Filamentos Intermediários,
Microfilamentos e Microtúbulos
Prof. Dr. Luis Lamber0 Junho 2017
Citoesqueleto: Organização e Mo5lidade celular
- Diversidade de formas e movimentos
- Diversidade das adesões entre células e de células com substratos - Diversidade nos processos celulares
- Organização interna – posicionamento de organelas
Como essa diversidade de formas, organização e
motilidade é atingida?
Por que, e como, a manutenção dessas características afetam a
Citoesqueleto: uma rede tridimensional de
filamentos de proteínas
Composto por 3 sistemas de filamentos proteicos (polímeros). Cada um com funções biológicas e propriedades mecânicas distintas
Filamentos de actina: determinam a forma da superfície celular, locomoção das células – actina
Microtúbulos: posicionamento de organelas e direciona o tráfego intracelular - α-β-tubulina
Filamentos intermediários: resistência mecânica –vários tipos
Citoesqueleto: uma rede tridimensional de
filamentos de proteínas
Estruturas
dinâmicas!!!
Cada 0po de filamento do citoesqueleto é um polímero de subunidades proteicas menores Essas pequenas subunidades podem difundir-se rapidamente pelo citoplasma enquanto que o filamento nao pode. Vantagem: Rápida re-organização estrutural.... Filamentos intermediários ---- subunidades fibrosas elongadas – subunidades diferentes proteínas, por exemplo: quera0na Filamentos de ac0na ----subunidades globulares – subunidade ac0na Microtúbulos --- subunidades globulares ----subunidade dímeros de α-β-tubulina
Os filamentos de ac5na (ou microfilamentos)
Filamentos de actina: determinam a forma da superfície celular e conferem resistência a bicamada lipídica, constituem projeções da membrana plasmática, atuam na locomoção das células...
Filamentos de Actina: monômeros de ac5na Polaridade Estrutural: moléculas de ac5na se associam de forma definida Estrutura formada por duas fitas paralelas de protofilamentos em hélice Fácil deformação, flexíveis Comprimento persistente: ~ 10 micrometros, mas in vivo proteínas acessórias estabelecem ligações cruzadas entre filamentos tornando a estrutura mais resistente Extremidade mais (+): mais dinâmica Extremidade menos(-): A fenda de ligacao ao ATP aponta para a extremidade menos G-ac5na F-ac5na
Dinâmica de filamentos de actina (demonstrada in vitro)
Concentração cri0ca é definida como a concentração de monômeros de ATP-G-ac0na na qual a polimerização ocorre.
Treadmilling da actina (renovação das subunidades sem alteração da massa do filamento)
A inserção de ATP-G-A0na no filamento induz a hidrolise de ATP a ADP + Pi e o filamento fica assimétrico.
No estado de equilíbrio ATP-G-Ac0na sao adicionadas preferencialmente a extremidade (+) e ADP-G-Ac0na sao removidas da extremidade (-) dando origem ao fenômeno de
A dinâmica dos filamentos de ac0na é regulada pela ação de outras proteínas Profilina: se liga a ADP-G-Ac5na e catalisa a troca de ADP por um ATP. A ATP-G-Ac5na gerada pode se ligar ao filamento Cofilina: liga-se preferencialmente a porções do filamento contendo ADP-Ac5na, induzindo sua quebra e despolimerização Timosina: Sequestra ATP-ac5na monomérica de forma a inibir sua adição ao filamento (5mosina é abundante na célula). Equilíbrio dinâmico.
As forminas São capazes de nucleara a formação de filamentos retos (não ramificados). Permanece associadas a extremidade mais. A nucleação se inicia devido a capacidade das forminas de catalisar a ligação de dois monômeros de acitna As profilinas carregadas com ATP-ac0na se ligam na formina
Nucleação de filamentos de actina
Próximo da membrana plasmática no córtex celular.
Formação de microvilosidades, filopódios ou lamelipódios projeções fagocíticas.
Nucleação de filamentos de actina Complexo Arp2/3
nucleação do crescimento do filamento de actina a partir da extremidade menos (extremidade + livre).
Formação da rede de ac5na pelo complexo Arp2/3
O Complexo Arp2/3 pode se ligar a um filamento já existente
Os filamentos de ac0na são organizados em diversos arranjos. Feixes: -nucleação originada pelas forminas -manutenção/estabilização por proteínas de feixes p.ex.: alfa-ac0nina, fimbrina, vilina Redes ou teias (semelhante a uma estrutura em gel): -nucleação originada pelo complexo ARP2/3 - manutenção/estabilização por proteínas formadoras de rede pex. filamina
As proteínas de feixes organizam as filamentos de actina em arranjos paralelos (conexões rígidas e resistentes)
O Arranjo também determina que outras proteínas poderão se ligar ao filamento. Ex. Miosina II
Microvilosidades:
Vilina e fimbrina: unem 20-30 filamentos de ac5na fortemente empacotados .
microvilosidades de uma célula do epitelio intes5nal – 0,08um de largura por 1 um de comprimento.
As proteínas formadoras rede organizam os filamentos de actina em redes ou géis.
Ex. Lamelipódios (filamina) e no córtex celular (espectrina) formando rede de sustentação na face interna da MP.
Microtúbulos: subunidades são dímeros de tubulina Polaridade estrutural intrínseca (13 protofilamentos) Resistencia à deformação Comprimento persistente: alguns milímetros Extremidade mais: subunidade beta Troca de GTP/GDP Extremidade menos: subunidade alfa
Microtúbulos individuais exibem “Instabilidade dinâmica”.
Microtúbulos alternam fases de crescimento e de encolhimento
Observando a “Instabilidade dinâmica” de microtubulos em células vivas.
Nucleação de microtúbulos
Os microtubulos são nucleados no MTOC –
Centro Organizador de Microtubulos - Em animais - centrossomo
Complexo em anel de gama (γ)-tubulina (γ-TuRC) serve
como molde para gerar um
microtubulo com 13 protofilamentos
O Centrossomo: Um MTOC único em células animais
Localiza-se próximo ao núcleo
Composto de matriz centrossomal fibrosa contendo mais de 50 cópias de y-TurC e um par de centríolos
As proteínas de associação aos microtubulos (MAPs) São fundamentais para estabilizar microtúbulos, prevenindo sua dissociação. Espaçamento e organização dos filamentos dependem da estrutura das MAPs associadas Podem suprimir a frequência de catastrofe
Proteínas que desestabilizam as extremidades dos microtubulos favorecendo a despolimerização
ATPases que dissociam dimeros de a/b tubulina Liga-se especificamente a protofilamentos curvados e aumenta a dissociação da extremidade dos microtubulos A5vidade inibida por fosforilação
Microtúbulos visualizados em célula do cgado
Tratamento com Taxol Controle
Filamentos intermediários: Subunidade: tetrâmeros de filamentos intermediários (70 genes diferentes) Não possui polaridade Estrutural: Fácil deformação: cabo Comprimento persistente: menor que
um micrometro Localização de dois 5pos de filamentos intermediários: kera5n (vermelho) e lamina (azul)
Filamentos intermediários: As subunidades são fibrilares alongadas cada qual composta por: uma cabeça globular N-terminal, uma cauda globular C-terminal e um domínio central alongado em forma de bastão. Formam dímeros estáveis e um par de dímeros paralelos associam-se de forma an5paralela formando um tetrâmero
Quera5na tecido epitelial
Formação de bolhas na pele devido a mutacao em gene da quera5na
Motores moleculares (proteínas motoras) Transportam organelas delimitadas por membrana e diferem em: - Tipo filamentos do citoesqueleto (ac0na ou microtúbulos) sob o qual se movem - Direção do movimento - Carga transportada Fazem com que filamentos exerçam tensão ou deslizem uns sobre os outros. - Contração muscular - Divisão celular - Ba0mento de cílios Estrutura geral dos motores moleculares: Região cabeça ou domínio motor – associam ao filamento e ligam/hidrolisam ATP – determina a iden0dade do caminho e direção do movimento. Domínio Cauda – liga-se a carga a ser transportada – determina a iden0dade da carga
As Miosinas Estrutura da miosina II - Duas cadeias pesadas - Quatro cadeias leves (Duas copias de cada duas cadeias leve) Cadeia pesada: domínio globular (cabeça) domínio cauda: extensão supertorcida (media a formação de feixes)
Filamento espeço de miosina II no músculo Centenas de cabeças de miosinas estão orientadas em direções opostas nas extremidades do filamento
Diversidade de estrutura e funções das miosinas
Miosinas I, IX e XIV atuam na forma de monômeros,
Miosina VI a única que se move em direção a extremidade menos (-) do filamento de ac0na
Miosina enga0lhada – molécula de ATP se e acomodada na fenda produzindo grande mudanca conformacional, fazendo com a que a cabeca se desloque 5 nm. Ocorre entao a hidrolise de ATP. Miosina conectada- sem nucleo5deo ligado miosina está firmemente ligada a ac5na (posição de rigor) Miosina liberada – molécula de ATP se liga a uma grande fenda na parte posterior da cabeça, causando leve modificacao na conformacao da molecula que reduz afinidade pela ac5na Miosina II caminhando sobre um filamento de ac0na
Miosina conectada – Ao final do ciclo a miosina esta novamente ligada firmemente a molécula de ac5na. A cabeça se deslocou para uma nova posição. Miosina enga0lhada – molécula de ATP se e acomodada na fenda produzindo grande mudanca conformacional, fazendo com a que a cabeca se desloque 5 nm. Ocorre entao a hidrolise de ATP. Miosina gerando força – A ligação da miosina a um novo si5o no filamento de ac5na levando a dissociação do Pi. Em seguida a miosina associa-se fortemente e libera o ADP. Miosina II caminhando sobre um filamento de ac0na
Epimísio Perimísio Endomísio Fibra muscular artéria, veia, nervo Músculo esquelético Tendão Envolve o músculo inteiro Envolve cada fibra muscular Envolve conjuntos de feixes de fibras musculares Miofibrilas (contração) facículo
Fibras musculares contém muitas miofibrilas alinhadas
em paralelo
Figure 16-74a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Microscópio eletrônico
A estriação de Miofibrilas deve-se a repetição de
unidades iguais: Sarcômeros
Figure 16-74b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Um Sarcômero Linha M Banda H Banda Escura ou A Disco ou linha Z Banda Clara ou I
Figure 16-74c,d Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Contração muscular (teoria do filamento deslizante)
Contração
Cinesinas e dineínas: proteínas motoras que se movem sobre microtúbulos As cinesinas (kinesinas): Estrutura semelhante as miosina II Movem-se sobre microtubulos em direção a extremidade mais (+) (direção a periferia da célula) Exceção: cinesinas 14 movem-se rumo a extremidade menos (-) Apenas os domínios motores apresentam conservação Cinesinas
As dineínas: Movem-se sobre microtúbulos em direção a extremidade menos (-) Possuem 2 ou 3 cadeias pesadas que inclui o domínio motor. Grande numero de cadeias leves e intermediarias associadas. Importantes para o tráfego de vesículas e posicionamento do aparelho de Golgi
