Citoesqueleto: complexa rede dinâmica de filamentos proteicos que se estende pelo citoplasma, reorganizando-se em resposta ao meio e funcionando como o “sis- tema músculo-esquelético” da célula. De uma forma geral, tem funções como: adaptabilidade de formas celulares, suporte de volume citoplasmático, organização dos componentes celulares, interacções mecânicas com o meio ambiente, obtenção de movimentos, segregação dos cromossomas durante a mitose e meiose, entre outras.
O citoesqueleto é constituído por três tipos de filamentos proteicos: → Microtúbulos, cuja subunidade são heterodímeros de tubulina;
→ Filamentos intermédios, cuja subunidade podem ser diferentes proteínas; → Filamentos de actina ou microfilamentos, cuja subunidade é o monómero de
actina.
Microtúbulos
Os microtúbulos são tubos ocos constituídos por 13 protofilamentos de heterodímeros de tubulina. Os heterodímeros são compostos por uma unidade de α-tubulina e outra de β- tubulina, ligadas fortemente por ligações não-covalentes. Ao adquirirem essa confor- mação, o microtúbulo adquire duas extremi- dades: uma extremidade α-tubulina (minus
end) e uma extremidade β-tubulina (plus end), havendo assim polaridade do microtú-
bulo. Esta polaridade é de extrema impor- tância não só para o seu crescimento como para a função que desempenham:
→ Transporte intracelular;
→ Manutenção de organelos no mesmo local;
→ Geração de força (fuso mitótico – segre- gação dos cromossomas/cromatídeos); → Movimento celular (cílios e flagelos).
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Os heterodímeros αβ-tubulina são adicionados em qualquer extremidade. No entanto, a polimerização na plus-end é mais rápida.
MTOC: microtubule-organizing center. O centrossoma é o principal MTOC, locali- zando-se perto do núcleo quando a célula não se encontra em mitose e controla o número e disposição dos microtúbulos no citoplasma. O centrossoma é constituído por subunidades de γ-tubulina, às quais se ligam as minus ends dos microtúbulos. Servem de ponto de início (nucleation site) à polimerização dos microtúbulos. No centrossoma, encontra-se um par de centríolos.
Instabilidade dinâmica: crescimento dos microtúbulos (a partir dos sítios de nucleação por adição de subunidades de αβ-tubulina) e, repentinamente, decresci- mento dos mesmos (perda de subunidades), podendo voltar a crescer; podem tam- bém desaparecer completamente, sendo substituídos por um novo microtúbulo do mesmo anel de γ-tubulina. Esta dinâmica é possível à actividade de GTPase da tubu- lina. Cada dímero de tubulina livre contém uma molécula de GTP associada forte- mente, que é hidrolisada a GDP, depois do dímero ser adicionado ao microtúbulo. Quando a ligação entre as subunidades do microtúbulo (adição de dímeros) ocorre mais rapidamente do que a hidrólise de GTP, a extremidade crescente é constituída apenas por subunidades ligadas a GTP – GTP cap. Nesta situação, o microtúbulo continuará a crescer. Devido à aleatoriedade dos processos químicos, contudo, oca- sionalmente a tubulina na extremidade livre do microtúbulo hidrolisa o seu GTP antes de a próxima subunidade ser adicionada. O facto de a extremidade ser agora constituída por subunidades de GDP-tubulina promove a despolimerização, sendo que, uma vez iniciada, a despolimerização tem tendência a continuar.
Figura 55 – Centrossoma e crescimento de microtúbulos a partir deste. A plus-
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Existem fármacos que inibem a polimerização ou a despolimerização e têm um efei- to notório na organização do citoesqueleto, nomeadamente no fuso acromático. → Colchicina: inibe a polimerização, ligando-se à tubulina livre.
→ Taxol/Paclitaxel: inibe a despolimerização, ligando-se aos microtúbulos (utili- zado em tratamentos oncológicos).
A maioria das células é polarizada, isto é, uma extremidade é estrutural e funcio- nalmente diferente da outra. Esta polaridade provém da organização dos organelos pelos microtúbulos. É o caso dos neurónios, cujos microtúbulos dispõem a minus
end para o núcleo e a plus end para a periferia.
Os microtúbulos estão envolvidos no transporte intracelular, cujos movimentos são gerados por proteínas motoras que usam energia proveniente da hidrólise de ATP. Estas proteínas ligam-se aos componentes celulares que querem transportar e aos filamentos, transportando os componentes ao longo dos últimos.
→ Cinesinas: movimento no sentido da plus end. À medida que a célula cresce, as cinesinas ligam-se à membrana do retículo endoplasmático e puxam-no para fora.
→ Dineínas: movimento no sentido da minus end. Ligam-se ao aparelho de Golgi e puxam-no para dentro.
Figura 56 – Instabilidade dinâmica dos microtúbulos. A polimerização depende da presença de tubulina associada a
GTP e a despolimerização de tubulina associada a GDP.
Figura 57 – Proteínas motoras envolvidas no transporte intra- celular.
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Cílios: estruturas microtubulares estáveis que se estendem da superfície apical de algumas células. Contêm um conjunto nuclear de microtúbulos associado a proteí- nas específicas (axonema) que surgem dos corpos basais do citoplasma, na base do cílio. Têm como função mover o fluido das superfícies celulares, sendo encontrados, por exemplo, nas mucosas das vias aéreas superiores e das trompas de Falópio.
Flagelos: assemelham-se estrutural e bioquimicamente aos cílios; no entanto, são muito mais longos. Servem para mover a célula inteira, através de movimentos ondulares. Encontram-se nos espermatozóides.
Filamentos intermédios
Características principais: resistência estrutural e elasticidade.
→ Apresentam uma enorme força tênsil, o que permite à célula resistir ao stress mecânico que sofre quando é esticada;
→ São mais resistentes que os outros filamentos do citoesqueleto, sendo capazes de resistir a soluções não-iónicas e a meios concentrados.
Ao contrário dos outros filamentos do citoesqueleto, os filamentos intermédios não estão directamente envolvidos no movimento celular. Apresentam função estrutu- ral e são compostos por uma grande variedade de proteínas. Essas proteínas apre- sentam um domínio central em hélice-α, uma cabeça globular N-terminal e uma cauda globular C-terminal. A região α-helicoidal permite que duas subunidades se envolvam, formando um dímero.
Figura 58 – Constituição dos filamentos intermédios. Os filamentos são consti-
tuídos por subunidades proteicas que se associam em dímeros paralelos. Os dímeros formam tetrâmetros antipara- lelos (sendo estes a unidade funcional dos microtúbulos). Oito tetrâmeros sofrem torção, originando um filamento em forma de corda.
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Os filamentos intermédios são apolares, dado que não apresentam extremidades positivas/negativas distintas. São por isso mais estáveis, não apresentando o com- portamento dinâmico associado aos outros elementos do citoesqueleto.
Encontram-se ao longo do citoplasma, rodeando o núcleo e estendendo-se até à periferia, onde ficam ligados à membrana plasmática nas zonas de comunicação entre células (desmossomas) ou em zonas de comunicação com a membrana basal (hemi-desmossomas). Podem encontrar-se também dentro do núcleo.
Os filamentos intermédios podem ser divididos em quatro tipos:
→ Queratinas: encontram-se em células epiteliais, sendo que cada tipo de epité- lio apresenta o seu próprio conjunto de queratinas. Localizam-se no interior das células epiteliais, atravessando a célula. Juntam-se aos filamentos de células adjacentes através de desmossomas. A importância destes filamentos é per- ceptível através da doença epidermolysis bullosa simplex: mutações genéticas nos genes das queratinas que interferem com formação destes filamentos na pele, que a tornam susceptível a rupturas mesmo com aplicação de uma força fraca.
→ Vimentinas: tecido conjuntivo, células musculares e células da glia. → Neurofilamentos: neurónios.
→ Lâminas nucleares: revestimento e reforço da superfície interna da membrana nuclear interna. As proteínas que constituem as lâminas são as lâminas. Os filamentos da lâmina nuclear separam-se e ligam-se durante a divisão celular, sendo este mecanismo controloda por fosforilações e desfosforilações. Certos defeitos nas lâminas nucleares estão associados a certos tipos de progeria: envelhecimento prematuro que, pensa-se, estará associado a uma divisão celu- lar problemática (instabilidade nuclear ou diminuta capacidade de regeneração tecidular).
Figura 59 – Tipos de filamentos intermédios. Para além dos descritos em cima, pode consi-
derar-se a existência de dois grupos maiores: os filamentos intermédios citoplasmáticos (queratinas, vimentinas e neurofilamentos) e os filamentos intermédios nucleares.
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