Citoesqueleto e componentes

1. Relatório Teórico
Biologia Molecular e Celular
Aula 5
Química Industrial 1º Ano
2017/2018

2. GUSTAVO PINHO MAIA 2
Índice
Citoesqueleto................................................................................................................................................. 3
Filamentos Intermédios........................................................................................................................... 3
Filamentos de Actina ............................................................................................................................... 4
Microtúbulos............................................................................................................................................... 4
MAPs ........................................................................................................................................................ 7
Drogas Que Interferem Com A Estrutura Dos Microtúbulos................................................ 7
O Papel Da Cinesina E Das Dineinas Na Mobilidade Celular................................................. 8
Modelo Para O Transporte Através Da Cinesina....................................................................... 9
Estrutura Da Dineina Citosólica....................................................................................................10
Filamentos Intermédios..................................................................................................................11
Microfilamentos.................................................................................................................................13
Funções Dos Componentes Do Citoesqueleto ........................................................................15
Diferentes Toxinas Que Perturbam A Estrutura Da F-Actina ............................................16
Miosina – Proteína Motora..............................................................................................................16
Movimentação Da Miosina II Ao Longo Do Filamento De Actina .......................................17

3. GUSTAVO PINHO MAIA 3
Citoesqueleto
O Citoesqueleto é responsável por manter a forma da célula e as junções celulares,
auxiliando nos movimentos celulares. É constituído por proteínas bastante estáveis
filamentosas ou tubulares que são os filamentos intermediários (10 nm de diâmetro),
filamentos de actina (8-9 nm de diâmetro), e os microtúbulos (24 nm de diâmetro) e pelas
proteínas motoras: dineína, miosina e cinesina.
Nota:
Todas estas fibras são polímeros de pequenas proteínas, que se mantêm unidas por
ligações não covalentes.
Filamentos Intermédios
Os filamentos intermédios compõem um sistema de estruturas filamentosas, no citoplasma
e núcleo de células eucarióticas, diferente dos microtúbulos e dos microfilamentos de
actina, que são constituintes do citoesqueleto das células de quase todos os vertebrados.
São extremamente insolúveis, de composição protéica completamente diferente da
encontrada nos microfilamentos e nos microtúbulos, e formam uma rede estrutural que
conecta as hjn celulares, organelas citoplasmáticas e o núcleo.

4. GUSTAVO PINHO MAIA 4
Filamentos de Actina
A actina é uma proteína, faz parte da família das proteínas globulares que formam
microfilamentos. É um dos três elementos fundamentais do esqueleto celular
(citoesqueleto) dos organismos eucariontes. Em conjunto com a miosina e moléculas de
ATP gera movimentos celulares e musculares.
Filamentos de actina são constituídos pela polimerização da proteína globular actina G,
originando os filamentos de actina F. A actina é o maior componente dos filamentos finos
das células musculares e do sistema citoesquelético de células não musculares, e está
presente em todos os eucariontes.
Os microfilamentos podem interagir com um grande número de outras estruturas e adquirir
propriedades através de várias moléculas (actin binding proteins). Este grupo de proteínas
pode ainda mediar a interação dos microfilamentos com outras estruturas celulares,
nomeadamente membranas, ou funcionar como motores, agrupadas na família das
miosinas.
Microtúbulos
Microtúbulos são estruturas proteicas que fazem parte do citoesqueleto nas células. São
filamentos com diâmetro de, aproximadamente, 24 nm e comprimentos variados, de vários
micrómetros até alguns milímetros nos axônios das células nervosas. Microtúbulos são
formados pela polimerização das proteínas tubulina e almetralopina.

5. GUSTAVO PINHO MAIA 5
Os microtúbulos são formados por heterodímeros de α e β tubulina. Estas duas proteínas
são codificadas por genes diferentes que possuem 40% de similaridade. Logo após a
tradução elas se associam e formam heterodímeros estáveis no citosol, que dificilmente se
dissociam. Estes dímeros são as subunidades dos microtúbulos. Tanto a α quanto a β
tubulina possuem um sítio de ligação a GTP, porém o GTP presente na α tubulina está
imerso na estrutura da proteína e nunca é hidrolisado a GDP. Já a molécula de GTP ligado
a β tubulina pode ser hidrolisada em GDP, e possui papel importante no processo de
polimerização e despolimerização dos microtúbulos.
As células contêm duas populações de microtúbulos:
• Estáveis - com um tempo de vida longo. Células diferenciadas.
• Instáveis – com um tempo de vida curto
Em cima é possível visualizar a estrutura das tubulinas αβe a sua organização nos
microtúbulos
A β tubulina tem atividade de GTPase. As bactérias possuem Ftsz similar á tubulina. A
tubulina γintervém na polimerização das outras duas tubulinas. Os dois terminais são
designados por + e -. Diferem na velocidade de polimerização e têm diferentes
concentrações críticas.

6. GUSTAVO PINHO MAIA 6
• A polimerização dos microtúbulos é realizada
em 3 fases. Cada microtúbulo é formado por 13
protofilamentos.
• A formação dos microtúbulos ocorre
preferencialmente ao terminal (+). Existem
concentrações críticas diferentes para os dois
terminais. A formação e a estabilidade dos
microtúbulos dependem da temperatura.
Como dito anteriormente, os microtúbulos intervêm em determinados movimentos
celulares, incluindo o movimento de cílios, flagelos e o transporte de vesículas no
citoplasma. Os microtúbulos intervêm na organização da célula através do microtubule-
organizing center (MTOC).
O MTOC intervém na formação e orientação dos microtúbulos na direção de movimentação
das vesículas e na orientação dos organelos. Estabelece a polaridade da célula e a direção
dos processos citoplasmáticos tanto na interfase como na fase M do ciclo celular.

7. GUSTAVO PINHO MAIA 7
MAPs
Protein associada ao microtúbulo (MAPS) são proteínas que interagem com microtúbulos
no citoesqueleto da célula. Ligam-se ás subunidades da tubulina para regularem a
estabilidade dos microtúbulos. Diversos MAPs têm diversas funções como estabilizar e
destabilizar microtúbulos, guiar microtúbulos para diferentes locais da célula e são
mediadores de interações de microtúbulos com outras células.
Existe, dois grupos de MAPs:
• As que estabilizam microtúbulos:
o A MAP4 na mitose regula a estabilidade dos microtúbulos
o Uma mutação no gene de Tau está ligada á doença de Alzheimer
• As que destabilizam microtúbulos:
o A Katanin promove a quebra de ligações entre as diferentes tubulinas
o OP18 promove a despolimerização e liga-se aos dímeros de tubulina,
impedindo a sua polimerização
Drogas Que Interferem Com A Estrutura Dos Microtúbulos
A colchicine e o “taxol”, isoladas de plantas,
interferem com a função dos microtúbulos.
Ligam-se especificamente aos dímeros de
tubulina α, β ou microtúbulos. A interface
entre as tubulinas α e β contém um biding
site especifico para a “cochine”. A presença
desta droga na extremidade do microtúbulo

8. GUSTAVO PINHO MAIA 8
previne a adição de mais subunidades de tubulina. O taxol lia-se á tubulina β e estabiliza
os microtúbulos, evitando a sua despolimerização. Utilizado no tratamento do cancro dos
ovários. A colchicine e a colcemida atuam como inibidores da mitose.
Em células expostas a uma elevada concentração de “colcemid” os microtúbulos
despolimerizam. Para baixas concentrações de “colcemid” os microtúbulos mantêm-se, no
entanto, as células ficam bloqueadas na metáfase. Se posteriormente se fizer uma lavagem
das células, a mitose continua normalmente.
O Papel Da Cinesina E Das Dineinas Na Mobilidade Celular
No interior das células, as proteínas, organelos e outras vesículas são transportadas ao
longo de percursos bem definidos e entregues em locais específicos. Os microtúbulos
atuam como caminhos nos processos de transporte. Existem duas proteínas motoras
cinesinas e dineinas, que são responsáveis pelo transporte ao longo dos microtúbulos.
Os batimentos dos cílios e dos flagelos dependem das proteínas motoras associadas aos
microtúbulos.
Cílios – cobrem a superfície das vias respiratórias de
mamíferos, são responsáveis pela secreção de
partículas proveniente do muco.
Os flagelos são responsáveis pela deslocação do
esperma e de organismo unicelulares.

9. GUSTAVO PINHO MAIA 9
Modelo Para O Transporte Através Da Cinesina
Até ao momento foram identificadas 10 subfamílias diferentes de cinesinas.
Cinesina - Domínio contendo cabeça globular, envolvida na deslocação. Outro domínio
contém a cauda. A Cinesina dá um passo de 8nm que corresponde á distância entre a αe
β tubulina no protofilamento. A cinesina move-se ao longo do microtúbulo mantendo
sempre uma das cabeças ligadas (processivity). O “neck” determina a direção do
movimento e a cauda determina a molécula a transportar.
As partículas ligadas á cinesina movimentam-se sempre no sentido do terminal (-) para o
(+) do microtúbulo.

10. GUSTAVO PINHO MAIA 10
Estrutura Da Dineina Citosólica
A Dineina é responsável pelo transporte retogrado nos axónios, transporte de vesículas do
aparelho de Golgi para o centrossoma e de outros movimentos em direção ao terminal (-).
As dineinas são divididas em:
• Citosólicas – movimento de vesiculas e cromossomas
• Axonemais – batimento de cílios e flagelos
As dineinas são proteínas multiméricas constituídas pelo menos por 8 subunidades, com
pesos moleculares 1 ∗ 106
𝐷𝑎. São construídas por 2 cadeias pesadas quase iguais que
formam as duas cabeças e um número indeterminado de cadeias intermédias e leves. A
dineína requer a presença do complexo de “dynamtin” para efetuar o transporte. As
subunidades “Glued” ligam-se a microtúbulos e vesículas.

11. GUSTAVO PINHO MAIA 11
Filamentos Intermédios
Os filamentos intermédios são encontrados em quase todos os animais, mas não em fungos
e plantas. A associação dos filamentos intermédios com as membranas nucleares e
citoplasmática sugere que a sua principal função é estrutural. Distribuem as forças de
tensão pelas diferentes células de um tecido. Têm uma organização celular semelhante á
dos microfilamentos de actina. Ambos os filamentos estão associados á membrana.
Os filamentos intermédios não contribuem para a mobilidade celular. Não se conhecem
exemplos de movimentos celulares dependentes dos filamentos intermédios, nem proteínas
motoras que se desloquem ao longo destes filamentos.
Os filamentos intermédios são extramente estáveis. Mesmo após a extração com soluções
contendo detergentes e altas concentrações salinas, a maior parte destes filamentos
mantém-se intacto. Enquanto os microfilamentos e os microtúbulos despolimerizam. Os
filamentos intermédios são formados por hélices α e flanqueados por domínios C e N
terminais globulares. A sua formação não envolve a hidrólise de ATP ou GTP, ao contrário
do que acontece com a polimerização de actina e tubulina.
Os filamentos intermédios são agrupados em quatro grupos de acordo com as homologias
das sequências e com o padrão de expressão nas células. AS várias classes de filamentos
intermédios são divergentes na sequência e variam no peso molecular.
O grupo mais ubíquo de filamentos intermédios são as lâminas, que se encontram
exclusivamente no núcleo. No citoplasma encontram-se as outras classes de filamentos:
• Queratina – Classe mais diversa dos filamentos intermédios, constituem as unhas,
cabelo, lã.

12. GUSTAVO PINHO MAIA 12
• Vimentina – Leucócitos, fibroblastos e em algumas células o epitélio.
• Desmina – São responsáveis pela estabilização dos sarcómeros no músculo
contrátil.
• Proteína Ácida Fibrilar Glial – Células gliais que cercam os neurónios
• Periferina – Neurónios e sistema nervoso periférico
• Neurofilamentos – Intervêm na formação dos axónios dos neurónios

13. GUSTAVO PINHO MAIA 13
Ligação dos Filamentos Intermédios A Outras Estruturas Celulares
Plectin – “Intermediate Filament Associated Proteins” – liga os filamentos intermédios a
outras estruturas celulares.
• Microtúbulos – Vermelho
• Filamentos Intermédios – Azul
• Fibras de Conecção – Verde
• Anticorpos para a Plectin – Amarelo
A maior parte das doenças degenerativas da pele, músculos e neurónios são causadas pela
disrupção dos filamentos intermédios do citoesqueleto ou das suas ligações a outras
estruturas celulares.
Microfilamentos
A actina surgiu em bactérias e depois evoluiu á medida que as células eucarióticas se
especializaram. Enquanto as leveduras possuem apenas dois genes que codificam esta
proteína, em organismos multicelulares existem vários genes que codificam esta proteína.
Em humanos existem 6 genes que codificam isoformas da proteína (α,βeγ). As plantas
possuem cerca de 60 genes que codificam esta proteína. A actina é a proteína mais
abundante na maior parte das células eucarióticas. Nas células do músculo estas proteínas
constituem 10% do peso total de proteínas na célula. EM células que não fazem parte de
músculos a percentagem de actina varia entre 1- 5% da quantidade total de proteínas.

14. GUSTAVO PINHO MAIA 14
G-actina (globular):
• Contém 𝑀𝑔2+
• A ligação do ATP ou ADP á G-actina altera a sua conformação
• A Adição de 𝑀𝑔2+
, 𝐾+
, 𝑁𝑎+
á G-actina provocam a sua polimerização
Polímero de F-actina (hélice filamentosa)
• A formação de F-actina é acompanhada da degradação de ATP
• A F-actina despolimeriza quando se aumenta a força iónica
Polimerização da G-actina
Na polimerização da actina a
extremidade (+) cresce 5-10
vezes mais rapidamente que a (-
). A cc é 6 vezes mais baixa no
terminal (+) do que no (-).

15. GUSTAVO PINHO MAIA 15
Funções Dos Componentes Do Citoesqueleto
A actina é responsável por manter a
forma celular e gerar a força para os
movimentos. Os movimentos no
interior da célula e as contrações da
membrana são produzidos pela
miosina (proteína motora).
A actina (vermelho) e os filamentos
intermédios (roxo) promovem a
adesão celular, o que leva á formação
de tecidos. As laminas nucleares (IF), são responsáveis pela manutenção da estrutura do
núcleo.
Moléculas Que Controlam A Polimerização Da Actina
O turnover dos filamentos de actina é necessário não só para a locomoção celular, mas
também para a citocinese. A disrupção dos filamentos de actina e das redes de filamentos
requerem a assistência de várias proteínas, como a gelsolina e a “cofilin”
A capZ liga-se ao terminal (+) da actina e previne a perda ou adição de actina a este
terminal. A “tropomodulin” liga-se ao terminal (-) dos filamentos de actina. Arp2/3 (actin-
related proteins) está envolvida na formação de redes de filamentos.

16. GUSTAVO PINHO MAIA 16
Diferentes Toxinas Que Perturbam A Estrutura Da F-Actina
• “Cytochalasin D “– Produzida por fungos e despolimeriza a actina por ligação á
extremidade (+) da F-actina, evitando a adição de mais monómeros. Quando
adicionada a células vivas, impede a locomoção e a citocinese.
• “Latrunculin” – Produzida por esponjas e liga-se á G-actinas no qual impede a
polimerização.
• “Jasplakolinode” – Produzida por esponjas tal como a “phalloidin” que é produzida
por cogumelos, ambas impedindo a despolimerização da F-actina.
Miosina – Proteína Motora
A análise genética revelou que as
miosinas VI, VII e XV estão envolvidas
na audição. As plantas não possuem
as mesmas miosinas. Todas as
miosinas têm atividade ATPase.
A interação entre a miosina II e os
filamentos de actina são
responsáveis pela contração
muscular. A miosina II está também
envolvida na citocinese.
Outros tipos de movimentos
celulares, incluindo o transporte de

17. GUSTAVO PINHO MAIA 17
vesiculas, extensão da membrana, movimentação de cromossomas, requerem isoformas
da miosina ou outras proteínas motoras, como acontece com a cinesina ou a dineína ao
longo dos microtúbulos.
Movimentação Da Miosina II Ao Longo Do Filamento De Actina
1. A ligação do ATP abre uma cavidade na
cabeça da miosina, o que leva á
dissociação da miosina da actina.
2. Degradação de ATP, alteração
conformacional da cabeça que se move
para a nova posição mais próxima do
terminal (+) do filamento de actina.
3. O fosfato dissocia-se da cabeça da
miosina e esta sofre uma nova alteração
conformacional que restabelece a
conformação original.
4. Libertação de ADP