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Dissertação: Membrana Plasmática e Transporte
A membrana plasmática é uma estrutura essencial para a vida celular, responsável por delimitar a célula e separar o meio intracelular do extracelular. Sua composição molecular, formada principalmente por lipídios e proteínas, permite que a célula controle a passagem de substâncias, mantendo a homeostase e respondendo a variações no ambiente. Esses processos de transporte, realizados pela membrana plasmática, são dinâmicos e vitais para o funcionamento celular, adaptando-se às necessidades específicas de cada tipo de célula.
Com uma espessura de aproximadamente 5 nm, as membranas celulares só são visíveis através de microscopia eletrônica. No entanto, mesmo antes do desenvolvimento desses microscópios, experimentos indicavam a existência de uma barreira seletiva que separava o meio intracelular do extracelular. Uma das evidências desse conceito foi a observação de alterações no volume celular em resposta a diferentes concentrações de soluções externas, sugerindo a presença e a seletividade da membrana plasmática.
Diferentemente dos procariotos, em células eucarióticas, além da membrana plasmática, há um complexo sistema de membranas intracelulares que formam organelas como mitocôndrias, lisossomas, retículo endoplasmático e complexo de Golgi. Essas membranas criam ambientes internos com características bioquímicas distintas, otimizando funções especializadas. As proteínas de membrana são cruciais para manter essas condições, regulando o transporte de solutos e criando gradientes de íons necessários para processos como a síntese de ATP e a transmissão de sinais elétricos, essenciais em células nervosas e musculares.
Na membrana plasmática, diversas proteínas funcionam como receptores de sinais externos, ligando-se a moléculas específicas, como hormonas. Esta interação desencadeia diferentes respostas celulares, que podem incluir a contração muscular, secreção de substâncias ou proliferação celular. De modo similar, proteínas sensoriais nas membranas das organelas respondem a sinais intracelulares, como ocorre na tradução de proteínas direcionadas ao retículo endoplasmático.
A constituição básica de todas as membranas celulares inclui uma bicamada lipídica e proteínas. Os lipídios formam uma barreira seletiva, enquanto as proteínas são responsáveis pelas funções específicas da membrana. A estrutura da membrana segue o modelo do mosaico fluido proposto por Singer e Nicolson (1972), onde os componentes possuem liberdade de movimento lateral, o que confere fluidez e funcionalidade à membrana.
Estudos com bicamadas sintéticas demonstraram que as moléculas lipídicas possuem movimentos espontâneos, como rotação e deslocamento lateral, e que raramente trocam de monocamada (flip-flop), exceto com a ajuda de proteínas específicas, como as flipases. Essa dinâmica molecular é fundamental para a manutenção e a funcionalidade da membrana celular.
Os lipídios apresentam duas camadas – a bicamada lipídica –, que forma uma barreira para a passagem da maioria das moléculas solúveis em água, propriedade importantíssima para a função da membrana de manter os diferentes compartimentos. As proteínas estão inseridas na bicamada lipídica e são responsáveis por boa parte das funções específicas das diferentes membranas. Essa configuração básica é mantida por interações não covalentes entre lipídios e proteínas, permitindo que essas moléculas tenham liberdade de movimento (fluidez). Por isso a estrutura das membranas celulares é também descrita como um mosaico (formada por diferentes moléculas) fluido.
Por volta de 1970, pesquisadores reconheceram pela primeira vez que moléculas lipídicas individuais são capazes de se difundir livremente no plano de uma bicamada lipídica. A primeira demonstração foi obtida de estudos com bicamadas lipídicas sintéticas (artificiais), as quais podem ser produzidas na forma de vesículas esféricas denominadas lipossomos ou na forma de bicamadas planas formadas através de um furo em divisória entre dois compartimentos aquosos ou em um suporte sólido. O movimento e a orientação de um lipídeo marcado na bicamada podem ser deduzidos a partir do espectro de ressonância paramagnética eletrônica (ESR). Tais estudos mostraram que as moléculas fosfolipídicas nas bicamadas sintéticas raramente migram de um lado para outro da monocamada (também chamada de folheto). Esse processo, denominado flip-flop (“retornar”), ocorre em poucas horas em qualquer molécula, embora o colesterol seja uma exceção a essa regra e pode “retornar” rapidamente. Por outro lado, moléculas lipídicas trocam de lugar rapidamente com suas vizinhas dentro de uma mesma monocamada. Esses estudos também mostraram que moléculas lipídicas giram rapidamente ao redor de seu eixo maior e suas cadeias de hidrocarbonos são flexíveis. Simulações em computador mostraram que as moléculas lipídicas são muito desorganizadas nas bicamadas sintéticas, apresentando uma superfície irregular, com espaços variáveis e as cabeças orientadas para a fase aquosa de um lado da bicamada. Foi demonstrado que o componente lipídico de uma membrana biológica é um líquido bidimensional no qual as moléculas constituintes estão livres para se mover lateralmente. Como em uma bicamada sintética, moléculas individuais de fosfolipídeos normalmente estão confinadas à sua própria monocamada. Esse confinamento cria um problema para sua síntese. As moléculas de fosfolipídeos são manufaturadas em apenas uma monocamada de uma membrana, principalmente na monocamada citosólica da membrana do RE. Se nenhuma dessas moléculas recém-formadas migra imediatamente para a monocamada não citosólica, não poderá ser formada uma nova bicamada lipídica. O problema pode ser resolvido por uma classe especial de proteínas de membrana denominadas translocadoras de fosfolipídeos, ou flipases, as quais catalisam o rápido flip-flop dos fosfolipídeos de uma camada para outra. Apesar da fluidez da bicamada lipídica, os lipossomos não se fusionam espontaneamente uns com os outros quando em suspensão na água. A fusão não ocorre, porque os grupamentos das cabeças lipídicas polares ligam as moléculas de água, as quais precisam ser deslocadas da bicamada de dois lipossomos diferentes para que ocorra a fusão. A camada de proteção aquosa que mantém os lipossomos isolados também insuflam as membranas internas das células eucarióticas impedindo a fusão descontrolada, mantendo a integralidade da compartimentalização das organelas circundadas por membranas. Todos os eventos de fusão de membrana celular são catalisados por proteínas de fusão rigidamente controladas que forçam a aproximação das membranas adequadas, expulsando a camada de água que mantém as bicamadas distantes umas das outras
Uma terceira classe de moléculas em membranas celulares são os carboidratos, os quais têm importante função na membrana plasmática, pois constituem as glicoproteínas e os glicolipídios. A porção glicídica dessas moléculas confere identidade e proteção à superfície externa da membrana plasmática 
A bicamada lipídica forma uma barreira relativamente impermeável a diferentes moléculas hidrossolúveis, e as proteínas são, na sua maioria, as moléculas que medeiam as funções da membrana já descritas. Além disso, muitos sistemas enzimáticos encontram-se presos às membranas, o que possibilita uma ordenação sequencial da atividade de cada enzima, aumentando a eficiência desses sistemas. Desse modo, o produto de uma enzima é processado pela enzima seguinte, assim sucessivamente, até a obtenção do produto final da cadeia enzimática. Um exemplo é a cadeia transportadora de elétrons, cujos componentes (enzimas e transportadores) estão localizados na membrana interna das mitocôndrias e na face interna da membrana celular das bactérias.
Apesar dessa estrutura geral comum de lipídios e proteínas, a proporção entre esses componentes varia conforme sua função. Por exemplo, as membranas de mielina que recobrem as fibras nervosas e têm o papel de isolante elétrico contêm 80% de lipídios, e as membranasdeformando-se ao receber uma força e apresentando grande resistência à ruptura. Filamentos intermediários exercem função muito importante na mecânica de células e tecidos, atuando como verdadeiros guardiões de sua integridade. Sua importância é particularmente notável em tecidos submetidos a forças mecânicas durante o desenvolvimento e também na vida adulta, como o tecido muscular e os epitélios. Por exemplo, esse componente do citoesqueleto aumenta a resiliência de células que foram estiradas ou comprimidas, limitando a deformação das mesmas pela força mecânica e auxiliando o retorno à sua forma inicial, sem danos.
Em humanos, cerca de 70 genes codificam proteínas de filamentos intermediários. Essas proteínas estão distribuídas em diferentes famílias e exercem funções variadas nas células, formando redes filamentosas determinadas de acordo com o tipo celular. A associação específica de filamentos intermediários com o tipo de tecido torna-os particularmente úteis para caracterizar, nas biópsias de tumores e suas metástases, os tecidos de origem, informação muitas vezes importante para orientar o tratamento. Por exemplo, a detecção de queratina por meio da técnica de imuno-histoquímica em células tumorais indica que o tumor é de origem epitelial; o tipo de queratina observada pode informar o tipo de epitélio onde se formou o tumor primário.
Essas proteínas alongadas têm em comum um domínio central conservado que forma uma α-hélice, importante para a formação de dímeros. Os dois dímeros associam-se em uma posição antiparalela (com as extremidades voltadas para lados opostos) e ligeiramente deslocada, formando tetrâmeros, que constituirão as subunidades de montagem dos filamentos intermediários. É interessante observar que não há polaridade nos tetrâmeros, já que cada molécula tem uma extremidade semelhante à outra. Para a formação dos filamentos com diâmetro de 10 nm, os tetrâmeros associam-se lateralmente e topo a topo por meio de interações hidrofóbicas, formando oito fileiras paralelas denominadas “protofilamentos”. Considerando-se que as subunidades são tetrâmeros, em um corte transversal cada filamento intermediário possui 32 proteínas organizadas em oito protofilamentos. Devido à ausência de polaridade nas subunidades, também não há uma polaridade nos filamentos intermediários. Além disso, ainda diferindo do que ocorre na polimerização de actina e de microtúbulos, durante a polimerização dos filamentos intermediários não ocorre hidrólise de nucleotídios.
Estrutura e Componentes do Citoesqueleto
O citoesqueleto é composto por três principais tipos de filamentos proteicos: microtúbulos, filamentos de actina (ou microfilamentos) e filamentos intermediários. Cada um desses componentes possui uma estrutura e funções específicas, que contribuem para a integridade e funcionalidade celular.
1. Microtúbulos: Os microtúbulos são estruturas cilíndricas, ocas e relativamente rígidas, formadas pela polimerização de dímeros de tubulina alfa e beta. Esses filamentos são os mais largos do citoesqueleto, com diâmetro médio de 25 nm, e são fundamentais para a manutenção da forma celular, o transporte intracelular e a divisão celular. Os microtúbulos são organizados a partir de estruturas denominadas centros organizadores de microtúbulos (MTOCs), sendo o principal deles o centrossoma nas células animais (Alberts et al., 2014). Durante a mitose, os microtúbulos formam o fuso mitótico, responsável pela separação dos cromossomas, garantindo uma distribuição adequada do material genético entre as células filhas.
2. Filamentos de Actina: Os microfilamentos, ou filamentos de actina, são as fibras mais finas do citoesqueleto, com cerca de 7 nm de diâmetro. A actina, uma das proteínas mais abundantes nas células, pode formar longos filamentos que participam em processos como a movimentação celular, a contração muscular e a divisão celular. Em células não musculares, a actina se organiza em uma rede que sustenta a membrana plasmática e forma estruturas como lamelipódios e filopódios, essenciais para a migração celular. O estudo de Pollard e Cooper (2009) destaca que a polimerização dinâmica da actina permite às células responder rapidamente a sinais externos, facilitando a movimentação e a alteração de forma.
3. Filamentos Intermediários: Com diâmetro médio de 10 nm, os filamentos intermediários são estruturas mais estáveis e resistentes, formadas por diversas proteínas, como queratinas, vimentinas e neurofilamentos, dependendo do tipo celular. Estes filamentos conferem resistência mecânica às células, ajudando a suportar tensões físicas. Nas células epiteliais, por exemplo, os filamentos de queratina se conectam a desmossomas, que são junções celulares que proporcionam resistência ao estresse mecânico. Em células nervosas, os neurofilamentos são cruciais para manter o calibre dos axônios, facilitando a transmissão de impulsos nervosos (Herrmann et al., 2007).
Funções do Citoesqueleto
O citoesqueleto exerce funções essenciais na célula, indo além de simples suporte estrutural. Uma de suas principais características é a dinâmica, que permite reconfigurações rápidas em resposta a estímulos internos e externos. Essa plasticidade funcional é crucial para processos como:
1. Movimentação Celular: O citoesqueleto é fundamental para o movimento de células, como fibroblastos durante a cicatrização de feridas e células imunes na resposta inflamatória. O processo de migração envolve a formação de protrusões, como lamelipódios (extensões laminares) e filopódios (extensões finas), que são empurradas pela polimerização de actina na borda celular (Ridley, 2011).
2. Transporte Intracelular: Microtúbulos e microfilamentos atuam como "trilhos" para o transporte de organelas, vesículas e outras cargas intracelulares. Proteínas motoras, como cinesinas e dineínas, movem-se ao longo dos microtúbulos, transportando vesículas em direções opostas: a cinesina em direção à extremidade positiva (periferia da célula) e a dineína em direção à extremidade negativa (centrossoma). O transporte intracelular é essencial para a distribuição de organelas e a comunicação entre diferentes regiões da célula.
3. Divisão Celular: Durante a mitose e a meiose, o citoesqueleto é reorganizado para formar o fuso mitótico, que é responsável pela separação dos cromossomas. Os microtúbulos do fuso mitótico ligam-se aos cinetócoros dos cromossomas, puxando-os para polos opostos da célula. Na citocinese, os filamentos de actina formam o anel contrátil, que divide o citoplasma, resultando em duas células filhas (Pollard, 2010).
Problematizações e Aplicações Biomédicas
Disfunções no citoesqueleto estão associadas a várias patologias, incluindo doenças neurodegenerativas, câncer e distúrbios musculares. Por exemplo, mutações nos genes que codificam proteínas dos filamentos intermediários, como a queratina, podem causar doenças genéticas como a epidermólise bolhosa, que resulta em pele frágil e sensível a traumas mínimos (Coulombe e Lee, 2012).
No contexto do câncer, a dinâmica dos microtúbulos é alvo de terapias quimioterápicas, como os medicamentos à base de taxanos (ex.: paclitaxel), que estabilizam os microtúbulos e impedem sua despolimerização, bloqueando a mitose e, consequentemente, a proliferação celular. O entendimento desses processos é crucial para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas.
Outra área de relevância biomédica é a pesquisa de doenças neurodegenerativas, como o Alzheimer. A disfunção dos microtúbulos, causada pela hiperfosforilação da proteína tau, compromete o transporte de nutrientes ao longo dos axônios, resultando na degeneração neuronal (Mandelkow e Mandelkow, 2012). Estudos focados em estabilizar os microtúbulos ou inibir a agregação de tau têm sido promissores em modelos experimentais.
Considerações Finais
O citoesqueleto é uma estrutura multifuncional e dinâmica que sustenta a forma celular, facilita o transporte de moléculas e organelas, e possibilita a divisão e movimentação das células. Sua complexidade e versatilidade são essenciaispara a sobrevivência e adaptação celular a diferentes condições ambientais. A investigação contínua sobre o citoesqueleto e suas proteínas associadas é vital para o entendimento dos processos celulares e para o desenvolvimento de terapias inovadoras para diversas doenças.
Referências:
· Alberts, B. et al. (2014). Molecular Biology of the Cell. 6th Edition. Garland Science.
· Pollard, T. D., & Cooper, J. A. (2009). Actin, a central player in cell shape and movement. Science, 326(5957), 1208-1212.
· Herrmann, H., Aebi, U. (2007). Intermediate filaments: molecular structure, assembly mechanism, and integration into functionally distinct intracellular scaffolds. Annual Review of Biochemistry, 76, 749-789.
· Ridley, A. J. (2011). Life at the leading edge. Cell, 145(7), 1012-1022.
· Coulombe, P. A., & Lee, C. H. (2012). Defining keratin protein function in skin epithelia: epidermolysis bullosa simplex and its aftermath. Journal of Investigative Dermatology, 132(3), 763-774.
· Mandelkow, E., & Mandelkow, E. M. (2012). Biochemistry and cell biology of tau protein in neurofibrillary degeneration. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine, 2(7), a006247.
Dissertação: Núcleo Interfásico e em Divisão: A Central de Controle da Célula
Estrutura geral e funções do núcleo
O núcleo é a maior e mais importante organela da célula. É nele que está contido o ácido desoxirribonucleico (DNA), material genético responsável por transmitir as características dos seres vivos aos seus descendentes, além de controlar todas as funções celulares. Salvo exceções (p. ex., as hemácias de mamíferos), o núcleo está presente em todas as células eucariontes. A maioria das células apresenta um único núcleo, embora existam células multinucleadas, como as do músculo esquelético. Sua função primária é proteger e separar o DNA das demais reações que ocorrem no citoplasma. Desse modo, o núcleo provê condições ideais para que todas as reações bioquímicas das quais ele participa – incluindo a replicação, a transcrição e o reparo do DNA – ocorram de maneira eficiente. No núcleo, o DNA interage com proteínas denominadas histonas. Juntos, DNA e histonas constituem a cromatina, que é responsável pela compactação do DNA e pelo controle da expressão gênica (ver Capítulo 11), funções que estão relacionadas entre si. A cromatina mais compactada – heterocromatina – não permite que fatores de transcrição interajam com as sequências de DNA regulatórias (promotores e enhancers), por isso essa condição reprime a transcrição. A cromatina mais frouxamente condensada – eucromatina – permite que esses fatores acessem essas sequências; por isso está associada à expressão gênica. A cromatina está distribuída em diferentes unidades dentro do núcleo, denominadas cromossomos. Cada cromossomo corresponde a uma molécula de DNA. As funções nucleares anteriormente descritas ocorrem em todas as células, porém podem variar em função da taxa de proliferação, de expressão gênica e do metabolismo celular.
O núcleo é delimitado pelo envelope nuclear, constituído pela membrana nuclear, pelo complexo do poro nuclear (NPC, do inglês nuclear pore complex) e pela lâmina nuclear. O envelope nuclear regula o tráfego de moléculas (proteínas e ácido ribonucleico [RNA]) entre o citoplasma e o núcleo, mantém a arquitetura nuclear e regula a expressão gênica. O envelope nuclear é constituído por duas bicamadas lipídicas: a bicamada externa, voltada para o citoplasma, e a interna, voltada para o interior do núcleo. A face interna do envelope nuclear é revestida pela lâmina nuclear, uma camada fibrosa constituída por filamentos intermediários que determina a forma e dá sustentação mecânica ao envelope nuclear. A lâmina nuclear tem importante papel na organização da cromatina e na expressão gênica. O envelope nuclear é interrompido por vários NPCs, estruturas complexas que desempenham outras funções além de permitir a comunicação entre núcleo e citoplasma.
O núcleo é preenchido pelo nucleoplasma, material no qual a cromatina e outras estruturas estão embebidas. Essa organela apresenta o seu próprio esqueleto – o nucleosqueleto –, que dá sustentação ao núcleo e recebe e responde a estímulos mecânicos provenientes do esqueleto citoplasmático – o citoesqueleto. Devido a essa interação dos esqueletos desses dois compartimentos, os movimentos celulares e as alterações morfológicas das células modulam as funções nucleares. Nesse capítulo, serão abordados a estrutura da cromatina, sua organização espacial no núcleo e como essa organização se relaciona com os demais componentes já citados, especialmente com o controle da expressão gênica.
Membrana nuclear
A membrana nuclear é constituída por duas bicamadas lipídicas (Figura 9.1). Cada bicamada constitui uma membrana, chamadas então de “membrana nuclear externa” (ONM, do inglês outer nuclear membrane) e “membrana nuclear interna” (INM, do inglês inner nuclear membrane). A ONM é contínua com o retículo endoplasmático rugoso (RER; do inglês rough endoplasmic reticulum) e apresenta ribossomos em sua face externa (Figura 9.1). Entre a ONM e a INM está o espaço perinuclear, que é contínuo com o lúmen do retículo endoplasmático (RE). Essas duas membranas dobram e fundem-se na região do poro nuclear (Figura 9.2 B). Embora a maioria dos núcleos seja esferoide, dados recentes mostram que o envelope nuclear pode apresentar invaginações que definem canais que alcançam o interior do nucleoplasma. Esses canais possibilitam que estruturas como o NPC ou a lâmina nuclear aproximem-se de regiões mais centrais do núcleo.
O citoesqueleto e o nucleoesqueleto comunicam-se por meio do complexo ligante de nucleosqueleto e citoesqueleto (LINC, do inglês linker of nucleoskeleton and cytoskeleton), situado entre a ONM e a INM. O complexo LINC é composto de duas classes de proteínas: as que apresentam o domínio KASH (Klarsicht, ANC-1 and Syne-homology) e aquelas que expressam o domínio SUN (Sad-1-UNC-84). Em mamíferos, as KASH são denominadas nesprinas (em inglês, nuclear envelope spectrin-repeat proteins). Nesprinas e proteínas SUN atravessam as bicamadas da ONM e da INM, respectivamente, e interagem entre si no espaço perinuclear. As nesprinas interagem com o citoesqueleto de actina, os microtúbulos e os filamentos intermediários. O domínio nuclear das proteínas SUN interage com a lâmina nuclear. Além da lâmina nuclear, o nucleosqueleto é composto de laminas solúveis, filamentos de actina e miosina. Assim, o complexo LINC possibilita que estímulos mecânicos provenientes do meio extracelular (em particular da matriz extracelular e do contato célula–célula) sejam transmitidos ao núcleo e convertidos em sinais moleculares. Essa conexão entre o citoesqueleto e o núcleo determina o posicionamento do núcleo na célula durante a polarização e a migração celular, e a quebra do envelope nuclear durante a mitose e a meiose. Embora os mecanismos ainda não sejam conhecidos, as forças mecânicas transmitidas ao nucleosqueleto alteram a arquitetura e a localização da cromatina, a translocação de fatores de transcrição do citoplasma para o núcleo e as alterações pós-traducionais de proteínas nucleares, controlando assim as funções nucleares, em particular a expressão gênica.
Complexo do poro nuclear
O envelope nuclear apresenta perfurações revestidas pelo NPC, estrutura complexa composta por nucleoporinas (Nups), nome genérico das proteínas que constituem o NPC. Essa estrutura delimita um canal pelo qual a maioria das moléculas (RNAs e proteínas) trafegam de maneira seletiva nos dois sentidos. Estruturalmente o NPC é composto de dois anéis, um citoplasmático e um nuclear, e um poro central. Do anel citoplasmático, projetam-se filamentos citoplasmáticos em direção ao citoplasma. No lado nuclear, essas ramificações organizam-se em forma de cesta de basquete. Moléculas de 40 a 60 kDa difundem-se passivamente pelo poro; as maiores precisam ser ativamente carregadas por receptores nucleares (importinas), que reconhecem um sinal de localização nuclear na molécula a ser transportada. Esselimite é flexível e depende também da geometria da molécula. Por exemplo, moléculas grandes, porém cilíndricas, atravessam o NPC mais rapidamente do que outras com a mesma massa molecular, porém mais globulares.
Além de mediar o tráfego entre o núcleo e o citoplasma, o NPC é essencial na organização da cromatina, no controle da expressão gênica e do ciclo celular. Esse controle ocorre de diferentes maneiras. Ao se associar a determinadas sequências de bases no DNA, o NPC promove a aproximação entre um enhancer distante e o promotor de um dado gene, resultando na ativação da transcrição do gene em questão. O NPC também promove a compactação e a repressão de determinados loci genômicos, em particular genes envolvidos no início da diferenciação celular. Algumas Nups dissociam-se do NPC e atuam no interior do núcleo. Essas Nups periféricas atuam como reguladoras da expressão gênica ou com fatores de splicing. Finalmente, Nups também se associam aos feixes de microtúbulos das fibras do fuso e ao cinetocoro, auxiliando na divisão celular.
Ruptura do envelope nuclear na divisão celular
O envelope nuclear impõe uma barreira na divisão celular de eucariotos superiores, pois ele impede que as fibras do fuso mitótico acessem os cromossomos no interior do núcleo. A mitose e a desmontagem no envelope nuclear são perfeitamente coordenadas entre si. As quinases que se ativam no final da fase G2 fosforilam algumas proteínas do NPC. Essa fosforilação inicia a desmontagem do NPC, rompendo a barreira seletiva entre o citoplasma e o núcleo. Com isso, essas quinases têm acesso à lâmina nuclear na face interna do envelope nuclear. A fosforilação das laminas resulta na despolimerização da lâmina nuclear. O envelope nuclear, a última parte a perder sua estrutura, rompe-se pela força mecânica exercida pelos microtúbulos na face citoplasmática do envelope, já que nessa fase as fibras do fuso estão posicionando os cromossomos para a divisão celular. Os lipídios e as proteínas do envelope nuclear fundem-se às membranas do RER, que nessa fase se organiza em túbulos e denomina-se RE mitótico. Com o aumento da permeabilidade, a condensação dos cromossomos ocorre 10 vezes mais rápido, porque moléculas do citoplasma essenciais nesse processo rapidamente têm acesso à cromatina.
Ao fim da mitose, é necessário que um novo envelope nuclear se forme ao redor de cada novo núcleo. Nessa fase, a inativação das quinases promove a rápida desfosforilação das proteínas, que se dissociaram do envelope no início do processo em consequência da fosforilação. Na reorganização do envelope nuclear, dois componentes interagem de modo pouco compreendido: o RE mitótico e a cromatina. Sabe-se que a descondensação da cromatina é necessária para a reconstrução do envelope nuclear. Especula-se que, ao descondensar-se, a cromatina exponha sítios de ligação às proteínas da INM e às nucleoporinas, guiando assim a montagem do novo envelope. Aparentemente a lâmina nuclear é a última a se reconstituir. As laminas penetram o núcleo por meio dos NPCs; portanto, depois que o envelope já delimitou o nucleoplasma. A polimerização das laminas depende da interação com proteínas da INM e também com a cromatina
Cromatina Estrutura
O DNA humano totalmente esticado teria 3 m de comprimento. Para que caiba no núcleo, essa molécula interage com proteínas que auxiliam em seu dobramento e compactação. O conjunto do DNA e as proteínas a ele associadas é denominado cromatina. A função da cromatina não se limita ao empacotamento do material genético, mas também controla sua disponibilidade. Por exemplo, para que alguns genes sejam expressos em um determinado tipo celular, é necessário que a RNA polimerase II e os fatores de transcrição tenham acesso ao promotor e aos enhancers desses genes. Para isso, a cromatina deve se remodelar (ou seja, mudar a sua estrutura) nessas áreas específicas do genoma de maneira a expor essas regiões, ao mesmo tempo em que mantém reprimidos outros genes. De modo geral, esse trabalho é realizado por proteínas de dois tipos: histonas e não histonas. As não histonas são as proteínas responsáveis pela replicação, expressão gênica, reparo de DNA e proteínas que modificam a cromatina. As histonas são primariamente responsáveis pela condensação da cromatina, porém, como já discutido em seções anteriores, o grau de condensação da cromatina é indissociável dos mecanismos de controle da expressão gênica. As histonas são talvez as proteínas mais conservadas na natureza, refletindo sua importância na célula. Há quatro tipos de histonas: H2A, H2B, H3 e H4. Essas histonas formam homodímeros, que por sua vez se associam entre si, constituindo o núcleo octamérico de histonas. Uma sequência de 147 pares de bases de DNA se enrola em volta desse núcleo, dando 1,7 volta ao seu redor. Essa estrutura está distribuída ao longo da cadeia de DNA em intervalos relativamente regulares, como um colar de contas. O DNA entre dois núcleos de histonas é denominado DNA linker (ou DNA de conexão). Um núcleo de histonas com o DNA ao seu redor e mais um segmento de DNA linker intitula-se nucleossomo, que corresponde ao primeiro nível de compactação do DNA, a unidade básica da cromatina. A região amino-terminal de cada histona projeta-se para fora do octâmero de histonas. Essa projeção das histonas tem importante papel no remodelamento da cromatina e no controle epigenético da expressão gênica, que será abordado adiante. A configuração mais básica da cromatina – de colar de contas – não ocorre em células vivas, ela só pode ser observada em condições laboratoriais. Com o auxílio de uma outra histona – a histona H1 –, essa configuração básica dobra-se em zigue-zague, originando as fibras de cromatina de 30 nm de espessura. Essa é a espessura da cromatina isolada de um núcleo interfásico e observada ao microscópio eletrônico.
Cromossomos
O genoma de uma célula é dividido em discretas porções no núcleo denominadas cromossomos. Na metáfase da mitose, os cromossomos alcançam o seu mais alto nível de compactação e são visíveis ao microscópio óptico. Esse alto nível de compactação é essencial na segregação, no alinhamento das cromátides-irmãs e na sua separação, no fim da mitose. O número de cromossomos é igual em todos os indivíduos de uma dada espécie. A espécie humana apresenta 23 pares de cromossomos, 22 pares somáticos e 1 par de cromossomos sexuais. Cada cromossomo de um par é nomeado cromossomo homólogo, um herdado do pai e o outro da mãe. O único par não homólogo é o par de cromossomos sexuais. Assim como o número de cromossomos é típico de uma espécie, seu tamanho e sua estrutura também o são. O conjunto de cromossomos metafásicos isolados e corados é denominado “cariótipo da espécie”. Cada cromossomo corresponde a uma molécula de DNA, portanto ele deve conter as estruturas necessárias para se replicar na fase S e para se dividir na mitose. Para isso, cada DNA linear tem que ter um centrômero, origens de replicação e dois telômeros. Centrômero é a região na qual duas fitas de DNA recém-replicadas se mantêm unidas. Nessa fase, cada uma dessas fitas se chama cromátide-irmã. A essa região se prende o cinetocoro, complexo proteico ao qual se ligam as fibras do fuso durante a mitose. A região do centrômero tem uma sequência de DNA particular, mas é sobretudo marcada por um tipo de nucleossomo presente apenas nessa região. Os cromossomos de eucariotos apresentam várias origens de replicação ao longo da sua extensão. Isso garante que todo o genoma seja replicado rapidamente na fase S do ciclo celular. Os telômeros são as extremidades da fita de DNA linear e apresenta sequências repetidas de nucleotídios que são reconhecidas por proteínas que ancoram a enzima telomerase. A telomerase replica as extremidades dos cromossomos, selando essas pontas e impedindo que outras nucleases degradem o DNA.
A divisão celular normalmente começa com a duplicação do conteúdo da célula, seguida da distribuição desse conteúdo para duas células-filhas. A duplicação dos cromossomos ocorre durante a fase S do ciclocelular, enquanto a maioria dos outros componentes celulares é duplicada de forma contínua ao longo do ciclo. Durante a fase M, os cromossomos replicados são segregados em núcleos individuais (mitose), e a célula então se divide em duas (citocinese). A fase S e a fase M geralmente são separadas por fases de intervalo chamadas de G1 e G2, quando vários sinais intracelulares e extracelulares regulam a pro-gressão do ciclo celular. A organização e o controle do ciclo celular têm sido altamente conservados durante a evolução, e estudos em muitos sistemas têm levado a uma visão unificada do controle do ciclo celular eucariótico.
O sistema de controle do ciclo celular desencadeia eventos do ciclo celular e assegura que eles sejam apropriados e coordenados. O sistema de controle responde a vários sinais intracelulares e extracelulares e interrompe o ciclo quando a célula falha em completar um processo essencial do ciclo celular ou encontra condições ambientais ou intracelulares desfavoráveis. Os componentes centrais do sistema de controle são proteínas-cinase dependentes de ciclina (Cdks), que dependem de subunidades de ciclina para suas atividades. As oscilações nas atividades de diferentes complexos de ciclina-Cdk controlam vários eventos do ciclo celular. Dessa maneira, a ativação de complexos de ciclina-Cdk da fase S (S-Cdk) inicia a fase S, ao passo que a ativação de complexos de ciclina-Cdk da fase M (M-Cdk) desencadeia a mitose. Os mecanismos que controlam as atividades dos complexos de ciclina--Cdk incluem a fosforilação das subunidades das Cdks, a ligação de proteínas inibidoras de Cdk (CKIs), a proteólise de ciclinas e mudanças na transcrição de genes que codificam reguladores das Cdks. O sistema de controle do ciclo celular também depende decisiva-mente de dois complexos enzimáticos adicionais, o APC/C e as ubiquitinas-ligase SCF, que catalisam a ubiquitinação e a consequente degradacão de proteínas reguladoras específicas que controlam eventos críticos do ciclo.
A duplicação dos cromossomos na fase S envolve a replicação exata de toda a molécula de DNA em cada cromossomo, assim como a duplicação das proteínas da cromatina que se associam ao DNA e controlam vários aspectos da função dos cromossomos. A duplicação dos cromossomos é desencadeada pela ativação da S-Cdk, que ativa as proteínas que desenrolam o DNA e iniciam sua replicação em origens de replicação. Uma vez ativada uma origem de replicação, a S-Cdk também inibe proteínas necessárias para que a origem inicie novamente a replicação do DNA. Assim, cada origem de replicação é ativada uma vez e somente uma vez em cada fase S, não podendo ser reutilizada até o próximo ciclo celular.
A M-Cdk desencadeia os eventos do início da mitose, incluindo a condensação dos cromossomos, a formação do fuso mitótico e a ligação bipolar dos pares de cromátides-irmãs aos microtúbulos do fuso. Em células animais, a formação do fuso depende em grande parte da capacidade dos cromossomos mitóticos de estimular a nucleação local e a estabilidade de microtúbulos, assim como da capacidade de proteínas motoras de organizar os microtúbulos em um arranjo bipolar. Muitas células também usam centrossomos para facilitar a formação do fuso. A anáfase é desencadeada pelo APC/C, que estimula a degradação das proteínas que mantêm as cromátides-irmãs unidas. O APC/C também promove a destruição de ciclinas e, assim, a inativação da M-Cdk. A desfosforilação resultante de alvos das Cdks é necessária aos eventos que completam a mitose, incluindo a dissociação do fuso e a formação do novo envelope nuclear.
Após a mitose concluir a formação de um par de núcleos-filhos, a citocinese finaliza o ciclo celular, dividindo a própria célula. A citocinese depende de um anel de filamentos de actina e miosina que se contrai no final da mitose em um sítio a meio caminho entre os cromossomos segregados. Em células animais, o posicionamento do anel contrátil é determinado por sinais liberados pelos microtúbulos do fuso da anáfase. A desfosforilação de alvos das Cdks, resultante da inativação das Cdks na anáfase, desencadeia a citocinese no momento correto após a anáfase. Depois da citocinese, a célula entra em um estado estável de G1 de baixa atividade das Cdks, onde aguarda por sinais para entrar em um novo ciclo celular.
Os gametas haploides são produzidos por meiose, na qual um núcleo diploide entra em duas divisões celulares sucessivas após uma rodada de replicação do DNA. A meiose é dominada por uma prófase prolongada. No início da prófase, os cromossomos estão replicados e consistem em duas cromátides-irmãs unidas. Então, os cromossomos homólogos pareiam e tornam-se, de forma progressiva, mais justapostos à medida que a prófase I prossegue. Os homólogos alinhados entram em recombinação genética formando pontos de entrecruzamento que ajudam a manter cada par de homólogos juntos durante a metáfase I. As proteínas associadas ao cinetocoro específicas da meiose auxiliam a garantir que ambas as cromátides-irmãs em um homólogo liguem-se ao mesmo polo do fuso; outras proteínas associadas ao cinetocoro asseguram que os homólogos permaneçam conectados em seus centrômeros durante a anáfase I, de maneira que os homólogos, em vez das cromátides-irmãs, sejam segregados na meiose I. Depois da longa meiose I, a meiose II ocorre rapidamente, sem replicação de DNA, em um processo que lembra a mitose, no qual cromátides-irmãs são separadas na anáfase.
Em animais multicelulares, o tamanho, a divisão e a sobrevivência celular são cuidadosamente controlados, a fim de assegurar que o organismo e seus órgãos atinjam e mantenham um tamanho apropriado. Os mitógenos estimulam a taxa de divisão celular ao removerem os mecanismos moleculares intracelulares que restringem a progressão do ciclo celular em G. Os fatores de crescimento promovem o crescimento celular (um aumento da massa celular) pela estimulação da síntese e pela inibição da degradação de macromoléculas. Para manter um tamanho de célula constante, as células em proliferação empregam múltiplos mecanismos que asseguram que o crescimento celular é coordenado com a divisão celular.
1. Núcleo Interfásico:
· Estrutura: 
· Envoltório nuclear: dupla membrana que delimita o núcleo, com poros nucleares permitindo o transporte de moléculas entre o núcleo e o citoplasma.
· Cromatina: complexo de DNA e proteínas (histonas) organizado em eucromatina (menos condensada, ativa na transcrição) e heterocromatina (mais condensada, inativa na transcrição).
· Nucléolo: região do núcleo onde ocorre a biossíntese de ribossomos.
· Nucleoplasma: material gelatinoso que preenche o interior do núcleo.
· Funções: 
· Armazenamento do material genético.
· Replicação do DNA.
· Transcrição do DNA em RNA.
· Processamento do RNA.
· Montagem de ribossomos.
· Regulação da expressão gênica.
2. Núcleo em Divisão:
· Mitose: 
· Condensação da cromatina em cromossomos.
· Desaparecimento do envoltório nuclear e do nucléolo.
· Formação do fuso mitótico.
· Separação das cromátides-irmãs e formação de dois núcleos idênticos.
· Meiose: 
· Processo de divisão celular que ocorre nas células germinativas.
· Produção de gametas com metade do número de cromossomos da célula original.
· Ocorre em duas etapas: meiose I (separação dos cromossomos homólogos) e meiose II (separação das cromátides-irmãs).
3. Importância do Núcleo para a Célula:
· Controle do ciclo celular: O núcleo regula os eventos do ciclo celular, garantindo a correta replicação do DNA e a distribuição equitativa dos cromossomos para as células-filhas.
· Diferenciação celular: A expressão diferencial dos genes no núcleo controla a identidade e as funções das diferentes células de um organismo.
· Resposta a estímulos: O núcleo responde a sinais externos, modulando a expressão gênica e adaptando a célula às condições ambientais.
4. Alterações Nucleares e Doenças:
· Câncer: Alterações no material genético e na regulação do ciclo celular podem levar ao desenvolvimento de tumores.
· Doenças genéticas: Mutações nos genes podem causar diversasdoenças, como a síndrome de Down e a fibrose cística.
· Doenças neurodegenerativas: Alterações na expressão gênica e na estrutura nuclear podem contribuir para o desenvolvimento de doenças como o Alzheimer e o Parkinson.
Problematização
A compreensão da estrutura e função do núcleo celular é fundamental para o avanço da biologia celular e molecular. Questões como os mecanismos de regulação da expressão gênica, os processos de reparo do DNA e os mecanismos de divisão celular ainda são objeto de intensas pesquisas. Além disso, a relação entre alterações nucleares e o desenvolvimento de doenças representa um campo promissor para o desenvolvimento de novas terapias.
Conclusão
O núcleo celular é a central de controle da célula, abrigando o material genético e regulando as atividades celulares. Suas características e funções variam ao longo do ciclo celular, sendo fundamental para a manutenção da vida e para a perpetuação das espécies. O estudo do núcleo celular continua a ser um campo de pesquisa ativo, com implicações importantes para a compreensão de processos biológicos fundamentais e para o desenvolvimento de novas terapias para doenças humanas.
Dissertação: Síntese e Secreção Celular: Da Produção à Exportação
As trocas de substância entre os diferentes compartimentos envoltos por membrana, assim como entre a célula e o meio extracelular, devem atravessar a barreira da bicamada lipídica. As moléculas lipossolúveis, pequenas ou apolares podem passam por difusão simples através da bicamada lipídica. Já moléculas maiores, polares ou hidrossolúveis têm a bicamada como uma barreira para sua passagem. Nesse caso, a passagem dessas moléculas depende de proteínas transportadoras que agem como “portões”. O transporte através dessas proteínas pode ser transporte passivo, a favor do gradiente de concentração e sem gasto de energia, ou transporte ativo, contra o gradiente de concentração e com gasto de energia (ver Capítulo 4). Ainda temos o transporte por poros nucleares, que também é feito com gasto energético.
As células são igualmente capazes de transferir para o seu interior ou exterior, em blocos, grupos de macromoléculas (proteínas, polissacarídios, polinucleotídios) e até mesmo partículas visíveis ao microscópio óptico, como bactérias e outros microrganismos. Esse transporte depende de alterações morfológicas das membranas celulares, onde se formam dobras que englobam o material a ser transportado, formando vesículas de transporte. Essas vesículas são constituídas de bicamada lipídica, com uma porção voltada para o citoplasma (face citoplasmática) e outra para seu interior (face luminal). Esse tipo de transporte envolve tanto a formação quanto a translocação da vesícula entre compartimentos celulares. Assim, as vesículas de transporte brotam da membrana (membrana doadora) do compartimento doador, levando o material a ser transportado, que pode ser tanto substâncias solúveis quanto componentes da própria membrana, chamados genericamente “carga”. As vesículas percorrem o citoplasma por interação com citoesqueleto e proteínas motoras, até encontrar a membrana (membrana-alvo) do compartimento-alvo, ou receptor, fundindo-se a esta e descarregando sua carga nesse compartimento, que pode ser o interior de uma organela ou o meio extracelular. O processo de formação desses brotamentos de membrana é altamente regulado, contando com a presença de proteínas específicas e envolvendo gasto energético. Existem também proteínas envolvidas nos processos de reconhecimento e fusão de membranas-alvo com vesículas de transporte
Na membrana plasmática, a internalização de substâncias do meio extracelular pela formação de vesículas é conhecida como endocitose. A externalização de substâncias por fusão de vesículas de transporte à membrana plasmática é chamada exocitose. Essas vesículas participam da via biossintética secretora, permitindo que as células “comam” e secretem componentes, se comunicando com o meio externo.
Outra importante função desse tipo de transporte é a entrega de porções de membrana para as diferentes organelas e para a membrana plasmática, permitindo sua manutenção, o ajuste de componentes e até mesmo seu crescimento (aumento da sua superfície), em resposta às demandas do ambiente. Assim, é possível rapidamente adicionar ou remover proteínas da superfície celular, como receptores específicos, mudando a sensibilidade da célula em determinado momento. Por exemplo, se houver diminuição de receptores de insulina na membrana plasmática, a célula tem menor capacidade de responder ao hormônio (sensibilidade). Os componentes endocitados podem ser degradados ou reciclados, ligando estas vesículas às vias endossômicas e lisossômicas.
Tráfego intracelular de membranas: “rotas celulares” das vias secretoras e endocíticas
O transporte vesicular entre os sistemas de endomembranas apresenta rotas específicas entre os diferentes compartimentos que seguem sobre os “trilhos” de filamentos do citoesqueleto celular, com a ajuda de proteínas motoras ligadas à sua membrana. A via biossintética se inicia com a síntese de produtos pelo retículo endoplasmático (RE). Esses produtos sofrem modificações pós-traducionais e, ao atingir sua conformação correta, são reconhecidos por receptores específicos. Essa interação induz a formação de um brotamento de membrana, que os engloba. O brotamento se destaca da membrana de origem (membrana doadora) e forma uma vesícula de transporte, que leva a carga para a rede cis do complexo de Golgi (CG) e se funde a ela (membrana-alvo), entregando assim sua carga. Essa carga sofre processamento adicional e é transportada para diferentes cisternas do Golgi, seguindo a rota da via biossintética-secretora até chegar à rede trans-Golgi. A carga é então selecionada para vesículas, que a direcionam para a membrana plasmática (via secretora) ou para endossomos tardios, que terminam nos lisossomos. Nos dois casos, existem rotas retrógradas de reciclagem para o CG. Ainda, substâncias modificadas no Golgi podem ser devolvidas para o RE.
Temos também uma via endocítica, responsável pela captação de substâncias do meio externo através da formação de vesículas endocíticas. Essas substâncias podem ser entregues a endossomos e seguir para lisossomos, onde são degradadas, ou podem ser recicladas para a membrana plasmática ou para o CG, por vesículas de reciclagem de endossomos.
Existem, portanto, diversas rotas de transporte vesicular. Para que a entrega das diferentes cargas seja feita de forma eficiente e correta, vários passos devem ser cumpridos.
1. As cargas devem ser selecionadas e direcionadas às vesículas específicas. Esta etapa garante que somente cargas destinadas a determinado compartimento-alvo sejam englobadas pela vesícula de transporte correta – por exemplo, somente proteínas destinadas à membrana plasmática são englobadas por vesículas que se dirijam a este compartimento.
2. As vesículas de transporte devem ter sinais que as enderecem para as membranas-alvo, onde a carga deve ser entregue.
3. Apesar dessa intensa troca de membranas, pela fusão das membranas de vesículas às membranas-alvo, os diferentes compartimentos devem manter a identidade de suas membranas. Essa identidade é gerada pela presença de componentes próprios de membrana (que podem ser chamados “marcadores”), tanto de natureza lipídica quanto proteica. Assim, um conjunto de diferentes marcadores leva à produção de identidades específicas das diferentes membranas-alvo e de suas vesículas de transporte. Após a fusão da membrana de transporte com sua membrana-alvo, existem mecanismos que reconhecem esses componentes como “de outra membrana” e os englobam em vesículas de transporte, que se fundem ao seu compartimento de origem.
A dependência da formação de vesículas de transporte do reconhecimento da carga e do recrutamento de proteínas de revestimento
A primeira etapa para formação de uma vesícula de transporte é a seleção das cargas a serem transportadas, o que requer o reconhecimento de sequências de endereçamento por proteínas receptoras,provenientes de membranas do tipo transmembranar. A região do receptor voltada para a face luminal de organelas ou extracelular da membrana plasmática interage com a carga, e a região do receptor voltada para a região citoplasmática recruta e interage com proteínas adaptadoras, o que auxilia no acúmulo dessas estruturas (carga-receptor-proteína adaptadora) em uma mesma região da membrana e na ligação de proteínas de revestimento. Essa ligação induz a formação de uma protuberância na membrana por força mecânica, gerando uma invaginação da mesma.
Essas ligações são feitas de forma cooperativa e exigem reconhecimento específico entre carga-receptor de membrana, proteínas adaptadoras e fosfolipídios de membrana específicos, presentes na membrana doadora, que recrutam proteínas de revestimento para os diferentes tipos de vesículas de transporte formadas. Um número mínimo desses complexos (receptor-carga e proteínas adaptadoras) deve ser formado em uma mesma região de membrana, para que haja o recrutamento de proteínas de revestimento capazes de garantir a deformação adequada da membrana no momento correto e consequente formação da vesícula de transporte.
Após a formação da invaginação na membrana, a vesícula se desliga do compartimento doador, o que constitui seu brotamento. Esse tipo de vesícula de transporte, por ter sua montagem dirigida por proteínas de revestimento, é chamada “vesícula revestida”. Assim que ela se solta da membrana de origem, as proteínas de revestimento são liberadas de sua superfície. Isso é importante para que marcadores de endereçamento, presentes na membrana vesicular, possam ser expostos para interagir e reconhecer proteínas de superfície da membrana-alvo, com a qual se fusiona.
Diferentes proteínas de revestimento para diferentes tipos de vesículas de transporte
As células produzem diferentes tipos de vesículas de transporte, que diferem quanto à membrana de origem, alvo e carga. São conhecidos três tipos de revestimento: clatrinas e de proteínas do envoltório (COP, do inglês coat protein) com dois membros: COP I e COP II.
As clatrinas (do latim clathrum, que significa engradado) revestem vesículas que participam de processos de endocitose, transporte de enzimas lisossômicas da região trans-Golgi para endossomos e transporte de receptores manose-6-fosfato (MPR) de volta para a região trans-Golgi, processo chamado “reciclagem”. As clatrinas se organizam em uma estrutura chamada “trisquélion”, formada por três cadeias pesadas (180 kDa) e três cadeias leves (35 kDa). A associação de vários trisquélions forma uma rede que recobre externamente a membrana vesicular, e a interação entre eles forma arranjos poliédricos sobre a membrana que resultam em uma curvatura e consequente invaginação da membrana. Essa invaginação engloba o material a ser transportado e gera um pescoço que mantém a conexão da vesícula em formação à membrana de origem.
A associação das proteínas de revestimento com a membrana doadora ocorre por intermédio de proteínas adaptadoras; no caso das clatrinas, são conhecidas como adaptadoras de clatrina ou adaptinas. As adaptinas são proteínas presentes no citoplasmática, que reconhecem e se ligam aos receptores de carga da membrana doadora, formando o complexo carga-receptor-adaptina, e induzem a formação da vesícula. As vesículas apresentam características específicas relacionadas ao tipo de carga (que indica o endereçamento) e local onde são formadas (CG, endossomos, membrana plasmática etc.), existindo diferentes adaptinas para os diferentes receptores. Essas adaptinas são chamadas “adaptadores de proteína” (AP, do inglês adaptor proteins) e apresentam uma numeração: AP1, AP2, AP3, …, para diferenciá-las.
A AP1, por exemplo, reconhece e se liga à região citoplasmática de receptores MPR ligados à sua carga (M6P), e, como se viu no Capítulo 14, a presença de M6P é um marcador de proteínas lisossômicas. Assim, a AP1 é importante para a formação de vesículas originadas da rede trans-Golgi e direcionadas para os endossomos tardios, que se diferenciam em lisossomos.
Uma das adaptinas mais bem estudadas é a AP2, importante para endocitose. Seu funcionamento é um bom exemplo da interação cooperativa entre proteínas adaptadoras, receptores-carga e elementos de membrana, como os fosfolipídios. A presença do PI(4,5)P2 no lado citoplasmático da membrana doadora recruta a AP2 à essa membrana, que se liga ao lipídio. Essa ligação induz uma modificação conformacional na AP2, o que facilita sua interação com o complexo receptor-carga. O complexo AP2-receptor-carga apresenta uma maior estabilidade e passa a recrutar clatrinas). Além disso, GTPases monoméricas específicas estão também envolvidas no recrutamento e montagem dessas estruturas, como é discutido adiante.
GTPases monoméricas são importantes em vários processos celulares
As GTPases monoméricas são uma superfamília de enzimas que catalisam a hidrólise de guanosina trifosfato (GTP) para guanosina difosfato (GDP). Seus diferentes membros são fundamentais em vários processos celulares, como transdução de sinal, diferenciação, proliferação, regulação do citoesqueleto e transporte (incluindo o tema deste capítulo: transporte vesicular). Uma importante característica comum aos membros desta família é que assumem uma forma quando ligados a GDP e outra quando ligados a GTP. Essas diferentes formas, reguladas pela troca de nucleotídio ligado a ela em um momento específico, permitem que mude sua função de acordo com o contexto celular. Podem, por exemplo, interagir com uma proteína se ligada a GDP e com outra se ligada a GTP, ou ser solúvel quando ligada a GDP e ancorada a uma membrana quando ligada a GTP.
Cada GTPase monomérica apresenta um par de proteínas reguladoras, os fatores de troca de nucleotídios de guanina (GEFs) e a proteína ativadora de GTPase (GAP). A GEF, como o nome diz, promove a troca do GDP por um GTP. Já a GAP ativa a GTPase e faz com que a hidrólise de GTP ocorra rapidamente. Entretanto, a ativação da função de GTPase também depende do tempo; assim, a hidrólise pode ocorrer mesmo na ausência de GAP, porém é mais lenta. Essa característica faz com que algumas GTPases monoméricas atuem como temporizadores de processos celulares: depois de algum tempo ligada ao GTP e exercendo determinada função, ela hidroliza o GTP, mudando sua forma e, consequentemente, sua função.
Fazem parte dessa família proteínas do tipo Ras (Rat sarcoma vírus, envolvidas na tradução de sinais), ARF (ADP ribosylation factor, família reguladora da biogênese de vesículas de transporte), Rho (Ras-homology, família que participa do remodelamento do citoesqueleto), Rab (Ras-related in brain, família que participa da formação, transporte pelo citoesqueleto e fusão de vesículas) e Ran (Ras-related nuclear protein, que têm função no transporte através de poros nucleares e na mitose)-GTPase.
Os outros dois tipos de revestimento de vesículas, COP I e COP II, são formados por complexos proteicos, compostos de diferentes subunidades. As vesículas revestidas por COP estão envolvidas no transporte de cargas entre o RE e CG (ver Figura 15.5). Diferentemente das vesículas revestidas por clatrina, que medeiam o transporte bidirecional, as vesículas revestidas por COP I fazem o transporte retrógrado (do CG para o RE), e as revestidas de COP II, o transporte anterógrado (do RE para o CG).
A COP I é composta de múltiplos complexos proteicos heptaméricos, conhecidos como coatômero; enquanto a COP II é formada por múltiplas unidades proteicas compostas das subunidades heterodiméricas, Sec13/Sec31. Ambos os complexos se ligam a proteínas adaptadoras presentes na membrana que são formadas por dímeros – no caso de COP I, o dímero p23/p34, e da COP II, o dímero Sec23/Sec24. Essas proteínas adaptadoras, assim como as clatrinas, se ligam à região citoplasmática dos receptores de carga (quando estes estão ligados à sua carga) e com uma GTPase monomérica da família ARF (do inglês adenosine diphosphate ribosylation factor), presentes na membrana doadora. As ARF sãoimportantes para o recrutamento e montagem do revestimento. A ARF1 é específica para revestimento de COP I, e a Sar1 (ARF “smile”) específica para COP II. A montagem do revestimento de clatrina também depende de uma ARF.
A função dessas GTPases recrutadoras de revestimento pode ser exemplificada no processo de formação de vesículas revestidas por COP II. A Sar1, quando ligada a GDP, é uma proteína solúvel. Regiões da membrana do RE, onde ocorre formação de vesículas de transporte, apresentam complexos receptor-carga e proteínas GEF específicas para a Sar1 (GEF-Sar1). Quando a Sar1 se aproxima dessa região, ocorre a troca do seu GDP por um GTP, que induz uma modificação conformacional na Sar1, expondo uma região hidrofóbica desta proteína, que se insere na membrana. A Sar1 agora interage com o complexo heterodimérico de proteínas adaptadoras de COP II (Sec23 e Sec24). A proteína Sec24 se liga, por sua região voltada para a membrana, ao complexo receptor-carga, estabilizando o complexo na membrana. A formação de vários complexos neste local provoca curvaturas de membrana, que permitem o recrutamento e a ligação das subunidades heterodiméricas Sec13/31. Quanto maior o número desses complexos, mais rápido é o recrutamento das proteínas de cobertura e geração da vesícula por deformação da membrana.
Além dessa função, a presença das ARFs também garante que a formação de uma vesícula de transporte ocorra somente se houver material a ser transportado em quantidade correta. A Sar1, como todas as GTPases monoméricas, tem uma função de hidrólise de GTPs, que pode ser ativada por sua interação com uma proteína GAP específica para Sar1 (GAP-Sar1), ou depois de um tempo, espontaneamente. Assim, se houver poucos complexos receptor-carga, o recrutamento dos complexos adaptadores e proteínas de revestimento é muito lento, e a atividade hidrolítica da Sar1 é ativada antes da formação da vesícula. Nesse caso, a Sar1 está ligada a uma GDP, o que faz com que mude sua conformação e se torne novamente solúvel, desmontando os complexos antes da formação da vesícula. Também são recrutadas outras proteínas de membrana, que auxiliam no direcionamento e reconhecimento da membrana-alvo, assim como na fusão das duas membranas (vesicular e alvo), como é discutido a seguir.
O brotamento da vesícula da membrana de origem depende agora de proteínas citoplasmáticas adicionais, que auxiliam na fusão das membranas que formam o pescoço da invaginação e seu consequente desligamento da membrana de origem. Esse mecanismo é mais bem caracterizado em vesículas revestidas de clatrina, cuja principal proteína é a dinamina, uma GTPase monomérica que é recrutada para a região do pescoço da invaginação, por se ligar ao PI(4,5)P2 presente nesta região.
O tamanho e o formato das vesículas são variáveis e dependem da origem e tipo de carga transportada. Assim, o tamanho varia entre 50 e 250 nm, com exceção dos fagossomos, que são maiores. O formato pode ser mais esférico ou tubular, caso das vesículas que transportam moléculas de pró-colágeno, que devem ser maiores para acomodar a carga.
O revestimento proteico e a exposição de marcadores de endereçamento após a formação das vesículas
Após a formação das vesículas, as proteínas de revestimento se desligam da membrana vesicular. A perda desta cobertura é importante para que as vesículas possam expor sinais de reconhecimento para suas membranas-alvo, assim como se fusionar a elas. No caso das vesículas revestidas por COP II, esse processo ocorre pela hidrólise do GTP ligado a Sar1, por ação de uma Sar1-GAP, fazendo com que esta perca a afinidade pela membrana e seja liberada no citoplasma. Apesar do desligamento da Sar1, algumas proteínas de revestimento são mantidas na superfície da membrana e podem permanecer até a vesícula se aproximar da membrana-alvo. São então fosforiladas por quinases presentes na membrana-alvo, o que leva a seu desligamento. No caso das vesículas revestidas de clatrina e COP I, o desligamento das proteínas de cobertura é imediato após a formação da vesícula. Assim como ocorre para a COP II, a hidrólise de GTP, ligado a uma ARF-GTPase, é a causa principal do desligamento. Nas vesículas revestidas de COP I, foi observado o recrutamento de uma ARF1-GAP durante a formação da cobertura, e sua ativação depende da curvatura da membrana da vesícula. Em todos os casos, após o desligamento das vesículas, as proteínas de revestimento e adaptadoras ficam livres no citoplasma e podem ser reutilizadas na montagem de novas vesículas.
1. Síntese de Proteínas:
· Ribossomos: Síntese de proteínas a partir da informação genética contida no mRNA.
· Retículo Endoplasmático Rugoso (RER): Destino de proteínas recém-sintetizadas, modificações pós-traducionais (glicosilação) e dobramento de proteínas.
· Controle de qualidade: Mecanismos de reconhecimento e degradação de proteínas mal dobradas.
2. Transporte Vesicular:
· Formação de vesículas: Brotamento de vesículas do RER e do complexo de Golgi.
· Proteínas de revestimento: Clاترina, COPI e COPII, responsáveis pela formação e direcionamento das vesículas.
· Fusão de vesículas: Processo mediado por SNAREs, que garante a fusão específica das vesículas com seus alvos.
3. Complexo de Golgi:
· Modificações pós-traducionais: Adição de grupos carboidratos, sulfato e fosfato.
· Classificação e empacotamento: Direcionamento das proteínas para seus destinos finais (membrana plasmática, lisossomos, vesículas secretoras).
· Formação de vesículas secretoras: Armazenamento temporário de proteínas antes da secreção.
4. Secreção Celular:
· Secreção constitutiva: Liberação contínua de proteínas para a membrana plasmática.
· Secreção regulada: Acúmulo de vesículas secretoras e liberação em resposta a sinais específicos.
· Exocitose: Fusão das vesículas secretoras com a membrana plasmática e liberação do conteúdo para o meio extracelular.
5. Importância da Síntese e Secreção Celular:
· Comunicação celular: Hormônios, neurotransmissores e fatores de crescimento são secretados para mediar a comunicação entre células.
· Formação da matriz extracelular: Secreção de proteínas e carboidratos para construir a matriz que sustenta os tecidos.
· Renovação da membrana plasmática: Incorporação de proteínas e lipídios recém-sintetizados à membrana.
· Digestão celular: Secreção de enzimas lisossômicas para a degradação de macromoléculas.
O Papel da Secreção Celular em Doenças Humanas
· Doenças genéticas: Mutações em genes que codificam proteínas da via secretora podem levar a doenças como a fibrose cística e a mucoviscidose.
· Doenças autoimunes: Disfunções na secreção de proteínas podem levar a respostas imunes inadequadas.
· Câncer: Alterações na secreção de fatores de crescimento e outras moléculas podem promover a proliferação celular e a metástase.
· Doenças neurodegenerativas: Acúmulo de proteínas mal dobradas na via secretora pode contribuir para o desenvolvimento de doenças como o Alzheimer e o Parkinson.
Novas Estratégias para Direcionar Drogas para Células Específicas
· Veiculação de fármacos: Utilização de vesículas extracelulares como transportadoras de fármacos.
· Modificação de peptídeos: Design de peptídeos que se ligam a receptores específicos na superfície celular.
· Engenharia de nanopartículas: Desenvolvimento de nanopartículas para direcionar fármacos a tecidos e órgãos específicos.
Utilização da Bioengenharia para Produzir Proteínas Recombinantes
· Produção de proteínas heterólogas: Expressão de proteínas em sistemas heterólogos (bactérias, leveduras, células de mamífero).
· Modificações pós-traducionais: Introdução de modificações pós-traducionais para aumentar a eficácia e a segurança das proteínas terapêuticas.
· Engenharia de proteínas: Modificação da estrutura das proteínas para melhorar suas propriedades.
Dissertação: A Matriz Extracelular: O Arcabouço da Vida
A ECM é uma trama tridimensional de glicoproteínas e proteoglicanas, além de fatores solúveis constituintes dessa trama. Essa matriz é específica para cada tipo de tecido e é dinamicamente alterada.A ECM é composta por macromoléculas produzidas, secretadas e depositadas por diferentes células no espaço extracelular. Há dois tipos de matrizes extracelulares: a lâmina basal (também denominada “membrana basal”) e a matriz intersticial. A lâmina basal é uma camada fina e densa de ECM que circunda todos os tecidos animais. Sua função primária é manter as células de tecidos e órgãos unidos, e orientar a polaridade da organização epitelial, por isso a lâmina basal é também conhecida como matriz pericelular. Localiza-se na região basal dos epitélios, ao redor de feixes musculares e nervosos, vasos sanguíneos etc. 
A lâmina basal é composta de laminina, colágeno tipo IV, nidogênio e perlecan (uma proteoglicana). A matriz intersticial é o preenchimento do tecido conjuntivo. Seus principais componentes são as fibras colágenas (colágeno tipos I e III), fibronectina, elastina, vitronectina e proteoglicanas. Na ECM são armazenados fatores solúveis que podem estar inativos ou indisponíveis às células, por estarem crípticos. O remodelamento da matriz (p. ex., por secreção de proteases) pode resultar em ativação desses fatores ou exposição daqueles que se mantêm crípticos, multiplicando as formas pelas quais a ECM influencia as células.
Os múltiplos componentes da matriz são secretados, principalmente, por células do tecido conjuntivo e dividem-se em dois tipos: aqueles constituídos por moléculas proteicas alongadas, que se agregam formando estruturas fibrilares ou fibrosas, como o colágeno e a elastina. Os constituintes que se agregam, mas não formam fibrilas ou fibras, por sua vez, podem apresentar dois subtipos: glicoproteínas e glicosaminoglicanas/proteoglicanas.
A ação conjunta desses componentes determina as propriedades biomecânicas da matriz. Por exemplo, o colágeno e a elastina são responsáveis pelo arcabouço estrutural e elástico de vários tecidos. As glicroproteínas são responsáveis pela adesão da célula–matriz, e as glicosaminoglicanas e as proteoglicanas formam um gel hidratado, semifluido, no qual estão imersos os outros componentes da matriz. Sua presença confere rigidez e compressibilidade ao tecido. Esse gel também propicia a difusão de nutrientes, hormônios e outros mensageiros químicos nos tecidos conjuntivos. Nas cartilagens, as moléculas de glicosaminoglicanas e proteoglicanas formam um complexo de pontes moleculares unindo as fibrilas de colágeno entre si.
Glicosaminoglicanas e proteoglicanas
Glicosaminoglicanas são polímeros lineares (não ramificados) formados por um dissacarídio de hexosamina e ácido urônico que se repete. Constituem uma família complexa da qual o ácido hialurônico, o sulfato de dermatana, o sulfato de condroitina e o sulfato de heparana são os principais componentes. Apresentam radicais carboxila (do ácido urônico) e, com exceção do ácido hialurônico, radicais sulfato. Consequentemente, são moléculas com carga negativa elevada. Essa situação atrai uma nuvem de cátions (principalmente sódio) que é osmoticamente ativa, atraindo água, o que explica a alta hidrofilia desses compostos e a formação de um gel na ECM. À exceção do ácido hialurônico, as glicosaminoglicanas prendem-se por covalência a cadeias proteicas, formando as proteoglicanas. Proteoglicanas são, então, complexos gigantescos de glicosaminoglicanas em torno de um eixo proteico.
As propriedades biomecânicas desse gel o tornam importante em processos de desenvolvimento embrionário, regeneração dos tecidos, cicatrização e interação com o colágeno. Sabe-se, por exemplo, que os grupamentos ácidos desses compostos interagem com os radicais básicos do colágeno, contribuindo para a firmeza (turgor) da ECM.
A ECM também é importante em patologias, pois a sua viscosidade retarda a penetração de microrganismos nos tecidos. Bactérias que produzem enzimas capazes de digerir macromoléculas da ECM infiltram-se com mais facilidade nos tecidos. É o caso dos estafilococos, que secretam hialuronidase, e do clostrídio (responsável pela gangrena), que secreta colagenase.
Fibronectina e laminina
A fibronectina é uma glicoproteína que contém domínios de interação com receptores celulares e outros componentes da matriz. Serve, assim, de ponte entre as células e a ECM. Deriva de um único gene cujo ácido ribonucleico (RNA) pré-mensageiro é processado (splicing), produzindo mais de 20 RNA mensageiros (mRNA) diferentes. A fibronectina não somente é responsável pela ligação célula–matriz extracelular, mas também importante no desenvolvimento embrionário. Por exemplo, durante a gastrulação de anfíbios, a fibronectina orienta a migração das células que originarão o mesoderma.
A laminina é uma molécula constituída por três polipeptídios em forma de cruz, que também apresenta porções que se ligam ao colágeno tipo IV, ao sulfato de heparana e a receptores celulares de laminina, formando, assim, pontes que ligam as células à matriz. Como o colágeno tipo IV e o sulfato de heparana são os principais componentes das lâminas basais (ver adiante), a laminina também desempenha a função de ponte de ligação entre as células e essas lâminas. Sabe-se hoje que há várias lamininas semelhantes (mas não idênticas) produzidas por diferentes tecidos.
Funções
Por sua natureza tridimensional e por serem moléculas adesivas, a função primária da ECM é fornecer um substrato para a adesão celular, regulando, assim, a morfologia e a motilidade das células. Junto com as estruturas de adesão célula–célula (apresentadas anteriormente), o surgimento da ECM possibilitou o estabelecimento de estruturas orgânicas organizadas como tecidos, órgãos e sistemas, sem os quais os metazoários superiores não teriam evoluído. Inicialmente, acreditava-se que a ECM era um substrato inerte sobre o qual as células se aderiam. Atualmente, sabe-se que a ECM tem função comparável à de fatores parácrinos e hormônios, regulando todos os processos celulares, incluindo transcrição gênica, metabolismo, meia-vida de RNAs e proteínas, organização do citoesqueleto etc.
Uma das funções mais bem caracterizadas da ECM é o controle da proliferação e da morte celular. Em termos simples, o balanço entre esses dois processos é o que garante a homeostase do organismo. Há muito tempo observou-se que células normais (não tumorais) em cultura são incapazes de proliferar na ausência de “ancoragem”, isto é, na ausência de adesão. Essa dependência da adesão para a proliferação garante que células não se reproduzam “fora do lugar” ou de forma independente, como um ser unicelular. Desse modo, funcionalmente pode-se considerar a ECM como um fator de sobrevivência, sobretudo para células epiteliais. Células normais que, por qualquer razão, percam a sua adesão sofrem morte celular por apoptose. Experimentos em culturas celulares tridimensionais sugerem que a matriz influencia a morfogênese (ver boxe Matriz extracelular na cultura celular). Outra função importante da matriz recentemente explorada é a de regulação da diferenciação celular.
Matriz extracelular na cultura celular
O desenvolvimento de culturas celulares tridimensionais (i. e., culturas em que a moléculas de matriz são adicionadas no ensaio) foi essencial para a caracterização de novas funções da ECM e do mecanismo molecular subjacente. Essa metodologia contrasta com a cultura convencional, na qual células são cultivadas sobre superfície plana e bidimensional de uma placa de cultura. Nessa superfície, as células aderem e proliferam. Quando cultivadas em condições tridimensionais sobre uma superfície revestida de um gel de lâmina basal essas células dão origem a pequenas esferas celulares (esferoides), visíveis ao microscópio de luz.
Em poucos dias, as células desse esferoide organizam-se em uma camada única de células polarizadas (como um epitélio verdadeiro) aderidas umas às outras por meio de junções intercelulares. Por não estarem em contato com a lâmina basal, as células internas sofrem apoptose, produzindo uma cavidade no interior do esferoide. Esses esferoides recapitulam a arquitetura de glândulas como a mamária e a salivar.
Um outro experimentoem cultura fundamental foi realizado com células-tronco mesenquimais isoladas da medula óssea. Essas células foram cultivadas em substrato de composição idêntica, porém com graus de rigidez diferentes. As células submetidas a substrato mais elástico e complacente apresentaram um padrão de expressão gênico típico de linhagem neural. Em substrato de elasticidade intermediária, o padrão observado foi de células musculares. No substrato mais rígido, as células expressaram genes da linhagem óssea. Observou-se, no entanto, que as células só se diferenciavam terminalmente se fatores solúveis fossem adicionados. Embora esses estudos tenham sido realizados com células em cultura, estudos in vivo corroboram a diversidade de funções da matriz em mamíferos. Esses estudos foram feitos em animais que não expressam integrinas, os receptores de ECM que serão abordados a seguir. Esses animais apresentam fenótipos muito diferentes entre si.
Receptores de matriz extracelular
A maioria dos receptores de ECM pertence à família das integrinas. O nome deriva do fato dessas moléculas integrarem o meio extracelular ao intracelular. As integrinas são compostas por duas diferentes subunidades transmembranares: uma α e outra β. Essa família apresenta 24 diferentes membros que interagem seletivamente com moléculas de ECM. As integrinas foram classificadas de acordo com o seu ligante ou tipo celular que as expressa. Há quatro integrinas que interagem com colágenos e outras quatro que interagem com lamininas. Contudo, esses receptores reconhecem regiões diferentes nessas moléculas. Colágeno e lamininas são proteínas muito grandes, e diferentes integrinas reconhecem domínios distintos de uma mesma molécula, resultando em respostas diferentes da célula.
Um terceiro grupo são as integrinas que reconhecem o tripeptídio (ou “motivo”) arginina–glicina–ácido aspártico (RGD). Esse domínio está presente em diferentes moléculas de ECM como fibronectina, vitronectina, fibrinogênio etc. Embora interajam com a mesma sequência curta, essas integrinas distinguem as diferentes moléculas que apresentam RGD. Isso sugere que os aminoácidos próximos à sequência RGD, que podem variar entre as diferentes moléculas da ECM, têm um papel importante no reconhecimento e na interação com a integrina, conferindo especificidade. Um quarto grupo de integrinas é expresso por leucócitos (as células do sistema imune).
A ativação das integrinas ocorre de duas formas. A mais comum é desencadeada pela interação de integrinas e a ECM. Essa ativação ocorre da mesma maneira que ligante–receptor em comunicação celular. A interação da integrina com seu ligante na ECM causa uma mudança conformacional nas integrinas e sua ativação. Esse tipo de ativação é chamado outside-in, indicando que o sentido da ativação é do meio extracelular para o intracelular.
O segundo tipo de ativação é observado em leucócitos, que são células circulantes em condições fisiológicas. Na ocorrência de uma inflamação no interstício, fatores inflamatórios (citocinas) ativam os leucócitos. A cascata de sinalização resultante induz a alteração conformacional e a ativação das integrinas, tornando os leucócitos aderentes somente no momento e no local necessário. Como nesse caso a ativação veio do meio intracelular, é denominada inside-out. Essa ativação promove a adesão e a diapedese dos leucócitos, alcançando o local da inflamação. Em ambos os casos, o domínio intracelular das integrinas interage com filamento de actina por meio de proteínas como talina, vinculina, paxilina e α-actinina. Esse processo resulta no agrupamento das integrinas no plano da membrana citoplasmática, formando os focos de adesão. Na face citoplasmática, esse processo ativa inúmeras proteínas sinalizadoras, incluindo GTPases, quinases, proteínas adaptadoras etc. Entre elas destaca-se a FAK, uma tirosina-quinase intracelular que tem papel essencial na transdução do sinal proveniente da ECM.
Há duas integrinas – α6β4 e α3β1 – que formam interações mais estáveis com a ECM, denominadas hemidesmossomos. Os hemidesmossomos formam forte adesão entre a lâmina basal e a membrana basal dos epitélios. Além das integrinas citadas, hemidesmossomos sempre apresentam moléculas denominadas “tetraspaninas”, encarregadas de formar grandes complexos proteicos na membrana plasmática. Diferentemente dos focos de adesão, a porção citoplasmática dos hemidesmossomos interage com filamentos intermediários de citoqueratina, não de actina. Essa interação confere a resistência mecânica tão essencial à função dos epitélios, particularmente os de revestimento. Embora sejam mais estáveis e mecanicamente resistentes, os hemidesmossomos são dinâmicos, pois podem se desmontar rapidamente na divisão celular, na migração e em outros eventos.
A ECM tem composição, organização espacial e propriedades mecânicas (rigidez, resiliência, elasticidade e orientação espacial) variáveis. As integrinas são capazes de comunicar essas propriedades à célula. Do lado citoplasmático, os filamentos de actina interagem com miosinas, proteínas motoras que se deslocam ao longo de filamentos de actina. Esse deslocamento provoca uma tração de toda a rede de filamentos de actina, transmitindo força ao interior da célula. As alterações do citoesqueleto podem ser transmitidas ao núcleo, resultando em mudanças na organização da cromatina e na expressão gênica. Como o citoesqueleto está associado às moléculas sinalizadoras, a interação célula–ECM também tem um componente bioquímico. Por isso, essa sinalização é comumente denominada “mecanotransdução”; seus componentes bioquímico e mecânico são reciprocamente modulados e atuam em cooperação.
Adesão celular durante a mitose
A forma aproximadamente esférica das células em mitose remonta aos organismos unicelulares e foi conservada em todos os metazoários. A assimetria perfeita de uma esfera pode ter garantido a segregação do material genético entre as duas novas células de modo rigoroso, sem a qual as células não teriam se perpetuado. A adesão celular e a progressão no ciclo celular são finamente coordenadas.
Proteases na adesão celular
Como ressaltado anteriormente, a ECM é dinâmica. Sua composição e sua arquitetura podem ser modeladas ativamente pelas células. Proteases que modulam a adesão célula–matriz podem ser secretadas para o meio extracelular ou ancoradas na membrana plasmática. A degradação da matriz pode resultar em alterações radicais no comportamento celular. Por exemplo, na migração celular, a degradação da matriz não só abre caminho para a migração, como também expõe sítios de ligação que favorecem a adesão e a propulsão das células.
Metaloproteases
As mais importantes são as metaloproteases de matriz (MMPs, do inglês matrix metalloproteinases), as desintegrinas e metaloproteases (ADAMs, do inglês disintegrin and metalloproteinases), e as desintegrinas e metaloproteases com domínios de trombospondina (ADAMTS, do inglês disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs). São assim denominadas porque a atividade catalítica dessas enzimas depende de íons metálicos, principalmente o Zn+2. As MMPs são sintetizadas como proenzimas, isto é, estão inicialmente inativas. A ativação dessas enzimas depende da clivagem de um peptídio na região amino-terminal. Essa clivagem é catalisada por outras MMPs, a mesma MMP ativa ou por outras proteases. Fisiologicamente, a atividade proteolítica dessas enzimas é finamente controlada pelos seus inibidores endógenos, os inibidores de metaloproteases de tecidos (TIMPs, do inglês tissue inhibitors of metalloproteinases). Dependendo do substrato preferencial ou de sua estrutura, as MMPs foram classificadas em subgrupos: colagenases, gelatinases, estromelisinas, matrilisinas, as MMPs de membrana, denominadas “MT-MMP” (do inglês membrane-type metalloproteinases) e outras MMPs ainda não classificadas.
Como o nome sugere, as MMPs foram primeiro reconhecidas por clivarem moléculas de ECM. Mais tarde observou-se que essas proteases são muito mais versáteis. Elas podem clivar citocinas e receptoresde membrana plasmática e ainda atuar através de mecanismos que não dependem de sua atividade proteolítica. A degradação da ECM por MMPs resulta no remodelamento da matriz, com consequências biológicas muito diversas. Ao degradar a matriz, as metaloproteases alteram suas propriedades, modulando diversas funções celulares. A degradação da matriz por MMPs também pode liberar fatores solúveis que estão aprisionados ou crípticos na matriz, tornando-os disponíveis às células. As MMPs também podem clivar outras proteases que estão sob sua forma inativa. Quando as MMPs removem um domínio inibitório, as proteases-alvo são ativadas.
ADAMs
As ADAMs têm funções além das relacionadas com a adesão celular. São moléculas ancoradas à membrana plasmática que apresentam um domínio com propriedades aderentes e um com atividade proteolítica semelhante ao das metaloproteases, porém a maioria das ADAMs não apresenta atividade proteolítica. Algumas ADAMs interagem com integrinas e moléculas de ECM, modulando a adesão celular. As ADAMs que têm atividade proteolítica clivam receptores de membrana, citocinas, proteínas de adesão célula–célula (E-caderinas) e até domínios intracelulares de receptores como os da via de Notch/Delta, essencial na diferenciação durante o desenvolvimento. As ADAMs que têm proteínas de ECM como substrato clivam fibronectina e colágeno tipo IV em sítios muito específicos, liberando domínios que regulam a adesão ou têm atividade de fator de crescimento.
ADAMTS
As ADAMTS são proteases secretadas para o meio extracelular. Seus principais substratos na ECM são o pró-colágeno (precursor dos colágenos) e as proteoglicanas (sobretudo as de cartilagem). Diferentemente das ADAMs, as ADAMTS apresentam uma sequência repetitiva de aminoácidos homóloga àquela encontrada nas trombospondinas 1 e 2. Por meio dessa sequência repetitiva, ADAMTS liga-se a glicosaminoglicanas, que são componentes da heparina. Como as MMPs, as ADAMTS são essenciais no remodelamento da ECM, modulando múltiplas funções.
1. Composição da Matriz Extracelular
· Proteínas Fibrosas: 
· Colágeno: principal proteína estrutural, formando fibrilas que conferem resistência à tração.
· Elastina: confere elasticidade aos tecidos, permitindo a distensão e o retorno à forma original.
· Fibrilina: forma microfibrilas que associam-se ao elastina, formando fibras elásticas.
· Glicoproteínas Adesivas: 
· Laminina: principal componente da lâmina basal, mediando a adesão das células epiteliais à matriz.
· Fibronectina: promove a adesão celular, a migração e a organização da matriz.
· Entactina/Nidogênio: molécula de ligação entre a laminina e o colágeno tipo IV.
· Proteoglicanos: 
· Moléculas compostas por um núcleo proteico ligado a cadeias de glicosaminoglicanos (GAGs), como o hialuronato e o condroitinsulfato.
· Conferem propriedades de gel à matriz, hidratando e resistindo à compressão.
2. Organização da Matriz Extracelular
A organização da matriz extracelular varia de acordo com o tipo de tecido. Em tecidos conjuntivos, como o osso e a cartilagem, a matriz é altamente organizada e especializada. Já em tecidos epiteliais, a matriz extracelular forma a lâmina basal, uma estrutura especializada que separa o epitélio do tecido conjuntivo subjacente.
3. Funções da Matriz Extracelular
· Suporte estrutural: Confere resistência e elasticidade aos tecidos.
· Adesão celular: Permite a adesão das células à matriz e entre si.
· Migração celular: Facilita a migração celular durante o desenvolvimento embrionário e processos de reparo tecidual.
· Regulação da proliferação e diferenciação celular: Influencia a proliferação e a diferenciação celular através de sinais bioquímicos.
· Microambiente celular: Cria um microambiente específico para cada tipo de tecido, influenciando suas funções.
4. A Matriz Extracelular e a Patologia
Alterações na composição e organização da matriz extracelular estão associadas a diversas doenças, como:
· Doenças fibroproliferativas: Fibrose, cirrose hepática e esclerose sistêmica.
· Doenças cardiovasculares: Aterosclerose e aneurisma.
· Doenças neoplásicas: Metástase e invasão tumoral.
A matriz extracelular é um componente dinâmico e complexo do tecido conjuntivo, cuja função vai além de fornecer suporte estrutural. A compreensão dos mecanismos moleculares que regulam a síntese, a degradação e a remodelagem da matriz extracelular é fundamental para o desenvolvimento de novas terapias para diversas doenças. Questões como a relação entre a matriz extracelular e o microambiente tumoral, o papel da matriz extracelular na regeneração tecidual e o desenvolvimento de biomateriais que mimetizam a matriz extracelular são temas de grande interesse na pesquisa atual.
A matriz extracelular é um componente essencial do tecido conjuntivo, desempenhando um papel crucial na estrutura e função dos tecidos. A compreensão da composição, organização e funções da matriz extracelular é fundamental para o avanço da biologia celular e molecular, bem como para o desenvolvimento de novas terapias para diversas doenças.
Dissertação: Tecido Epitelial: Revestimento e Glandular
Introdução
O tecido epitelial, um dos quatro principais tecidos do corpo humano, desempenha funções cruciais de revestimento e secreção. Suas células, justapostas e com pouca matriz extracelular, formam barreiras protetoras, absorvem substâncias e produzem secreções. Neste trabalho, exploraremos as características, classificações e funções dos epitélios de revestimento e glandular, destacando sua importância para a fisiologia humana.
Desenvolvimento
1. Tecido Epitelial de Revestimento:
· Características Gerais: 
· Células justapostas, com pouca matriz extracelular.
· Alta taxa de renovação celular.
· Avascularizado, nutrindo-se por difusão a partir do tecido conjuntivo subjacente.
· Presença de lâmina basal, que o separa do tecido conjuntivo.
· Funções: 
· Proteção: Barreira física contra agentes externos.
· Absorção: Absorção de nutrientes e outras substâncias.
· Secreção: Produção e secreção de substâncias.
· Excreção: Eliminação de substâncias.
· Percepção sensorial: Possui células sensoriais em alguns órgãos.
· Classificação: 
· Número de camadas: Simples (uma camada) ou estratificado (várias camadas).
· Forma das células: Pavimentoso, cúbico ou cilíndrico.
· Especializações de membrana: Microvilosidades, cílios e estereocílios.
2. Tecido Epitelial Glandular:
· Origem: Derivado do epitélio de revestimento por invaginação.
· Função: Produção e secreção de substâncias.
· Classificação: 
· Quanto à natureza da secreção: Serosa (aquosa), mucosa (viscosa) ou mista.
· Quanto ao modo de secreção: Merócrina (exocitose), apócrina (perda de parte do citoplasma) ou holócrina (ruptura da célula).
· Quanto ao número de células: Unicelular ou multicelular.
· Quanto à forma das glândulas: Tubulosa, acinosa ou alveolar.
· Tipos de Glândulas: 
· Endócrinas: Secretam hormônios diretamente na corrente sanguínea.
· Exócrinas: Secretam substâncias em ductos que se abrem em superfícies externas ou internas.
3. Junções Celulares:
· Funções: Adesão, vedação, comunicação e formação de canais.
· Tipos: Zônula de oclusão, zônula de adesão, desmossomos, hemidesmossomos e junções comunicantes.
4. Lâmina Basal:
· Composição: Colágeno tipo IV, laminina, nidogênio e proteoglicanos.
· Funções: Suporte estrutural, filtração, adesão celular e organização tecidual.
Problematização
O tecido epitelial, apesar de sua aparente simplicidade estrutural, apresenta uma grande diversidade de funções e adaptações. Questões como a regeneração e a metaplasia epiteliais, a relação entre o epitélio e o tecido conjuntivo subjacente, e o papel do epitélio em processos patológicos como o câncer, são áreas de intensa pesquisa. Além disso, a engenharia de tecidos e a produção de órgãos artificiais dependem da compreensão dos mecanismos de desenvolvimento e organização do tecido epitelial.
Conclusão
O tecido epitelial, com suas diversas funções e adaptações, é essencial para a manutenção da homeostase do organismo. A compreensão da estruturamitocondriais internas contêm apenas 25% de lipídios, apresentando uma predominância de proteínas responsáveis por sua função enzimática, discutida anteriormente.
Os fosfolipídios, principais componentes da bicamada, possuem uma região polar (hidrofílica) e outra apolar (hidrofóbica), o que confere à membrana uma permeabilidade seletiva. A bicamada lipídica forma a estrutura básica de todas as membranas celulares. Ela é facilmente observada por microscopia eletrônica, e sua estrutura de camada dupla é atribuível exclusivamente a propriedades especiais das moléculas lipídicas, as quais se reúnem espontaneamente em bicamadas mesmo sob condições artificiais simples. Três tipos de lipídios compõem a bicamada de membranas celulares: Fosfoglicerídeos, esfingolipídeos e esterois são os principais lipídeos das membranas celulares. As moléculas lipídicas constituem cerca de 50% da massa da maioria das membranas das células animais, e quase todo o restante são proteínas. Todas as moléculas lipídicas da membrana plasmática são anfifílicas ou anfipáticas, isto é, possuem uma extremidade hidrofílica (“que ama água”) ou polar, e uma extremidade hidrofóbica (“que teme a água”) ou apolar. Os mais abundantes lipídeos da membrana são os fosfolipídeos. Eles possuem um grupamento da cabeça polar contendo um grupo fosfato e duas caudas hidrocarbonadas hidrofóbicas. Nos animais, nas plantas e nas células bacterianas, as caudas normalmente são ácidos graxos e podem diferir em comprimento. As diferenças no comprimento e na saturação das caudas e dos ácidos graxos influenciam como as moléculas fosfolipídicas encaixam-se umas nas outras, afetando a fluidez da membrana, como discutiremos mais adiante. 
As duas cadeias de hidrocarbonetos nos fosfolipídios das membranas celulares são fundamentais para a existência da bicamada lipídica. Em solução aquosa esses lipídios adquirem forma molecular cilíndrica e agregam-se espontaneamente. Dessa maneira, a região hidrofóbica fica livre da interação com moléculas de água, e a sua região hidrofílica fica exposta. Lipídios que apresentam somente uma cadeia de hidrocarbonetos têm forma molecular cônica e formam preferencialmente uma estrutura esférica denominada “micela”. Nas micelas, as cadeias de hidrocarbonetos também ficam protegidas das moléculas de água. Devido ao formato molecular cilíndrico desses fosfolipídios com duas cadeias de hidrocarbonetos, em condições fisiológicas (pH, temperatura, força iônica) a bicamada é o arranjo energeticamente mais favorável do que a micela. Nessa bicamada lipídica, a única forma de evitar que suas extremidades hidrofóbicas se exponham ao meio aquoso é a formação de uma esfera completa, resultando em um compartimento fechado envolto por membrana. Essa é a característica primordial que possibilitou o surgimento das células e a existência da vida como se conhece. Essa característica também é responsável pela capacidade de as membranas de fecharem pequenas rupturas rapidamente (capacidade autosselante) pelo rearranjo de suas moléculas, a fim de evitar a exposição de regiões hidrofóbicas ao meio aquoso. Grandes rupturas na membrana são fechadas com auxílio da inserção de vesículas intracelulares.
Outro constituinte importante das membranas celulares são os glicolipídios, designação genérica para todos os lipídios que contêm carboidratos, com ou sem radicais fosfato. Alguns podem apresentar resíduos de ácido siálico, o que confere caráter negativo à sua região hidrofílica. Os glicolipídios mais abundantes em células animais são os glicoesfingolipídios, que compõem muitos receptores das superfícies celulares.
O glicocálice tem a importante função de proteção da membrana celular contra danos químicos e mecânicos, atuando como uma barreira. Por exemplo, o glicocálice de células do revestimento gastrintestinal as protege do contato direto com alimentos ingeridos e enzimas digestivas. Importante lembrar que essa cobertura é encontrada somente na porção direcionada para o meio externo (não citoplasmática) da membrana plasmática. Glicoproteínas e glicolipídios são também encontrados na superfície não citoplasmática (voltadas para o lúmen) de algumas organelas envoltas por membrana, como no caso do RE e do complexo de Golgi (onde são produzidos para serem posteriormente entregues à membrana plasmática), e dos lisossomos. No caso de lisossomos, essa cobertura fornece proteção contra enzimas hidrolíticas presentes na organela.
Outra importante função do glicocálice é conferir a identidade celular. A grande variedade de combinações possíveis na formação das cadeias de oligossacarídios produz assinaturas únicas na superfície celular. Apesar de serem formadas por cerca de 15 tipos diferentes de açúcares como glicose, manose, frutose e galactose, existe uma grande diversidade de ligações químicas possíveis entre eles, portanto a mesma composição pode formar cadeias de diferentes estruturas ou cadeias ramificadas que aumentam muito as possíveis combinações. Desse modo, centenas de combinações diferentes podem ser constituídas com apenas três tipos de açúcares. Superfícies de diferentes tipos celulares apresentam uma combinação única de cadeias ramificadas de carboidratos, específica para os indivíduos de uma mesma espécie. Essas assinaturas de carboidratos estão envolvidas no reconhecimento intercelular e nos processos transitórios de adesão como, por exemplo, na coagulação sanguínea, em respostas inflamatórias e imunes, interações espermatozoide–óvulo e patógeno–célula hospedeira.
As membranas das células animais contêm ainda o colesterol, o qual não está presente em células vegetais, que apresentam outros esteróis em suas membranas. O colesterol contém um único grupo hidroxila (hidrofílico) ligado a uma estrutura rígida em anel, seguida por uma pequena cadeia apolar de hidrocarbonetos, que contribui para a estabilidade e fluidez da estrutura, e glicoproteínas, que desempenham papéis importantes na comunicação celular e no reconhecimento de moléculas específicas. A organização dinâmica da membrana permite que as células respondam rapidamente às mudanças no ambiente, mantendo a homeostase e facilitando a sobrevivência.
O colesterol, que compõe as membranas de células animais, também influencia a fluidez da membrana, funcionando como um modulador desse mecanismo em resposta à temperatura. O colesterol se insere entre os fosfolipídios, entre as caudas insaturadas. Essa interação faz com que em temperaturas altas ele mantenha essas moléculas unidas, deixando-as menos fluidas. Já em baixa temperatura, ele previne uma maior interação entre os fosfolipídios, aumentando a fluidez da membrana. O colesterol é estruturalmente uma molécula rígida, sua presença torna as membranas menos deformáveis e permeáveis. As membranas das células procariontes não contêm esteróis, salvo raras exceções.
Influência da temperatura na composição da bicamada lipídica
Organismos como bactérias e leveduras, que conseguem se adaptar a mudanças de temperatura, modificam a composição fosfolipídica de suas membranas de acordo com a temperatura, para manutenção da fluidez. Em temperaturas mais baixas, há aumento de fosfolipídios com cadeias mais curtas e mais insaturadas, elevando a fluidez da membrana. Em temperaturas mais altas, predominam fosfolipídios com cadeias mais longas e com poucas ligações duplas, diminuindo sua fluidez.
Influência da interação entre fosfolipídios para fluidez da membrana
Quanto mais ácidos graxos de cadeia saturada em membranas celulares, maior será a interação dessas moléculas e, consequentemente, menor a sua fluidez. Isso é ilustrado em produtos alimentícios compostos de ácidos graxos no nosso cotidiano. Por exemplo, o enriquecimento de ácidos graxos com cadeias de hidrocarboneto insaturadas em óleos vegetais mantém o estado líquido dessa gordura em temperatura ambiente. Já a manteiga, que apresenta uma proporção maior de ácidos graxos com cadeias saturadas, apresenta-se em estado mais sólido nessa mesma temperatura
Para exercer suas funções e promover certas reaçõese função do epitélio é fundamental para o diagnóstico e tratamento de diversas doenças. O avanço das técnicas de biologia molecular e celular tem permitido uma melhor compreensão dos mecanismos moleculares que regulam o desenvolvimento, a diferenciação e a função do tecido epitelial, abrindo novas perspectivas para o desenvolvimento de terapias mais eficazes.
1. Mecanismos Moleculares que Regulam a Proliferação e a Diferenciação das Células Epiteliais
· Fatores de crescimento e receptores: Papel de fatores de crescimento, como EGF, FGF e HGF, e seus receptores na regulação da proliferação e diferenciação celular.
· Vias de sinalização: Vias de sinalização intracelular, como a via MAPK, PI3K/Akt e Wnt/β-catenina, e sua importância na proliferação e diferenciação.
· Genes de homeobox: Papel dos genes Hox na especificação do destino celular e na formação de padrões teciduais.
· MicroRNAs: Regulação pós-transcricional da expressão gênica por microRNAs.
2. Papel do Epitélio em Processos Inflamatórios e na Resposta Imune
· Barreira epitelial: O epitélio como primeira linha de defesa contra patógenos.
· Reconhecimento de patógenos: Receptores de reconhecimento de padrões (PRRs) e sua função na ativação da resposta imune.
· Inflamação e reparo: Papel do epitélio na indução e resolução da inflamação, e na regeneração tecidual.
· Doenças inflamatórias crônicas: Relação entre disfunção epitelial e doenças inflamatórias crônicas, como a doença inflamatória intestinal.
3. Desenvolvimento de Novos Biomateriais para a Engenharia de Tecidos Epiteliais
· Princípios da engenharia de tecidos: Criação de constructos tridimensionais que mimetizam o microambiente tecidual.
· Biomateriais para engenharia de tecidos epiteliais: Hidrogéis, polímeros biodegradáveis e scaffolds.
· Células tronco e fatores de crescimento: Utilização de células tronco e fatores de crescimento para promover a regeneração tecidual.
· Aplicações: Engenharia de pele, mucosa oral, trato gastrointestinal e outros epitélios.
4. Relação entre o Epitélio e o Microbioma
· Microbiota e saúde: O microbioma como um fator importante na manutenção da homeostase e na proteção contra patógenos.
· Interações entre o epitélio e o microbioma: Mecanismos de reconhecimento e resposta do epitélio à microbiota.
· Disbiose e doenças: A disbiose como fator desencadeante de doenças inflamatórias intestinais, doenças alérgicas e outras doenças.
· Probióticos e prebióticos: Modulação da microbiota para o tratamento de doenças.
Dissertação: Tecido Conjuntivo - A Base da Sustentação e Conexão
Introdução
O tecido conjuntivo, um dos principais tecidos do corpo humano, desempenha um papel fundamental na sustentação, conexão e nutrição dos demais tecidos. Sua versatilidade se deve à grande variedade de células e à abundante matriz extracelular que o compõem. Neste trabalho, exploraremos as características, funções e tipos de tecido conjuntivo, destacando sua importância para a fisiologia e patologia humana.
Desenvolvimento
1. Características Gerais do Tecido Conjuntivo:
· Diversidade celular: Fibroblastos, macrófagos, mastócitos, plasmócitos, adipócitos e outras células especializadas.
· Matriz extracelular abundante: Composta por fibras (colágenas, elásticas e reticulares) e substância fundamental amorfa (proteoglicanos e glicoproteínas).
· Vascularização: Geralmente bem vascularizado, com exceção da cartilagem e do tecido adiposo branco.
· Funções: Sustentação, nutrição, defesa, armazenamento e transporte.
2. Tipos de Tecido Conjuntivo:
· Tecido conjuntivo propriamente dito: 
· Frouxo: Rico em células e fibras, preenchendo espaços entre órgãos.
· Denso: Predominância de fibras colágenas, formando tendões, ligamentos e cápsulas de órgãos.
· Reticular: Forma o estroma de órgãos hematopoiéticos e linfoides.
· Tecido conjuntivo especializado: 
· Cartilaginoso: Sustentação e flexibilidade, formando cartilagens hialina, elástica e fibrosa.
· Ósseo: Sustentação e proteção, formando o esqueleto.
· Adiposo: Armazenamento de energia e isolamento térmico.
· Sanguíneo: Transporte de gases, nutrientes e resíduos.
· Hematopoiético: Produção de células sanguíneas.
3. Matriz Extracelular:
· Fibras: Colágenas (resistência à tração), elásticas (elasticidade) e reticulares (formação de redes).
· Substância fundamental amorfa: Gel viscoso composto por proteoglicanos e glicoproteínas, proporcionando resistência à compressão e lubrificação.
4. Funções do Tecido Conjuntivo:
· Sustentação: Forma o arcabouço do corpo e suporta outros tecidos.
· Conexão: Une os diferentes tecidos do corpo.
· Nutrição: Fornece nutrientes e oxigênio para outros tecidos.
· Defesa: Participa das respostas imunológicas e inflamatórias.
· Armazenamento: Armazena energia na forma de gordura e outros nutrientes.
· Transporte: O sangue transporta gases, nutrientes e resíduos pelo corpo.
Problematização
O tecido conjuntivo, apesar de sua aparente simplicidade, apresenta uma grande complexidade e diversidade funcional. Questões como a regeneração do tecido conjuntivo, a relação entre a matriz extracelular e o desenvolvimento de doenças, e o papel do tecido conjuntivo no envelhecimento são áreas de intensa pesquisa. Além disso, a engenharia de tecidos e a produção de biomateriais dependem da compreensão dos mecanismos moleculares que regulam a formação e a função do tecido conjuntivo.
Conclusão
O tecido conjuntivo é um tecido fundamental para a vida, desempenhando diversas funções essenciais para o organismo. A compreensão da sua estrutura, composição e função é crucial para o diagnóstico e tratamento de diversas doenças. O avanço das técnicas de biologia molecular e celular tem permitido uma melhor compreensão dos mecanismos moleculares que regulam a formação e a função do tecido conjuntivo, abrindo novas perspectivas para o desenvolvimento de terapias mais eficazes.
1. Mecanismos Moleculares que Regulam a Síntese e a Degradação da Matriz Extracelular
· Síntese de componentes da matriz: Papel dos fibroblastos na produção de colágeno, elastina e proteoglicanos.
· Regulação da síntese: Fatores de crescimento (TGF-β, PDGF), citocinas e hormônios que influenciam a produção de matriz.
· Degradação da matriz: Enzimas metaloproteinases de matriz (MMPs) e seus inibidores (TIMPs) na remodelação da matriz.
· Regulação da degradação: Fatores que influenciam a atividade das MMPs, como pH, íons metálicos e fatores de crescimento.
2. Papel do Tecido Conjuntivo em Processos Inflamatórios e na Resposta Imune
· Inflamação: Recrutamento de células inflamatórias, como neutrófilos e macrófagos, para o local da lesão.
· Remodelagem da matriz: Degradação da matriz extracelular por MMPs durante a inflamação e sua importância para a cicatrização.
· Fibrose: Deposição excessiva de colágeno em processos inflamatórios crônicos.
· Resposta imune: Papel do tecido conjuntivo na apresentação de antígenos e na ativação de linfócitos.
4. Relação entre o Tecido Conjuntivo e o Desenvolvimento de Doenças
· Câncer: Papel da matriz extracelular na invasão e metástase tumoral.
· Doenças cardiovasculares: Aterosclerose e a deposição de placas ateromatosas.
· Doenças reumáticas: Artrite reumatoide e osteoartrite.
· Doenças fibrosantes: Fibrose pulmonar, hepática e renal.
Dissertação: Tecido Cartilaginoso, Ósseo e Ossificação: A Base do Sistema Esquelético
O tecido cartilaginoso é um tipo especializado de tecido conjuntivo de consistência rígida
Como os demais tipos de tecido conjuntivo, o cartilaginoso é constituído de células e matriz extracelular (MEC). Suas células são denominadas condrócitos, e sua MEC tem uma composição molecular especial, que confere às cartilagens diversos graus de consistência, elasticidade e resistência à compressão, à tensão e à torção. Devido à consistência mais rígida da MEC, os condrócitos estão alojados em pequenas cavidades da matriz chamadas lacunas.
Há três tipos de cartilagens: cartilagem hialina, cartilagem elástica e cartilagem fibrosa ou fibrocartilagem. Estas diferem em grande parte pela composição de sua MEC, que se refleteem suas propriedades biomecânicas.
Principais características do tecido cartilaginoso
•O tecido cartilaginoso do tronco e dos membros se origina de células-tronco mesenquimais derivadas do mesoderma, e o tecido cartilaginoso da cabeça, a partir de células da crista neural cuja diferenciação depende, em grande parte, da ação do fator de transcrição SOX9
•Os condrócitos são responsáveis pela síntese, pela secreção e pela manutenção da MEC das cartilagens
•Devido à diferença da consistência entre as células e a MEC, o citoplasma dos condrócitos geralmente sofre retração e extração durante o processamento histológico. Por esse motivo, observam-se, nos cortes histológicos, os núcleos dos condrócitos, mas frequentemente não seu citoplasma
•As cartilagens hialinas e elásticas são envolvidas por uma delgada camada de tecido conjuntivo denso chamado pericôndrio. O pericôndrio contém vasos sanguíneos, vasos linfáticos e células precursoras de condrócitos, denominadas condroblastos. O pericôndrio é geralmente envolvido por tecido conjuntivo das estruturas em que se situam as cartilagens e com o qual se continua. As cartilagens hialinas que constituem as cartilagens articulares não são revestidas por pericôndrio
•As cartilagens hialinas e elásticas são avasculares, isto é, não contêm vasos sanguíneos. Seus condrócitos são nutridos pelos capilares sanguíneos do pericôndrio. Oxigênio e nutrientes se difundem entre os vasos sanguíneos e os condrócitos por meio da MEC.
Possivelmente devido a um menor aporte de nutrientes, o metabolismo dos condrócitos é considerado baixo, e, por esse motivo, a capacidade de regeneração da cartilagem é reduzida. Os condrócitos das cartilagens articulares são nutridos pelo líquido sinovial presente nas cavidades articulares.
Cartilagem hialina
É o tipo de cartilagem mais comum no corpo. Tem cor esbranquiçada e sua superfície é lisa e brilhante.
Atividade funcional dos condrócitos
O funcionamento dos condrócitos depende de um balanço hormonal adequado. A síntese de proteoglicanos é acelerada por tiroxina e testosterona, e diminuída por cortisona, hidrocortisona e estradiol. O hormônio do crescimento, produzido pela hipófise, promove a síntese de somatomedina C pelo fígado, a qual aumenta a capacidade sintética e a multiplicação dos condroblastos, estimulando o crescimento das cartilagens.
Localizações da cartilagem hialina
Está presente no aparelho respiratório, mantendo porções de seus condutos abertas durante a inspiração e a expiração. Está em parte da parede da cavidade nasal, em cartilagens da laringe, na parede da traqueia e dos brônquios. Localiza-se nas extremidades ventrais das costelas e nas superfícies articulares de articulações móveis. Forma grande parte do esqueleto temporário durante a vida fetal, enquanto não é substituída por tecido ósseo, e é responsável pelo crescimento longitudinal dos ossos longos.
Aspecto em cortes histológicos
Cortes histológicos de cartilagem hialina corados por colorações rotineiras evidenciam os condrócitos e a MEC. Os condrócitos se situam em lacunas, pequenas cavidades da MEC. Conforme já mencionado, o citoplasma dos condrócitos frequentemente sofre retração e extração durante o processamento histológico, resultando em seu afastamento da parede da lacuna em que se situam. Os núcleos podem ser quase sempre observados. Os condrócitos são vistos isolados ou dispostos em pequenos conjuntos denominados grupos isógenos.
A MEC tem aspecto bastante diferente da MEC do tecido conjuntivo propriamente dito. É bastante homogênea, pois não se observam fibras na MEC. Suas moléculas de colágeno são do tipo II, cujas fibrilas não se reúnem em fibras visualizáveis ao microscópio óptico.
Uma concentração desigual de glicosaminoglicanos na matriz resulta em diferenças de coloração nos cortes histológicos, observando-se regiões mais intensamente coradas denominadas matriz territorial, situadas em torno dos condrócitos individuais ou de grupos de condrócitos. As regiões menos coradas da matriz, mais afastadas dos condrócitos, são denominadas matriz interterritorial.
A cartilagem hialina é revestida por um pericôndrio. É formado por uma camada externa de tecido conjuntivo denso e uma camada interna denominada camada condrogênica, na qual há células precursoras de condrócitos chamadas condroblastos. Em cartilagens hialinas que estão em crescimento, é possível observar as diversas etapas da transição entre condroblastos e condrócitos maduros.
A matriz extracelular é responsável pelas características físicas da cartilagem hialina
Os condrócitos secretam colágeno tipo II, glicosaminoglicanos, proteoglicanos e glicoproteínas. A duração das moléculas dessa matriz é longa e seu ritmo de renovação é lento.
Os condrócitos são células relativamente pequenas, têm prolongamentos curtos e não têm contato com outros condrócitos, e, diferentemente do que ocorre com células de outros tipos de tecidos conjuntivos, sua relação se dá exclusivamente com a MEC.
O colágeno tipo II sob forma de fibrilas é o tipo predominante na cartilagem, constituindo cerca de 60% do peso seco da cartilagem hialina. Além disso, há quantidades menores de colágenos tipos IX, X, XI, VI, XII e XIV.
As fibrilas de colágeno estão recobertas e intimamente associadas a ácido hialurônico, a outros glicosaminoglicanos, proteoglicanos e glicoproteínas da matriz. As moléculas de proteoglicanos assemelham-se a escovas de limpar tubos de ensaio – uma molécula proteica forma um eixo central ao qual se ligam moléculas de glicosaminoglicanos. Inúmeras moléculas de proteoglicanos se ligam a longas moléculas de ácido hialurônico, formando agregados supramoleculares complexos e de grandes dimensões denominados agrecans 
Grande parte dos glicosaminoglicanos da cartilagem hialina é sulfatada, representada por condroitin-4-sulfato, condroitin-6-sulfato e queratan sulfato. Devido aos radicais sulfato, esses glicosaminoglicanos têm muitas cargas negativas que atraem grande quantidade de moléculas de água. Além disso, as cargas negativas dos glicosaminoglicanos se repelem e fazem com que os complexos de agrecan se expandam e ocupem domínios muito volumosos no espaço da MEC. A expansão dos complexos de agrecan é contida por redes formadas pelas fibrilas de colágeno II.
A hidratação dos glicosaminoglicanos confere ao agrecan propriedades biomecânicas especiais de resistência à compressão. Em condições de grande carga, por exemplo, aquela sofrida pelas cartilagens articulares dos ossos das pernas, moléculas de água ligadas a moléculas de agrecan são deslocadas, diminuindo o volume da molécula. Após a redução da carga, água volta ao agrecan, que retoma seu volume inicial, funcionando, dessa maneira, como uma mola biomecânica.
Os nutrientes transportados pelo sangue chegam pelo pericôndrio e a ausência de capilares sanguíneos no interior das cartilagens limita a espessura máxima das peças cartilaginosas. Acredita-se que a água ligada ao agrecan seja um importante meio para a difusão de nutrientes para os condrócitos. O bombeamento promovido pelas forças de compressão e descompressão com retirada e reposição de água do agrecan exercidas sobre as cartilagens favoreceria a difusão de nutrientes e de catabólitos na matriz.
Em razão da presença dos glicosaminoglicanos sulfatados, em cortes histológicos a matriz cartilaginosa é basófila, corando-se em variados tons de azul pela hematoxilina e por corantes básicos. Esses glicosaminoglicanos também conferem à matriz a condição de metacromasia, isto é, a coloração histológica difere da cor do corante quando certos corantes são empregados. As diferentes concentrações dos glicosaminoglicanos sulfatados na MEC são vistas sob forma da matriz territorial e da matriz interterritorial.
Imediatamente em torno de cada condrócito há uma região de 2 a 4 μm de espessura, denominada matriz pericelular. Essa região, situada internamente à matriz territorial, forma uma “cápsula” em torno de cada condrócito, na qual há maior concentração de moléculas da matriz. Discute-se a importância da matrizpericelular para a fisiologia do condrócito, mas já foram descritas alterações da matriz pericelular em situação de artrite reumatoide, uma doença crônica que resulta em prejuízos graves para as articulações.
Crescimento da cartilagem
Ocorre principalmente durante a vida fetal e após o nascimento até o desenvolvimento do corpo alcançar a fase adulta, na qual o crescimento é reduzido.
Há dois mecanismos para a expansão do tamanho das cartilagens: o crescimento aposicional ou por aposição e o crescimento intersticial.
O crescimento aposicional ocorre na camada mais interna do pericôndrio, por meio da diferenciação de células precursoras – os condroblastos – em condrócitos maduros. Estes são adicionados à superfície da cartilagem, aumentando, dessa maneira, o seu volume. Em cortes histológicos, é possível observar a transição entre células pouco diferenciadas e condrócitos maduros.
O crescimento intersticial da cartilagem ocorre principalmente durante a infância e a adolescência. Ele resulta da divisão mitótica de condrócitos no interior da cartilagem. Os novos condrócitos que se formam podem ficar agrupados em torno dos condrócitos originais constituindo conjuntos de pequenos clones derivados de um único condrócito, denominados, por esse motivo, grupos isógenos. Uma condição importante de crescimento intersticial é observada durante o aumento do comprimento dos ossos longos, no qual os condrócitos filhos se dispõem formando fileiras.
Em ambos os mecanismos de crescimento, os novos condrócitos produzem fibrilas colágenas, proteoglicanos e glicoproteínas, de modo que o crescimento real é maior do que o produzido somente pelo aumento do número de células. Ver mais em Histologia aplicada – Alterações degenerativas.
Alterações degenerativas
Em comparação com os outros tecidos, a cartilagem hialina é sujeita, com relativa frequência, a processos degenerativos. O mais comum é a calcificação da matriz, que consiste na deposição de fosfato de cálcio sob a forma de cristais de hidroxiapatita, precedida por aumento de volume e morte das células.
As cartilagens não se regeneram bem.
A cartilagem que sofre lesão se regenera com dificuldade e, frequentemente, de modo incompleto, salvo em crianças de pouca idade. No adulto, a regeneração ocorre pela atividade do pericôndrio. Quando há lesão de uma cartilagem, células derivadas do pericôndrio invadem a área destruída e dão origem a tecido cartilaginoso que repara a lesão. Quando a área destruída é extensa, ou mesmo, algumas vezes, pequena, o pericôndrio forma uma cicatriz de tecido conjuntivo denso, em vez de formar novo tecido cartilaginoso. Tecido ósseo também pode se formar no interior de cartilagens danificadas.
Cartilagem elástica
Esse tipo de cartilagem é flexível e está presente no pavilhão auditivo, no conduto auditivo externo, na tuba auditiva, na epiglote e na cartilagem cuneiforme da laringe.
Em sua MEC há uma abundante rede de fibras elásticas, além das fibrilas de colágeno tipo II e de outras moléculas de colágeno e proteoglicanos também encontrados na cartilagem hialina. A elastina confere a esse tipo de cartilagem uma cor amarelada quando examinada a fresco. Assim como a cartilagem hialina, a cartilagem elástica tem pericôndrio e cresce principalmente por aposição, tendo poucos grupos isógenos.
Seu aspecto em cortes corados por colorações rotineiras é semelhante à cartilagem hialina e, devido a essa semelhança, seu diagnóstico em cortes corados por hematoxilina e eosina (HE) nem sempre é fácil. As fibras elásticas são de difícil visualização em cortes corados por corantes rotineiros como a HE, mas podem ser demonstradas por técnicas de coloração destinadas à demonstração dessas fibras 
Fibrocartilagem ou cartilagem fibrosa
A fibrocartilagem pode ser considerada um tecido com características intermediárias entre o tecido conjuntivo denso modelado e a cartilagem hialina. É encontrada nos anéis fibrosos dos discos intervertebrais, em meniscos, em locais nos quais tendões e ligamentos se inserem nos ossos, e na sínfise pubiana.
É constituída de condrócitos situados entre espessas fibras de colágeno tipo I, as quais são o componente que ocupa a maior parte da MEC da fibrocartilagem. Além disso, há fibrilas de colágeno tipo II, moléculas de agrecan e quantidades menores de outras moléculas da matriz. Colágeno tipo I e agrecan são os principais responsáveis pela característica mais importante da fibrocartilagem: a sua resistência à compressão.
Em cortes histológicos corados por HE, a matriz da fibrocartilagem é acidófila, corada por eosina, devido à grande quantidade de fibras colágenas do tipo I, e, sob esse aspecto, é bastante diferente da matriz basófila, azulada, da cartilagem hialina. Os condrócitos formam fileiras alongadas entre as espessas fibras colágenas. Em tecidos preparados para a microscopia eletrônica de transmissão, observa-se que o citoplasma dos condrócitos preenche totalmente a lacuna.
A fibrocartilagem é desprovida de pericôndrio, sendo envolvida externamente por tecido conjuntivo denso, e os limites entre ambos são imprecisos.
Discos intervertebrais
Localizados entre os corpos das vértebras, separam essas estruturas e estão presos a elas por ligamentos. São formados por dois componentes principais: o anel fibroso e o núcleo pulposo, uma parte central derivada da notocorda do embrião.
O anel fibroso é formado por duas partes: uma porção periférica de tecido conjuntivo denso e a porção central que é, em sua maior parte, composta de fibrocartilagem, cujos feixes colágenos formam camadas concêntricas.
No centro do anel fibroso, há um tecido formado por células arredondadas, dispersas em um líquido viscoso muito hidratado, rico em ácido hialurônico e contendo pequena quantidade de colágeno tipo II e outras proteínas. Esse tecido constitui o núcleo pulposo. Nos jovens, o núcleo pulposo é relativamente maior que o anel periférico, sendo gradual e parcialmente substituído por fibrocartilagem com o avançar da idade.
Cada disco intervertebral proporciona uma superfície horizontal que amortece o peso das vértebras e lhes permite movimentos limitados. Os discos intervertebrais e, principalmente, seus núcleos pulposos funcionam como coxins que absorvem as forças verticais que atuam nas vértebras. Além disso, os discos previnem o desgaste dos ossos das vértebras durante os movimentos da coluna espinal. 
Hérnia do disco intervertebral
A ruptura do anel fibroso, mais frequente na sua parte posterior, na qual os feixes colágenos são menos densos, resulta na expulsão do núcleo pulposo e no achatamento concomitante do disco. Frequentemente, esse se desloca de sua posição normal entre os corpos vertebrais. Quando o disco se movimenta na direção da medula espinal, pode comprimir raízes de nervos espinais, provocando fortes dores e distúrbios neurológicos. Na maioria dos casos, a dor se estende pela parte inferior da região lombar.
Introdução
O tecido conjuntivo especializado, em particular o tecido cartilaginoso e ósseo, forma a base do sistema esquelético, proporcionando suporte, proteção e movimento ao corpo humano. Neste trabalho, exploraremos as características, funções e processos de formação desses tecidos, com ênfase na ossificação.
Desenvolvimento
1. Tecido Cartilaginoso
· Características: 
· Células: Condrócitos, localizados em lacunas dentro da matriz cartilaginosa.
· Matriz: Abundante em substância fundamental amorfa e fibras colágenas tipo II, conferindo resistência e flexibilidade.
· Avascular, avascularizado por difusão a partir do pericôndrio.
· Tipos: 
· Hialina: Mais comum, encontrada na traqueia, brônquios e articulações.
· Elástica: Rica em fibras elásticas, presente no pavilhão auricular e epiglote.
· Fibrosa: Predominância de fibras colágenas tipo I, encontrada nos discos intervertebrais e meniscos.
· Funções: 
· Sustentação de órgãos moles.
· Revestimento de superfícies articulares.
· Formação do esqueleto fetal.
· Crescimento dos ossos longos.
2. Tecido Ósseo
· Características: 
· Células: Osteoblastos (sintetizam a matrizóssea), osteócitos (manutenção da matriz) e osteoclastos (reabsorção óssea).
· Matriz: Rica em fibras colágenas tipo I e sais minerais (principalmente cálcio e fósforo), conferindo rigidez e resistência.
· Vascularizado e inervado.
· Tipos: 
· Compacto: Lamelas ósseas organizadas em sistemas de Havers.
· Esponjoso: Trabéculas ósseas interconectadas, formando uma estrutura porosa.
· Funções: 
· Sustentação do corpo.
· Proteção de órgãos vitais.
· Armazenamento de cálcio e fósforo.
· Produção de células sanguíneas.
3. Ossificação
· Processo de formação do tecido ósseo.
· Tipos: 
· Intramembranosa: Ocorre diretamente no tecido conjuntivo mesenquimal, formando os ossos chatos do crânio.
· Endocondral: Ocorre a partir de um molde de cartilagem hialina, formando a maioria dos ossos longos.
· Etapas da ossificação endocondral: 
· Formação do molde cartilaginoso.
· Calcificação da cartilagem.
· Invasão vascular e formação do colar ósseo.
· Ossificação da diáfise e epífises.
· Crescimento ósseo em comprimento e espessura.
Dissertação: Tecido Muscular - A Base da Locomoção e Funções Vitais
Principais características do tecido muscular
O tecido muscular é constituído de células alongadas, que contêm no seu citoplasma grande quantidade de proteínas motoras. Essas proteínas estão organizadas de maneira a promover a transformação de energia química armazenada em moléculas de trifosfato de adenosina (ATP) em energia mecânica, que é utilizada para a contração das células e dos músculos. A contração individual das células musculares que constituem um músculo é agregada de modo a gerar força e movimento.
As células musculares, também denominadas miócitos, têm origem mesodérmica. De acordo com suas características morfológicas e funcionais, distinguem-se três tipos de tecido muscular: estriado esquelético, estriado cardíaco e liso. Por serem alongadas, as células musculares são também chamadas fibras.
O tecido muscular estriado esquelético é formado por feixes de longas células (fibras), multinucleadas, cilíndricas, arranjadas paralelamente entre si. Quando observadas em cortes longitudinais ao microscópio, as células apresentam faixas transversais em seu citoplasma, motivo pelo qual são denominadas estriadas. São fibras de contração rápida e vigorosa, sujeitas ao controle voluntário e constituem os músculos esqueléticos do corpo.
O tecido muscular estriado cardíaco é formado por curtas células cilíndricas, também estriadas. Suas fibras aderem entre si por junções celulares chamadas discos intercalares. Essas fibras constituem a maior parte do coração e sua contração é involuntária, vigorosa e rítmica.
O tecido muscular liso é formado por curtas células fusiformes, isto é, alongadas e com as extremidades afiladas. É conhecido como músculo liso porque suas células não apresentam estrias transversais. Sua contração é lenta e não sujeita ao controle voluntário. As fibras se localizam principalmente nas vísceras e na parede dos vasos sanguíneos.
Alguns componentes das células musculares receberam nomes especiais. A membrana celular é chamada de sarcolema; o citosol, de sarcoplasma; e o retículo endoplasmático liso, de retículo sarcoplasmático.
Tecido muscular estriado esquelético
As células ou fibras musculares estriadas esqueléticas são formadas na vida intrauterina a partir de precursores denominados mioblastos, originados do mesoderma. Eles migram para os locais em que serão formados os músculos, expressam os fatores de transcrição Pax3 e Pax7, e se fundem paralelamente e pelas suas extremidades, originando longas células multinucleadas.
O tecido muscular estriado esquelético é formado por células longas (de até 30 cm de comprimento), cilíndricas, multinucleadas, cujo diâmetro varia de 10 a 100 μm.
Os numerosos núcleos são elípticos e localizam-se na periferia da fibra, logo abaixo do sarcolema, a membrana plasmática da célula. Essa localização nuclear característica ajuda a distinguir em cortes histológicos o músculo esquelético do músculo cardíaco, no qual os núcleos se localizam no centro das fibras.
A característica estrutural mais importante das fibras estriadas esqueléticas e cardíacas é a existência, em seu citoplasma, de milhares de filamentos cilíndricos chamados miofibrilas, nas quais se localizam as moléculas responsáveis pelo aparelho contrátil.
Os músculos estriados de vertebrados têm, em seu citoplasma, uma proteína denominada mioglobina. Essa molécula contém um grupamento heme que se liga reversivelmente a oxigênio; dessa maneira, a mioglobina age como um depósito de oxigênio para a célula muscular.
Estrutura do músculo esquelético
Cada músculo esquelético de mamíferos é formado por milhares de fibras musculares estriadas esqueléticas organizadas em feixes ou fascículos. O músculo é envolvido por uma camada de tecido conjuntivo denso chamada epimísio, que contém vasos sanguíneos, vasos linfáticos e nervos. Do epimísio partem septos de tecido conjuntivo que constituem o perimísio, septos que envolvem e separam os fascículos de fibras. Em torno de cada fibra muscular há uma delicada camada de tecido conjuntivo, denominada endomísio, que contém fibras reticulares e células do tecido conjuntivo, além de uma extensa rede de capilares sanguíneos e nervos.
Funções importantes do tecido conjuntivo dos músculos são manter unidas as fibras e transmitir aos ossos as forças geradas pela contração. Nas extremidades da maioria dos músculos, há uma região de transição entre as fibras musculares e os tendões. Nessa região, as fibras de colágeno do tendão inserem-se em dobras complexas do sarcolema das fibras musculares.
Estrutura das fibras musculares esqueléticas
Seus núcleos elípticos situam-se na periferia das fibras e o citoplasma contém muitas mitocôndrias, concentradas nos locais próximos às sinapses neuromusculares. O retículo endoplasmático liso, também denominado retículo sarcoplasmático, é muito desenvolvido e desempenha um papel importante no processo de contração, que será descrito mais adiante.
Cada fibra é envolvida por uma lâmina basal, e entre a lâmina basal e o sarcolema (a membrana plasmática) localizam-se as células satélites, importantes para processos de regeneração e hipertrofia do músculo esquelético. Mais informações sobre essas células serão apresentadas na seção Regeneração do tecido muscular.
Cortes longitudinais de fibras musculares esqueléticas observadas ao microscópio revelam a presença, no citoplasma, de estriações transversais caracterizadas pela alternância de faixas claras e escuras. Quando as fibras musculares estriadas (tanto esqueléticas quanto cardíacas) são observadas em um microscópio de polarização, as faixas escuras brilham (são anisotrópicas), e, por isso, receberam o nome de bandas A. As faixas claras não brilham, são isotrópicas e, por esse motivo, foram denominadas bandas I.
No centro de cada banda I, observa-se uma linha transversal escura denominada disco Z. Além disso, a banda A tem uma zona mais clara no seu centro chamada banda H, observável por microscopia óptica após colorações especiais e bem caracterizada por microscopia eletrônica de transmissão.
Por que se observa a estriação nas fibras
Cada fibra muscular estriada contém no seu citoplasma milhares de filamentos cilíndricos de 1,5 a 2 μm de diâmetro chamados miofibrilas. Elas se arranjam paralelamente entre si ao longo do eixo maior da fibra muscular, percorrendo-a em toda a sua extensão.
Cada miofibrila é constituída de uma sequência repetitiva de unidades denominadas sarcômeros, que medem cerca de 2,5 μm de comprimento. O sarcômero é formado pela região da miofibrila situada entre dois discos Z sucessivos. Ele contém no centro uma banda A ladeada por duas metades de bandas I.
•Os sarcômeros de cada miofibrila, assim como as suas bandas, estão alinhados com os sarcômeros e com as bandas das miofibrilas vizinhas. Na, isso fica muito evidente. Por esse motivo, quando se observa ao microscópio uma fibra muscular cortada em corte longitudinal, as bandas parecem percorrer a fibra em toda a sua espessura, mas,na verdade, cada banda pertence ao sarcômero da miofibrila em que está localizada
•As miofibrilas são constituídas de filamentos altamente organizados, dispostos ao longo das miofibrilas e, portanto, das fibras.8; Esses filamentos, chamados miofilamentos, são de dois tipos: delgados e espessos. Nos filamentos delgados, predominam moléculas de actina, e nos filamentos espessos, moléculas de miosina 2. Além dessas proteínas, há, nas miofibrilas, muitas outras moléculas proteicas.
A localização dos filamentos nas bandas
Cada miofibrila é, portanto, um longo cilindro formado por uma sequência de inúmeros sarcômeros, delimitados por discos Z.
Por microscopia eletrônica de transmissão, observou-se que os filamentos delgados de actina estão ancorados nos discos Z e que eles se dirigem para a região central de cada sarcômero, na qual se intercalam com os filamentos espessos.
Consequências dessa organização: a banda I contém somente filamentos delgados; e a banda A, filamentos espessos intercalados com filamentos delgados, exceto em sua região mais central. Esta é ocupada somente por filamentos espessos e corresponde à banda H. No centro da banda H, os filamentos espessos estão presos entre si por meio de conjuntos de proteínas que formam o disco M.
Diversas moléculas compõem os filamentos e as miofibrilas
Quatro proteínas principais relevantes para a contração muscular formam os miofilamentos das miofibrilas: actina G, tropomiosina, troponina e miosina 2. Os filamentos espessos são formados de miosina 2, e as outras três proteínas são encontradas nos filamentos delgados. A miosina e a actina, juntas, representam 55% do total das proteínas do músculo estriado.
O filamento delgado de actina é composto da reunião de moléculas globulares de actina G. Essas moléculas se reúnem em duas sequências lineares de dois filamentos enrolados entre si cujo conjunto é o filamento de actina. As moléculas de actina G têm um sítio que interage com a miosina. A Figura 2.36 também mostra que o filamento de actina F é polarizado, isto é, tem uma extremidade (+) e outra (–). Nos sarcômeros, os filamentos de actina ancorados a cada lado do disco Z têm polaridades opostas entre si; a extremidade ancorada no disco Z é sempre (+) e a outra extremidade, livre no centro do sarcômero, é sempre (–).
A tropomiosina é uma longa molécula constituída de duas cadeias polipeptídicas enroladas entre si. Ela se dispõe ao longo de um sulco da molécula de actina formado pelas sequências globulares de actina G.
A troponina é um complexo de três subunidades de proteínas globulares: TnT, que se liga fortemente à tropomiosina; TnC, que tem grande afinidade por íons cálcio (Ca2+); e TnI, que cobre e esconde o sítio ativo da actina, no qual ocorre a interação da actina com a miosina, inibindo essa interação. Os complexos de troponina se prendem aos inúmeros sítios específicos de ligação para troponina existentes na cadeia de tropomiosina.
A molécula de miosina 2 tem a forma de um bastão constituído pela reunião de duas cadeias polipeptídicas entrelaçadas. Há três domínios ou regiões na molécula:
•Duas cabeças: porções globulares que contêm sítios específicos para ligação de moléculas de ATP. Além disso, são dotadas de atividade ATPásica, que hidrolisa ATP e libera energia necessária para a contração. Em cada cabeça há também um sítio de combinação com a actina
•Cauda: representa o bastão propriamente dito e é formada por duas cadeias pesadas enroladas entre si
•Dois braços: fazem a ligação entre cada cadeia pesada e cada cabeça. Durante a contração, atuam como dobradiças.
Inúmeras moléculas de miosina 2 se reúnem para formar cada um dos filamentos espessos da seguinte maneira: as caudas da molécula de miosina 2 reúnem-se em feixes. As cabeças das moléculas estão voltadas para uma ou para outra extremidade de cada feixe, de modo que cabeças ficam sempre voltadas para fora do sarcômero, isto é, em direção de cada disco Z que limita o sarcômero.
Na banda H, na região central do sarcômero, há somente caudas de miosina, sem porções globulares. No centro da banda H, encontra-se o disco M, formado por proteínas que estabelecem ligações entre os filamentos espessos de cada sarcômero. Essas proteínas, entre as quais se destaca a miomesina, são importantes para a manutenção correta da posição dos filamentos espessos no sarcômero.
Muitas outras proteínas fazem parte do sarcômero. A titina é uma enorme cadeia polipeptídica ancorada no disco Z e que percorre o sarcômero até a linha M ao longo de cada filamento espesso. Acredita-se que ela proporcione estabilidade ao sarcômero. A nebulina também é uma longa cadeia enrolada em torno dos filamentos delgados de actina. Além de atuar na estabilidade para o sarcômero, pode ter atividade na contração.
A correta organização dos filamentos no interior das miofibrilas é mantida por diversas proteínas, por exemplo, a desmina, que liga as miofibrilas umas às outras. Proteínas presentes no disco Z também são importantes para a manutenção da estrutura da miofibrila, pois os filamentos delgados se ancoram nesse disco. O conjunto de miofibrilas de cada célula, por sua vez, é ancorado à membrana plasmática da célula muscular por meio de diversas proteínas que têm afinidade tanto pelos miofilamentos quanto por proteínas da membrana plasmática. Uma dessas proteínas, chamada distrofina, liga os filamentos de actina a proteínas do sarcolema.
Defeitos da distrofina podem ter graves consequências. Ver informações em Histologia aplicada – Distrofina.
Distrofina
A distrofia muscular de Duchenne é uma miopatia hereditária, ligada ao cromossomo X. Causa lesões progressivas das fibras musculares e, frequentemente, leva à morte prematura. No músculo esquelético desses doentes, nota-se que a distrofina é inexistente ou sua molécula é defeituosa.
Inervação da fibra muscular e estrutura da junção neuromuscular
A contração das fibras musculares esqueléticas é comandada por nervos motores originados em grandes neurônios presentes no tronco encefálico e na medula espinal. Os nervos se ramificam no tecido conjuntivo do perimísio dos músculos, originando numerosos ramos delgados que alcançam a superfície das fibras musculares. Nesses locais, as fibras nervosas perdem sua bainha de mielina, e o axônio é recoberto apenas por uma delgada camada de citoplasma das células de Schwann.
Os botões sinápticos dos terminais axonais têm numerosas mitocôndrias, além de vesículas sinápticas que contêm o neurotransmissor acetilcolina. Esta é sintetizada no citosol da sinapse a partir de precursores e é transportada para o interior das vesículas sinápticas.
Junto ao sarcolema das fibras musculares, os botões sinápticos dos axônios estabelecem sinapses chamadas junções neuromusculares ou placas motoras. No local das sinapses, a superfície da célula muscular apresenta uma leve depressão na qual o botão sináptico fica parcialmente inserido. O sarcolema que reveste o local da depressão da célula muscular é pregueado, aumentando a superfície da recepção das moléculas do neurotransmissor. A fenda sináptica, o espaço entre a membrana do axônio e a lâmina basal, que reveste a célula muscular, mede de 50 a 100 nm de espessura. O citoplasma da fibra muscular situado abaixo das pregas da membrana contém vários núcleos, numerosas mitocôndrias, ribossomos e grânulos de glicogênio.
O sarcolema da junção neuromuscular (a membrana pós-sináptica) tem milhares de receptores para acetilcolina, que são ancorados na membrana por elementos do citoesqueleto da fibra muscular. Esses receptores são moléculas transmembrana que também são canais iônicos dependentes de ligantes, isto é, abrem-se quando reconhecem a acetilcolina. 
Quando um potencial de ação chega ao terminal axônico, há liberação de acetilcolina para a fenda sináptica existente entre a membrana do axônio e da célula muscular. A acetilcolina liga-se aos seus receptores na célula muscular e permite a entrada súbita de íons sódio através do sarcolema no local da junção, resultando na despolarização local do sarcolema. Adespolarização se propaga ao longo da membrana da fibra muscular e suas consequências serão descritas na próxima seção.
Miastenia
É uma doença autoimune caracterizada por fraqueza muscular progressiva. Resulta da redução da quantidade e, sobretudo, da eficiência dos receptores para acetilcolina localizados no sarcoplasma das junções mioneurais (placas motoras), causadas por anticorpos circulantes no sangue que se ligam a esses receptores, dificultando a comunicação entre o nervo e a fibra muscular.
O excesso de acetilcolina existente na fenda sináptica é hidrolisado pela enzima acetilcolinesterase, que é sintetizada no corpo celular do neurônio, transportada ao longo do axônio, transferida para a fenda sináptica e inserida na membrana pós-sináptica, na lâmina basal das pregas da sinapse e permanece livre na fenda sináptica. A lise da acetilcolina é importante para evitar o estímulo prolongado do neurotransmissor sobre os receptores do sarcolema e diminuir a duração da contração da fibra muscular. Porções das moléculas de acetilcolina são captadas e reutilizadas pelo terminal axônico para síntese de novas moléculas de acetilcolina.
O sistema T das fibras musculares e o desencadeamento da contração muscular
O sistema de túbulos transversais ou sistema T é uma estrutura especializada das fibras musculares estriadas (esqueléticas e cardíacas) para conduzir a despolarização da membrana plasmática de maneira rápida e eficiente para o interior da célula. Pelo sistema T, as inúmeras miofibrilas da fibra podem se contrair de maneira sincrônica.
O sistema T é constituído de milhares de invaginações da membrana plasmática da fibra muscular em forma de tubos, chamados túbulos T. Da superfície da fibra, os túbulos T se dirigem para o interior da célula e abraçam as miofibrilas, situando-se entre duas cisternas do retículo sarcoplasmático, formando milhares de conjuntos de três estruturas membranosas, as tríades.
As cisternas do retículo sarcoplasmático armazenam íons Ca2+ em seu interior. A despolarização da membrana plasmática chega pelos túbulos T até as tríades e provoca a saída de íons Ca2+ das cisternas de retículo endoplasmático para o interior das miofibrilas. O aumento da concentração desses íons nas miofibrilas é o fator desencadeador da contração muscular. Quando a onda de despolarização termina, íons Ca2+ são transportados de volta para as cisternas do retículo sarcoplasmático por transporte ativo e a fibra muscular relaxa.
A contração muscular resulta da diminuição do comprimento dos sarcômeros
A miosina 2 é uma proteína motora e interage com a actina. A contração muscular depende da interação de filamentos delgados de actina e filamentos espessos de miosina. Essa interação ocorre na região da banda A, na qual os filamentos estão intercalados e muito próximos entre si. Há um deslizamento dos filamentos delgados em relação aos filamentos espessos e os filamentos delgados são tracionados para a região central dos sarcômeros.
A interação de miosina 2 e actina, durante o repouso e a contração, ocorre na seguinte sequência:
1.Durante o repouso, moléculas de ATP ligam-se à região das cabeças da miosina que têm atividade ATPásica. Para essa enzima atuar na molécula de ATP e liberar energia, a miosina necessita da actina, que atua como cofator. No músculo em repouso, as cabeças de miosina não podem associar-se à actina, porque o local de ligação entre miosina e actina está bloqueado pelo complexo troponina-tropomiosina fixado sobre o filamento de actina.
2.Um impulso nervoso sob forma de um potencial de ação chega na junção neuromuscular e libera acetilcolina na fenda sináptica. A acetilcolina promove a abertura de canais de íons Na+ na membrana plasmática da célula muscular. A súbita entrada de íons Na+ cria um potencial de ação na membrana plasmática da fibra muscular.
3.Esse potencial de ação se propaga para o interior da fibra muscular ao longo da membrana dos túbulos T, que são extensões da membrana plasmática.
4.Em torno das miofibrilas, os túbulos T estão muito próximos de membranas de cisternas do retículo sarcoplasmático nas tríades
5.O potencial de ação promove a saída de íons Ca2+ do interior das cisternas para o citosol que envolve as miofibrilas.
6.Íons Ca2+ se combinam com a unidade TnC da troponina, modificam a configuração espacial das três subunidades de troponina e deslocam a molécula de tropomiosina em direção ao sulco da hélice de actina.
7.Consequentemente, ficam expostos os locais de ligação da actina com a miosina, permitindo a interação das cabeças da miosina com a actina. Além disso, o complexo miosina-ATP é ativado.
8.O ATP libera difosfato de adenosina (ADP), fosfato inorgânico (Pi) e energia. Como resultado, há aumento da curvatura da cabeça da miosina em relação ao bastão da molécula, auxiliado pelos braços da molécula, que funcionam como dobradiças.
9.Como a actina está ligada à miosina, o movimento das cabeças da miosina traciona os filamentos de actina, promovendo seu deslizamento em direção ao centro do sarcômero. Os filamentos delgados de actina estão ancorados nos discos Z e seu deslizamento em direção ao centro dos sarcômeros arrasta consigo os discos Z que se aproximam e diminuem o comprimento dos sarcômeros, das miofibrilas e de toda a fibra.
10.Durante uma contração muscular, há inúmeros ciclos, descritos nos itens de 6 a 9. As cabeças das moléculas de miosina se movimentam seguidamente para frente e para trás, tracionando os filamentos delgados de actina.
11.A cada deslizamento dos filamentos delgados, esses se aproximam alguns nanômetros do centro do sarcômero, com o consequente encurtamento das bandas I e do sarcômero.
12.O comprimento dos filamentos não se altera, assim como não se altera a largura da banda A.
13.A somatória dos encurtamentos dos sarcômeros de milhares de miofibrilas resulta na contração do músculo como um todo.
14.A contração termina quando se encerra o estímulo nervoso. Os íons Ca2+ são removidos do citosol, retornando para o interior das cisternas de retículo sarcoplasmático por meio de bombas de Ca2+.
Embora os filamentos espessos tenham elevado número de cabeças de miosina, a cada momento da contração, apenas certo número de cabeças está alinhado com os locais de combinação existentes nos filamentos delgados da actina. À medida que as cabeças de miosina tracionam a actina, novos locais para formação de pontes entre actina e miosina ficam à disposição. As pontes antigas se desfazem cada vez que a miosina se une a uma nova molécula de ATP. Depois disso, a cabeça de miosina volta para a sua posição primitiva, preparando-se para formar uma nova ponte e um novo movimento de tração de actina.
Unidades motoras do músculo esquelético
Cada neurônio motor inerva um número variado de fibras musculares. Os conjuntos formados por um neurônio e pelas fibras musculares que ele inerva são denominados unidades motoras. Em certos músculos, uma unidade motora pode ser formada por um neurônio e até mil fibras musculares. Em músculos dotados de movimentos delicados, as unidades motoras são formadas por um neurônio que inerva um número variado de fibras musculares, de algumas poucas a milhares.
Cada fibra muscular se contrai completamente, não há contração parcial das fibras. O grau de contração de um músculo como um todo depende da quantidade de unidades motoras – portanto, de fibras musculares – que entram em contração. Para aumentar o grau de contração dos músculos, recruta-se maior número de unidades motoras.
Interação do citoplasma das fibras musculares com o tecido conjuntivo
O epimísio, o perimísio e o endomísio mantêm as fibras musculares unidas, possibilitando que a força de contração gerada por cada fibra se componha para produzir a contração do músculo inteiro. É ainda por meio desse tecido conjuntivo que essa força se transmite a outras estruturas, como tendões e ossos.
Um dos mecanismos utilizados para a transmissão da força de contração são os costâmeros, formados por conjuntos de moléculas denominados complexo distrofina-glicoproteínas.Os costâmeros se localizam abaixo da membrana plasmática (sarcolema) das células musculares esqueléticas e sua denominação deriva da semelhança com uma sequência de costelas. Nos costâmeros, as miofibrilas se ancoram no sarcolema e através dele conectam as fibras musculares com a matriz extracelular. São considerados análogos a junções de adesão, por meio das quais a força de contração é transmitida lateralmente, em direção ao endomísio.
Os costâmeros teriam várias funções. A diminuição do comprimento dos sarcômeros das miofibrilas (contração) e da fibra muscular é transmitida para o exterior da célula, onde as malhas de fibras reticulares do endomísio a retransmitem para o perimísio, para o epimísio e, finalmente, para os tendões. No sentido inverso, acredita-se que os costâmeros transmitam forças da matriz extracelular para o interior das fibras musculares, causando respostas moleculares no interior das fibras.
Tipos de fibras musculares esqueléticas
De acordo com sua estrutura e composição molecular, as fibras musculares esqueléticas podem ser identificadas como tipo I, ou fibras lentas, e tipo II, ou fibras rápidas. As fibras do tipo I, adaptadas para contrações continuadas, são de cor vermelho-escura e ricas em mioglobina no sarcoplasma. Sua energia é obtida principalmente dos ácidos graxos que são metabolizados nas mitocôndrias. As fibras do tipo II, adaptadas para contrações rápidas e descontínuas, contêm pouca mioglobina e são de cor vermelho-clara. Elas podem ser subdivididas nos tipos IIA, IIB e IIC, de acordo com suas características funcionais e bioquímicas. As fibras do tipo IIB são as mais rápidas e dependem principalmente da glicólise como fonte de energia. Ver outras informações sobre mioglobina em Para saber mais – Mioglobina.
Mioglobina
A mioglobina é uma proteína da família da hemoglobina, responsável pela cor vermelho-escura de algumas fibras musculares. A mioglobina serve de depósito de oxigênio e existe em grande quantidade nos músculos dos mamíferos que vivem no oceano e mergulham constantemente, como focas e baleias. Os músculos que executam atividades prolongadas também são vermelhos e têm muita mioglobina, por exemplo, o músculo peitoral das aves migradoras.
Além de refletir propriedades funcionais diferenciadas, a classificação das fibras musculares também é importante para a caracterização das doenças musculares (miopatias) nas biopsias de tecido muscular. Nos seres humanos, os músculos esqueléticos geralmente apresentam diferentes proporções desses tipos de fibras. A diferenciação das fibras musculares nos tipos vermelho, branco e intermediário é controlada pela inervação. Em experimentos com animais, quando se seccionam os nervos das fibras brancas e vermelhas e se faz reimplante cruzado, as fibras musculares mudam seu caráter durante a regeneração, conforme a nova inervação.
Diâmetro das fibras musculares esqueléticas
Esse diâmetro depende de vários fatores, como: os diversos músculos, idade, sexo, estado de nutrição e treinamento físico. Sabe-se que o exercício aumenta a musculatura e diminui a quantidade de tecido adiposo. O aumento da musculatura por meio do exercício se deve à formação de novas miofibrilas, com aumento do diâmetro das fibras musculares. Esse processo, caracterizado pelo aumento de volume das células, chama-se hipertrofia, enquanto o crescimento decorrente da proliferação das células é denominado hiperplasia. A hiperplasia é comum em outros tecidos, como o músculo liso, mas não nos músculos esquelético e cardíaco. O músculo liso pode aumentar o número de suas células, processo conhecido como hiperplasia.
Fusos musculares e corpúsculos tendíneos de Golgi
Os músculos estriados esqueléticos têm no seu interior receptores que captam modificações mecânicas ocorridas no músculo (proprioceptores), denominados fusos musculares. Cada fuso é envolvido por uma delgada cápsula de tecido conjuntivo que cria um espaço isolado em seu interior. Os fusos contêm fluido e fibras musculares modificadas chamadas fibras intrafusais, algumas longas e espessas, e outras menores e delgadas. Fibras nervosas sensoriais (aferentes) inervam os fusos musculares e detectam modificações no comprimento (distensão) das fibras musculares intrafusais, transmitindo essa informação para o sistema nervoso central (SNC).
Os tendões apresentam feixes de fibras colágenas encapsuladas na proximidade das inserções musculares nos tendões. Nesses locais, penetram fibras nervosas sensoriais, constituindo os corpúsculos tendíneos de Golgi. Eles respondem às diferenças da tensão exercidas pelos músculos sobre os tendões e tais informações são transmitidas ao SNC e participam do controle das forças necessárias à contração e aos movimentos de músculos.
Tecido muscular estriado cardíaco
É constituído de células cilíndricas com aproximadamente 15 μm de diâmetro e 85 a 100 μm de comprimento, sendo, portanto, curtas, comparadas com as fibras musculares esqueléticas. Em cortes longitudinais, parecem ser ramificadas, devido ao tipo de associação com as células musculares adjacentes.
Cortes longitudinais das fibras musculares cardíacas observados ao microscópio exibem estriações transversais semelhantes às do músculo esquelético (Figura 10.18). Suas fibras contêm um ou, às vezes, dois núcleos elípticos localizados no centro da fibra, e não na periferia da célula, como nas fibras esqueléticas.
As fibras cardíacas são circundadas por uma delicada camada de tecido conjuntivo, equivalente ao endomísio do músculo esquelético, que contém abundante rede de capilares sanguíneos.
Uma característica estrutural importante do músculo cardíaco é a presença de complexas junções intercelulares que prendem as fibras musculares entre si. Ao microscópio óptico, são visualizadas em cortes longitudinais das fibras sob forma de traços transversais às fibras chamados discos intercalares ou discos escalariformes, que têm aspecto de traços retos ou de escada. Em preparados histológicos rotineiros corados por HE, os discos são fracamente corados, porém são bem observados após colorações especiais 
A estrutura dos sarcômeros e o funcionamento das proteínas contráteis das células musculares cardíacas são semelhantes ao descrito para o músculo esquelético. Os túbulos T cardíacos localizam-se na altura da banda Z, e não na junção das bandas A e I, como acontece no músculo esquelético. O retículo sarcoplasmático é menos desenvolvido que das fibras esqueléticas e distribui-se irregularmente sobre as miofibrilas. As tríades (túbulo T + duas cisternas de retículo sarcoplasmático) são menos frequentes nas células cardíacas e os túbulos T geralmente se associam apenas a uma cisterna, formando, por esse motivo, díades.
O músculo cardíaco contém numerosas mitocôndrias, que ocupam aproximadamente 40% do volume citoplasmático, refletindo o intenso metabolismo aeróbico desse tecido. Em comparação, no músculo esquelético, as mitocôndrias ocupam apenas cerca de 2% do volume do citoplasma. O músculo cardíaco armazena ácidos graxos sob a forma de triglicerídios, encontrados nas gotículas lipídicas do citoplasma de suas células. Há pequena quantidade de glicogênio, que fornece glicose às células.
Por microscopia eletrônica de transmissão, foram descobertos nas fibras cardíacas grânulos contendo secreção. São revestidos por membrana, medem de 0,2 a 0,3 μm de diâmetro e localizam-se próximo aos núcleos, na região do complexo de Golgi. São mais abundantes nas células musculares do átrio esquerdo (cerca de 600 grânulos por célula), mas existem também no átrio direito e nos ventrículos. Eles contêm a molécula precursora do peptídio atrial natriurético (ANP, do inglês atrial natriuretic peptide), que é secretada para a circulação sanguínea e que atua nos rins, aumentando a eliminação de sódio e água pela urina. Esse hormônio natriurético tem ação oposta à da aldosterona, um hormônio antidiurético que atua nos rins promovendo a retenção de sódio e água. Enquanto a aldosterona aumenta a pressão arterial, o hormônio natriurético tem efeito contrário.Discos intercalares
A microscopia eletrônica de transmissão revelou que os discos intercalares são complexos juncionais situados entre as extremidades de fibras musculares cardíacas adjacentes. Os discos têm formato de prateleiras arranjadas como escadas. Nelas, distinguem-se duas regiões: prateleiras transversais, que cruzam a fibra em ângulo reto, e prateleiras longitudinais, paralelas às miofibrilas e aos miofilamentos.
os discos intercalares, há dois tipos principais de junções intercelulares: junções de adesão e junções comunicantes. As junções de adesão se localizam principalmente nas membranas das prateleiras transversais do disco, sendo encontradas também nas longitudinais. Nessas junções, ancoram-se os filamentos delgados de actina das miofibrilas adjacentes à membrana plasmática; as junções são, portanto, equivalentes aos discos Z dos sarcômeros. Essas junções oferecem forte adesão às células musculares cardíacas adjacentes, para que elas não se separem durante a atividade contrátil.
Nas prateleiras longitudinais dos discos, paralelas às miofibrilas, encontram-se, principalmente, junções comunicantes, responsáveis pela comunicação iônica entre células musculares adjacentes. Do ponto de vista funcional, a passagem de íons permite que conjuntos de células musculares se comportem como se fossem um sincício, pois o sinal para a contração passa de uma célula para a outra.
Sistema gerador de impulsos
No coração, há uma rede de células musculares cardíacas modificadas. Elas têm papel importante na produção e na condução do estímulo de contração da musculatura cardíaca, de tal modo que as contrações dos átrios e dos ventrículos ocorrem em sequência adequada, tornando possível que o coração exerça com eficiência sua função de bombeamento do sangue.
Tecido muscular liso
É formado pela associação de células alongadas e fusiformes, mais espessas no centro e afiladas nas extremidades chamadas fibras musculares lisas ou leiomiócitos. Seu comprimento pode variar de 20 μm na parede dos pequenos vasos sanguíneos até 500 μm no útero gravídico. Em cortes longitudinais das células, o seu citoplasma não apresenta estriação transversal, daí a denominação músculo liso.
Proteínas características do citoplasma dessas células são actina, miosina e filamentos intermediários do citoesqueleto contendo desmina e vimentina, além de vinculina, uma molécula presente em junções aderentes.
As fibras são de contração lenta e involuntária. Organizam-se, geralmente, em feixes (p. ex., nos músculos eretores dos pelos) ou em camadas (p. ex., nas paredes de vasos sanguíneos e nas paredes de órgãos ocos). 
As fibras têm núcleo único elíptico e central cuja posição pode ser bem evidenciada em secções transversais das fibras. Quando vistos em cortes longitudinais, os núcleos podem exibir um aspecto ondulado quando as fibras estão contraídas.
As células musculares lisas são revestidas por uma lâmina basal e mantêm-se unidas por uma rede de fibras reticulares (compostas de colágeno tipo III) que envolve as células. Essas fibras fazem com que a contração das células se expanda na contração do músculo inteiro. As fibras reticulares, assim como as fibras elásticas e proteoglicanas, são sintetizadas pelas fibras musculares lisas.
O sarcolema dessas células apresenta grande quantidade de invaginações com o aspecto e as dimensões das vesículas de pinocitose, denominadas cavéolas. Estão associadas ao transporte de íons Ca2+ para o citosol, necessários para desencadear o processo de contração dessas células. Frequentemente, as células musculares lisas adjacentes estão conectadas por junções comunicantes, que podem transmitir o impulso de contração de uma célula para a outra e, assim, propagar a contração para uma população maior de fibras.
A observação de fibras musculares lisas por microscopia eletrônica de transmissão evidencia que a região do sarcoplasma em torno do núcleo apresenta mitocôndrias, cisternas do retículo endoplasmático granuloso, grânulos de glicogênio e um complexo de Golgi pouco desenvolvido. Ainda por microscopia eletrônica, são vistas no citoplasma estruturas que aparecem escuras nas micrografias eletrônicas, chamadas corpos densos e podossomos. Além disso, são observadas estruturas densas junto à superfície interna da membrana plasmática, as placas densas. Esse conjunto de estruturas se associa ao citoesqueleto das células musculares lisas, e exerce um importante papel na efetivação da contração.
Aparelho contrátil e mecanismo de contração
Embora a contração, isto é, a diminuição do comprimento e do diâmetro das células, seja o resultado final do deslizamento de filamentos de actina em relação a filamentos de miosina, a organização desses filamentos é bastante diferente daquela encontrada nos músculos estriados.
No citoplasma das células musculares lisas, há filamentos de α-actina e de miosina 2, similares aos dos miofilamentos delgados e espessos dos músculos estriados. No entanto, no músculo liso, pelo menos parte da molécula de miosina é composta de isoformas diferentes das existentes em músculos estriados.
Os filamentos de actina formam uma complexa rede tridimensional que se ancora nos corpos densos do citoplasma e nas placas densas situadas junto à membrana. Os corpos densos são formados de várias proteínas, entre as quais se destacam proteínas de filamentos intermediários – desmina e/ou vimentina –, além de moléculas de α-actinina, uma proteína que, em diversos tipos de células do organismo, ancora filamentos de actina. Os filamentos de miosina estabelecem pontes entre os filamentos de actina.
A rede tridimensional de actina conectada aos corpos e às placas densas e às moléculas de miosina ocupa todo o citoplasma da célula muscular lisa. O deslizamento dos inúmeros filamentos de actina sobre os de miosina provoca o encurtamento das células, isto é, sua contração, pois actina está ancorada nos corpos densos e nas placas densas da membrana plasmática.
Sequência da contração nas células musculares lisas
A contração obedece a uma sequência bem coordenada. O estímulo inicial da contração pode resultar de estímulos muito diversos, por exemplo, estímulos mecânicos, elétricos (potenciais de ação) e por substâncias presentes no meio extracelular em torno das fibras. A tração das fibras, por exemplo, atua sobre receptores de superfície das células. Receptores presentes na superfície das células reconhecem vários tipos de moléculas, como norepinefrina, colecistoquinina, angiotensina II e endotelina-1. Tais receptores estão acoplados à proteína G e resultam na produção de segundos mensageiros.
Os diversos estímulos promovem a saída para o citosol de íons Ca2+ armazenados em cisternas do retículo sarcoplasmático.
o citosol, os íons Ca2+ combinam-se com moléculas de calmodulina, uma proteína com afinidade para esses íons. A ligação entre ambos depende da proteína caldesmon. O complexo calmodulina–Ca2+ ativa a enzima quinase da cadeia leve (que faz parte da molécula de miosina), resultando na fosforilação das moléculas de miosina. Uma vez fosforiladas, essas moléculas combinam-se com a actina, dando início aos ciclos de deslizamento da actina sobre a miosina de maneira semelhante à que ocorre nos músculos estriados. Para o deslizamento, é necessária a energia armazenada em moléculas de ATP.
Os corpos densos contêm α-actinina, que funciona como elemento de ligação entre actina e moléculas dos corpos densos, e são homólogos dos discos Z dos músculos estriados. Como os filamentos de actina estão ligados aos corpos densos da membrana da célula, o resultado de seu deslizamento em relação à miosina é um encurtamento da célula.
Inervação do tecido muscular liso
O músculo liso recebe fibras pós-ganglionares do sistema nervoso simpático e do parassimpático, porém não exibe as complexas junções neuromusculares que há no músculo esquelético.
Ao passar entre células musculares lisas, cada axônio se divide em muitos delgados filamentos não mielinizados que se localizam entre as células musculares. Dessa maneira, cada neurônio adrenérgicoou colinérgico é capaz de estimular um grande número de células musculares. Esses filamentos se assemelham a rosários, porque têm muitas dilatações denominadas varicosidades. Elas têm em seu interior vesículas que contêm moléculas de neurotransmissores, como a acetilcolina (nas terminações colinérgicas) ou a norepinefrina (nas terminações adrenérgicas).
Calcula-se que um axônio que inerve um músculo liso possa apresentar de 10 mil a 20 mil dilatações em suas extremidades. Os neurotransmissores são liberados no espaço extracelular do músculo liso e se difundem, alcançando receptores da superfície das fibras musculares.
De modo geral, esses receptores estão associados a sistemas de receptores acoplados à proteína G situados na superfície interna da membrana, produzindo mensageiros que desencadeiam a contração muscular. Como as células musculares lisas são conectadas por junções comunicantes, o estímulo inicial que alcança algumas das células de um feixe se transmite rapidamente por muitas outras.
As terminações nervosas adrenérgicas e colinérgicas atuam de modo antagônico, estimulando ou deprimindo a atividade contrátil do músculo. Em alguns órgãos, as terminações colinérgicas estimulam e as adrenérgicas inibem a contração, enquanto em outros ocorre o contrário. O grau de controle do sistema nervoso autônomo sobre os músculos lisos é muito variável. A musculatura lisa do sistema digestório se contrai em ondas lentas; por outro lado, o músculo liso da íris do globo ocular se contrai ou relaxa de modo muito rápido e preciso. Assim, o diâmetro da pupila se adapta com extrema rapidez às variações da intensidade luminosa.
Regeneração do tecido muscular
No adulto, os três tipos de tecido muscular exibem diferentes capacidades regenerativas após uma lesão que produza destruição parcial do músculo.
O músculo cardíaco não se regenera. Nas lesões do coração, por exemplo, nos infartos, as partes destruídas são invadidas por fibroblastos que produzem fibras colágenas, formando uma cicatriz de tecido conjuntivo denso.
As fibras musculares esqueléticas não se dividem. Mesmo assim, o músculo esquelético tem capacidade de reconstituição a partir das células satélites. Essas são mononucleadas, fusiformes e dispostas paralelamente às fibras musculares entre o sarcolema e a lâmina basal que envolve as fibras musculares. Não são facilmente identificadas com precisão ao microscópio óptico. São consideradas mioblastos inativos. Após uma lesão ou outros estímulos, as células satélites tornam-se ativas, proliferam por divisão mitótica, podem migrar para locais lesionados do músculo e se fundem com as fibras musculares já existentes. As células satélites proliferam quando o músculo é submetido à contração ou à tensão (durante o exercício). Nesse caso, elas se fundem com as fibras musculares preexistentes, contribuindo para a hipertrofia do músculo.
O músculo liso é capaz de uma resposta regenerativa mais eficiente. Ocorrendo lesão, as células musculares lisas que permanecem viáveis podem entrar em mitose e reparam o tecido destruído. Na regeneração do tecido muscular liso da parede dos vasos sanguíneos, há também a participação dos periquitos.
Desenvolvimento
1. Características Gerais do Tecido Muscular
· Células alongadas: As células musculares, também chamadas de fibras musculares, apresentam forma alongada e multinucleada.
· Miofibrilas: Estruturas filamentosas presentes no citoplasma das fibras musculares, compostas por miofilamentos de actina e miosina.
· Sarcômero: A unidade funcional da fibra muscular, responsável pela contração.
· Inervação: As fibras musculares são inervadas por neurônios motores, que transmitem o impulso nervoso e desencadeiam a contração.
2. Tipos de Tecido Muscular
· Estriado esquelético: 
· Células cilíndricas longas e multinucleadas.
· Contração voluntária e rápida.
· Responsável pelos movimentos do corpo.
· Estriado cardíaco: 
· Células ramificadas e uninucleadas.
· Contração involuntária e rítmica.
· Forma o miocárdio.
· Liso: 
· Células fusiformes e uninucleadas.
· Contração involuntária e lenta.
· Reveste órgãos internos, como o estômago e os vasos sanguíneos.
3. Mecanismo da Contração Muscular
· Teoria do filamento deslizante: A contração muscular ocorre pelo deslizamento dos filamentos de actina sobre os filamentos de miosina.
· Papel do cálcio: O cálcio liberado do retículo sarcoplasmático se liga à troponina, permitindo a interação entre a actina e a miosina.
· Consumo de ATP: A contração muscular requer energia na forma de ATP.
4. Inervação e Controle da Contração Muscular
· Placa motora: Sinapse entre um neurônio motor e uma fibra muscular.
· Junção neuromuscular: Transmissão do impulso nervoso para a fibra muscular.
· Sistema nervoso central: Controle voluntário e involuntário da contração muscular.
Conclusão
O tecido muscular é um tecido complexo e altamente especializado, essencial para a vida. A compreensão de sua estrutura, função e mecanismos de contração é fundamental para a medicina e para o desenvolvimento de novas terapias para doenças musculares.
Tecido Nervoso
Introdução
O tecido nervoso, um dos mais complexos e especializados do organismo, é responsável por receber e processar informações, coordenando as funções do corpo. Sua estrutura e desenvolvimento são processos complexos, que envolvem uma série de eventos moleculares e celulares. Neste trabalho, exploraremos a estrutura do tecido nervoso, desde suas unidades básicas até sua organização em sistemas, e o seu desenvolvimento, desde a fase embrionária até a vida adulta.
Desenvolvimento
1. Estrutura do Tecido Nervoso
· Células do tecido nervoso: 
· Neurônios: Unidades funcionais do sistema nervoso, responsáveis pela recepção, processamento e transmissão de informações. 
· Corpo celular: Contém o núcleo e os organelas.
· Dendritos: Prolongamentos que recebem os estímulos.
· Axônio: Prolongamento que conduz o impulso nervoso.
· Células da glia: Células de suporte aos neurônios, como oligodendrócitos, células de Schwann, astrócitos e micróglia.
· Sinapse: Ponto de contato entre dois neurônios ou entre um neurônio e uma célula efetora, onde ocorre a transmissão do impulso nervoso.
· Tecido nervoso central (SNC): Encéfalo e medula espinhal.
· Tecido nervoso periférico (SNP): Nervos e gânglios nervosos.
2. Desenvolvimento do Sistema Nervoso
· Neurulação: Processo de formação do tubo neural a partir da ectoderme embrionária.
· Proliferação neuronal: Multiplicação das células progenitoras neuronais.
· Migração neuronal: Deslocamento dos neurônios para suas posições finais no sistema nervoso.
· Diferenciação neuronal: Desenvolvimento dos neurônios, com formação de axônios e dendritos.
· Sinaptogênese: Formação das sinapses.
· Mielinização: Formação da bainha de mielina ao redor dos axônios, aumentando a velocidade de condução do impulso nervoso.
3. Plasticidade Neural
· Capacidade do sistema nervoso de se modificar em resposta a estímulos e lesões.
· Neurogênese: Formação de novos neurônios em determinadas regiões do cérebro.
· Plasticidade sináptica: Modificações nas sinapses em resposta à atividade neuronal.
Problematização
O estudo do desenvolvimento do sistema nervoso e da plasticidade neural tem grande relevância para o entendimento de diversas doenças neurológicas, como o Alzheimer, o Parkinson e os transtornos do neurodesenvolvimento. Além disso, a compreensão dos mecanismos moleculares envolvidos nesses processos pode abrir novas perspectivas para o desenvolvimento de terapias para essas doenças.
Conclusão
O tecido nervoso é uma estrutura complexa e fascinante, responsável por controlar todas as funções do organismo. O desenvolvimento do sistema nervoso é um processo preciso e altamente regulado, que envolve uma série de eventos moleculares e celulares. A compreensão dos mecanismos que regulam a estrutura e o desenvolvimento do sistema nervoso é fundamental para a neurociência e para o desenvolvimento de novas terapias para doenças neurológicas.
Dissertação: Estrutura e Desenvolvimento do Sistema Cardiovascular
IntroduçãoO sistema cardiovascular, composto pelo coração e pelos vasos sanguíneos, é fundamental para a vida, sendo responsável por transportar oxigênio e nutrientes para as células do corpo e remover os produtos do metabolismo. A compreensão de sua estrutura e desenvolvimento é essencial para entender diversas doenças cardiovasculares que acometem a população.
Desenvolvimento
1. Estrutura do Sistema Cardiovascular
· Coração: Órgão muscular oco, dividido em quatro câmaras: dois átrios e dois ventrículos. As valvas cardíacas garantem o fluxo unidirecional do sangue.
· Vasos sanguíneos: 
· Artérias: Transportam sangue do coração para os tecidos.
· Veias: Retornam o sangue ao coração.
· Capilares: Pequenos vasos onde ocorrem as trocas gasosas e de nutrientes.
· Circulação sanguínea: Grande e pequena circulação.
2. Desenvolvimento Embrionário do Sistema Cardiovascular
· Formação do tubo cardíaco: Origem mesodérmica, fusão dos tubos cardíacos primitivos e formação do coração tubular.
· Septação do coração: Divisão do coração em quatro câmaras.
· Formação dos vasos sanguíneos: Angiogênese e vasculogênese.
· Inervação do coração: Desenvolvimento do sistema nervoso autônomo.
3. Regulação da Função Cardiovascular
· Sistema nervoso autônomo: Controle da frequência cardíaca e do débito cardíaco.
· Sistema endócrino: Hormônios como a adrenalina e a noradrenalina influenciam a função cardiovascular.
· Mecanismos intrínsecos: Automatismo cardíaco e regulação local do fluxo sanguíneo.
4. Crescimento e Remodelamento do Sistema Cardiovascular
· Crescimento pós-natal: Aumento do tamanho do coração e dos vasos sanguíneos.
· Remodelamento vascular: Adaptação dos vasos sanguíneos em resposta a diferentes estímulos, como o exercício físico e a hipertensão arterial.
Problematização
O sistema cardiovascular está sujeito a diversas doenças, como a aterosclerose, a hipertensão arterial, as cardiomiopatias e as doenças valvulares. A compreensão dos mecanismos moleculares e celulares envolvidos no desenvolvimento e na função do sistema cardiovascular é fundamental para o desenvolvimento de novas terapias e para a prevenção dessas doenças.
Conclusão
O sistema cardiovascular é um sistema complexo e dinâmico, essencial para a manutenção da vida. Seu desenvolvimento embrionário é um processo preciso e altamente regulado, e sua função é controlada por diversos mecanismos neurohormonais. O estudo do sistema cardiovascular é de grande relevância para a medicina, permitindo o diagnóstico precoce e o tratamento eficaz das doenças cardiovasculares.
Dissertação: Estrutura e Desenvolvimento do Sistema Endócrino
Introdução
O sistema endócrino, em conjunto com o sistema nervoso, desempenha um papel fundamental na coordenação das funções do organismo. Composto por glândulas endócrinas e tecidos endócrinos, ele secreta hormônios que atuam como mensageiros químicos, regulando diversos processos fisiológicos, desde o crescimento e desenvolvimento até o metabolismo e a reprodução. Neste trabalho, exploraremos a estrutura e o desenvolvimento do sistema endócrino, abordando desde a embriologia até os mecanismos moleculares que regulam a função hormonal.
Desenvolvimento
1. Estrutura do Sistema Endócrino
· Glândulas endócrinas: Órgãos especializados na produção e secreção de hormônios, como a hipófise, tireoide, paratireoides, adrenais, pâncreas, gônadas e placenta.
· Tecidos endócrinos: Células endócrinas dispersas em outros órgãos, como o coração, o trato gastrointestinal e o tecido adiposo.
· Hormônios: Moléculas sinalizadoras que atuam em células-alvo específicas, desencadeando respostas fisiológicas.
2. Desenvolvimento Embrionário do Sistema Endócrino
· Origem embrionária: As glândulas endócrinas se originam de diferentes folhetos germinativos: ectoderme (hipófise anterior), endoderme (tireoide, paratireoides, pâncreas) e mesoderma (adrenais, gônadas).
· Indução e diferenciação: Interações celulares e moleculares que levam à formação e diferenciação das glândulas endócrinas.
· Regulação genética: Genes homeobox, fatores de transcrição e microRNAs envolvidos no desenvolvimento endócrino.
3. Mecanismos de Ação Hormonal
· Receptores hormonais: Proteínas localizadas na membrana celular ou no interior da célula que se ligam aos hormônios.
· Transdução de sinal: Mecanismos moleculares que convertem o sinal hormonal em uma resposta celular.
· Efeito dos hormônios: Alterações na expressão gênica, atividade enzimática e permeabilidade da membrana celular.
4. Regulação da Função Endócrina
· Eixos hormonais: Interações entre diferentes glândulas endócrinas, formando eixos hormonais como o eixo hipotálamo-hipófise-tireoide.
· Feedback negativo: Mecanismo de regulação hormonal que tende a manter a homeostase.
· Ritmos circadianos: Influência dos ciclos circadianos na secreção hormonal.
Problematização
O sistema endócrino está envolvido em diversas doenças, como o diabetes mellitus, o hipotireoidismo, a doença de Addison e os distúrbios do crescimento. A compreensão dos mecanismos moleculares que regulam a função endócrina é fundamental para o desenvolvimento de novas terapias para essas doenças. Além disso, o estudo do sistema endócrino tem implicações importantes para a compreensão de processos fisiológicos como o crescimento, o desenvolvimento, o metabolismo e a reprodução.
Conclusão
O sistema endócrino é um sistema complexo e integrado, que desempenha um papel fundamental na manutenção da homeostase. O desenvolvimento do sistema endócrino é um processo preciso e altamente regulado, que envolve uma série de eventos moleculares e celulares. A compreensão dos mecanismos que regulam a função endócrina é fundamental para a endocrinologia e para o desenvolvimento de novas terapias para doenças endócrinas.
Dissertação: Estrutura e Desenvolvimento do Sistema Digestório e Glândulas Anexas
Introdução
O sistema digestório é um conjunto de órgãos responsáveis pela ingestão, digestão, absorção e eliminação de alimentos, garantindo o fornecimento de nutrientes essenciais para o organismo. Este trabalho abordará a estrutura e o desenvolvimento do sistema digestório e de suas glândulas anexas, desde a fase embrionária até a vida adulta, destacando a importância de cada componente para a digestão e absorção dos nutrientes.
Desenvolvimento
1. Estrutura do Sistema Digestório
· Tubo digestivo: Boca, faringe, esôfago, estômago, intestino delgado (duodeno, jejuno e íleo) e intestino grosso (ceco, cólon ascendente, transverso, descendente e sigmoide, reto e ânus).
· Glândulas anexas: Glândulas salivares, fígado e pâncreas.
· Camadas da parede do tubo digestivo: Mucosa, submucosa, muscular e serosa.
2. Desenvolvimento Embrionário do Sistema Digestório
· Origem embrionária: Endoderma.
· Formação do tubo digestivo primitivo: Processo de dobramento do embrião e formação do tubo digestivo.
· Diferenciação dos órgãos: Desenvolvimento dos diferentes órgãos do sistema digestório e suas especializações.
· Inervação e vascularização: Desenvolvimento da inervação autônoma e da vascularização do sistema digestório.
3. Fisiologia da Digestão
· Boca: Mastigação, insalivação e início da digestão de carboidratos.
· Esôfago: Transporte do bolo alimentar para o estômago.
· Estômago: Mistura do alimento com o suco gástrico e início da digestão de proteínas.
· Intestino delgado: Digestão completa dos nutrientes e absorção.
· Intestino grosso: Absorção de água e eletrólitos e formação das fezes.
4. Glândulas Anexas e suas Funções
· Glândulas salivares: Produção de saliva para lubrificação e início da digestão.
· Fígado: Produção de bile, metabolismo de nutrientes e desintoxicação.
· Vesícula biliar: Armazenamento e concentração da bile.
· Pâncreas: Produção de enzimas digestivas e hormônios.
Problematização
O sistema digestório está sujeito a diversas doenças, como gastrite, úlcera péptica, doença de Crohn, colite ulcerativa e câncer. A compreensão dos mecanismos fisiológicos e moleculares envolvidos na digestão e absorção de nutrientes é fundamental para o diagnóstico e tratamento dessas doenças. Alémnas células, as moléculas da membrana não podem estar completamente paradas (estado cristalino rígido). Assim, a fluidez da membrana celular é importante para sua função e está relacionada com a capacidade de suas moléculas se deslocarem no seu plano. Sabe-se que os lipídios de membrana apresentam diferentes movimentos espontâneos, como rotação em seu eixo, deslocamento lateral e, muito raramente, mudam de camada (conhecido como flip-flop). 
Essa movimentação é influenciada pela temperatura e pelo tipo de ligação entre as moléculas. Quanto mais elevada a temperatura, maior será a movimentação dessas moléculas; e quanto mais forte as interações entre as moléculas lipídicas, menor é sua movimentação no plano da bicamada. Como essas interações dependem da natureza química dessas moléculas, os tipos de fosfolipídios que estão presentes nessa membrana têm grande influência em sua fluidez. Enquanto fosfolipídios de cadeias mais longas proporcionam uma melhor interação das cadeias de hidrocarbonetos das duas camadas lipídicas, diminuindo a fluidez dessas moléculas, fosfolipídios de cadeias mais curtas promovem menor interação e, consequentemente, maior fluidez.
A estrutura da membrana plasmática segue o modelo do mosaico fluido, proposto por Singer e Nicolson em 1972, que descreve uma bicamada lipídica composta de fosfolípidos e proteínas integradas.
Embora a composição lipídica influencie muito as propriedades biofísicas das membranas celulares, suas funções específicas dependem do repertório das proteínas que as compõem. Essa importância é evidenciada pela grande diversidade de proteínas de membrana, sendo estimado que 30% das proteínas codificadas pelo genoma de células animais são de membrana. As proteínas de membrana podem ser receptores, enzimas, canais aquosos, proteínas de reconhecimento célula–célula e adesão celular. Muitas proteínas de membrana formam também grandes complexos multiproteicos que estão envolvidos em importantes processos, como a fotossíntese, a formação do gradiente de prótons, o transporte de elétrons (formação de ATP) e os complexos transportadores encontrados na membrana de peroxissomos e mitocôndrias (Alberts et al., 2014).
As proteínas de membranas podem ser divididas em dois grandes grupos: as integrais ou intrínsecas e as periféricas ou extrínsecas. As proteínas integrais estão firmemente associadas aos lipídios da bicamada e só podem ser separadas da fração lipídica por meio de agentes que rompam as interações hidrofóbicas e, consequentemente, a bicamada lipídica, como detergentes ou solventes orgânicos. Cerca de 70% das proteínas de membrana são proteínas integrais. Nessa categoria estão a maioria das enzimas da membrana, glicoproteínas responsáveis pelos grupos sanguíneos, proteínas transportadoras, e receptores de hormônios e de outras moléculas. As proteínas integrais de membrana, assim como os lipídios, apresentam regiões hidrofílicas e hidrofóbicas. Essas proteínas inserem-se na bicamada lipídica por interação hidrofóbica entre suas regiões peptídicas enriquecidas de aminoácidos hidrofóbicos, com as caudas dos lipídios. As regiões peptídicas onde predominam aminoácidos hidrofílicos ficam expostas ao meio aquoso. 
Proteínas integrais de membrana podem interagir com a bicamada lipídica em uma das faces da membrana ou atravessar inteiramente a bicamada lipídica, apresentando regiões expostas em ambas as faces da membrana, sendo denominadas proteínas transmembranar. As proteínas transmembranar podem atravessar a membrana uma única vez, conhecidas também como proteínas transmembranar de passagem única, ou podem ser mais longas e formar voltas, atravessando a membrana várias vezes, sendo então denominadas “proteínas transmembranar de passagem múltipla”. 
A conformação mais comum pela qual as proteínas integrais interagem com a região hidrofóbica da bicamada lipídica é a alfa-hélice. Nessa conformação as cadeias laterais hidrofóbicas dos aminoácidos interagem com as caudas hidrofóbicas dos lipídios, e as regiões hidrofílicas direcionam-se para o interior da alfa-hélice formando pontes de hidrogênio entre si. Essas proteínas podem também formar “caminhos” (canais iônicos e poros) aquosos na membrana, em que aminoácidos, dispostos em alfa-hélice, expõem seus grupamentos hidrofílicos, revestindo o interior desse canal. Essa conformação viabiliza a passagem seletiva de moléculas solúveis em água, discutida em maiores detalhes mais adiante. Outra conformação possível para proteínas transmembranar é a de folhas β. Essas podem se organizar em uma estrutura cilíndrica aberta, denominada “barril β”. Essa estrutura também forma poros hidrofílicos na membrana, abundantes em bactérias e na membrana externa de mitocôndrias e cloroplastos. Os poros formados por barril β são estruturas grandes e rígidas, e os formados por alfa-hélice podem ter sua abertura e fechamento regulados, além de serem, em geral, mais seletivos à passagem de solutos específicos. As proteínas periféricas estão ligadas às proteínas integrais de membrana por ligações não covalentes, não interagindo com a região hidrofóbica da bicamada. Por essa razão, essas proteínas podem ser mais facilmente separadas da membrana por meio de tampões que conservam a integridade da bicamada lipídica.
Permeabilidade seletiva das membranas celulares
Os compartimentos envoltos por membrana apresentam meios muito distintos entre si, tanto pela composição de solutos quanto pelas concentrações destes. Pode-se exemplificar o fato pela concentração dos íons Na+ e K+ em células animais, comparando-se os meios interno (citoplasma) e externo. O primeiro tem uma concentração extracelular muito maior que a intracelular (mais de 10 vezes), o oposto acontece com a concentração de K+. O Ca2+, outro íon importante em várias funções celulares, incluindo a de sinalização, tem uma concentração extremamente baixa no citoplasma, comparada à sua concentração no meio extracelular e no RE. Além da diferença de concentração de solutos entre os diferentes compartimentos, existe também uma influência das cargas desses íons, em que pequenos excessos de íons de carga positiva ou negativa, próximos à membrana plasmática, provocam uma diferença elétrica entre as duas faces da membrana. Essas diferenças produzem compartimentos mais especializados e gradientes eletroquímicos, importantes para a eficiência das reações bioquímicas na célula. Desse modo, a distribuição e a passagem de solutos através dessas membranas celulares são altamente controladas. As características da bicamada lipídica e as proteínas que regulam o transporte de moléculas definem a permeabilidade seletiva de uma membrana.
Permeabilidade seletiva da bicamada lipídica
As bicamadas lipídicas são uma barreira para a passagem de substâncias polares e hidrossolúveis, incluindo íons, mas permitem mais facilmente a passagem de substâncias pequenas, lipossolúveis ou apolares. A velocidade da travessia dessas substâncias varia de acordo com as características químicas de cada molécula. Moléculas apolares e pequenas, como O2 e CO2, assim como moléculas hidrofóbicas, como hormônios esteroides, cruzam a membrana facilmente. Pequenas moléculas polares não carregadas, como H2O e etanol, podem se difundir pela membrana, mas com velocidade menor. Grandes moléculas polares não carregadas, como a glicose ou sacarose, apresentam muita dificuldade para atravessar essa barreira.
Essas moléculas grandes, polares e hidrossolúveis cruzam a bicamada lipídica por meio de proteínas de transporte. Estas proteínas são específicas para diferentes solutos, portanto diferentes membranas apresentam conjuntos específicos de proteínas de transporte.
Proteínas de transporte dividem-se em transportadoras, canais iônicos e poros
Existe uma grande variedade de proteínas de transporte em membranas, que, de modo geral, forma “caminhos” hidrofílicos que permitem a passagem seletiva de pequenas moléculas pela bicamada lipídica. De acordo com seu modo de ação e seleção dos solutos que transportam, esses caminhos podem ser classificadosdisso, o estudo do desenvolvimento do sistema digestório pode contribuir para o desenvolvimento de novas terapias para doenças congênitas e para a regeneração de tecidos lesados.
Conclusão
O sistema digestório é um sistema complexo e dinâmico, essencial para a sobrevivência. Seu desenvolvimento embrionário é um processo preciso e altamente regulado, e sua função é controlada por diversos mecanismos neurohormonais e enzimáticos. O estudo do sistema digestório é de grande relevância para a medicina, permitindo o diagnóstico precoce e o tratamento eficaz das doenças do aparelho digestivo.
Dissertação: Estrutura e Desenvolvimento do Sistema Respiratório
Introdução
O sistema respiratório é fundamental para a vida, sendo responsável pelas trocas gasosas entre o organismo e o meio ambiente. Este trabalho abordará a estrutura e o desenvolvimento do sistema respiratório, desde a fase embrionária até a vida adulta, destacando a importância de cada componente para a respiração e a oxigenação dos tecidos.
Desenvolvimento
1. Estrutura do Sistema Respiratório
· Vias aéreas superiores: Fossas nasais, faringe, laringe.
· Vias aéreas inferiores: Traqueia, brônquios, bronquíolos e alvéolos.
· Pulmões: Órgãos pares localizados na cavidade torácica, constituídos por tecido pulmonar e envoltos pelas pleuras.
2. Desenvolvimento Embrionário do Sistema Respiratório
· Origem embrionária: Endoderma.
· Formação do broto pulmonar: Surgimento do broto respiratório a partir do intestino anterior.
· Divisão do broto pulmonar: Formação dos brônquios e bronquíolos.
· Maturação pulmonar: Desenvolvimento dos alvéolos e formação da rede capilar.
3. Fisiologia da Respiração
· Ventilação pulmonar: Processo de troca de ar entre o ambiente e os pulmões.
· Difusão gasosa: Troca de gases (oxigênio e dióxido de carbono) entre os alvéolos e os capilares sanguíneos.
· Transporte de gases: Transporte de oxigênio e dióxido de carbono pelo sangue.
· Regulação da respiração: Controle neural e químico da respiração.
4. Mecanismos de Defesa do Sistema Respiratório
· Barreira mucociliar: Limpeza das vias aéreas superiores.
· Macrófagos alveolares: Fagocitose de partículas e microrganismos.
· Imunoglobulinas: Defesa imunológica contra patógenos.
Problematização
O sistema respiratório está sujeito a diversas doenças, como asma, bronquite crônica, enfisema pulmonar e câncer de pulmão. A compreensão dos mecanismos fisiológicos e moleculares envolvidos na respiração é fundamental para o diagnóstico e tratamento dessas doenças. Além disso, o estudo do desenvolvimento do sistema respiratório pode contribuir para o desenvolvimento de novas terapias para doenças congênitas e para a regeneração de tecidos pulmonares lesados.
Conclusão
O sistema respiratório é um sistema complexo e dinâmico, essencial para a vida. Seu desenvolvimento embrionário é um processo preciso e altamente regulado, e sua função é controlada por diversos mecanismos neurohormonais e enzimáticos. O estudo do sistema respiratório é de grande relevância para a medicina, permitindo o diagnóstico precoce e o tratamento eficaz das doenças respiratórias.
Dissertação: Estrutura e Desenvolvimento dos Sistemas Genital e Urinário
Introdução
Os sistemas genital e urinário, apesar de distintas funções, compartilham origens embrionárias comuns e estreitas relações anatômicas. O sistema genital é responsável pela reprodução e produção de hormônios sexuais, enquanto o sistema urinário é encarregado da filtração do sangue, produção e excreção da urina. Este trabalho abordará a estrutura e o desenvolvimento desses sistemas, desde a fase embrionária até a vida adulta, destacando suas interações e as implicações clínicas de suas disfunções.
Desenvolvimento
1. Desenvolvimento Embrionário
· Origem embrionária: Ambos os sistemas se originam da mesoderme intermediária, formando a crista urogenital.
· Pronefro, mesonefro e metanefro: Três estágios de desenvolvimento do sistema urinário, sendo o metanefro o definitivo.
· Gônadas e ductos genitais: Desenvolvimento paralelo dos sistemas genitais masculino e feminino a partir da gônada indiferenciada.
2. Estrutura do Sistema Urinário
· Rins: Órgãos pares responsáveis pela filtração do sangue e produção da urina.
· Vias urinárias: Ureteres, bexiga urinária e uretra.
· Néfron: Unidade funcional do rim, responsável pela filtração glomerular e reabsorção tubular.
3. Estrutura do Sistema Genital
· Sistema genital masculino: Testículos, epidídimos, ductos deferentes, vesículas seminais, próstata e uretra.
· Sistema genital feminino: Ovários, tubas uterinas, útero, vagina e vulva.
4. Fisiologia do Sistema Urinário
· Formação da urina: Filtração glomerular, reabsorção tubular e secreção tubular.
· Regulação da pressão arterial: Sistema renina-angiotensina-aldosterona.
· Equilíbrio hidroeletrolítico: Manutenção dos níveis de água, sódio, potássio e outros eletrólitos.
5. Fisiologia do Sistema Genital
· Gametogênese: Produção de gametas (espermatozoides e óvulos).
· Hormônios sexuais: Testosterona e estrógenos.
· Ciclo menstrual: Processos fisiológicos que ocorrem no ovário e no útero.
Problematização
Distúrbios nos sistemas genital e urinário podem levar a diversas doenças, como insuficiência renal, infertilidade, câncer e disfunções sexuais. A compreensão dos mecanismos fisiológicos e moleculares envolvidos no desenvolvimento e funcionamento desses sistemas é fundamental para o diagnóstico e tratamento dessas doenças. Além disso, o estudo das interações entre os sistemas genital e urinário é crucial para o entendimento de diversas condições clínicas, como a incontinência urinária e a disfunção erétil.
Conclusão
Os sistemas genital e urinário são intimamente relacionados, tanto do ponto de vista embriológico quanto funcional. O desenvolvimento desses sistemas é um processo complexo e altamente regulado, sujeito a influências genéticas e ambientais. O estudo integrado desses sistemas é fundamental para a compreensão da fisiologia humana e para o desenvolvimento de novas terapias para doenças urogenitais.
Dissertação: Sistema Tegumentar - A Maior Órgão do Corpo Humano
Introdução
O sistema tegumentar, composto pela pele e seus anexos (pelos, unhas e glândulas), representa o maior órgão do corpo humano. Ele desempenha diversas funções essenciais para a manutenção da homeostase, como proteção, regulação da temperatura, percepção sensorial e excreção. Este trabalho abordará a estrutura, função e desenvolvimento do sistema tegumentar, além de discutir as implicações clínicas de suas disfunções.
Desenvolvimento
1. Estrutura do Sistema Tegumentar
· Epiderme: Camada externa composta por tecido epitelial estratificado pavimentoso queratinizado, responsável pela proteção contra agressões externas. 
· Camadas da epiderme: basal, espinhosa, granulosa, lúcida e córnea.
· Células da epiderme: queratinócitos, melanócitos, células de Langerhans e células de Merkel.
· Derme: Camada mais profunda, composta por tecido conjuntivo denso, rica em fibras colágenas e elásticas, vasos sanguíneos, nervos e anexos cutâneos. 
· Camadas da derme: papilar e reticular.
· Hipoderme: Camada subcutânea, composta por tecido adiposo, responsável pelo isolamento térmico e armazenamento de energia.
2. Funções do Sistema Tegumentar
· Proteção: Barreira física contra agentes infecciosos, radiação UV e substâncias químicas.
· Sensibilidade: Receptores sensoriais para tato, pressão, temperatura e dor.
· Termorregulação: Regulação da temperatura corporal através da sudorese e vasomoção.
· Excreção: Eliminação de substâncias através do suor.
· Vitamina D: Síntese de vitamina D sob ação da radiação UV.
3. Anexos Cutâneos
· Pelos: Estrutura queratinizada com função de proteção e isolamento térmico.
· Unhas: Lâminas córneas que protegem as extremidades dos dedos.
· Glândulas sudoríparas: Produzem suor para a termorregulação.
· Glândulas sebáceas: Produzem sebo para lubrificar a pele e os pelos.
4. Desenvolvimento Embrionário
· Origem embrionária: Ectoderma.
· Formação da epiderme: Proliferação e diferenciação das célulasectodérmicas.
· Formação da derme: Condensação do mesênquima subjacente.
· Formação dos anexos cutâneos: Evaginações da epiderme para a derme.
5. Fisiologia da Pele
· Renovação celular: Processo contínuo de renovação da epiderme.
· Pigmentação: Produção de melanina pelos melanócitos para proteção contra a radiação UV.
· Inervação cutânea: Receptores sensoriais e vias nervosas.
· Vascularização cutânea: Irrigação sanguínea e drenagem linfática.
Problematização
O sistema tegumentar está sujeito a diversas doenças, como dermatites, psoríase, câncer de pele e envelhecimento cutâneo. A compreensão dos mecanismos fisiológicos e moleculares envolvidos na função da pele é fundamental para o diagnóstico e tratamento dessas doenças. Além disso, o estudo do desenvolvimento do sistema tegumentar pode contribuir para o desenvolvimento de novas terapias para doenças genéticas da pele e para a engenharia de tecidos cutâneos.
Conclusão
O sistema tegumentar é um órgão complexo e dinâmico, essencial para a manutenção da homeostase e para a interação do organismo com o meio ambiente. Seu desenvolvimento embrionário é um processo preciso e altamente regulado, e sua função é controlada por diversos fatores genéticos e ambientais. O estudo do sistema tegumentar é de grande relevância para a medicina, permitindo o diagnóstico precoce e o tratamento eficaz das doenças de pele.
Sugestão de Estrutura para uma Dissertação Detalhada sobre Órgãos Linfoides: Foco em Doenças e Terapias
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Dissertação: Gametogênese e Embriologia Humana nas Primeiras Semanas de Gestação
Introdução
A gametogênese e a embriologia humana são processos biológicos complexos e fascinantes que culminam na formação de um novo indivíduo. A gametogênese, processo de formação dos gametas (espermatozoides e óvulos), precede a fecundação, que marca o início da vida embrionária. As primeiras semanas de gestação são marcadas por eventos cruciais para o desenvolvimento embrionário, como a clivagem, a formação do blastocisto e a implantação no endométrio. Este trabalho tem como objetivo apresentar uma visão geral da gametogênese e dos principais eventos que ocorrem nas primeiras semanas de gestação, destacando a importância desses processos para o desenvolvimento humano e as possíveis implicações clínicas.
Desenvolvimento
1. Gametogênese
· Espermatogênese: Processo de formação dos espermatozoides nos testículos. 
· Fases: espermatogônias, espermatócitos primários e secundários, espermátides e espermatozoides.
· Regulação hormonal: papel da testosterona e do hormônio folículo-estimulante (FSH).
· Oogênese: Processo de formação dos óvulos nos ovários. 
· Fases: ovogônias, ovócitos primários e secundários, óvulo.
· Regulação hormonal: papel do hormônio folículo-estimulante (FSH) e do hormônio luteinizante (LH).
2. Fecundação
· Capacitação do espermatozoide: Modificações que o espermatozoide sofre no trato genital feminino para adquirir a capacidade de fecundar o óvulo.
· Penetração do óvulo: Fusão das membranas plasmáticas do espermatozoide e do óvulo, formação do zigoto.
· Bloqueios à polispermia: Mecanismos que impedem a penetração de mais de um espermatozoide no óvulo.
3. Primeira Semana de Gestação
· Clivagem: Série de divisões mitóticas do zigoto, formando uma mórula.
· Formação do blastocisto: Diferenciação das células da mórula em trofoblasto (futura placenta) e massa celular interna (futuro embrião).
· Implantação: Nidação do blastocisto no endométrio.
4. Segunda Semana de Gestação
· Formação do disco bilaminar: Diferenciação da massa celular interna em epiblasto e hipoblasto.
· Formação do saco vitelino primário e cavidade amniótica: Formação das primeiras estruturas extra-embrionárias.
5. Terceira Semana de Gestação
· Gastrulação: Processo de formação das três camadas germinativas (ectoderma, mesoderma e endoderma).
· Neurulação: Formação do tubo neural, primórdio do sistema nervoso central.
· Formação da notocorda: Estrutura axial que induz a formação dos órgãos e sistemas.
Problematização
A compreensão da gametogênese e das primeiras semanas de gestação é fundamental para o entendimento de diversas questões relacionadas à saúde reprodutiva, como infertilidade, abortos espontâneos e malformações congênitas. Além disso, o conhecimento desses processos é essencial para o desenvolvimento de novas tecnologias reprodutivas, como a fertilização in vitro e a terapia celular.
Conclusão
As primeiras semanas de gestação são um período crítico para o desenvolvimento embrionário, no qual ocorrem eventos complexos e altamente regulados. A gametogênese e a fecundação estabelecem as bases para o desenvolvimento do embrião, enquanto a clivagem, a gastrulação e a neurulação dão origem aos principais tecidos e órgãos. O estudo desses processos é fundamental para a compreensão da biologia do desenvolvimento e para o desenvolvimento de novas terapias para doenças relacionadas à reprodução.em: canais iônicos, poros e transportadores (também conhecidos como “permeases” ou “proteínas carreadoras”).
Os canais iônicos funcionam como um pequeno túnel por onde passam íons de tamanho e carga elétrica específicos, geralmente exclusivos para um único tipo de íon. Esses canais assumem diferentes conformações que podem impedir (fechado) ou permitir (aberto) a passagem dos íons. Os canais que dependem de estímulo para que essa mudança ocorra denominam-se canais com comporta. Existem, assim, canais dependentes de ligante (respondem a ligantes específicos), dependentes de voltagem (respondem a mudanças na voltagem da membrana) e mecano dependentes (respondem à pressão mecânica). Os canais que não dependem de estímulo para alternar os estados aberto e fechado são nomeados canais de vazamento ou sem comporta.
Os poros são canais hidrofílicos formados através da membrana, que, diferentemente dos iônicos, estão sempre abertos, como as aquaporinas.
Os transportadores (ou permeases) têm como característica a ligação de alta afinidade com o soluto que será transportado, similar à ligação de uma enzima com seu substrato. Essa ligação modifica a conformação do transportador, possibilitando a transferência do soluto para o outro lado da membrana. Essa interação garante a especificidade desse transporte. Esses transportadores podem ser classificados como uniporte (monoporte) – transporta somente um soluto específico; simporte (cotransporte) – transporta dois tipos de soluto no mesmo sentido ou antiporte (contratransporte) – transporta dois tipos de soluto em sentidos opostos (Figura 4.20). É importante salientar que tanto no caso do simporte como do antiporte, o transporte dos dois solutos é acoplado, um não ocorre sem o outro.
Transporte através da Membrana Plasmática
Transporte de pequenas moléculas através da membrana celular
Pequenas moléculas atravessam a membrana plasmática por transporte passivo (sem gasto de energia) ou transporte ativo (com gasto de energia). O transporte passivo pode ocorrer por canais iônicos, poros e transportadores. O transporte ativo ocorre somente por meio de transportadores.
O transporte passivo ocorre pela difusão de solutos
O sentido e a força (velocidade) do transporte passivo dependem da diferença de concentração dos solutos nos dois lados da membrana, seguindo o princípio da difusão de solutos. Desse modo, as moléculas migram da região de maior concentração para a de menor concentração espontaneamente. Além da diferença de concentração, deve-se considerar também a diferença das cargas elétricas entre dois compartimentos e a carga elétrica do soluto a ser transportado. A diferença de concentração entre dois compartimentos é denominada “gradiente de concentração” e a diferença de carga elétrica é conhecida como gradiente de voltagem (ou diferença de potencial elétrico). O somatório dessas duas “forças” é intitulado gradiente eletroquímico.
O transporte a favor desse gradiente depende somente da existência de “caminhos” através da membrana. Assim, substâncias que podem se difundir através da bicamada lipídica realizam a travessia por difusão simples. Já para as moléculas que são barradas pela bicamada lipídica (p. ex., moléculas com carga ou polares sem carga), essa passagem é realizada através de canais ou transportadores, sendo conhecida como difusão facilitada ou transporte passivo.
Velocidade da difusão simples é diferente da difusão facilitada
Como a difusão facilitada (transporte passivo) depende de proteínas de transporte, a velocidade desse transporte é limitada pelo número dessas proteínas na membrana. A velocidade máxima, que só é atingida em condições experimentais, ocorre quando todas as proteínas de transporte estiverem ocupadas (saturação das proteínas transportadoras). Nessas condições, o soluto que atravessa a membrana livremente por difusão simples, não tem um limite de transporte, porque sua passagem independe de um mediador. Por outro lado, no soluto cuja passagem ocorre por difusão facilitada, o aumento de sua concentração não altera a velocidade do transporte porque as proteínas de transporte já estão atuando na sua capacidade máxima. Esse tipo de experimento ilustra claramente a diferença entre difusão simples e facilitada.
A velocidade de transporte entre canais e transportadores também difere. Os canais, uma vez abertos, tornam possível a livre passagem da molécula a ser transportada. Os transportadores, por sua vez, apresentam um sítio onde a molécula a ser transportada se liga. Essa interação induz a mudança conformacional no transportador necessária para que a molécula atravesse a membrana.
As membranas celulares são relativamente permeáveis à água e, nesse caso, o sentido do movimento das moléculas de água depende do gradiente osmótico, ou seja, de um compartimento com menor concentração de solutos (alta concentração de água) para aquele de maior concentração (baixa concentração de água). As membranas plasmáticas também apresentam canais especializados para passagem de água, denominados “aquaporinas”.
A osmose é um processo de transporte passivo em que a água se move através de uma membrana semipermeável de uma área de menor concentração de soluto para uma de maior concentração, buscando equilibrar as concentrações nos dois lados da membrana. Segundo Alberts et al. (2014), a osmose é um fenômeno essencial para a regulação do volume celular e para a manutenção da pressão osmótica, fatores críticos para a sobrevivência das células.
Um exemplo clássico da importância da osmose é observado nas células vegetais. Em um ambiente hipotónico (menor concentração de solutos externos), a água entra na célula, causando turgidez, que é essencial para a sustentação estrutural das plantas. Por outro lado, em um ambiente hipertónico (maior concentração de solutos externos), a água sai da célula, levando à plasmólise, que pode resultar em danos irreversíveis à célula. Em organismos animais, a osmose é crucial para processos como a regulação do volume sanguíneo e a manutenção do equilíbrio hídrico em tecidos.
A osmose também é fundamental no contexto clínico e terapêutico. Por exemplo, o uso de soluções isotónicas em infusões intravenosas visa evitar alterações indesejadas no volume celular, prevenindo a hemólise (ruptura de células sanguíneas) ou a crenação (murchamento celular), demonstrando a relevância do conhecimento desse processo na prática médica.
O transporte ativo ocorre contra o gradiente de concentração ou elétrico
O transporte ativo, que ocorre com gasto de energia, é outro processo pelo qual moléculas atravessam as membranas. Nesse caso, a substância é transportada do lado da membrana onde sua concentração é baixa para o lado onde sua concentração é alta. Esse transporte, portanto, ocorre contra um gradiente de concentração (no caso de solutos não carregados eletricamente) ou um gradiente eletroquímico (quando o soluto é ionizado). Por exemplo, a concentração de íons sódio (Na+) é mais alta no meio extracelular do que no citoplasma. Quando a célula transporta esses íons do citoplasma para o meio extracelular, dois obstáculos devem ser vencidos: a maior concentração de Na+ e a carga mais positiva do meio extracelular, próximo à face externa da membrana plasmática.
O transporte ativo é realizado por transportadores do tipo uniporte, simporte ou antiporte, podendo ser classificado em transporte ativo primário (dependente de bombas de ATP) ou transporte ativo secundário (dependente de gradiente iônico).
No transporte ativo primário, o transportador é também conhecido como “bomba”. A bomba utiliza diretamente um gasto energético (como a quebra de uma molécula de ATP) para transportar um soluto (ou dois, no caso de cotransporte) contra um gradiente eletroquímico. A bomba de Na+/K+ (ATPase Na+/K+) é um dos exemplos mais bem estudados desse tipo de transporte. Essa bomba é um transportador antiporte que transporta Na+ para o meio extracelular e K+ para o meio intracelular. Existem várias outras bombas importantes para a manutenção de diferenças de concentraçãoentre compartimentos celulares que funcionam de modo similar. São exemplos: a bomba K+/H+, encontrada na membrana plasmática de células epiteliais do revestimento do estômago, importante para formação do suco gástrico; bombas de H+ na membrana de endossomos e lisossomos, responsáveis pela manutenção de um pH mais baixo nessas organelas; e bombas de Ca2+ específicas da membrana plasmática e do RE que são responsáveis pela manutenção da baixa concentração desse cátion no citoplasma.
A ação de bombas como a de Na+/K+ ajuda na formação de um gradiente eletroquímico. Esse gradiente tem energia potencial que pode ser utilizada para o transporte de solutos contra o seu gradiente de concentração, conhecido como transporte ativo secundário. Por meio de um transportador acoplado (cotransportador), o movimento espontâneo de um soluto de um meio de maior concentração para aquele de menor concentração fornece energia para direcionar o transporte de um segundo soluto contra seu gradiente de concentração. Por exemplo, a célula pode utilizar a energia potencial de gradientes de íons, geralmente Na+, mas também de K+ e H+, para transportar moléculas e íons através da membrana.
1. Transporte ativo primário: A energia é obtida diretamente da hidrólise do ATP. Utiliza diretamente o ATP para o funcionamento de bombas iónicas, como a bomba de sódio-potássio (Na+/K+), que mantém o potencial de membrana em células nervosas, essencial para a transmissão de impulsos nervosos.
2. Transporte ativo secundário: A energia é obtida indiretamente, acoplando o transporte de uma substância ao gradiente de outra. Este processo utiliza o gradiente eletroquímico gerado pelo transporte ativo primário para mover outras moléculas. Por exemplo, a simporte de glicose com sódio permite a absorção eficiente de glicose no intestino delgado.
Importância do Transporte para a Célula
O transporte através da membrana plasmática é fundamental para a célula, pois permite:
· Aquisição de nutrientes: A célula capta os nutrientes necessários para suas atividades metabólicas.
· Eliminação de resíduos: A célula excreta os produtos do metabolismo e substâncias tóxicas.
· Manutenção da homeostase: A célula regula a concentração de íons e moléculas dentro e fora de si, garantindo seu funcionamento adequado.
· Comunicação celular: Moléculas sinalizadoras são transportadas através da membrana, permitindo a comunicação entre as células.
Especializações de membranas plasmáticas: microvilos e estereocílios
A membrana plasmática pode apresentar projeções sustentadas pelo citoesqueleto. Um exemplo são os microvilos do epitélio do intestino delgado e de túbulos renais de mamíferos. Essas células são colunares ou cúbicas, dispostas em camada única e suas superfícies na região apical apresentam numerosas projeções digitiformes – os microvilos. Cada microvilo, ou microvilosidade, é uma projeção da membrana e do citoplasma. Sua estrutura é mantida por numerosos feixes de microfilamentos de actina.
Os microvilos do epitélio intestinal são paralelos uns aos outros e formam uma camada muito regular na superfície intestinal (borda estriada) visível ao microscópio óptico. No intestino, a função dos microvilos é aumentar a área da superfície de membrana direcionada para o lúmen intestinal. Os microvilos dessas células aumentam a velocidade de transporte dos nutrientes para dentro das células. Além de aumentarem a superfície celular, como discutido anteriormente, apresentam proteínas de membrana com atividade enzimática, responsáveis pela etapa final da digestão de carboidratos (dissacaridases) e proteínas (dipeptidases). Posteriormente, os nutrientes passam das células para o tecido conjuntivo subjacente ao epitélio e, daí, para os vasos sanguíneos e linfáticos, distribuindo-se, então, por todo o organismo.
Nos rins, os microvilos são encontrados na superfície livre da camada única de células cúbicas que revestem os túbulos contorcidos proximais. Pelo lúmen desses túbulos, passa um filtrado do plasma sanguíneo que origina a urina, mas que ainda contém muitas moléculas aproveitáveis. Nos túbulos contorcidos proximais, muitas dessas moléculas são removidas do filtrado, passando para as células dos túbulos, de onde são posteriormente devolvidas ao sangue. Os microvilos dessas células são também organizados paralelamente entre si, formando uma borda estriada visível ao microscópio óptico.
A maioria das células têm microvilos, embora não tão numerosos e organizados como os das células exemplificadas anteriormente. Os microvilos encontrados nas células em geral são pequenos e irregulares, contêm menor número de filamentos e se distribuem irregularmente por toda a superfície celular. Microvilos individuais só podem ser diferenciados por microscópio eletrônico.
Outro exemplo de prolongamento de membrana são os estereocílios: expansões longas e filiformes da superfície livre de determinadas células epiteliais. São flexíveis, mas incapazes de movimentar-se. Os estereocílios diferem dos microvilos por serem mais longos e ramificados; são encontrados em células da orelha interna e do epidídimo.
Endocitose: Integração de Substâncias ao Meio Intracelular
A endocitose é um processo ativo em que a célula internaliza materiais do ambiente externo, englobando-os em vesículas formadas pela invaginação da membrana plasmática. Existem três tipos principais de endocitose: fagocitose, pinocitose e endocitose mediada por receptor.
1. Fagocitose: É o processo de "engolfamento" de partículas grandes, como microrganismos ou detritos celulares. É um mecanismo essencial para o sistema imunológico, especialmente em macrófagos e neutrófilos, que fagocitam e destroem patógenos invasores. A fagocitose, conforme descrito por Flannagan, Jaumouillé e Grinstein (2012), é um processo complexo que envolve a reorganização do citoesqueleto e o reconhecimento específico de partículas através de receptores de membrana.
2. Pinocitose: É o "engolfamento" de líquidos e solutos dissolvidos. Esse processo é contínuo e não específico, permitindo que as células absorvam nutrientes e fluidos do ambiente extracelular. É importante em células que necessitam captar rapidamente solutos dissolvidos, como as células epiteliais intestinais.
3. Endocitose Mediada por Receptor: Este mecanismo envolve receptores específicos na membrana plasmática que reconhecem e se ligam a moléculas-alvo, como hormonas e lipoproteínas. Um exemplo clássico é a endocitose de colesterol transportado por lipoproteínas de baixa densidade (LDL). Após a ligação da LDL ao seu receptor, a célula internaliza o complexo em vesículas, um processo essencial para a regulação dos níveis de colesterol no sangue (Brown & Goldstein, 1986).
A endocitose tem implicações importantes para a biomedicina. O desenvolvimento de nanopartículas para a entrega de fármacos, por exemplo, baseia-se na capacidade de essas partículas serem internalizadas por endocitose mediada por receptor, direcionando medicamentos especificamente para células-alvo, como em tratamentos de câncer.
Exocitose: Secreção e Comunicação Celular
A exocitose é o processo pelo qual a célula expulsa materiais para o ambiente extracelular, através da fusão de vesículas intracelulares com a membrana plasmática. Este mecanismo é fundamental para a secreção de proteínas, hormonas e neurotransmissores. Conforme Kandel et al. (2013), a exocitose de neurotransmissores nas sinapses é um exemplo crucial da importância desse processo para a comunicação entre células nervosas, sendo essencial para a transmissão de sinais no sistema nervoso.
Existem dois tipos de exocitose: constitutiva e regulada. A exocitose constitutiva ocorre continuamente e é responsável pela renovação da membrana plasmática e pela secreção de componentes da matriz extracelular. A exocitose regulada, por outro lado, ocorre em resposta a um sinal específico, como a liberação de insulina em resposta ao aumento de glicose no sangue.
Do ponto de vista clínico, disfunções nos processos de exocitose podem levar a doenças graves. Por exemplo, defeitosna exocitose de insulina em células beta-pancreáticas estão associados ao diabetes tipo 2. Assim, a compreensão dos mecanismos de exocitose é crucial para o desenvolvimento de terapias direcionadas para essas condições.
A compreensão desses mecanismos tem aplicações diretas em áreas como a biotecnologia e a farmacologia. Por exemplo, o conhecimento do transporte ativo é utilizado no desenvolvimento de fármacos que atuam em canais iónicos, fundamentais no tratamento de doenças cardíacas e neurológicas (Kandel et al., 2013).
Reflexões e Problematizações
A análise dos mecanismos de osmose, endocitose e exocitose permite abordar questões problematizadoras relevantes para as áreas de saúde e biotecnologia. Uma dessas questões é a resistência de patógenos a tratamentos. Algumas bactérias patogénicas, como a Mycobacterium tuberculosis, têm a capacidade de sobreviver dentro de macrófagos após serem fagocitadas, o que levanta desafios para o tratamento eficaz dessas infecções (Russell, 2011). Entender os processos de endocitose e exocitose pode ajudar no desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas para contornar essa resistência.
Além disso, o uso de técnicas de engenharia de tecidos e terapia celular depende de uma compreensão aprofundada desses processos. A manipulação de células para expressar receptores específicos pode aumentar a eficiência da captação de nanopartículas terapêuticas, demonstrando a aplicação prática desse conhecimento no avanço da medicina personalizada.
Problematizações e Implicações Práticas
No contexto educacional e profissional, o domínio do conhecimento sobre a membrana plasmática e seus mecanismos de transporte é essencial para diversas áreas, como ciências biomédicas e engenharia biotecnológica. Questões como a resistência de bactérias a antibióticos podem ser entendidas, em parte, pela análise dos mecanismos de transporte celular. Muitas bactérias desenvolvem bombas de efluxo, um tipo de transporte ativo, para expelir antibióticos, reduzindo sua eficácia. Portanto, o desenvolvimento de inibidores para essas bombas pode ser uma estratégia viável no combate à resistência antimicrobiana (Levy, 2002).
Além disso, a manipulação do transporte celular é fundamental para a inovação em terapias gênicas e entrega de fármacos, onde vesículas lipossomais são projetadas para liberar medicamentos diretamente nas células-alvo, melhorando a eficácia dos tratamentos e reduzindo efeitos colaterais (Torchilin, 2005).
A membrana plasmática, através de sua estrutura complexa e dos variados mecanismos de transporte, desempenha um papel crucial na manutenção da homeostase e na comunicação celular. O entendimento detalhado desses processos não apenas contribui para o avanço do conhecimento científico, mas também impulsiona aplicações práticas em áreas como biomedicina e biotecnologia. A relevância do estudo dessa estrutura se reflete na sua importância para o desenvolvimento de novas terapias e tecnologias, evidenciando a necessidade de um conhecimento aprofundado e atualizado sobre o tema para enfrentar desafios contemporâneos, como a resistência bacteriana e o desenvolvimento de medicamentos mais eficazes.
Os processos de osmose, endocitose e exocitose são essenciais para a regulação e funcionalidade celular, influenciando diretamente a homeostase e a capacidade da célula de interagir com o ambiente. O estudo detalhado desses mecanismos é crucial não apenas para o entendimento fundamental da biologia celular, mas também para o desenvolvimento de aplicações clínicas e biotecnológicas que visam melhorar a saúde e o tratamento de doenças. O domínio desses conceitos permite abordar problemas complexos na prática médica e nas ciências da vida, sendo essencial para profissionais e pesquisadores da área.
Referências:
· Singer, S. J., & Nicolson, G. L. (1972). The fluid mosaic model of the structure of cell membranes. Science, 175(4023), 720-731.
· Alberts, B. et al. (2014). Molecular Biology of the Cell. 6th Edition. Garland Science.
· Kandel, E. R., Schwartz, J. H., & Jessell, T. M. (2013). Principles of Neural Science. 5th Edition. McGraw-Hill.
· Levy, S. B. (2002). Active efflux, a common mechanism for biocide and antibiotic resistance. Journal of Applied Microbiology, 92, 65S-71S.
· Torchilin, V. P. (2005). Recent advances with liposomes as pharmaceutical carriers. Nature Reviews Drug Discovery, 4(2), 145-160.
Dissertação: O Citoesqueleto: A Estrutura Dinâmica da Célula
O citoesqueleto é constituído por uma rede complexa de filamentos citoplasmáticos que formam um esqueleto dinâmico nas células, exercendo funções variadas. Dentre as principais atribuições estão:
· Constituição de um córtex celular, subjacente à membrana plasmática, que confere resistência mecânica às células e é determinante para a conformação celular, inclusive para a existência de especializações, como microvilosidades, cílios, estereocílios e flagelos.
· Movimentação de organelas, vesículas e moléculas para diferentes regiões e compartimentos das células, possibilitando, assim, o estabelecimento e a manutenção de polaridade celular e o desempenho de funções muito especializadas pelas células.
· Movimentação celular, o que inclui a contração (função essencial em fibras musculares) e a migração (essencial durante o desenvolvimento embrionário para a formação de órgãos, para a manutenção de diversos tecidos adultos e para a função imunológica, por exemplo)
· Participação na divisão celular, principalmente por meio da formação do fuso mitótico para segregação dos cromossomos, e durante a citocinese, que origina as células-filhas ao final da mitose.
Os principais elementos do citoesqueleto são os filamentos de actina (também denominados “microfilamentos”), microtúbulos e filamentos intermediários. Essa nomenclatura deriva do aspecto e do diâmetro de cada um quando observados ao microscópio eletrônico de transmissão; microfilamentos têm diâmetro aproximado de 8 nm, e microtúbulos e filamentos intermediários apresentam amplitudes de aproximadamente 25 e 10 nm, respectivamente.
As propriedades físicas de cada elemento do citoesqueleto são diferentes, devido à sua constituição. Embora cada elemento participe de funções variadas nas células, pode-se afirmar que o citoesqueleto de actina tem como principais funções a determinação da conformação e da movimentação celular. Os microtúbulos são muito importantes nas atividades ciliar e flagelar, na divisão celular e no transporte intracelular de organelas, vesículas e moléculas (sendo, portanto, essenciais para a polarização celular); e os filamentos intermediários são importantes para a resistência mecânica de células e tecidos. Como exemplos de outras funções, os filamentos de actina também participam do transporte intracelular, assim como os microtúbulos e os filamentos intermediários participam da migração celular; no entanto, estas não são suas principais funções.
Dezenas de proteínas acessórias que se ligam ao citoesqueleto são essenciais para o desempenho de suas funções. Essas proteínas regulam, por exemplo, a localização, a organização, a montagem e desmontagem de filamentos e a ligação dos filamentos entre si ou a outras estruturas nas células. Algumas proteínas acessórias são motoras, possibilitando a movimentação das células ou o transporte intracelular. A energia para esse deslocamento provém da hidrólise de trifosfato de adenosina (ATP). Existem ainda proteínas acessórias que conectam os diferentes elementos do citoesqueleto entre si, integrando-os. Nesse sentido, é importante lembrar que os três elementos do citoesqueleto interagem e que sua função é coordenada, para que processos celulares complexos possam ocorrer corretamente. A variedade de tipos e atribuição das proteínas acessórias explica como funções tão complexas podem ser exercidas por apenas três tipos de filamentos do citoesqueleto, que apresentam sempre a mesma constituição e estrutura.
Todos os três elementos do citoesqueleto são polímeros formados pela união (polimerização) de diferentes subunidades, quese associam entre si por meio de ligações não covalentes. Filamentos de actina (actina filamentosa, ou actina F) são constituídos pela polimerização de monômeros de actina globular (actina G), microtúbulos são constituídos pela polimerização de dímeros de tubulinas α e β, e filamentos intermediários são constituídos pela polimerização de tetrâmeros de proteínas filamentosas. Existem variadas proteínas filamentosas, todas pertencem a uma mesma família e a proteína filamentosa prevalente varia de acordo com o tipo celular.
As células produzem as diferentes subunidades de forma constitutiva, de maneira que, quando há a necessidade de polimerização de determinado componente do citoesqueleto, as subunidades já estão prontas no citoplasma, acelerando esse processo. A agilidade na polimerização e na despolimerização de filamentos é muito importante. Por exemplo, pode-se considerar que a resposta imune seria prejudicada se, ao receber um estímulo para migrar (derivado de um agente invasor, por exemplo), as células imunes necessitassem transcrever o gene para actina, traduzir, polimerizar e organizar os monômeros em filamentos e só então migrar. O que de fato ocorre nesse cenário é que o estímulo de migração celular ativa rapidamente vias de sinalização que rearranjam o citoesqueleto de actina para a movimentação celular. Além dessa atividade, de maneira geral, as células necessitam também se adaptar às condições de seu ambiente, crescer, especializar-se e dividir-se; para todas essas funções, o rearranjo do citoesqueleto é necessário e deve ocorrer rapidamente e de maneira coordenada.
É importante esclarecer que alguns elementos do citoesqueleto são mais dinâmicos do que outros. Os filamentos intermediários são mais estáveis que os microtúbulos e os filamentos de actina. Além disso, há diferenças também quando se compara cada elemento do citoesqueleto isoladamente em situações diferentes. Por exemplo, feixes de actina presentes em microvilosidades de células epiteliais são mais estáveis do que feixes contráteis de actina e miosina que participam da migração celular. A função dessas estruturas explica sua dinâmica: enquanto os feixes contráteis participam da movimentação das células (um processo naturalmente dinâmico), as microvilosidades são especializações imóveis presentes na superfície de algumas células, com a finalidade de aumentar a sua área. A mesma consideração pode ser feita com relação aos microtúbulos; por exemplo, microtúbulos envolvidos no transporte de vesículas contendo neurotransmissores ao longo de um axônio são mais estáveis do que aqueles envolvidos na formação do fuso mitótico ou na migração celular. Assim, pode-se afirmar que o citoesqueleto é dinâmico e plástico, apresentando tanto estruturas estáveis quanto de duração muito curta, dependendo de suas finalidades.
As subunidades que formam os filamentos de actina e os microtúbulos são assimétricas e organizam-se sempre com a mesma orientação. Assim, os polímeros formados têm uma extremidade (+) mais dinâmica do que a outra (–). Além disso, os monômeros de actina e os dímeros de tubulina ligam-se a nucleotídios. O tipo de nucleotídio associado determina a dinâmica da polimerização. Quando os monômeros de actina e dímeros de tubulina estão respectivamente vinculados a trifosfato de adenosina (ATP) e guanosina-trifosfato (GTP), associam-se com grande afinidade a um polímero ou para formá-lo; após integrarem o polímero, hidrolisam esse nucleotídio (gerando ADP ou GDP) e sofrem uma alteração conformacional que reduz sua afinidade pelo mesmo. A vantagem dessa propriedade é favorecer a dinâmica do citoesqueleto, facilitando tanto a polimerização (subunidades com afinidade elevada) quanto a despolimerização dos filamentos (subunidades com afinidade reduzida).
Em todas as células há, obrigatoriamente, quantidade variável de subunidades na forma livre (não polimerizada) no citoplasma. Tanto para actina quanto para microtúbulos, em um tubo de ensaio e sob condições favoráveis à polimerização, as subunidades (actina G ou dímeros de tubulina) produzem polímeros até que seja alcançada uma concentração mínima de subunidades livres, denominada “concentração crítica”. Nesse ponto, alcança-se um “equilíbrio dinâmico”, no qual a quantidade de subunidades que se integra aos polímeros é semelhante à que desprende dos polímeros. A saída das subunidades de um polímero ocorre a uma taxa constante; já a taxa de entrada de subunidades no polímero é influenciada pela concentração de monômeros livres no citoplasma (quanto maior a concentração, maior a taxa). Sendo assim, no estado de equilíbrio dinâmico in vitro, a concentração crítica é respeitada e a quantidade de polímeros permanece a mesma, embora haja uma troca constante de subunidades nesses polímeros. Nas células, existem proteínas acessórias que se ligam às subunidades e modulam sua disponibilidade para polimerização, portanto, com frequência, a concentração intracelular de subunidades dissociadas dos polímeros é maior do que a concentração crítica determinada em condições in vitro.
A seguir, serão abordados em mais detalhes cada um dos elementos do citoesqueleto e algumas de suas proteínas acessórias presentes em células eucariontes.
Filamentos de actina
A proteína actina, que constitui os monômeros, é muito abundante e conservada entre eucariontes. Em mamíferos existem seis tipos dessa proteína, derivados de genes diferentes, mas muito semelhantes entre si. Embora haja tendência de prevalecer a expressão de algumas em determinados tecidos (p. ex., α e γ muscular em tecidos musculares estriados e lisos, β e γ não muscular em células não musculares), sabe-se que muitos tipos celulares apresentam uma mistura de diferentes tipos de actina.
Conforme já mencionado, os filamentos de actina são polímeros formados por monômeros de actina globular (G). Esses monômeros arranjam-se em duas cadeias que se entrelaçam em espiral para constituir os filamentos, que apresentam cerca de 8 nm de diâmetro. Cada monômero de actina tem 375 aminoácidos; em seu arranjo quaternário, cada monômero apresenta uma fenda na qual se liga uma molécula de ATP ou ADP. Monômeros ligados ao ATP têm grande afinidade por outros, sendo facilmente adicionados aos filamentos já existentes; a hidrólise do ATP ocorre espontaneamente algum tempo após a incorporação dessa molécula, tendo como consequência uma redução da afinidade daquele monômero pelo filamento. A agregação aleatória de monômeros no citoplasma também ocorre, mas é necessário que pequenos grupos de monômeros (denominados “oligômeros”) se formem até que seja originada uma estrutura propícia para produzir um novo filamento; esse processo é denominado “nucleação” e pode ser acelerado por proteínas acessórias nucleadoras, assim como por fragmentos de filamentos de actina preexistentes.
A polimerização apresenta particularidades importantes que determinam a dinâmica dos filamentos. Primeiramente, os monômeros ligam-se um ao outro de maneira que a fenda fique sempre direcionada para a extremidade (–) do filamento. Essa assimetria, que tem origem já na estrutura dos monômeros, é a base da polaridade dos filamentos de actina. Em ambas as extremidades, os filamentos recebem novos monômeros de actina-ATP e dissociam monômeros de actina-adenosina-difosfato (ADP), no entanto a cinética dessa troca é mais rápida na extremidade (+) do que na extremidade (–). Como mencionado no início deste capítulo, a disponibilidade de monômeros livres no citoplasma determina a taxa de crescimento do filamento. Por fim, como a afinidade da actina-ATP pelo filamento é maior do que a da actina-ADP, a concentração crítica de monômeros na extremidade (+) do filamento é menor do que a concentração crítica na extremidade (–). Em conjunto, essas quatro propriedades modulam a polimerização dos filamentos em diferentes condições celulares. Em situações em que a concentração de monômeros livres é alta e ultrapassa a concentração crítica de ambas as extremidades ([+] e [–]), o filamento cresce. Quando a concentração demonômeros livres está abaixo da concentração crítica de ambas as extremidades, o filamento perde mais subunidades do que ganha e encurta ambas as extremidades. Em uma situação cuja concentração de monômeros é intermediária, o filamento alcança o estado de equilíbrio dinâmico. Nesse cenário, a quantidade total de monômeros acrescidos ao filamento equivale à totalidade da perda, porém, devido às diferenças de cinética entre as extremidades (+) e (–), a tendência é o acréscimo de monômeros ligados ao ATP na extremidade (+) e o decréscimo de monômeros ligados ao ADP na extremidade (–). Constitui-se o “fenômeno da esteira”, que consiste em um fluxo de monômeros ao longo do filamento, desde sua entrada por uma extremidade até sua saída pela outra.
Proteínas acessórias da actina e suas funções
Existem diferentes classes de proteínas acessórias que se ligam à actina na sua forma monomérica ou filamentosa. Essas proteínas modulam variados aspectos da cinética e da função da actina. Algumas proteínas acessórias regulam positivamente a dinâmica dos filamentos, por exemplo, iniciam a formação de novos filamentos (p. ex., forminas e complexo Arp 2/3) ou aceleram a adição de monômeros aos filamentos já existentes (p. ex., profilina), estabilizando lateralmente os filamentos e protegendo-os da despolimerização (p. ex., tropomiosina), ligando-se à extremidade dos filamentos e impedindo que monômeros sejam adicionados ou subtraídos (p. ex., tropomodulina, proteína capeadora) etc. Por outro lado, existem proteínas que modulam negativamente a actina; por exemplo, sequestrando monômeros no citoplasma e alterando, assim, a sua disponibilidade (p. ex., timosina) ou favorecendo a quebra dos filamentos (p. ex., gelsolina, cofilina). A diversidade funcional das proteínas acessórias reflete a variedade do seu modo de ação.
Um exemplo disso é a proteína timosina, que se liga aos monômeros de actina e impede sua adição aos filamentos, portanto, contribui para que a concentração de monômeros nas células seja, de fato, bem maior que a concentração crítica de monômeros de actina. Não fosse por esse “sequestro” da actina monomérica, haveria muito mais filamentos de actina nas células. Constitui-se, assim, também, uma reserva de monômeros que seriam disponibilizados pela regulação da função da timosina. Em contraste, a proteína profilina compete com a timosina e acelera a polimerização de filamentos de actina. Profilina liga-se aos monômeros de actina e aumenta a cinética da troca de ADP por ATP. Sua combinação com actina globular não impede que estes sejam adicionados à extremidade (+) dos filamentos; quando o monômero de actina liga-se ao filamento de actina, a profilina desprende-se desse complexo e torna-se livre para unir-se a outro monômero no citoplasma, acelerando, assim, a polimerização.
As proteínas nucleadoras de filamentos de actina geralmente apresentam mais de um domínio de ligação à actina monomérica, de tal maneira que são capazes de aproximar dois ou mais monômeros e, assim, facilitar a nucleação. As forminas, por exemplo, produzem dímeros que se ligam à extremidade (+) do filamento de actina e favorecem a adição de monômeros, permanecendo ligadas a essa extremidade. Como resultado, os filamentos crescem em comprimento.
O complexo Arp 2/3 é constituído por proteínas estruturalmente muito parecidas com a actina (Arp 2 e Arp 3), que se associam a outras proteínas e se ligam lateralmente a filamentos de actina já existentes. De lá, fazem a nucleação de novos filamentos em uma angulação aproximada de 70°. O resultado é uma rede geometricamente complexa de filamentos de actina; o complexo Arp 2/3 permanece ligado à extremidade (–) do filamento que nucleou, protegendo esse arranjo. A atividade de forminas e do complexo Arp 2/3 é muito importante durante a migração celular e regula a polimerização de actina junto à membrana das células para formar processos celulares como lamelipódios e filopódios, como abordado adiante.
Proteínas acessórias que se ligam às extremidades dos filamentos regulam sua estabilidade, reduzindo tanto a polimerização quanto a despolimerização; como exemplo, citam-se a proteína capeadora, que se liga à extremidade (+) dos filamentos, e a tropomodulina, que se liga à extremidade (–). Essas proteínas, em conjunto com a tropomiosina, que se liga lateralmente e ao longo dos filamentos de actina, são muito importantes no tecido muscular, cujas células contêm miofibrilas muito duradouras. Elas estão presentes também em outros tipos celulares, exercendo as mesmas funções, mas em um arranjo diferente.
Para as células, tão importante quanto estabilizar e proteger os filamentos de actina é também poder desfazê-los, para que a plasticidade do citoesqueleto seja mantida. A cofilina e a gelsolina ligam-se a filamentos de actina e favorecem sua quebra; a gelsolina permanece ligada à extremidade (+) dos fragmentos, impedindo seu crescimento e tornando o citoplasma mais fluido (sua denominação deriva dessa atividade), e a cofilina liga-se preferencialmente a filamentos mais antigos (com monômeros ligados ao ADP) e produz fragmentos não capeados. Estes poderão desaparecer ou favorecer o crescimento de mais filamentos. Neste último caso, os fragmentos gerados proporcionam uma maior quantidade de extremidades (+) disponíveis do que aquelas encontradas nos filamentos íntegros. Em condições apropriadas, esse aumento de extremidades (+) pode ser usado para nuclear ou promover o crescimento de novos filamentos.
Existem ainda proteínas acessórias que organizam os filamentos nas células, estimulando a formação de elementos em maior nível estrutural, por exemplo, feixes com espaçamentos variados, redes ramificadas (ou dendríticas) ou redes entrelaçadas. Enquanto as redes ramificadas são proporcionadas pela nucleação de filamentos pelo complexo Arp 2/3, os feixes e as redes entrelaçadas são produzidos por proteínas variadas; o tamanho dessas proteínas ou o fato de atuarem como monômeros ou dímeros determinam a distância e a angulação dos filamentos de actina entre si.
A fimbrina, por exemplo, é uma proteína pequena que aproxima bastante os filamentos de actina entre si, e os dímeros de α-actinina promovem um distanciamento maior entre os filamentos do feixe. Espaçamentos maiores propiciam a interação simultânea de outras proteínas acessórias aos filamentos de actina, por exemplo, a proteína motora miosina. As redes entrelaçadas têm um arranjo mais frouxo dos filamentos de actina e, consequentemente, proporcionam maior fluidez ao citoesqueleto. A proteína filamina exerce um papel importante na formação de redes entrelaçadas. Filamentos de actina ligados à filamina formam uma angulação de quase 90° entre si e ocorrem em processos como lamelipódios. Existem muitas outras proteínas acessórias que organizam o citoesqueleto de actina em diferentes regiões das células; aquelas que foram mencionadas no texto são apenas exemplos.
Proteínas motoras
Proteínas motoras são uma categoria especial de proteínas acessórias que, por meio da hidrólise de ATP, produzem movimento. A principal proteína motora relacionada com o citoesqueleto de actina é a miosina, que une filamentos de actina e proporciona o deslizamento desses filamentos entre si. A interação de actina e miosina é essencial para a contração muscular, mas também é importante para a contratilidade de outros tipos de células. Essa contratilidade é relevante para a interação das células com seu microambiente e para a sua tração durante a migração celular. A miosina é também a principal proteína motora envolvida no transporte intracelular por filamentos de actina, embora essa locomoção não seja tão proeminente nas células quanto aquela realizada sobre microtúbulos.
Existe uma grande família de miosinas com cerca de 37 tipos diferentes, a maioria delas é expressa em células eucariontes. Um tipo de miosina muito relevante para a contratilidade celular, inclusive no tecido muscular, é a miosina II. A molécula de miosina II é alongada, formada por duas cadeias pesadas que se entrelaçamem hélice (o que possibilita a dimerização) e por dois pares de cadeias leves, cada um constituído por dois tipos diferentes de cadeias. As cadeias pesadas apresentam, em sua extremidade N-terminal, domínios globulares com atividade ATPásica, denominados “cabeças”; a porção mais alongada, em α-hélice, é denominada “cauda” e, entre a cauda e a cabeça de cada cadeia, encontra-se uma região denominada “pescoço” ou “dobradiça”. As cadeias leves acoplam-se nesse complexo próximo aos domínios globulares das cadeias pesadas. Os filamentos de miosina são formados pela agregação de várias moléculas de miosina por meio da interação de suas caudas; são espessos em comparação aos filamentos de actina e estão organizados de forma bipolar – em suas extremidades há centenas de cabeças projetadas para fora e em direções opostas entre si. As cabeças ligam-se e hidrolisam o ATP, utilizando a energia derivada dessa hidrólise para se deslocar no sentido da extremidade (+) dos filamentos de actina. Conforme será explicado adiante, a bipolaridade dos filamentos e o movimento das cabeças proporcionam o deslizamento dos filamentos de actina e miosina entre si, viabilizando, assim, a contração.
A miosina, assim como outras proteínas motoras, interage com os filamentos de actina por meio dos seguintes ciclos: (a) ligação do ATP aos domínios globulares; (b) hidrólise do ATP; e (c) liberação do fosfato. A cada ciclo, as cabeças unem-se aos filamentos de actina com grande afinidade, sofrem uma alteração conformacional que impulsiona esses filamentos e, quando liberam o fosfato derivado da hidrólise, diminuem sua afinidade pela actina e retornam à posição inicial, ligando-se novamente ao ATP e conectando-se a um outro sítio no filamento de actina. A importância da miosina II para o deslizamento dos filamentos de actina entre si na contração muscular será abordada mais adiante.
Microtúbulos
A microscopia eletrônica revelou a existência de estruturas cilíndricas com cerca de 25 nm de diâmetro, delgadas e longas no interior das células, denominadas “microtúbulos”. Cada microtúbulo é um polímero de dímeros proteicos de tubulinas α e β. O corte transversal ao microtúbulo revela que sua parede é constituída por um anel com 13 dímeros e seu interior parece oco. Existem diferentes isoformas de tubulinas α e β nas células eucariontes, cada uma codificada por um gene diferente. As moléculas de tubulinas α e β têm, cada uma, cerca de 450 aminoácidos; ambas se ligam à guanosina-trifosfato (GTP), mas apenas a molécula de GTP que se liga à subunidade β é hidrolisável. Sendo assim, o GTP unido à subunidade α é considerado parte integral do dímero e não será mencionado neste texto.
Os microtúbulos também são polarizados, apresentando uma extremidade (+) mais dinâmica do que a extremidade (–). Essa polaridade já é inerente aos dímeros, e estes se associam sempre da mesma maneira, com a tubulina β voltada para a extremidade (+) dos microtúbulos. Sendo assim, cada tubulina β liga-se, ao longo do microtúbulo, a uma tubulina α. Lateralmente, os mesmos tipos de subunidades associam-se (α com α e β com β). A natureza e a quantidade dessas interações tornam os microtúbulos estruturas relativamente rígidas no citoesqueleto, especialmente em comparação aos filamentos de actina e aos filamentos intermediários. Isso também os torna, comparativamente, menos resilientes e mais sujeitos à ruptura quando submetidos a forças mecânicas.
Assim como ocorre com os filamentos de actina, o dímero de tubulina ligado ao GTP (tubulina-GTP) apresenta grande afinidade pelo polímero, associando-se com facilidade durante a polimerização; esse GTP será hidrolisado algum tempo após a polimerização. A conformação proteica da tubulina-GDP é diferente da tubulina-GTP e tem afinidade reduzida pelo polímero. Desse modo, a hidrólise do GTP para GDP facilita a despolimerização.
Microtúbulos são muito dinâmicos, alongando-se e encurtando-se com frequência. A despolimerização é denominada “catástrofe”, e a polimerização é nomeada “resgate”. Se a velocidade de polimerização for maior que a da hidrólise do GTP, a extremidade do microtúbulo em crescimento fica bem mais protegida da despolimerização, devido à maior afinidade do dímero ligado ao GTP pelo microtúbulo. Se a velocidade de polimerização for menor que a da hidrólise do GTP, a extremidade do microtúbulo contendo subunidades ligadas ao GDP será naturalmente mais suscetível à despolimerização.
Especializações celulares com microtúbulos
Cílios e flagelos são especializações celulares associadas à motilidade. Ambos são constituídos por microtúbulos organizados. Flagelos movimentam-se em ondulações e geralmente são únicos e longos em uma célula individual. Estão presentes em espermatozoides e em alguns protozoários. O movimento flagelar dos espermatozoides ocorre por um abalo tipo vaivém, que se inicia na base do flagelo, perto do núcleo do espermatozoide. A atividade do flagelo movimenta o espermatozoide para a frente em um meio líquido.
Em vertebrados os cílios são curtos, múltiplos por célula individual e situam-se na superfície apical de algumas células; apresentam um movimento conjunto de batimento, semelhante a um chicote. No corpo humano, os cílios estão presentes na superfície de alguns epitélios e proporcionam o movimento de fluidos sobre os mesmos. No sistema respiratório, por exemplo, as células ciliares encontram-se associadas a outras que secretam muco e têm como função o transporte unidirecional de uma camada delgada de muco que reveste a superfície interna dessas estruturas tubulares. Dessa maneira, a poeira que atinge o sistema respiratório é captada pelo muco e transportada para a nasofaringe. No sistema reprodutor feminino, o oviduto também é revestido por células ciliadas. O batimento ciliar movimenta o fluxo de muco para o útero, o que facilita o transporte dos óvulos. Cílios também estão presentes no revestimento dos ventréculos cerebrais. 
Fármacos que agem em microtúbulos
Diferentes fármacos que agem nos microtúbulos têm sido utilizados como ferramentas para a compreensão da estrutura e da função dos microtúbulos nas células. Além disso, por interferirem significativamente em processos celulares, esses medicamentos têm aplicação terápica. Por exemplo, os fármacos que agem em microtúbulos e interferem na divisão celular têm sido utilizados como quimioterápicos no tratamento do câncer. O alcaloide colchicina paralisa a mitose na metáfase e tem sido útil em estudos sobre os cromossomos e a divisão celular. A colchicina e outros fármacos como o nocodazol, a vincristina e a vimblastina combinam-se especificamente com os dímeros de tubulina e promovem a extinção dos microtúbulos menos estáveis, como os do fuso mitótico. Os microtúbulos dos cílios e flagelos, por outro lado, são resistentes à colchicina, talvez em razão das proteínas acessórias a eles associadas.
Outro alcaloide que interfere nos microtúbulos é o taxol, com efeito molecular contrário ao da colchicina. O taxol liga-se e estabiliza microtúbulos, impedindo a despolimerização e aumentando a quantidade de microtúbulos nas células. Esse fármaco tem sido empregado com sucesso no tratamento de determinados tumores malignos por sua capacidade de impedir a formação do fuso mitótico. Infelizmente esse efeito não é seletivo para células tumorais, afetando também tecidos normais que proliferam rapidamente no paciente como, por exemplo, o revestimento intestinal, portanto, os efeitos colaterais também são pronunciados.
Filamentos intermediários
Os filamentos intermediários apresentam cerca de 10 nm de diâmetro (Figuras 7.22 e 7.23) – são maiores que os microfilamentos de actina (8 nm) e menores que os microtúbulos (25 nm).
Os filamentos intermediários são mais estáveis do que os microtúbulos e os filamentos de actina, e assemelham-se a cordas espalhadas pelo citoplasma. São especialmente abundantes em células sujeitas a forças mecânicas. De fato, dentre os elementos do citoesqueleto, os filamentos intermediários são aqueles que conferem às células maior resistência,