Citoesqueleto - Laboratório de Biologia - IFSC

Citoesqueleto
Biologia Molecular e Celular II
2012

Citoesqueleto
• Organização dos componentes celulares
• Interação mecânica com o ambiente
• Movimentos coordenados
• Direcionamento do trânsito intracelular
• Separação cromossômica na mitose
Ações dependentes do citoesqueleto
“ossos e músculos” celulares

Micrografia de fluorescência de uma célula de fibroblasto
corada para evidenciar filamentos intermediários de
queratina

Componentes do citoesqueleto:
filamentos protéicos
MT = microtúbulos
IF = filamentos intermediários
AF = filamentos de actina

Distribuição dos filamentos do citoesqueleto em
células eucarióticas epiteliais do intestino

Filamentos do Citoesqueleto
• Formados por subunidades pequenas
– associação e distribuição rápidas
• Mantidos por interações fracas;
• Associam-se com proteínas acessórias
– estas regulam sua distribuição espacial e
comportamento dinâmico.

Estabilidade térmica de filamentos do citoesqueleto com extremidades dinâmicas.
(Fonte: Alberts et al.)

Filamentos intermediários
• Não são polarizados e“intermediários” em referência ao diâmetro;
• Encontrados no citoplasma em céls. de alguns metazoários
(vertebrados, moluscos e nematódeos) e lamina nuclear em
eucariotos em geral
• No citoplasma: dão resistência mecânica à tensão;
Estendem-se à periferia da célula, ancorando junções célula-célula;
• Formam uma rede citoplasmática que envolve o núcleo
lâmina nuclear: ancorando cromossomos e poros nucleares.

Coloração com anticorpos marcados com fluorocromos mostrando
distribuição celular dos filamentos intermediários de queratina e lamina

Filamentos de queratina em células epiteliais
Micrografia de
imunofluorescência de uma rede
de filamentos de queratina
(verde) em células epiteliais em
cultura.
Os filamentos em cada célula
estão indiretamente conectados
as células vizinhas pelos
desmossomos.
Alberts B. et al. Molecular
Biology of the Cell.

Propriedades mecânicas da actina, tubulina e
filamentos intermediários

Estrutura das proteínas que formam os filamentos
intermediários
cabeça bastão cauda
N-terminal C-terminal
Dímero de filamento intermediário com caudas
globulares e domínio central α-helicoidal conservado.

Filamentos intermediários

Filamentos intermediários
Particularmente presentes no citosol de células que
sofrem estresse mecânico
As células permanecem
intactas e unidas
Ruptura das células
Camada de células epiteliais sendo distendida

• Interligam os feixes de
filamentos intermediários (FI)
formando arranjos fortes e
estáveis.
Proteínas acessórias
Ex. plectina
mantém os feixes de FI unidos
e os conecta a microtúbulos,
filamentos de actina e
desmossomos Micrografia eletrônica de um fibroblasto. Em
vermelho, os microtúbulos; em azul, os
filamentos intermediários; e em verde, fibras
de conexão de plectina e, em amarelo
partículas de ouro ligadas a anticorpos que
reconhecem a plectina

Microtúbulos
• Papel essencial na organização das
céls. eucarióticas
• Tubos protéicos longos e ocos
• Sofrem dissociação e reassociação
• Criam vias de transporte para
vesículas e organelas
• Ancoram organelas e membrana
plasmática
• Formam o fuso mitótico, cílio e flagelo
Microtúbulos geralmente se estendem para
fora da estrutura organizadora

heterodímero
Estrutura das subunidades de tubulina e sua organização
nos microtúbulos

Arranjo dos protofilamentos em microtúbulos
simples, duplos e triplos

Estágios na montagem dos microtúbulos
Tubulina α
Tubulina β
Montagem do
protofilamento
Montagem da
folha
Extremidade (+)
Extremidade (-)
Elongação do
microtúbulo
Há polaridade...

Centros organizadores de microtúbulos
• Número, posicionamento e orientação no citoplasma
são controlados
• Em células animais = o centrossomo é o principal centro
organizador de microtúbulos (MTOC)
γ-tubulina é o sítio de nucleação
O crescimento
do microtúbulo
é orientado.

Micrografia eletrônica do centrossomo (centro organizador de
microtúbulos) em uma célula animal.

Instabilidade dinâmica
dos microtúbulos
• Crescimento e
encurtamento do
microtúbulo de forma
dinâmica.
• Deve-se a capacidade da
tubulina de hidrolisar GTP

Observação direta da instabilidade dinâmica de
microtúbulos numa célula viva
Microtúbulos em uma célula epitelial do pulmão de salamandra observados após a
cél. ter sido injetada com uma pequena quantidade de tubulina marcada com
rodamina. Quatro microtúbulos estão destacados para facilitar a observação.

Microscopia
crioeletrônica permite a
observação de
microtúbulos
Montagem (alongamento)
Desmontagem (encurtamento)
Extremidades desalinhadas

Balanço entre montagem e dissociação
• Há uma remodelação rápida e contínua dos
microtúbulos no citosol.
• Colchicina X Taxol no fuso mitótico
Drogas antimitóticas
A tubulina pode ser estabilizada, evitando a despolimerazação
atendendo às necessidades da célula.

Efeito do taxol a organização de microtúbulos
Microscopia de imunofluorescência mostrando a organização dos
microtúbulos numa célula epitelial do fígado antes da adição do taxol
(B) e depois (C). (D) Taxus, a fonte natural de taxol.

Dinâmica dos microtúbulos
Fonte: Lodish et al.

Os microtúbulos organizam a célula
• Contribuem para a polarização das células animais;
• Auxiliam no posicionamento das organelas e “guiam” o trânsito
entre os diversos compartimentos celulares.

Proteínas motoras direcionam o transporte
• Proteínas motoras usam a energia da hidrólise de ATP para o
transporte de organelas, vesículas e outros;
• As vias citoplasmáticas são providas de microtúbulos (MT) e
filamentos de actina;
• O movimento é saltatório
• As proteínas motoras:
– Ligam-se aos MT (ou aos filamentos de actina)
– Diferem quanto ao tipo de filamento ao qual se ligam e direção
– Para os MT, pertencem à 2 famílias: cinesinas (+) e dineínas (-)
– Possuem cabeças globulares de ligação à ATP e uma cauda
(liga o cargo)

Estrutura da cinesina
cabeça
pescoço
haste
Cadeia
leve
cauda
cabeça
pescoço
Sítios de
ligação
ao MT
A maioria das cinesinas é orientada para as extremidades mais.

Modelo de transporte no microtúbulo
catalisado pela cinesina

As cabeças globulares têm atividade ATPase

Cílios e flagelos
• Microtúbulos estáveis sustentam cílio e flagelo
• O padrão desses microtúbulos é peculiar (9+2) em
eucariotos;

Deslizamento controlado
dos microtúbulos duplos
externos levam aos
batimentos ciliares e
flagelares.

O movimento da dineína levando à
curvatura do flagelo

Filamentos de actina
• Encontrados em todas as células eucarióticas
• Essenciais para seu movimento:
– Migração, fagocitose, divisão celular
• Assim como os microtúbulos, podem formar estruturas estáveis nas
células;
• Diferentes proteínas de ligação à actina conferem diferentes
funções

Os filamentos de actina são finos e flexíveis
Há polaridade estrutural no filamento;
Associação e dissociação ocorrem
(7nm de diâmetro)

Polimerização da actina in vitro

As subunidades de actina podem
“viajar”pelo filamento

• Cerca de 5% da proteína total de
uma célula animal à actina.
½ associada a filamentos e ½
monomérica no citosol
Filamentos de actina
[alta], por que não se associam todas?
Monômeros estão ligados a outras
proteínas
no citosol (timosina e profilina)
Ou há proteínas de ligação ao
filamento...
Profilina
timosina

Fonte: Lodish et al.

Actina concentra-se no córtex celular
• Os filamentos de actina são frequentemente nucleados
na membrana citoplasmática, regulados por sinais ext.
• proteínas de ligação à actina conectam os
microfilamentos, formando uma trama de sustentação;
• Essa trama coordena morfologia e propriedades
mecânicas da membrana plasmática e superfície da
célula
• A migração celular depende da actina

Rede de microfilamentos na base de um queratinócito: filamentos de
actina ramificados com complexo Arp 2/3 nos pontos de ramificação
(Arp= proteína relacionada à actina, catalisa a nucleação de actina)

Uma microvilosidase. (A) um feixe de filamentos de actina paralelos
ligados pelas proteínas vilina e fimbrina. As extremidades + dos
filamentos estão na ponta do microvilus (B) Micrografia eletrônica de
crio-fratura da superfície apical de uma célula do epitélio intestinal (C)
Micrografia eletrônica de uma fina secção de uma microvilosidase.

Alteração do formato das plaquetas durante a coagulação:
resultado de rearranjo de actina interligada à membrana plasmática.
em repouso exposta a agentes expandida
coagulantes

Adesão
• Quando lamelipódios e filopódios fazem contato com
uma superfície favorável, eles ADEREM.
Integrinas = proteínas transmembrana de adesão
Pontos de acoramento p/ a actina e
Ponto de apoio externamente (MEC ou céls.)

Adesão
Adesão focal
extensão
adesão
Adesão antiga
translocação
desadesão
Direção do movimento
lamelipódio
Nova adesão
Movimento do
corpo celular

Forças produzidas pela montagem
da rede de actina

Actina + miosina = estrutura contrátil
• Miosina = proteína motora dependente de actina
Hidrólise de ATP = energia p/ movimento

Domínio cabeça: interação com actina
cabeça de miosina
Microfilamento de actina

Funções do domínio cauda da miosina
Miosina I
Miosina V

Miosina II: associação pelo domínio cauda
Caudas de miosina II
Zona lisa
cabeças de miosina II

O modelo do filamento deslizante na contração do músculo estriado
http://entochem.tamu.edu/MuscleStrucContractswf/index.html

A molécula de
miosina caminha ao
longo do filamento de
actina sofrendo um
ciclo de mudanças
estruturais.
- +
-
+

http://aimediaserver.com/studiodaily/videoplayer/?src=harvard/harvard.swf&width=640&height=520