupos, que são 
formados de acordo com a polimerização de suas 
subunidades proteicas; 
-a plectina é uma proteína acessória que interliga esses 
feixes de forma a reforçar os arranjos; também conectam 
os filamentos intermediários aos microtúbulos, aos filamentos 
de actina e aos desmossomos; 
 
Microfilamentos de Actina. 
Funções dos microfilamentos. 
→ Estrutural 
→ Movimentação celular: pinocitose, exocitose... pelos 
movimentos dos microfilamentos de actina 
→ Sustentação de estruturas especiais: interação com 
outras proteínas 
→ Adesão celular: desmossomos 
→ Contração celular e contração muscular : musculo 
estriado ou liso, (toda célula possui actina e nem sempre 
está organizada em sarcomero) 
→ Divisão celular 
Organizados na região mais cortical da célula. Abaixo da 
membrana plasmática. 
Ex: interocito na região apical, voltada para luz do intestino 
possui microvilosidades (fixa e recoberta por membrana) 
 
Filamentos de Actina e Actina G 
- Actina G → proteína globular com 375 aa e associada 
uma molécula de ATP 
- Três isoformas → α, β e γ 
- Arranjo cabeça-cauda 
Extremidade (-) ou da ponta → crescimento lento 
Extremidade (+) ou da pena → crescimento rápido 
É dinâmico, mas não muda o tamanho 
Novos elos = actina liga a ATP, vai sofrendo hidrolise e se 
transforma em ADP. 
• MICROTÚBULOS 
-quando a célula entra em mitose, eles são dissociados e se 
reassociam sob a forma do fuso mitótico; 
-podem formar estruturas permanentes, como os cílios e 
flagelos, que são usados ou para movimentação de líquidos 
pela superfície ou propulsão; 
-desempenham papel fundamental na organização de todas 
as células eucarióticas; formados a partir de subunidades, 
moléculas de tubulina, composta de alfa-tubulina (-) e beta-
tubulina (+); para se formar o microtúbulo, ligam-se 13 
protofilamentos paralelos desses dímeros de tubulina; 
-são tubos proteicos longos e ocos, relativamente rígidos 
que podem sofrer fácil dissociação em um local e 
reassociação em outro; o microtúbulo tem origem no 
centrossomo,e ao se estenderem rumo à periferia celular, 
os microtúbulos criam um sistema de vias dentro da célula 
ao longo do qual vesículas, organelas e outros componentes 
celulares serão transportados; 
FORMAÇÃO DO MICROTÚBULO 
-os microtúbulos possuem polaridade definida, se não fosse 
assim, não conseguiriam fazer o transporte intracelular; 
-a tubulina polimeriza a partir de sítios de nucleação de um 
centrossomo, permite o início da nucleação para formação 
do microtúbulo, com orientação específica, início em alfa(-) e 
crescimento para beta (+) com sentido para periferia; 
fornecendo centros organizadores que contêm sítios de 
nucleação e mantendo a concentração de dímeros livres de 
αβ-tubulina baixa, as células podem controlar onde os 
microtúbulos serão formados; 
-cada dímero livre de tubulina contém uma molécula de 
GTP, que após a adição desse dímero ao microtúbulo é 
hidrolisado para GDP; com o GTP as moléculas alfa e beta da 
tubulina se empacotam eficientemente para formar o 
microtúbulo, enquanto que com o GDP a conformação 
muda e elas se ligam menos fortemente umas às outras, 
contudo essa hidrólise é mais lenta que a associação de 
moléculas e assim o crescimento permanece acontecendo; 
-quando ocorrer a hidrólise do GTP antes da próxima adição, 
a extremidade do microtúbulo será composta de GDP, assim 
como o restante da molécula, o que será um gatilho para a 
dissociação e despolimerização, ou seja, o microtúbulo 
começara a encurtar rapidamente, podendo até mesmo 
desaparecer; 
-além dos anéis de γ-tubulina, o centrossomo da maioria das 
células animais também contém um par de centríolos, 
curiosas estruturas compostas cada uma de um arranjo 
cilíndrico de pequenos microtúbulos; 
 
-o microtúbulo só é mantido se sua extremidade for 
estabilizada permanentemente pela ligação à outra molécula 
ou estrutura celular que bloqueie a despolimerização; um 
exemplo disso é o fármaco colchicina que impede a 
formação do fuso mitótico ao estabilizar sua extremidade e 
evitar a polimerização; 
-a estratégia simples de exploração aleatória e de 
estabilização seletiva permite que o centrossomo e outros 
centros nucleadores estabeleçam um sistema altamente 
organizado de microtúbulos que conecta regiões específicas 
da célula. Esse mesmo sistema é utilizado para posicionar as 
organelas, umas em relação às outras; 
PROTEÍNAS MOTORAS 
- transportam organelas, vesículas e outros materiais 
celulares ao longo dos microtúbulos; 
-utilizam energia derivada de ciclos repetidos de hidrólise de 
ATP para viajar continuamente ao longo dos filamentos de 
actina e dos microtúbulos em uma única direção. 
Simultaneamente, essas proteínas motoras também se ligam 
a outros componentes celulares e, dessa forma, transportam 
sua carga através dos filamentos; 
-podem ser 2 proteínas, ambas são dímeros com 2 cabeçasglobulares, que são enzimas que realizam a hidrólise do ATP 
que estão ligadas e uma cauda; essa hidrólise permitirá a 
locomoção das proteínas no microtúbulo; essas proteínas 
que determinam o posicionamento de cada organela na 
célula, de forma estratégica e premeditada; 
-DINEÍNA: se movem rumo a extremidade -, rumo ao 
centrossomo; 
-CINEINA: se movem rumo a extremidade + de um 
microtúbulo, rumo à periferia; 
-os cílios e flagelos contêm microtúbulos estáveis 
movimentados pela dineína; esses microtúbulos estáveis são 
usados pelas células como suportes rígidos para a 
construção de estruturas como os cílios e flagelos, que 
permitem o movimento de líquidos sobre a superfície; 
-os cílios são cobertos por membrana plasmática, são feitos 
de feixes que crescem a partir de um corpo basal que atua 
como centro nucleador; 
* nas células epiteliais que revestem o trato respiratório 
humano, uma grande quantidade de cílios (mais de um bilhão 
por centímetro quadrado) varre camadas de muco que 
contêm partículas de poeira e células mortas aprisionadas, 
em direção à garganta, para serem engolidas e 
consequentemente eliminadas do organismo. De forma 
semelhante, os cílios de células da parede do oviduto criam 
uma corrente que auxilia a movimentação dos óvulos ao 
longo dessa via. Cada cílio atua como um pequeno remo, 
movimentando-se através de um ciclo repetitivo que gera a 
corrente que flui sobre a superfície das células. 
-os flagelos são semelhantes aos cílios, porém mais longos 
pois seu objetivo é mover a célula como um todo, 
propagando ondas regulares de forma a impulsionar a célula 
através de um líquido; esse movimento é gerado pela flexão 
dos microtúbulos que deslizam um sobre os outros; 
*defeitos hereditários na dineína ciliar provocam a síndrome 
de Kartagener. Homens com essa doença não são férteis 
em virtude da ausência de motilidade dos espermatozoides, 
e todos os indivíduos afetados apresentam aumento na 
suscetibilidade a infecções brônquicas, pois os cílios que 
revestem seu trato respiratório se encontram inativos e, 
portanto, incapazes de eliminar bactérias ou outros resíduos 
dos pulmões. 
 
 
 
 
 
 
 
Nucleação 
Actinas se unindo e polimerizando, 
Facilita o crescimento do filamento. 
Filamento de Persistência e Nucleação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Se colocar mais actina do que retira, ele vai alongar. Caso 
contratio vai diminuir. 
Molécula globulae actin, associada a um atpmo, em 
decorrecnia da concentração que ela esta vai se unir a 
outras 
Concentração Crítica Cc 
 
 
Crescimento e Encurtamento da cadeia 
→ Quando a C (concentração de actina) for maior que Cc, 
haverá crescimento da cadeia em ambas as extremidades. 
→ Quando a C (concentração de actina) for menor que Cc, 
haverá encurtamento da cadeia em ambas as extremidades. 
C > Cc → alongamento (ΔG<0) 
C < Cc → encurtamento (ΔG<0) 
Filamentos“T” e “D” 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rolamento ou Movimento Estacionário 
 
Formação do Filamento Intermediário 
Cofilina estimula a despolarização 
MIOSINA 
Funções dos microtubulos 
Base para formação dos cílios e flagelos 
Movimento 
Heterodimer de tubilina, alfa e beta que formam essa 
proteína 
Cad canudo protofilamento que contem vários 
heterodimeros de tubulina 
Associação de outro nucleorideo, o GTP (guanina). Sofre 
hidrolise, as tubulinas associadas ao gtp fica mais fácil de 
fazer a polimerização, a extremidade + acontece mais rápido 
 
Microtubulos saem (originam) das regiões próximas ao 
núcleo ( exrtremidade -) em direção a periferia celular 
(extremidade +) 
Se mantem por mais tempo no estado organizado, fica 
estável por mais tempo CAP GTP. Devido a grande 
quantidade de tubilina associada ao GTP. A medida que vai 
crescendo o CAP vai se deslocando. GTP >> GDP 
Centrossomo = núcleo formador de microtubulos 
Na membrana nuclear é onde brota o reticulo 
endosplamatico, alicerce de sustentação para as oganelas 
 
 
Filamentos de actina. 
-permite o movimento da superfície celular, auxilia na 
fagocitose; dependendo ao que se ligam podem formar as 
microvilosidades 
- Assim como os microtúbulos, diversos filamentos de actina 
apresentam instabilidade, mas associando-se a outras 
proteínas, eles também podem formar estruturas estáveis 
nas células, como os complexos contráteis nos músculos; 
-os filamentos de actina são finos e flexíveis, cada filamento 
é composto por uma cadeia espiralada de moléculas 
idênticas de actina globular, todas “apontando” para a mesma 
direção em relação ao eixo da cadeia; 
1. Proteína globular associada à nucleotídeo (ATP) 
→ actina G 
2. Formação de actina F → filamentos de actina 
3. Interações de hidrogênio → fracas mas 
numerosas 
Regiao cortical da célula, mais próxima da memb plasmática. 
Resistência celular. 
Esta ligada ao GTP 
FORMAÇÃO DO FILAMENTO DE ACTINA 
 
-a actina polimeriza por mecanismos semelhantes aos da 
tubulina; ao invés de ser o GTP, a actina usa do ATP como 
propulsor de seus movimentos e crescimento; 
 -os filamentos de actina individualmente são bastante 
flexíveis; os filamentos de actina são polímeros helicoidais de 
moléculas de actina, e frequentemente são encontrados em 
feixes ou redes; os filamentos de actina são estruturas 
polarizadas com uma extremidade de rápido crescimento e 
outra que apresenta crescimento lento; 
-a concentração de actina em forma de monômero é alta, 
muito maior que a necessária para formar o filamento por 
meio da polimerização; essas células possuem pequenas 
proteínas como a timosina e a profilina, que se ligam aos 
monômeros de actina do citosol, impedindo que sejam 
ligados ao filamento de actina; essas proteínas são essenciais 
na regulação da polimerização da actina, esses monômeros 
são deixados como reserva e quando necessário, esses 
monômeros se ligam formando um filamento; 
-a actina, na maioria das células, se encontra numa camada 
exatamente abaixo da M.P denominada córtex cerebral. 
Nessa região se forma uma trama que sustenta a superfície 
externa da célula, conferindo resistência mecânica; 
-essa trama de actina cortical controla a morfologia e as 
propriedades mecânicas da membrana plasmática e da 
superfície celular 
-os filamentos de actina permitem que uma célula animal 
migre 
1. a célula emite protrusões em sua região “frontal”, 
ou borda anterior; 
2. essas protrusões aderem à superfície sobre a qual 
a célula se locomove; 
3. -a porção restante da célula é impulsionada para a 
frente pelo tracionamento nesses pontos de ancoramento 
Microtubulos. 
Ligados ao ATP 
Diferença importante , para formar precisa de um centro 
organizador, o centrossomo. Esta próximo ao núcleo da 
célula. 
Instabilidade dinâmica, catástrofe e resgate. 
Fibra do fuso mitótico. 
Proteínas auxiliadoras 
Extremidade mais faclida inclusão de heterodimeros 
Para manter microtubulos organizados 
Gamaturque, proteína que se liga a extremidade menos, 
estabilizando para se associar ao centrossomo e possa emitir 
as extremidades + para periferia da célula. Como uma 
vedação. 
Na extremidade menos vai ter polimerização, pois esta 
associado a proteína gamaturque. 
Catanina, dinâmica do microtubulo. Quebram os 
microtubulos em vários seguimentos, que podem sofre 
polimerização e reaproveitamento das tubulilas. 
Maps, se ligam ao microtubulo impedindo a ligação das 
cataninas cilco .celular, fosforilação de maps para ter a 
reorganização do citoesquelo 
Proteínas motoas 
Tem atividade catalítica, ou seja, quebram atp ou gtp e usam 
a energia para movimentação que pode está envolcida no 
deslizamentos dos filamentos 
Cinesinas e dineinas 
Cinesina: movimento + a cinesicas levam as vesículas da – 
para +. Movimento da região mais central para a região mais 
cortical 
Dineinas: associadas ao mov do + para o -, periferia para o 
centro 
Concetração critica quantidade de actina necessária para que 
tenha o fenômenoda enucleação, polimerizando. A 
nucleação facilita a polimerização 
Cílios e flagelos 
Assoc8ada a dieiaa e necina