Biologia Celular e Molecular - Citosqueleto - PDF

Biologia Celular e Molecular O citosqueleto CITOESQUELETO FUNÇÕES: Funções estruturais: - forma da célula - organização do citoplasma Funções dinâmicas: - movimento da célula - movimento dos organelos - movimento dos cromossomas - divisão celular - transdução de s...

Biologia Celular e Molecular O citosqueleto CITOESQUELETO FUNÇÕES: Funções estruturais: - forma da célula - organização do citoplasma Funções dinâmicas: - movimento da célula - movimento dos organelos - movimento dos cromossomas - divisão celular - transdução de sinal CITOESQUELETO REDE DE FILAMENTOS PROTEICOS E MICROTÚBULOS PRESENTES NO CITOPLASMA DE TODAS AS CÉLULAS Três tipos de filamentos: - microfilamentos ou filamentos de actina - 7 nm - filamentos intermédios - 10 nm - microtúbulos - 25 nm Filamentos acessórios ligam: - filamentos do citoesqueleto entre si O citoesqueleto de células eucariotas. Os filamentos de actina aparecem a - filamentos do citoesqueleto aos organelos vermelho e os microtúbulos a verde. celulares e à membrana plasmática O núcleo aparece a azul. CITOESQUELETO - microfilamentos ou filamentos de actina - 7 nm - filamentos intermédios - 10 nm - microtúbulos - 25 nm MICROFILAMENTOS - filamentos de actina CITOESQUELETO ACTINAS: - 15% do total da proteína da célula - 50% das actinas estão em forma de filamento - 50% das actinas estão na forma de monómeros CITOESQUELETO MICROFILAMENTOS - filamentos de actina - Filamentos mais finos do citoesqueleto, são flexíveis. - Resultam da polimerização dos monómeros de actina (actina-G) - originando filamentos de actina-F: filamentos flexíveis e finos (7 nm de diam.) - Os filamentos de actina podem formar FEIXES ou REDES tridimensionais mais ou menos compactos, conforme os casos. - A montagem e desmontagem dos filamentos e a sua associação com outras estruturas celulares é regulada por outras proteínas - Conferem suporte mecânico, determinam a forma da célula e permitem o movimento da superfície da célula: migração; fagocitose; divisão celular  CITOESQUELETO - ACTINA Equilíbrio dinâmico entre as duas formas na célula Polo de crescimento Actina G- 42 kDa dois domínios estruturais Microfilamentos - duas cadeias de Actina F (conformação helicoidal) A actina é uma das proteínas com maior homologia a nível estrutural ao longo da divergência das espécies. CITOESQUELETO CITOESQUELETO MICROFILAMENTOS/ Filamentos de actina - FUNÇÕES São os principais responsáveis por: - movimentos celulares - processos de endocitose e fagocitose. Envolvidos na contração das células musculares. Ajudam na coesão celular uma vez que participam em estruturas como as junções aderentes e “tight junctions”= junções apertadas, ambas complexos de união. CITOESQUELETO POLIMERIZAÇÃO DA ACTINA Também há drogas que afetam a polimerização dos filamentos de actina: - As citocalasinas impedem a polimerização - As faloidinas impedem a despolimerização. CITOESQUELETO FORMAÇÃO DE UM FILAMENTO FINO - drogas que a afetam CITOCALASINAS (metabolitos fungícos) - ligam-se à extremidade + - bloqueiam o alongamento do filamento (modificações na forma da célula e inibição de alguns movimentos como a divisão a seguir à mitose) FALOIDINA - liga-se aos filamentos de actina - impede a dissociação (frequentemente usada para visualizar os filamentos de actina no mic. fluorescência) Amanita phalloides  List of actinopathies with corresponding protein function, clinical symptoms, and neutrophil defects Summary of actin cytoskeleton dynamics. Evelien G.G. Sprenkeler, Steven D.S. Webbers, Taco W. Kuijpers; When Actin is Not Actin’ Like It Should: A New Category of Distinct Primary Immunodeficiency Disorders. J Innate Immun 25 January 2021; 13 (1): 3– 25. https://doi.org/10.1159/000509717 CITOESQUELETO ORGANIZAÇÃO DOS FILAMENTO FINOS Filamina FEIXE REDE As proteínas que promovem as ligações As proteínas que organizam os filamentos de actina cruzadas em feixes são pequenas e em redes são grandes e flexíveis, permitindo as rígidas, forçando os filamentos a ligações cruzadas entre filamentos perpendiculares. ficarem alinhados uns com os outros: Exemplo: FILAMINA (ABP-280)- proteína em forma Exemplo: fimbrina de V CITOESQUELETO Proteínas de ligação à actina (actin binding proteins) Actina na forma F e G ligam-se a proteínas Proteínas que limitam a polimerização, porque sequestram a actina G ex: profilina. Por ligação a uma das extremidades dos filamentos de actina F (ex. Gelsolina, vilania, actinina-alfa) Por associação lateral a segmentos dos filamentos impedindo a sua fragmentação( ex. tropomiosina) Proteinas que permitem a formação de feixes (ex. fimbrina) ou redes (ex. Filamina, actinina-alfa) Proteinas que medeiam a ligação da actina a outras estruturas celulares (e.g. membranas celulares ou motores celulares (ex. miosina)) CITOESQUELETO ASSOCIAÇÃO DOS FILAMENTOS DE ACTINA COM A MEMBRANA PLASMÁTICA - Os filamentos de actina estão muito concentrados na periferia da célula, onde formam uma rede tridimensional sob a membrana plasmática. - Filamentos de actina + proteínas de ligação da actina = cortex da célula. Determina a estrutura e função da célula. Glóbulos vermelhos - Não contêm núcleo nem organelos intracelulares - A membrana plasmática e proteínas associadas pode ser facilmente isolada sem contaminação com outras membranas intracelulares - Não possuem microtúbulos nem filamentos intermédios. Só filamentos de actina. Proteína de ligação da actina = ESPECTRINA CITOESQUELETO ASSOCIAÇÃO DOS FILAMENTOS DE ACTINA COM A MEMBRANA PLASMÁTICA ADESÕES FOCAIS Fibroblastos - A maioria das células têm regiões especializadas da membrana plasmática que estabelecem contacto com células adjacentes. - Estes locais são muito evidentes em fibroblastos em cultura. - Ligam-se à placa de cultura através de proteínas transmembranares - INTEGRINAS. - As zonas denominam-se ADESÕES FOCAIS. CITOESQUELETO ASSOCIAÇÃO DOS FILAMENTOS DE ACTINA COM A MEMBRANA PLASMÁTICA O citoesqueleto de actina está também na zona de contacto entre duas células. O contacto entre células é mediado por proteínas transmembranares - CADERINAS. Junções de adesão ou junção “adherens” Filamento de actina Cateninas Espaço intercelular CITOESQUELETO FILAMENTOS DE ACTINA E PROTRUSÕES OU EXTENSÕES CELULARES A superfície da maioria das células possui uma ampla variedade de protrusões ou extensões envolvidas em: - movimento celular (ex: pseudópodes) - fagocitose - absorção de nutrientes (microvilosidades) As protrusões melhor estudadas são as MICROVILOSIDADES CITOESQUELETO FILAMENTOS DE ACTINA E PROTRUSÕES OU EXTENSÕES CELULARES MICROVILOSIDADES Muito abundantes nas superfícies de absorção. - Os feixes de filamentos de actina estão ancorados numa região densa do córtex. - A proteína de ligação à actina mais abundante, é a VILINA CITOESQUELETO FILAMENTOS DE ACTINA E PROTRUSÕES OU EXTENSÕES CELULARES PSEUDÓPODES - Ao contrário das microvilosidades, há estruturas transitórias (pseudópodes). - Formam-se em resposta a um estímulo do ambiente - Estão envolvidos na fagocitose e na locomoção  CITOESQUELETO e o movimento da célula ACTINA, MIOSINA (FILAMENTO GROSSO) E MOVIMENTO DA CÉLULA Contração Muscular A miosina é um motor molecular: proteína que converte energia química na forma de ATP em energia mecânica, gerando força e movimento. O tipo de miosina que foi primeiro estudada (nos músculos) é a miosina II [proteína de grandes dimensões que consiste em duas cadeias pesadas idênticas e dois pares de cadeias leves]. A miosina possui a região da cabeça globular e uma longa cauda alfa-helicoidal. As caudas das duas cadeias pesadas enrolam-se uma na outra formando um dímero e duas cadeias leves associam-se com o pescoço da região da cabeça CITOESQUELETO e o movimento da célula PAPEL DA ACTINA E DA MIOSINA NO MOVIMENTO CELULAR CONTRAÇÃO MUSCULAR Troponinas Tropomiosina Sarcómero: unidade contrátil  CITOESQUELETO e o movimento da célula PAPEL DA ACTINA E DA MIOSINA NO MOVIMENTO CELULAR CONTRAÇÃO MUSCULAR As cabeças globulares da miosina ligam a actina. Para além disso ligam e hidrolisam ATP, que fornece a energia para que o filamento deslize. O modelo atualmente aceite sugere que a hidrólise de ATP permite ciclos repetidos de interacções entre as cabeças da miosina e a actina. Durante cada ciclo ocorrem mudanças conformacionais na miosina que resultam no movimento das cabeças de miosina ao longo dos filamentos de actina.  CITOESQUELETO e o movimento da célula PAPEL DA ACTINA E DA MIOSINA NO MOVIMENTO CELULAR O ciclo começa com a miosina levemente ligada à actina (na ausência de ATP). A ligação de ATP dissocia o complexo miosina- actina. A hidrólise de ATP induz uma mudança conformacional na miosina —> afecta a região da miosina que liga as cadeias leves.  CITOESQUELETO e o movimento da célula PAPEL DA ACTINA E DA MIOSINA NO MOVIMENTO CELULAR Os produtos da hidrólise (ADP e Pi) permanecem ligados à cabeça da miosina. A cabeça da miosina religa-se a uma nova posição do filamento de actina o que leva à libertação do Pi. O ADP é libertado e a cabeça da miosina regressa à sua conformação inicial. https://www.youtube.com/watch?v=Tp9zQHj4JBs FILAMENTOS INTERMÉDIOS CITOESQUELETO FILAMENTOS INTERMÉDIOS - Apresentam um diâmetro entre 8 - 11 nm - Ao contrário dos filamentos de actina e microtúbulos, não estão diretamente envolvidos com movimentos celulares - Desempenham um papel importante ao nível estrutural, fornecendo força mecânica às células e tecidos CITOESQUELETO FILAMENTOS INTERMÉDIOS - FUNÇÕES - Manter a integridade celular: funcionam como cabos intracelulares que se engancham (complexos de união como os desmossomas e hemidesmossomas), o que permite a coesão entre células contíguas. - Especializados em resistir a tensões mecânicas e deformações celulares. CITOESQUELETO FILAMENTOS INTERMÉDIOS - São compostos por um conjunto variado de proteínas, expressas em diferentes tipos de células - Já foram identificadas mais de 65 proteínas diferentes, classificadas em 6 tipos de acordo com a similaridade na sequência de a.a. CITOESQUELETO FILAMENTOS INTERMÉDIOS Tipos I e II – dois grupos de queratinas - Expressas nas células epiteliais - Cada tipo de célula epitelial sintetiza pelo menos uma queratina do tipo I (acídica) e uma do tipo II (neutra/básica), que co- polimerizam para formar filamentos. - Alguns tipos de queratinas (I e II) são usadas na produção de estruturas como cabelos, unhas e cornos. Tipo III – vimentina e desmina (células musculares) Tipo IV – proteínas neurofilamentosas (NF) encontradas nos neurónios. Tipo V – laminas nucleares Tipo VI – nestina (expressas durante o desenvolvimento embrionário em diversos tipos de células estaminais). Published in Volume 119, Issue 7 on July 1, 2009 J Clin Invest. 2009;119(7):1756–1762. https://doi.org/10.1172/JCI39894. © 2009 The American Society for Clinical Investigation Distribuição de Filamentos intermédios nos tecidos/orgãos D Published in Volume 119, Issue 7 on July 1, 2009 J Clin Invest. 2009;119(7):1756–1762. https://doi.org/10.1172/JCI39894. © 2009 The American Society for Clinical Investigation Published in Volume 119, Issue 7 on July 1, 2009 J Clin Invest. 2009;119(7):1756–1762. https://doi.org/10.1172/JCI39894. © 2009 The American Society for Clinical Investigation CITOESQUELETO ORGANIZAÇÃO INTRACELULAR DOS FILAMENTOS INTERMÉDIOS - Formam uma rede elaborada no citoplasma da maioria das células - Estende-se a partir de um anel à volta do núcleo até à membrana plasmática - Os filamentos de QUERATINA e VIMENTINA ligam-se ao invólucro nuclear - (manutenção do núcleo no interior da célula) - Os filamentos intermédios também se podem ligar a outros elementos do citoesqueleto (filamentos finos e microtúbulos) - (organização da estrutura interna da célula) CITOESQUELETO ORGANIZAÇÃO INTRACELULAR DOS FILAMENTOS INTERMÉDIOS Filamentos de queratina das células epiteliais estão fortemente ancorados à membrana plasmática em áreas especializadas de contacto: desmossomas e hemidesmossomas. CITOESQUELETO ORGANIZAÇÃO INTRACELULAR DOS FILAMENTOS INTERMÉDIOS Plectina: estabelece ligações cruzadas entre elementos do citosqueleto: aumento da estabilidade mecânica da célula Pontes de plectina - verde Filamentos intermédios - azul Microtúbulos - vermelho CITOESQUELETO MONTAGEM DOS FILAMENTOS INTERMÉDIOS Apesar de variarem bastante em tamanho e sequência de a.a., todas as proteínas dos filamentos intermédios partilham uma estrutura organizativa comum: Haste central com uma estrutura em alfa-hélice com 310 a 350 a.a. —> importante na montagem do filamento. Esta haste é flanqueada pelos terminais amino (cabeça) e carboxilo (cauda) que variam entre os diferentes filamentos intermédios em tamanho e na estrutura e sequência secundária —> importante na determinação da função específica de cada tipo de filamento intermédio. CITOESQUELETO MONTAGEM DOS FILAMENTOS INTERMÉDIOS - Os filamentos intermédios são mais estáveis do que os filamentos de actina e microtúbulos e não exibem um comportamento dinâmico. - Contudo, as proteínas dos filamentos intermédios são frequentemente modificadas por fosforilação, o que pode regular a sua montagem e desmontagem na célula. - Exemplo: fosforilação das lâminas nucleares —> dissociação da lâmina nuclear e quebra do invólucro nuclear durante a mitose. MICROTÚBULOS CITOESQUELETO MICROTÚBULOS - São hastes ocas com cerca de 25 nm de diâmetro. - São estruturas dinâmicas que sofrem uma contínua montagem e desmontagem na célula. - Funcionam quer na determinação da forma da célula, quer numa variedade de movimentos celulares —> locomoção celular, transporte intracelular de organelos e separação dos cromossomas durante a mitose. CITOESQUELETO MICROTÚBULOS - FUNÇÕES Estes filamentos são indispensáveis em: - Deslocamento intracelular de organelos e vesículas - Formam o esqueleto de cílios e flagelos - Permitem a segregação de cromossomas durante a divisão celular... CITOESQUELETO MICROTÚBULOS - estrutura - São compostos por um único tipo de proteínas globulares — tubulina. - Os blocos de construção dos microtúbulos são dímeros de tubulina compostos por 2 polipeptídeos relacionados, com 55 kd : alfa- tubulina e ß-tubulina. - Os dímeros de tubulina polimerizam-se para formar os microtúbulos —> microtúbulo constituído por 13 protofilamentos montados à volta de um centro oco. - Os protofilamentos são compostos por conjuntos de dímeros de tubulina paralelos e com uma cabeça e uma cauda —> estruturas polares que determinam a direção do movimento ao longo dos microtúbulos. CITOESQUELETO MICROTÚBULOS - instabilidade dinâmica - Os dímeros de tubulina podem polimerizar e despolimerizar e, assim, os microtúbulos podem sofrer ciclos rápidos de montagem e desmontagem. - Ambos os tipos de tubulina, ligam-se ao GTP, que funciona de forma análoga ao ATP ligado à actina para regular a polimerização. - Em particular, o GTP ligado à ß-tubulina é hidrolisado em GDP durante a polimerização. Esta hidrólise enfraquece a afinidade da ligação da tubulina a moléculas adjacentes —> favorecimento da despolimerização.  MICROTÚBULOS - CITOESQUELETO instabilidade dinâmica CITOESQUELETO MICROTÚBULOS - drogas microtubulares - A propriedade de instabilidade dinâmica dos microtúbulos é crítica na remodelação do citoesqueleto que ocorre durante a mitose. - Por causa deste papel central dos microtúbulos, drogas que afectem a montagem dos microtúbulos são importantes ferramentas experimentais com aplicações ao nível do tratamento do cancro. - Entre estas drogas podemos encontrar: COLQUICINA (colchicina) e COLCEMIDA – ligam-se à tubulina e inibem a polimerização dos microtúbulos — bloqueia a mitose. VIMBLASTINA – inibe selectivamente células com elevadas taxas de divisão (agente anticancerígeno). TAXOL – estabiliza os microtúbulos em vez de inibir a sua montagem. Esta estabilização também bloqueia a divisão celular (agente anticancerígeno). CITOESQUELETO MICROTÚBULOS - MTOCs A concentração de dímeros de tubulina no citosol não é suficiente para a formação espontânea de microtúbulos. Por isso existem os MTOCs (microtubule organizing centers), que são centros organizadores de microtúbulos. - São os locais onde começa a polimerização de um novo microtúbulo e onde devem estar ancoradas as suas extremidades. - O principal MTOC nas células animais é o centrossoma: controla o número, localização e orientação dos microtúbulos no citoplasma. CITOESQUELETO MICROTÚBULOS - montagem - Todos os microtúbulos são nucleados a partir dos centros organizadores de microtúbulos (MTOCs). - Na maior parte dos casos o terminal (-) permanece ancorado no MTOCs. - Nas células animais não mitóticas (interfásicas) o MTOC é conhecido como centrossoma e encontra-se localizado junto ao núcleo. CITOESQUELETO O CENTROSSOMA, CENTRÍOLOS E ORGANIZAÇÃO DOS MICROTÚBULOS - Na maioria das células animais o centrossoma contém um par de CENTRÍOLOS (estrutura 9 x 3). CITOESQUELETO CENTRÍOLOS - Os centríolos são estruturas cilíndricas altamente organizadas e estáveis que são compostas por 9 conjuntos de tripletos de microtúbulos. - Não são os centríolos que iniciam a nucleação dos microtúbulos mas fatores do material pericentriolar. CITOESQUELETO O CENTROSSOMA, CENTRÍOLOS E ORGANIZAÇÃO DOS MICROTÚBULOS OS CENTRÍOLOS (2) são perpendiculares entre si, rodeados por material pericentriolar amorfo. - Os centríolos são estruturas cilíndricas com 9 tripletos de microtúbulos (9x3). - São semelhantes aos corpos basais dos cílios e flagelos que são necessários para a sua formação (dos corpos basais, cílios e flagelos). - O centrossoma é o local de iniciação da montagem de microtúbulos, que crescem, num conjunto radial com os terminais (+) orientados para a periferia da células. - A iniciação do crescimento dos microtúbulos nos centrossomas estabelece a polaridade dos microtúbulos na célula. CITOESQUELETO REORGANIZAÇÃO DOS MICROTÚBULOS durante a MITOSE Após a interfase, as subunidades livres de tubulina reorganizam-se para formar o fuso mitótico, responsável pela separação dos cromossomas O fuso mitótico: os microtúbulos ligam-se aos cromossomas metafásicos condensados CITOESQUELETO REORGANIZAÇÃO DOS MICROTÚBULOS durante a MITOSE - Durante a mitose, os microtúbulos afastam-se dos centrossomas (duplicados) para formar o fuso acromático, que é responsável pela separação e distribuição dos cromossomas pelas células filhas. - As células vegetais não apresentam centrossomas; os microtúbulos afastam-se a partir do núcleo.  Célula em interfase REORGANIZAÇÃO DOS MICROTÚBULOS durante a MITOSE Núcleo em interfase Duplicação do centrossoma Separação dos centrossomas Microtúbulos Condensação da polares PROFASE cromatina Microtúbulos astrais Microtúbulos do Quebra do cinetocoro METAFASE invólucro nuclear Microtúbulos Formação do polares fuso mitótico Microtúbulos do cinetocoro- ligados a cromossomas condensados Microtúbulos polares- sobrepõem-se uns com outros no centro da célula Microtúbulos astrais Microtúbulos astrais- os que se estendem para a periferia da célula CITOESQUELETO MICROTÚBULOS E MOVIMENTO CELULAR Separação dos cromossomas mitóticos: anáfase - Movimento dos cromossomas no sentido dos polos do fuso mitótico - O movimento dos cromossomas está associado com o encurtamento dos microtúbulos e é acionado principalmente por proteínas motoras ligadas ao cinetocoro. CITOESQUELETO MICROTÚBULOS E MOVIMENTO CELULAR TRANSPORTE DE ORGANELOS E VESÍCULAS (via endocítica e secretora) QUINESINA DINEÍNA Em direção ao polo + Em direção ao polo - (periferia) (centro) CITOESQUELETO MICROTÚBULOS E MOVIMENTO CELULAR CORPO BASAL (CINETOSSOMA) CÍLIOS E FLAGELOS - Local de ancoragem da extremidade dos microtúbulos, dos cílios e dos flagelos - Tem estrutura semelhante à do centríolos (9x3) - Iniciam o crescimento dos microtúbulos do axonema - Ancoram os cílios e os flagelos à superfície da célula  VÍDEOS RELACIONADOS COM OS CONTEÚDOS Inner Life Of A Cell http://www.youtube.com/watch?v=yKW4F0Nu-UY THE CYTOSKELETON - MICROTUBULES, INTERMEDIATE FILAMENTS, MICROFILAMENTS https://www.youtube.com/watch?v=5DKZiSJeoV4 Epithelial Cell JUNCTIONS https://www.youtube.com/watch?v=goa1TkA9VNc