Citoesqueleto: O Esqueleto da Célula

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Citoesqueleto 
Nós frequentemente pensamos sobre as 
células como geleias macias e não-
estruturadas. Mas na verdade, elas são 
altamente estruturadas em grande parte do 
mesmo jeito que nossos corpos. Elas têm uma 
rede de filamentos conhecida como 
citoesqueleto (literalmente, "esqueleto da 
célula”). O citoesqueleto é uma estrutura 
filamentosa formada por fibras proteicas e que 
está presente nas células eucariontes. 
Um verdadeiro “esqueleto” formado por vários 
tipos de fibras de proteínas cruza a célula em 
diversas direções, dando-lhe consistência e 
firmeza. 
Diferentemente de nosso esqueleto ósseo, no 
entanto, o citoesqueleto é uma estrutura 
altamente dinâmica que está continuamente 
se reorganizando, conforme as células 
alteram suas formas, dividem-se e respondem 
ao ambiente. O citoesqueleto não funciona 
apenas como os “ossos” de uma célula, mas 
também como seus “músculos”, sendo 
diretamente responsável por movimentos em 
larga escala, como o deslizamento de células 
sobre uma superfície, a contração das células 
musculares e as alterações no formato celular 
que ocorrem ao longo do desenvolvimento de 
um embrião. Sem o citoesqueleto, as feridas 
nunca cicatrizariam, os músculos seriam 
inúteis, e os espermatozoides jamais 
encontrariam o óvulo. 
Os três principais filamentos do citoesqueleto 
são responsáveis por diferentes aspectos da 
organização espacial e propriedades 
mecânicas da célula. Os filamentos de actina 
determinam a forma da superfície da célula e 
são necessários para a locomoção das células 
como um todo; eles também conduzem a 
divisão de uma célula em duas. Os 
microtúbulos determinam o posicionamento 
das organelas delimitadas por membrana, 
promovem o transporte intracelular e formam 
o fuso mitótico que segrega os cromossomos 
durante a divisão celular. Os filamentos 
intermediários proporcionam resistência 
mecânica. Todos esses filamentos do 
citoesqueleto interagem com centenas de 
proteínas acessórias que regulam e ligam os 
filamentos uns aos outros e a outros 
componentes da célula. As proteínas 
acessórias são essenciais para a 
polimerização controlada dos filamentos do 
citoesqueleto em locais específicos, e incluem 
as proteínas motoras, incríveis máquinas 
moleculares que convertem a energia da 
hidrólise de ATP em força mecânica e que 
podem mover organelas ao longo dos 
filamentos ou mover os próprios filamentos 
ESTRUTURA 
O citoesqueleto é uma estrutura dinâmica que 
está presente no citoplasma das células. Ele 
se assemelha a uma rede. Nos eucariontes, 
existem três tipos de fibras proteicas no 
citoesqueleto: os microfilamentos, filamentos 
intermediários e microtúbulos 
MICROFILAMENTOS OU FILAMENTOS DE ACTINA 
Os microfilamentos são 
os mais abundantes, 
constituídos da proteína 
contráctil actina e 
encontrados em todas 
as células eucarióticas. 
São extremamente finos 
e flexíveis e cruzam a 
célula em diferentes 
direções, embora 
concentram-se em 
maior número na 
periferia, logo abaixo da 
membrana plasmática. 
Eles têm um diâmetro 
de cerca de 7 nm e são 
feitos de muitos monômeros ligados de uma 
proteína chamada de actina, combinados 
numa estrutura que se assemelha a uma 
hélice dupla. Os filamentos de actina têm 
direcionamento, ou seja, eles têm dois 
terminais estruturalmente diferentes. 
Os filamentos de actina têm vários papéis 
importantes na célula. Por exemplo, eles 
servem como caminhos para o movimento de 
uma proteína motora chamada de miosina, 
que também pode formar filamentos. Por 
causa de sua relação com a miosina, a actina 
está envolvida em muitos eventos celulares 
que envolvem movimento. 
Os filamentos de actina também podem servir 
como rodovias para o interior das células para 
o transporte de cargas, incluindo vesículas 
contendo proteínas e ainda organelas. Estas 
cargas são transportadas pelos motores 
individuais de miosina, que "andam" ao longo 
de pacotes de filamento de actina. 
Finalmente, os filamentos de actina têm um 
papel estrutural chave na célula. Na maioria 
das células animais, a rede de filamentos de 
actina é encontrada na região do citoplasma 
no limite da célula. Esta rede, que está ligada 
à membrana plasmática por conectores 
proteicos especiais, dá à célula a sua forma e 
estrutura. 
As subunidades de actina unem-se em um 
arranjo tipo cabeça-cauda para formar uma 
hélice rígida, destrógira. Visto que todas as 
subunidades assimétricas de actina de um 
filamento apontam na mesma direção, os 
filamentos são polares e possuem 
extremidades estruturalmente diferentes: uma 
extremidade menos (-) de crescimento lento e 
uma extremidade mais (+) de crescimento 
mais rápido. A extremidade (-) também é 
referida como a “extremidade da ponta”, e a 
extremidade (+), como a “extremidade da 
pena” em uma alusão à aparência em “seta” 
do complexo formado pelos filamentos de 
actina e pela proteína motora miosina. Dentro 
do filamento, as subunidades estão 
posicionadas com sua fenda de ligação a 
nucleotídeos direcionada para a extremidade 
(-). 
Os microfilamentos crescem 
preferencialmente na extremidade positiva 
(rica em actina/ATP) 
MICROTÚBULOS 
Os microtúbulos também se formam pela 
polimerização de uma proteína globular. 
Porém, enquanto os microfilamentos são 
homopolímeros de actina, os microtúbulos 
são heteropolímeros de duas formas da 
proteína tubulina, a α e a β-tubulinas 
Os microtúbulos são estruturalmente mais 
complexos do que os filamentos de actina, 
mas eles também são altamente dinâmicos e 
desempenham funções comparativamente 
diversas e importantes para a célula. Os 
microtúbulos são polímeros da proteína 
tubulina. A subunidade de tubulina é, em si, 
um heterodímero formado por duas proteínas 
globulares intimamente relacionadas 
chamadas a-tubulina e b-tubulina, cada uma 
composta por 445 a 450 aminoácidos, sendo 
as subunidades firmemente unidas por 
ligações não covalentes 
Os microtúbulos, por sua vez, são filamentos 
mais grossos, de cerca de 20 a 25 nm de 
diâmetro, que funcionam como verdadeiros 
andaimes de todas as células eucarióticas. 
São, como o nome diz, tubulares, rígidos e 
constituídos por moléculas de proteínas 
globulares conhecidas como tubulinas, 
dispostas helicoidalmente, formando um 
cilindro oco (como um canudo). Cada proteína 
tubulina consiste em duas subunidades, α-
tubulina e β-tubulina. 
Os microtúbulos têm direcionalidade, isto é, 
eles têm dois terminais que são 
estruturalmente diferentes um do outro. São 
estruturas polares, uma extremidade de 
crescimento rápido (positiva+), e uma 
extremidade de crescimento lento (negativa-). 
Além de fornecer um suporte estrutural, os 
microtúbulos atuam numa variedade de 
funções mais especializadas numa célula. Por 
exemplo, eles fornecem rotas para as 
proteínas motoras chamadas de cinesinas e 
dineínas, que transportam vesículas e outras 
cargas pelo interior da célula. Durante a 
divisão celular, os microtúbulos se montam 
numa estrutura chamada de fuso mitótico, que 
separa os cromossomos. 
Os microtúbulos, que são frequentemente 
encontrados em arranjos citoplasmáticos que 
se estendem para a periferia da célula, podem 
rapidamente reorganizar-se para formar um 
fuso mitótico bipolar durante a divisão celular. 
Eles podem também formar cílios, que 
funcionam como chicotes de impulsão ou 
dispositivos sensoriais na superfície das 
células, ou feixes firmemente alinhados que 
servem como pistas para o transporte de 
materiais sobre longos axônios neuronais. 
Microtúbulos sofrem instabilidade dinâmica. 
Microtúbulos e motores movem organelas e 
vesículas 
As proteínas que se ligam aos microtúbulos 
são coletivamente chamadas de proteínas de 
associação a microtúbulos (MAPs; do inglês, 
microtubule-associated proteins). Algumas 
MAPs podem estabilizar os microtúbulos 
evitando sua dissociação. Umsubgrupo de 
MAPs também pode mediar a interação de 
microtúbulos com outros componentes 
celulares. Esse subgrupo é bastante presente 
em neurônios, nos quais feixes de 
microtúbulos estabilizados formam o centro 
dos axônios e dos dendritos que se estendem 
a partir do corpo celular 
FILAMENTOS INTERMEDÁRIOS 
Os filamentos 
intermediários 
são um tipo de 
elemento do 
citoesqueleto 
composto de 
múltiplos 
filamentos de 
proteínas 
fibrosas juntas. 
Como seu 
nome sugere, 
os filamentos 
intermediários 
têm um 
diâmetro médio entre 8 e 10 nm, entre os 
diâmetros dos microfilamentos e 
microtúbulos. 
Os filamentos intermediários são os mais 
resistentes e duráveis dos três tipos de 
filamentos citoesqueléticos: quando células 
são tratadas com soluções salinas 
concentradas e detergentes não iônicos, os 
filamentos intermediários permanecem 
intactos, ao passo que a maior parte do 
citoesqueleto restante é destruída. 
Nos filamentos intermediários encontramos 
algumas proteínas fibrosas responsáveis pela 
estabilidade do tecido celular. Os filamentos 
intermediários aparecem em diferentes 
variedades, cada uma composta de um tipo 
diferente de proteína. Uma proteína que forma 
os filamentos intermediários é a queratina. 
Diferentemente dos filamentos de actina, que 
podem crescer e desmontar-se rapidamente, 
os filamentos intermediários são mais 
permanentes e atuam essencialmente na 
função estrutural da célula. Eles são 
especializados em suportar tensão, e sua 
função inclui manter a forma da célula e 
ancorar o núcleo e outras organelas em seus 
lugares. 
Os filamentos intermediários conferem às 
células resistência mecânica ao esticamento. 
Essa propriedade é importante para os tecidos 
de modo geral e particularmente para aqueles 
que normalmente são submetidos a tensão e 
compressão, como as células musculares, 
cardíacas e a pele 
Os filamentos intermediários são semelhantes 
a cordas, com várias fitas longas trançadas 
entre si para fornecer resistência à tensão. As 
fitas desse cabo – as subunidades dos 
filamentos intermediários – são proteínas 
fibrilares alongadas, cada uma composta por 
uma cabeça globular N-terminal, uma cauda 
globular C-terminal e um domínio central 
alongado, em forma de bastão. O domínio em 
bastão consiste em uma região α-hélice 
estendida que permite que o pareamento de 
proteínas de filamentos intermediários forme 
dímeros estáveis através do enrolamento de 
um dímero sobre o outro, sob uma 
configuração supertorcida A seguir, dois 
desses dímeros supertorcidos se associam, 
por meio de ligações não covalentes, para a 
formação de um tetrâmero, e, posteriormente, 
os tetrâmeros se ligam uns aos outros por 
suas extremidades, lateralmente, e também 
via ligações não covalentes, gerando o 
filamento intermediário final semelhante a um 
cabo. 
Os filamentos intermediários que compõem 
essa forte lâmina nuclear são formados a 
partir de uma classe de proteínas de 
filamentos intermediários denominados 
lâminas. 
Os filamentos intermediários revestem a face 
interna do envelope nuclear, formando uma 
espécie de gaiola protetora para o DNA da 
célula; no citosol, esses filamentos são 
trançados sob a forma de fortes cabos que 
mantêm as camadas das células epiteliais 
unidas ou que auxiliam a extensão dos longos 
e fortes axônios das células neuronais. Eles 
também permitem a formação de 
determinados apêndices resistentes, como os 
pelos e as unhas. 
FUNÇÕES 
A principal função do citoesqueleto é dar 
sustentação e resistência. Além disso, ele 
está relacionado com o movimento celular, 
uma vez que auxilia na locomoção da célula. 
As proteínas presentes nos microtúbulos são 
responsáveis pela organização celular e pela 
formação dos cílios e flagelos. 
Quanto aos movimentos intracelulares, o 
citoesqueleto auxilia no transporte das 
organelas dentro do citoplasma. 
Também tem como função a orientação e o 
deslocamento dos cromossomos, formando 
as fibras do fuso e do áster durante o processo 
de divisão celular (mitose e meiose); e 
execução de contrações musculares pelo 
deslizamento dos filamentos de miosina sobre 
os de actina. 
As subunidades de actina e tubulina são 
ambas capazes de catalisar a hidrólise de um 
nucleosídeo trifosfato – ATP e GTP 
respectivamente. Como discutiremos adiante, 
a energia derivada da hidrólise de 
nucleotídeos permite que os filamentos 
sofram uma rápida remodelagem. 
PROTEÍNAS MOTORAS 
Entre as mais fascinantes proteínas que se 
associam ao citoesqueleto estão as proteínas 
motoras. Essas proteínas se ligam a um 
filamento polarizado do citoesqueleto e 
utilizam a energia derivada de ciclos repetidos 
de hidrólise de ATP para se deslocarem ao 
longo do filamento. Dúzias de diferentes 
proteínas motoras coexistem em cada célula 
eucariótica. Elas diferem em relação ao tipo 
de filamento ao qual se ligam (actina ou 
microtúbulos), à direção para a qual se 
movem sobre o filamento e em relação à 
“carga” que transportam. Diversas proteínas 
motoras transportam organelas delimitadas 
por membrana – como mitocôndrias, 
vesículas do aparelho de Golgi ou vesículas 
secretoras – rumo a suas posições adequadas 
dentro da célula. 
Outras proteínas motoras fazem os filamentos 
do citoesqueleto exercerem tensão ou 
deslizarem uns sobre os outros, gerando a 
força necessária para fenômenos como a 
contração muscular, o batimento de cílios e a 
divisão celular. As proteínas motoras do 
citoesqueleto que se movem 
unidirecionalmente sobre um caminho de 
polímeros orientados lembram algumas 
outras proteínas e complexos proteicos 
discutidos em outros pontos deste livro, como 
as DNA e RNA-polimerases, as helicases e os 
ribossomos. 
Todas essas proteínas apresentam a 
capacidade de usar energia química para sua 
propulsão sobre um caminho linear, a direção 
do deslizamento dependendo da polaridade 
estrutural do caminho. Todas elas geram 
movimento pelo acoplamento da hidrólise de 
nucleosídeos trifosfato a mudanças 
conformacionais em larga escala. 
Proteínas motoras baseadas em actina são 
membros da superfamília da miosina