Filamentos Intermediários, Microfilamentos e Microtúbulos

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1 Filamentos Intermediários, Microfilamentos e Microtúbulos Prof. Dr. Luis Lamber0 Junho 2017

2 Citoesqueleto: Organização e Mo5lidade celular - Diversidade de formas e movimentos - Diversidade das adesões entre células e de células com substratos - Diversidade nos processos celulares - Organização interna posicionamento de organelas Como essa diversidade de formas, organização e motilidade é atingida? Por que, e como, a manutenção dessas características afetam a célula?

3 Movie: neutrofilo

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5 Citoesqueleto: uma rede tridimensional de filamentos de proteínas Composto por 3 sistemas de filamentos proteicos (polímeros). Cada um com funções biológicas e propriedades mecânicas distintas

6 Citoesqueleto: uma rede tridimensional de filamentos de proteínas Estruturas dinâmicas!!! Filamentos de actina: determinam a forma da superfície celular, locomoção das células actina Microtúbulos: posicionamento de organelas e direciona o tráfego intracelular - α-β-tubulina Filamentos intermediários: resistência mecânica vários tipos

7 Cada 0po de filamento do citoesqueleto é um polímero de subunidades proteicas menores Essas pequenas subunidades podem difundir-se rapidamente pelo citoplasma enquanto que o filamento nao pode. Vantagem: Rápida re-organização estrutural... Filamentos intermediários ---- subunidades fibrosas elongadas subunidades diferentes proteínas, por exemplo: quera0na Filamentos de ac0na ----subunidades globulares subunidade ac0na Microtúbulos subunidades globulares ----subunidade dímeros de α-β-tubulina

8 Vantagens conferidas pela formação de protofilamentos

9 Os filamentos de ac5na (ou microfilamentos) Filamentos de actina: determinam a forma da superfície celular e conferem resistência a bicamada lipídica, constituem projeções da membrana plasmática, atuam na locomoção das células...

10 Filamentos de Actina: monômeros de ac5na G-ac5na F-ac5na Extremidade mais (+): mais dinâmica Extremidade menos(-): A fenda de ligacao ao ATP aponta para a extremidade menos Polaridade Estrutural: moléculas de ac5na se associam de forma definida Estrutura formada por duas fitas paralelas de protofilamentos em hélice Fácil deformação, flexíveis Comprimento persistente: ~ 10 micrometros, mas in vivo proteínas acessórias estabelecem ligações cruzadas entre filamentos tornando a estrutura mais resistente

11 Dinâmica de filamentos de actina (demonstrada in vitro) Concentração cri0ca é definida como a concentração de monômeros de ATP-G-ac0na na qual a polimerização ocorre.

12 Treadmilling da actina (renovação das subunidades sem alteração da massa do filamento) A inserção de ATP-G-A0na no filamento induz a hidrolise de ATP a ADP + Pi e o filamento fica assimétrico. No estado de equilíbrio ATP-G-Ac0na sao adicionadas preferencialmente a extremidade (+) e ADP-G-Ac0na sao removidas da extremidade (-) dando origem ao fenômeno de treadmilling

13 A dinâmica dos filamentos de ac0na é regulada pela ação de outras proteínas Profilina: se liga a ADP-G-Ac5na e catalisa a troca de ADP por um ATP. A ATP-G-Ac5na gerada pode se ligar ao filamento Cofilina: liga-se preferencialmente a porções do filamento contendo ADP- Ac5na, induzindo sua quebra e despolimerização Timosina: Sequestra ATP-ac5na monomérica de forma a inibir sua adição ao filamento (5mosina é abundante na célula). Equilíbrio dinâmico.

14 Nucleação de filamentos de actina As forminas São capazes de nucleara a formação de filamentos retos (não ramificados). Permanece associadas a extremidade mais. As profilinas carregadas com ATP-ac0na se ligam na formina A nucleação se inicia devido a capacidade das forminas de catalisar a ligação de dois monômeros de acitna

15 Nucleação de filamentos de actina Próximo da membrana plasmática no córtex celular. Formação de microvilosidades, filopódios ou lamelipódios projeções fagocíticas. A nucleação é regulada por sinais externos

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17 Nucleação de filamentos de actina Complexo Arp2/3 nucleação do crescimento do filamento de actina a partir da extremidade menos (extremidade + livre).

18 Formação da rede de ac5na pelo complexo Arp2/3 O Complexo Arp2/3 pode se ligar a um filamento já existente

19 Os filamentos de ac0na são organizados em diversos arranjos. Feixes: -nucleação originada pelas forminas -manutenção/estabilização por proteínas de feixes p.ex.: alfa-ac0nina, fimbrina, vilina Redes ou teias (semelhante a uma estrutura em gel): -nucleação originada pelo complexo ARP2/3 - manutenção/estabilização por proteínas formadoras de rede pex. filamina

20 As proteínas de feixes organizam as filamentos de actina em arranjos paralelos (conexões rígidas e resistentes) O Arranjo também determina que outras proteínas poderão se ligar ao filamento. Ex. Miosina II

21 Microvilosidades: Vilina e fimbrina: unem filamentos de ac5na fortemente empacotados. microvilosidades de uma célula do epitelio intes5nal 0,08um de largura por 1 um de comprimento.

22 As proteínas formadoras rede organizam os filamentos de actina em redes ou géis. formam conexões flexíveis ou conexões rígidas em ângulos Ex. Lamelipódios (filamina) e no córtex celular (espectrina) formando rede de sustentação na face interna da MP.

23 Microtúbulos: subunidades são dímeros de tubulina Extremidade mais: subunidade beta Troca de GTP/GDP Extremidade menos: subunidade alfa Polaridade estrutural intrínseca Resistencia à deformação Comprimento persistente: alguns milímetros (13 protofilamentos)

24 Microtúbulos individuais exibem Instabilidade dinâmica. Microtúbulos alternam fases de crescimento e de encolhimento

25 Observando a Instabilidade dinâmica de microtubulos em células vivas.

26 Nucleação de microtúbulos Os microtubulos são nucleados no MTOC Centro Organizador de Microtubulos - Em animais - centrossomo Nucleação é mediada por gama-tubulina Complexo em anel de gama (γ)-tubulina (γ-turc) serve como molde para gerar um microtubulo com 13 protofilamentos

27 O Centrossomo: Um MTOC único em células animais Composto de matriz centrossomal fibrosa contendo mais de 50 cópias de y-turc e um par de centríolos Localiza-se próximo ao núcleo

28 As proteínas de associação aos microtubulos (MAPs) São fundamentais para estabilizar microtúbulos, prevenindo sua dissociação. Espaçamento e organização dos filamentos dependem da estrutura das MAPs associadas Podem suprimir a frequência de catastrofe

29 Proteínas que desestabilizam as extremidades dos microtubulos favorecendo a despolimerização ATPases que dissociam dimeros de a/b tubulina Liga-se especificamente a protofilamentos curvados e aumenta a dissociação da extremidade dos microtubulos A5vidade inibida por fosforilação

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31 Microtúbulos visualizados em célula do cgado Controle Tratamento com Taxol

32 Filamentos intermediários: Subunidade: tetrâmeros de filamentos intermediários (70 genes diferentes) Não possui polaridade Estrutural: Fácil deformação: cabo Comprimento persistente: menor que um micrometro Localização de dois 5pos de filamentos intermediários: kera5n (vermelho) e lamina (azul)

33 Filamentos intermediários: As subunidades são fibrilares alongadas cada qual composta por: uma cabeça globular N- terminal, uma cauda globular C-terminal e um domínio central alongado em forma de bastão. Formam dímeros estáveis e um par de dímeros paralelos associam-se de forma an5paralela formando um tetrâmero (protofilamento) Um filamento intermediário é composto de 8 tetrâmeros

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35 Quera5na tecido epitelial

36 Formação de bolhas na pele devido a mutacao em gene da quera5na

37 Motores moleculares (proteínas motoras) Transportam organelas delimitadas por membrana e diferem em: - Tipo filamentos do citoesqueleto (ac0na ou microtúbulos) sob o qual se movem - Direção do movimento - Carga transportada Fazem com que filamentos exerçam tensão ou deslizem uns sobre os outros. - Contração muscular - Divisão celular - Ba0mento de cílios Estrutura geral dos motores moleculares: Região cabeça ou domínio motor associam ao filamento e ligam/hidrolisam ATP determina a iden0dade do caminho e direção do movimento. Domínio Cauda liga-se a carga a ser transportada determina a iden0dade da carga

38 As Miosinas Estrutura da miosina II - Duas cadeias pesadas - Quatro cadeias leves (Duas copias de cada duas cadeias leve) Cadeia pesada: domínio globular (cabeça) domínio cauda: extensão supertorcida (media a formação de feixes)

39 Filamento espeço de miosina II no músculo Centenas de cabeças de miosinas estão orientadas em direções opostas nas extremidades do filamento

40 Diversidade de estrutura e funções das miosinas Miosinas I, IX e XIV atuam na forma de monômeros, Miosina VI a única que se move em direção a extremidade menos (-) do filamento de ac0na Miosina V envolvida no transporte de organelas

41 Miosina II caminhando sobre um filamento de ac0na Miosina conectada- sem nucleo5deo ligado miosina está firmemente ligada a ac5na (posição de rigor) Miosina liberada molécula de ATP se liga a uma grande fenda na parte posterior da cabeça, causando leve modificacao na conformacao da molecula que reduz afinidade pela ac5na Miosina enga0lhada molécula de ATP se e acomodada na fenda produzindo grande mudanca conformacional, fazendo com a que a cabeca se desloque 5 nm. Ocorre entao a hidrolise de ATP.

42 Miosina II caminhando sobre um filamento de ac0na Miosina enga0lhada molécula de ATP se e acomodada na fenda produzindo grande mudanca conformacional, fazendo com a que a cabeca se desloque 5 nm. Ocorre entao a hidrolise de ATP. Miosina gerando força A ligação da miosina a um novo si5o no filamento de ac5na levando a dissociação do Pi. Em seguida a miosina associa-se fortemente e libera o ADP. Miosina conectada Ao final do ciclo a miosina esta novamente ligada firmemente a molécula de ac5na. A cabeça se deslocou para uma nova posição.

43 Fibras musculares contém muitas miofibrilas alinhadas em paralelo Envolve o músculo inteiro Epimísio Envolve conjuntos de feixes de fibras musculares Perimísio Envolve cada fibra muscular Endomísio Tendão Músculo esquelético artéria, veia, nervo facículo Fibra muscular Miofibrilas (contração)

44 A estriação de Miofibrilas deve-se a repetição de unidades iguais: Sarcômeros Microscópio eletrônico Figure 16-74a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

45 Disco ou linha Z Banda Escura ou A Banda H Linha M Banda Clara ou I Um Sarcômero Figure 16-74b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

46 Contração muscular (teoria do filamento deslizante) Repouso Contração Figure 16-74c,d Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

47 Cinesinas e dineínas: proteínas motoras que se movem sobre microtúbulos Cinesinas As cinesinas (kinesinas): Estrutura semelhante as miosina II Movem-se sobre microtubulos em direção a extremidade mais (+) (direção a periferia da célula) Exceção: cinesinas 14 movem-se rumo a extremidade menos (-) Apenas os domínios motores apresentam conservação

48 Animacao cinesina

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50 As dineínas: Movem-se sobre microtúbulos em direção a extremidade menos (-) Possuem 2 ou 3 cadeias pesadas que inclui o domínio motor. Grande numero de cadeias leves e intermediarias associadas. Importantes para o tráfego de vesículas e posicionamento do aparelho de Golgi

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