CITOSQUELETO. Microfilamentos de actina. Microtúbulos. Filamentos intermédios

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1 CITOSQUELETO Microfilamentos de actina Microtúbulos Filamentos intermédios

2 O citosqueleto é composto por 3 elementos principais de filamentos proteicos: Microfilamentos (Filamentos de actina) Microtúbulos Filamentos intermédios

3 O citoesqueleto é uma rede de filamentos proteicos que se estende através do citoplasma de todas as células dos eucariotas. Esta rede tem um papel estrutural (determinação da forma da célula e organização geral do citoplasma) e um papel funcional (promoção dos movimentos celulares). Apesar de seu nome, o citoesqueleto éuma estrutura flexível e dinâmica. Os 3 tipos de filamentos encontram se interligados e ligados aos organelos celulares e àmembrana citoplasmática, através de proteínas de ligação específicas.

4 Microfilamentos (filamentos de actina) Citosqueleto Os microfilamentos são filamentos proteicos de 7 nm de diâmetro. São fibras flexíveis capazes de se organizar em feixes ou redes formando uma estrutura tridimensional tipo gel.

5 Microfilamentos (filamentos de actina) Citosqueleto Os microfilamentos (ou Actina F) formam se por polimerização de monómeros de actina G. Monómero de actina Extremidade (+) Extremidade ( ) Organização das moléculas globulares de actina num filamento helicoidal de actina.

6 Microfilamentos (filamentos de actina) Citosqueleto Os microfilamentos são estruturas dinâmicas Existe um equilíbrio entre a forma monomérica (actina G) e a forma polimerizada (actina F). Os microfilamentos têm uma extremidade mais onde se associam (com facilidade) as unidades de actina e uma extremidade menos onde são retiradas (com facilidade). Trímero de actina G ATP núcleo Extremidade (+) Actina G Polimerização dos filamentos de actina Extremidade ( ) Actina F

7 Microfilamentos (filamentos de actina) Citosqueleto Os microfilamentos são estruturas dinâmicas Drogas que estabilizam os microfilamentos: ligam se a uma extremidade do microfilamento impedindo a despolimerização. Exemplo: Faloidina, alcalóide produzido por uma espécie de cogumelos (Amanita phaloides). Drogas que destabilizam os microfilamentos: associam se à actina impedindo a polimerização. Exemplo: Citocalasinas

8 Microfilamentos (filamentos de actina) Citosqueleto Papel nas diferenciações da superfície celular A superfície de muitas células projectam extensões envolvidas no movimento celular, na fagocitose ou na absorção de nutrientes. A disposição filiforme destas diferenciações é atribuída aos feixes de actina F. Extremidade mais Membrana celular Filamentos de actina Exemplo: as microvilosidades à superfície das células intestinais. Miosina e calmodulina As proteínas que se associam à actina desempenham as funções de: Vilina e fimbrina rede terminal Estabilização da actina F Regulação do seu comprimento Organização espacial dos microfilamentos

9 Microfilamentos (filamentos de actina) Papel na contracção muscular Citosqueleto O músculo é constituído por um feixe de fibras musculares. Nestas fibras (ou células) existem no citoplasma numerosos elementos cilíndricos designados por miofibrilas. Nas miofibrilas existem unidades de contracção que se repetem: sarcómeros.

10 Microfilamentos (filamentos de actina) Papel na contracção muscular Citosqueleto Cada sarcómero contém 2 bandas distintas: Banda clara (I) constituída por filamentos de actina que distribuem se ao longo de toda a banda I e intersectam parcialmente a banda A. Banda escura (A) constituída por filamentos espessos de miosina que se dispõem num arranjo hexagonal, tal como mostra um corte transversal das miofibrilas. A contracção muscular deve se ao deslizamento de filamentos de actina (filamentos finos) sobre filamentos de miosina (filamentos grossos).

11 Microfilamentos (filamentos de actina) Papel na citocinese A citocinese ocorre com a formação do anel contráctil de actina e miosina Citosqueleto Papel na motilidade celular 1) Migração de células embrionárias durante o desenvolvimento 2) Invasão dos tecidos pelos leucócitos durante uma infecção 3) Migração de células envolvidas na cicatrização 4) Fagocitose

12 Microtúbulos São estruturas cilíndricas (cilindro oco no meio) com 25 nm de diâmetro e um comprimento variável consoante o tipo de microtúbulos. Apresentam polaridade: extremidade (+) e ( ) São estruturas dinâmicas. Têm um papel na determinação da forma das células e nos movimentos celulares (locomoção, transporte intracelular dos organelos e separação dos cromossomas durante a mitose).

13 Microtúbulos Estrutura Os microtúbulos são formados por polimerização de moléculas de tubulina. Cada tubulina éum heterodímero de 2 subunidades globulares: tubulina α e tubulina β. A associação de dímeros forma protofilamentos. A associação de 13 protofilamentos leva àformação de 1 microtúbulo. protofilamentos Molécula de tubulina

14 Microtúbulos Estrutura Os microtúbulos são formados por polimerização de moléculas de tubulina; Cada tubulina éum heterdímero de 2 subunidades globulares: tubulina α e tubulina β; A associação de dímeros forma protofilamentos; A associação de 13 protofilamentos leva àformação de 1 microtúbulo.

15 Microtúbulos Dinâmica dos microtúbulos Os microtúbulos apresentam polaridade: Extremidades [+] e [ ]. Em termos de estabilidade, existem 2 tipos de microtúbulos: MTs estáveis (ex: MTs de cílios e flagelos); MTs lábeis e transitórios (ex: MTs do fuso mitótico).

16 Microtúbulos Instabilidade dinâmica Algumas substâncias químicas interferem na polimerização ou despolimerização dos heterodímeros de tubulina. Exemplos: Colchicina: provoca a despolimerização do fuso mitótico, inibindo a mitose. Vinblastina e vincristina: agentes antimitóticos utilizados no tratamento antineoplásico. Taxol (Paclitaxel) : impede a despolimerização dos microtúbulos, interferindo na separação dos cromossomas na mitose. Utilizado no tratamento antineoplásico. Microtúbulos como alvo da quimioterapia do cancro

17 Microtúbulos Centros Organizadores de Microtúbulos (MTOCs) Os microtúbulos da maioria das células originam se a partir de um centro organizador dos microtúbulos chamado de centrossoma nas células animais. O centrossoma encontra se adjacente ao núcleo, perto do centro das células interfásicas. Durante a mitose, os centrossomas entretanto duplicados, projectam microtúbulos formando o fuso mitótico. Célula interfásica centrossoma Célula em divisão Polo do fuso Célula ciliada cílio/flagelo centríolo Célula nervosa centrossoma axónio As extremidades ( ) dos microtúbulos estão ancoradas no MTOC; As extremidades (+) estão geralmente próximas da membrana citoplasmática.

18 Microtúbulos Centros Organizadores de Microtúbulos (MTOCs) O centrossoma écomposto por 2 centríolos, dispostos um perpendicular ao outro, rodeados por um material pericentriolar amorfo. Micrografia (TEM) mostrando 2 pares de centríolos numa célula em mitose.

19 Microtúbulos Centros Organizadores de Microtúbulos (MTOCs) O centrossoma écomposto por 2 centríolos, dispostos um perpendicular ao outro, rodeados por um material pericentriolar amorfo. Os centríolos são estruturas cilíndricas com um arranjo de tipo 9t + 0 (como os corpos basais). Representação esquemática dum centríolo (arranjo 9t + 0). Micrografia electrónica dum corte transversal de 3 corpos basais.

20 Microtúbulos MAPs (Microtubule Associated Proteins) Outras são proteínas motoras (motores moleculares): promoção do transporte ao longo dos microtúbulos, transportando vesículas e organelos: Cinesinas: possibilitam o movimento em direcção àextremidade (+) Dineínas citoplasmáticas: possibilitam o movimento em direcção àextremidade ( ) Dineína ciliar e flagelar: estão envolvidas no movimento dos cílios e dos flagelos Dineína Cinesina

21 Microtúbulos Dineína ciliar e flagelar Cílios e flagelos são projecções da membrana citoplasmática suportadas pelos microtúbulos. São responsáveis pelos movimentos de várias células eucarióticas (os flagelos das bactérias são de natureza diferente). Cílios e flagelos têm 0,25 μm de diâmetro. Os flagelos são mais compridos (200 μm) que os cílios (10 μm). Os cílios são mais numerosos que os flagelos. Função: locomoção da célula movimentação de partículas àvolta da célula. Um campo de cílios visualizado por microscopia electrónica de varrimento.

22 Microtúbulos Dineína ciliar e flagelar O axonema éa estrutura fundamental dos cílios e flagelos. O axonema é constituído por microtúbulos dispostos segundo um arranjo pares de microtúbulos periféricos e 2 microtúbulos centrais. Em cada dupleto os 2 microtúbulos são diferentes: Túbulo A: microtúbulo completo (com 13 protofilamentos) Túbulo B: microtúbulo incompleto com 10 ou 11 protofilamentos, associado ao túbulo A de tal forma que existe uma parede comum aos 2 túbulos Citosqueleto Projecção radial Bainha interna Par de microtúbulos centrais Membrana citoplasmática túbulo A Braço externo de dineína túbulo B Ponte de nexina Representação esquemática da estrutura do axonema em corte transversal. Braço interno de dineína Corte transversal (TEM) dum flagelo de Chlamydomonas mostrando o arranjo do axonema.

23 Filamentos intermédios Têm um diâmetro de 10 nm. Formam uma rede perinuclear que se estende até à membrana plasmática. Ao contrário da actina e dos microtúbulos, os filamentos intermédios são estruturas estáveis e não dinâmicas, não estão implicados nos movimentos celulares, mas servem de suporte mecânico para as células e os tecidos.

24 Filamentos intermédios Estrutura São formados a partir de proteínas de tipo fibroso. Existem mais de 50 proteínas que formam filamentos intermédios. Todas as proteínas dos filamentos intermédios possuem um domínio central helicoidal comum (com 310 a 350 aa) e dois domínios N terminal e C terminal variáveis.

25 Filamentos intermédios Montagem (monómero) Heterodímero paralelo Tetrâmero antiparalelo Protofilamento 10 nm Filamento intermédio

26 Filamentos intermédios Exemplo: Lamina nuclear e invólucro nuclear A lamina nuclear tem um papel de suporte mecânico ao invólucro nuclear. A fragmentação da lamina nuclear (por fosforilação) induz a fragmentação do invólucro nuclear durante a mitose. poro nuclear invólucro nuclear lâmina cromatina Micrografia electrónica duma porção da lamina nuclear