Teliga.net: O citoesqueleto

O Citoesqueleto das células eucariontes é composto de complexos proteicos fibrilares, formados pela polimerização de proteínas globulares. Sua principal função é coordenar a distribuição de organelas na célula e orientar sua forma geral.

Ele é responsável pelas alterações de forma e da distribuição de organelas desencadeadas por interações entre a célula e seu meio e entre células diferentes. É também responsável pela sustentação e resistência da célula.

O Citoesqueleto é composto por Microfilamentos, Filamentos Espessos, Filamentos Intermediários e Microtúbulos. Esses componentes se associam entre si, formando uma complexa rede citoplasmática.

Através de proteínas associadas, eles se ligam à membrana plasmática e às membranas de outras organelas.

É uma estrutura dinâmica, que se altera através de variações entre taxas de polimerização e despolimerização.

Filamentos que compõem o Citoesqueleto

1- Microfilamentos: com 7 a 9 nm de diâmetro; é uma dupla fita helicoidal da proteína actina (actina G), que se polimerizam para formar filamentos (actina F) na forma de feixes lineares.

microfilamentos

Os filamentos de actina são os mais finos porque possuem apenas dois profilamentos de proteína actina, que se entrelaçam, formando um filamento.

Funções: Sustentam a membrana plasmática e, conjuntamente com proteínas motoras, fazem a locomoção celular. Além da locomoção celular, eles estruturam as microvilosidades, os estereocilios e fazem parte da maquinaria de contração celular das miofibrilas.

Muitos movimentos executados por células animais e vegetais somente são possíveis graças aos microfilamentos de actina.

Ocorrência: Os microfilamentos são os mais abundantes, pois são encontrados em todos os tipos de células eucarióticas. São extremamente finos e flexíveis, cruzando a célula em diferentes direções, embora se concentrem em maior número no córtex celular, logo abaixo da membrana plasmática.

Curiosidades: Produtos de fungos como as citocalasinas e as faloidinas interferem com a dinâmica de polimerização e despolimerização da actina, interferindo com o movimento celular. As citocalasinas se ligam à actina impedindo a polimerização, enquanto as faloidinas se ligam lateralmente aos microfilamentos estabilizando-os.

2- Filamentos intermediários: Com 10 nm de diâmetro; compostos por diferentes proteínas; formam uma rede que dá resistência mecânica e estrutural às células.

Os filamentos intermediários recebem esse nome porque seu diâmetro está entre o dos filamentos finos de actina e o dos filamentos grossos de miosina das células musculares lisas, onde foram identificados pela primeira vez.

Fotomicrografia de filamentos intermediários associados ao desmossomo

Eles não podem aumentar ou diminuir de tamanho, quando se formam adquirem um tamanho e assim permanecerão, ao contrario do microtúbulos e dos filamentos de actina que, constantemente, aumentam ou diminuem de tamanho.

O filamento intermediário possui uma estrutura em alfa-hélice central e domínios globulares em cada extremidade. Tanto a organização desses filamentos, quanto as ligações com outros filamentos, bem como sua função de sustentação dependem de proteínas associadas aos filamentos intermediários (IFAP).

Funções: Ancoram as estruturas celulares, formando os desmossomos e hemidesmossomos (junções intercelulares) e absorvem impactos, impedindo que as células se rompam, quando submetidas a pressões externas.

Ocorrência: As redes de filamentos intermediários formam a lâmina nuclear, ao longo da superfície interna da membrana nuclear, e estão firmemente ligados às junções celulares, formando os desmossomos e hemidesmossomos.

3- Microtúbulos: Com 24 nm de diâmetro; são longos cilindros ocos formados pela proteína tubulina e estão ligados ao centrossomo. Os microtúbulos são os constituintes mais espessos do citoesqueleto.

As tubulinas são dímeros constituídos por duas subunidades globulares α (alfa-tubulina) e β (beta-tubulina). Quando várias tubulinas se ligam, a parte alfa de uma se associa com a parte beta da outra, formando protofilamentos. Treze protofilamentos unidos formam um microtúbulo.

Esta disposição dá ao microtúbulo uma característica estrutural distinta onde, a proteína a-tubulina está exposta em uma extremidade, e a proteína b-tubulina, na outra extremidade.

Como nos filamentos de actina, os microtúbulos possuem uma extremidade (+), onde o filamento cresce mais rapidamente, e uma extremidade (-).

Os microtúbulos nascem a partir dos centrossoma, próximo ao núcleo e se estende por todo o citoplasma até chegar a Membrana Plasmática.

Dessa forma, a extremidade que fica junto ao centrossomo é denominada “menos” enquanto a extremidade mais afastada é denominada “mais”.

Os microtúbulos podem alternar períodos de lento crescimento e rápida dissociação, num processo chamado de instabilidade dinâmica. Os microtúbulos estão em constante reorganização crescendo em uma extremidade graças à polimerização local dos dímeros de tubulina, e diminuindo na outra extremidade graças à despolimerização local. Os processos de encurtamento e alongamento dos microtúbulos são devidos a um desequilíbrio entre polimerização e despolimerização.

A animação abaixo descreve a polimerização e despolimerização dos microtúbulos.

Além dos tipos alfa e beta, existe uma proteína g-tubulina (gama), em menor quantidade que as outras. A gama-tubulina está envolvida na nucleação dos microtúbulos, que ocorre em regiões específicas chamadas de centros organizadores de microtúbulos (MTOC). Nas células animais o MTCO é denominado “centrossoma”.

A estabilidade dos microtúbulos depende de proteínas que se ligam lateralmente a ele, chamadas de MAPs (proteínas de associação a microtúbulos).

A MAP de montagem é responsável pela interligação de microtúbulos.

A MAP2 é encontrada em dendritos onde forma pontes transversais entre microtúbulos e também os liga a filamentos intermediários.

A MAP4 regula a estabilidade dos microtúbulos durante a mitose.

Ocorrência: Os microtúbulos são encontrados com frequência no citoplasma de todas as células.

Funções: os microtúbulos são responsáveis pelo movimento celular, movimento de partículas na superfície da célula, pois formam a base de cílios e flagelos.

São responsáveis também pelo movimento dos cromossomos na divisão celular , pois formam o fuso mitótico ou meiótico.

São fundamentais ao movimento intracelular, orientando a migração de vesículas no citoplasma, através da associação com proteínas motoras, tais como dineínas e quinesinas.

Outra função essencial é atuar como uma espécie de um "andaime" celular, mantendo a forma de várias organelas da célula e delimitando os espaços intracelulares.

Aplicação médica:

a) A Colchicina é um alcaloide que se liga aos dímeros da tubulina e impede a polimerização dos microtúbulos mais sensíveis como os do fuso mitótico. Ela é utilizada para se estudar células em mitose e organização de cariótipos para identificar alterações numéricas ou estruturais dos cromossomos.

Metáfase com os cromossomos em azul e o fuso mitótico em vermelho.

b) O Taxol é um alcaloide utilizado no tratamento de tumores, pois também impede a mitose. Ele acelera a polimerização e estabiliza os microtúbulos, impedindo a despolimerização.

c) Outras drogas utilizadas no tratamento de tumores também interferem com a dinâmica de microtúbulos, exemplos são a Vincristina e a vimblastina.

As proteínas motoras e os movimentos intracelulares

As proteínas motoras se dividem em três grupos: as quinesinas, dineínas e miosinas.
As quinesinas e dineínas têm forma e função semelhantes, que é transportar estruturas de um lugar da célula para outro dentro da célula. Porém, elas diferem em um ponto: a direção em que se locomovem (quinesinas movem-se da extremidade “menos” para a extremidade “mais”, enquanto as dineínas vão de “mais” para “menos”).

As quinesinas e dineínas não formam filamentos, ou seja, trabalham sempre sozinhas, usando microtúbulos como trilhos e gastando ATP para se locomoverem.

As quinesinas foram identificadas pela primeira vez nos axônios gigantes de lulas, transportando organelas membranosas. As diversas proteínas dessa superfamília têm como único elemento unificador o domínio motor, que tem a capacidade de atrelar a hidrólise de ATP a modificações espaciais em sua estrutura.

As dineínas, que se movem no sentido retrógrado de um microtúbulo, podem ser de dois tipos: citoplasmático e axonemal. No citoplasma eles atuam na movimentação e organização de vesículas, cromossomos e estruturas como o aparelho de Golgi. Já no axônio, elas transportam restos de vesículas sinápticas dos terminais até o corpo celular, para que sejam “recicladas”.

Já as miosinas formam pequenos filamentos que dependem dos filamentos de actina para trabalhar. Desse modo, a miosina interage com a actina, fazendo com que seus filamentos deslizem entre si (veja gif abaixo).

As miosinas em associação com a actina formam os sarcômeros, que são estruturas estáveis. Ou seja, cada sarcômero é constituído por um complexo de proteínas, entre as quais actina e miosina, alinhados em série para formar uma estrutura cilíndrica designada miofibrila, no interior das células musculares.

A animação abaixo resume as funções do citoesqueleto de actina e microtúbulos. Tudo começa na corrente sanguínea, após se submerge numa célula de defesa, atravessando o córtex de microfilamentos, onde se vê a polimerização e despolimerização da actina.

A animação segue pela formação dos microtúbulos e transporte de vesículas, mostrando também a síntese de proteínas que inicia no citoplasma, mas termina no retículo rugoso (RER). As vesículas brotam do RER e são levadas ao Golgi que vai compactar as proteínas e transportá-las até a membrana do glóbulo branco. Ao final, com as proteínas expostas na membrana, o glóbulo branco consegue se ligar aos complementos das células epiteliais e atravessar as paredes do capilar sanguíneo.