Citoesqueleto e Motilidade Celular

CITOESQUELETO E MOTILIDADE CELULARCitoesqueleto: conjunto de filamentos Coordena toda movimentação da celula, os movimentos que ocorre dentro da celula e todos os que ela executa depende do citoesqueleto. Existe uma organização estrutural muito grande dentro da celula, as estruturas não estao soltas elas estao ancoradas, elas se movimentam de uma regiao subcelular para outra através de trilhos. FUNÇÕES -forma celular apropriada -estrutura física forte -organizaçao estrutural interna Rearranjos contínuos permitem o controle das atividades celulares em resposta aos estímulos. -3 principais compoenentes do citoesqueleto: -actina: contração muscular. Subunidade proteica que forma as fibras de actina -microtúbulos: formados por tubulinas (subunidade proteica) O citoesqueleto é composto por 3 familias de proteínas que atuam conjuntamente. a) Filamentos de actina: forma da superfície celular e locomoção b) Filamentos Intermediários: força mecânica. As proteínas que compõe esse tipo de filamento são mais variadas, cada celula tem proteína diferente. Graças a esses tipos de filamentos a celula se mantem integra. São encontradas em organismos metazoários (tem organização estrutural de tecidos). c) Microtúbulos: posição das organelas e transporte intracelular. Celula em cultura – Microtúbulos (verde) e filamentos de actina (vermelho) marcadas. As células normalmente tem uma concentração de actina logo abaixo da membrana plasmática, os microtubulos partem do centro e cortam a actina (movimenta a celula como um todo) perpendicular, esses trilhos passam por toda a celula. Células epiteliais em cultura – Filamentos intermediários marcados. Tem a ligaçao de um filamento de um celula com a outra. Ele vai unir celula com celula para dar estabilidade ao tecido. Os trilhos proteicos são muitro dinâmicos, a união entre as subunidades são fracas, então a associação entre uma proteína e outra pode ser desfeitas e refeita rapidamente na celula “Caminhos de Formiga”. Exemplo: dinâmina do citoesuqeleto no ciclo celular. Microtubulos faz a segregação cromossômica Actina faz a contração da membrana (citocinese) O citoesqueleto dinâmico versus estabilidade. O citoesqueleto pode formar uma variedade dês estruturas  Filamentos de Actina (desenho) -G-actina: solúvel é globular -protofilamentos: fita de actina. F-actina é quando forma uma fita. União de 2 protofilamentos torcidos forma o microfilamento de actina. As microvilosidades só é possível graças a ação de filamentos de actina. Cada microtúbulo só é formado por filamentos de actina. A celula muscular tem varias miofibrilas que são compostas por feixes de actina que tem feixes de miosinas por cima. O citoesqueleto pode formar uma variedade de estruturas Microtúbulos Cada tubulina se liga um do lado do outro formando um cilindro. Microtúbulo é um cilindro proteico formado por 13 protofilamentos de tubulina. Cada protofilamento se une lateralmente para formar o microtúbulo. O microtúbulo é mais rígido e espesso que o filamento de actina. Exemplo: fibras do fuso. Filamento de actina tem mais mobilidade está mais associado ao momento da celula. Microtubulo como é mais espesso ele é mais rígido, então se ele fosse estar envolvido em movimento da celula ele quebra, então funciona como suporte. Exemplo: neurônios proteínas neurofilamento. Toda hora que falar de membrana celula tem uma estrutura proteica que sustenta ela.O citoesqueleto pode formar uma variedade de estruturas Filamentos Intermediários A proteína subunidade não é tubular como tubulina e actina. (desenho) A área de contato lateral é maior entre os filamentos. que é formada por proteína chamada lâmina que são filamentos intermediários. O citoesquele dinâmico versus estabilidade . No caso de actina/tubulina as pontas não são iguais porque coloca sempre em uma direção então os filamentos são assimétricos (tem polo). ela é uma α-hélice longa. Tem união de uma α-helice com a outra anti-paraleloneutraliza as pontas (as pontas são iguais)filamentos simétricos. Núcleo abaixo do envelope nuclear tem a lâmina nuclear. Formam tetrâmeros isso que vai ficar solúvel na celula. Então é mais difícil quebrar a ligaçao. ↑área superficial + resistente e flexível. devido a forma da subunidade. porque o contato é maior (estão mais arrumados). FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS E ESTABILIDADE Graças aos filamentos tem essa força e não rompe facil. Se tivesse só o desmossomo sem o filamento intermediário a celula se romperia. Microtúbulos: projetam da regiao mais basal para a apical.Elas estao distribuídas em toda a celula so que tem regiões que elas se concentram mais que é onde elas vão exercer mais suas funções. Actina: está na base e no ápice da celula se projetando nos microvilos. porque eles se ligam e giram formando uma corda. Estrutura em forma de CORDA= força. resistencia e flexibilidade. A uniao entre 8 protofilamentos forma uma corda (filamento). A) B) C) D) 1 proteina (monômero) Dímero Tetrâmero (subunidade solúvel no citoplasma) Protofilamento (2 tetrâmeros) Nos filamentos intermediários os contatos laterais predominam O fato de contato lateral ser maior que o outro dá a capacidade de flexão  CORDA. . Intermediário: circula toda a celula e se liga a desmossomos fazendo a conecçao com as células vizinhas. Tipos de filamentos intermediários em diferentes células Filamentos intermediários nucleares – proteínas laminas – estabilidade e organização do nucleo Mutaçoes na queratina das células da lâmina basal causam epidermólise Bulbosa. Citoesqueleto de MICROTÚBULOS – Motilidade celular . Tem proteínas que associam um tipo de filamento ao outro e é isso que da organização das redes de filamentos.Todos os eucariotos tem actina e microtubulos. Hemidesmossomo: desmossomo que une na lâmina basal (matriz proteico que fica entre estroma e epitélio). A pele descola porque a célula não esta aderida na célula basal  ruptura do tecido. Os intermediarios são só nos metazoários. Proteina Plectina une os filamentos intermediários a microtubulos e filamentos de actina. Se tem mutação a celula se rompe logo acima do hemidesmossomo. se tem um sinal ele se desmonta e refaz do outra lado ontem o sinal). Polimerizaçao dos filamentos tem uma fase de nucleação . Cílios: citoesqueleto de microtúbulos. Ex: movimento de muco Citoesqueleto de actina – Forma e Mobilidade a) b) c) d) Microvilosidade Célula se esticar e aderir no substrato Célula emitir no substrato Formação do anel contrátil Microtubulos e filamentos de actina – Subunidades pequenas e globulares -Reorganizaçao e Flexibilidade Ambos precisam de uma sinalização.Microvisodidade é formada por citoesqueleto de actina. para isso tem gasto de energia. Na célula esta toda hora entrando e saindo proteina no filamento. tem que ter uma energia para que elas se associem e formem um filamento pequeno ↑[ ] ↑chance de formar filamentos. A partir da nucleação e associaçao de um monômero no outro sempre tem uma porque que cresce mais e outra que cresce menos. A fase de nucleação pode ser facilitada Se já tiver filamentos pré-montados com uma concentração menor de monômeros já entra em equilíbrio. A velocidade de polimerização é assimétrica nos diferentes terminais (para actina e tubulina) . Concentração crítica: tem tanto monômeros livres que tem equilíbrio entre estado de filamento e monômero a entrada de monômero no filamento = saida de monômero no filamento.No inicio estão todos solúveis. A célula faz com que seja nucleada a formação de pequenos filamentos no ponto de interesse. Tem proteínas que vão formar a base para ancoragem dos monômeros e então ocorrera a polimerização naquele ponto. Ele esta sendo reciclado toda horaDINÂMICO (só que é em menor grau quando comparado com células de defesa). Nas duas pontas ocorre entrada e saida. Todo processo de crescimento e encurtamento do microtubulo direciona o crescimento da célula. isso indica para que lado esta sendo formado. Na ponta + tem preferencialmente tubulina associada a GTP porque adiciona mais rápido do que a velocidade de hidrólise (entra um novo antes do anterior ser hidrolisado). Só o GTP da β é hidrolisado. O GTP é hidrolisado após a entrada da tubulina no filamento Na ponta – tem tubulina associada com GCP porque a velocidade de hidrólise é maior que a da polimerização. O GTP quando entra no protofilamento vai ser hidrolisado só que isso ocorre lentamente. Os microtúbulos são formados de α e β tubulina Tanto α como a β tem uma molécula de GTP associado: -α= fica preso no dímero -β= o GTP fica exposto Sempre vai ter β em cima de α. Hidrolise do GTP altera a conformaçao da tubulina . só que uma ponta sai mais e outra entra mais. Se na ponta tem GTP tendência de crescer Se na ponta tem GDP tendência de encurtar A presença de GTP/GDP controla o prolongamento/encurtamento do microtubulo. A ponta curva promove a despolimerização rápida do microtubulo (CATÁSTROFE) Exposiçao de tubulina-GDP na “ponta mais” provoca a CATÁSTROFE do microtubulo. Quando tem a hidrólise a ponta fica curva.A tubulina associada com GTP tem uma conformação reta. Crescimento VS Encurtamento do microtúbulo . nde se inicia a polimerização dos microtubulos. Instabilidae Dinâmica do microtúbulo é a capacidade de crescer e encurtar Proteinas γ-tubulina formam um anel.Se na ponta tem GDP ela se quebra. . É mais favorável a célula aumentar/produzir o microtubulo se ela já tiver um pedaçinho pronto. se despolimeriza rapidamente formando as estruturas encurvadas. Os microtubulos brotam de uma região organizadora denominada CENTROSSOMO. A γ-tubulina associada a outras proteínas acessórias ela forma um anel para facilitar a polimerização de microtúbulo (nucleação do microtubulo). . A MAP2 mantem a estrutura de um axônio. Exemplo= MAP estabiliza o microtubulo. Estabilizaçao assimétrica dos microtubulos contribuir para polimerização celular Nos microtubulos que estão chegando na membrana estão em ambos os movimentos (cresce e encurta). Ex= MAP2: ela é mais longa fica mais longe. Cinesina 13 fator indutor de catástrofe Proteinas auxiliares estabilizam os feixes Proteínas controlam a associaçao dos microtubulos (une lateralmente). Assim forma os trilhos.No centrossomo (região onde esta o centrômero) tem anéis de γ-tubulina que é de onde vão crescer os microtubulos. Proteinas “capping” (que reconhecem a ponta do microtubulo) podem estabilizar ou desestabilizar os microtubulos. A partir dos anéis irradia para toda a célula. A célula ancora a ponta no local de destino e protege da despolimerização. Quando ele se liga a proteinas na membrana ele fica estável. Tau: forma uma alça (as 2 pontas estão no microtubulo e a alça vai se ligar no outro) ficam mais próximos. por exemplo. Quando ela protege a ponta do microtubulo ele não é degradado (microtubulo crescente). Quando uma associa a outra solta. Moleculas de cinesina “caminham”sobre os microtubulos com consumo de ATP Mo microtubulo tem uma sucessão de sítios de ligação para as cabeças globulares. Motores moleculares executam este processo -DINEÍNA: levam para terminal – -CINESINA: levam para terminal + A cabeça globular ancora no microtubulo e a cauda na vesícula que ela vai transportar Diferentes “cargas”são levadas para a direção apropriada. o que unida é a cauda apolar. . Cauda com formas diferentes associadas com moléculas diferentes. Microtubulos atuam como trilhos para o transporte de moléculas e organelas. Elas caminham pelo trilho como se tivessem andando. gira e liga mais para frente e assim vai.A distancia entre os microtubulos varia dependendo da proteina que esta associada Proteínas Motoras= associam a microtubulos ou filamentos de actina. Tem vários tipos de cinesina para os vários tipos de cargas que a celula tem que transportar. Tudo é regulado por hidrolise de ATP quando ancora troca ADP por ATP. Eles são formados por proteínas alongadas. vimblastinase liga e não deixa polimerizar. polimeriza lateralmente (↑contato). por exemplo. Essas drogas são usadas para câncer. O taxol paraliza os microtubulos já formados Ele perde a propriedade de polimerizar ou despolimerizar e entao formou uma bagun. porque elas dividem rapidamente. ai fica preso mais finalmente e a outra gira e liga e então troca ADPATP. Drogas que afetam a polimerização de microtubulos Substancias que são extraídas de plantas. calchicina. Administrando essas drogas prejudica essas células que estão proliferando muito (atua em todas as células) Citoesqueleto de Actina – Forma e Mobilidade a) b) c) d) Célula epitelial com microvilos preenchidos por filamentos de actina Filamentos contrácteis de actina Células em movimento emitiu filopódeos Células em divisão mostrando anel contráctil de actina A função básica de filamentos intermediários é dar resistência. Assim diferentes organelas são levadas para o destino correto. Ex: taxol se lifa e estabiliza o microtubulo. entao depende do citoesqueleto para se dividir.Ca. A célula pode alterar o sentido do movimento ela vai expor/esconder sítios de interação na carga que ela tem que ser carregada. . flexíveis e polarizados. Os filamentos de actina estão mais associados a movimento celular. Os filamentos de actina são finos. A ponta negativa ela demora mais para polimerizar então a hidrolise ocorre mais rápido. puxam cromatinas. despolariza mais rápido fica ligada a ADP. Filamentos de actina estão associadas mais a forma da célula.Os filamentos de actina/microtubulos são formados por proteínas globulares polimeriza unindo cabeças das proteínas (↓contato). Os microtubulos são os trilhos da célula. Eles conseguem montar/desmontar mais rapidamente. para movimentação de organelas e vesículas regula o transporte intracelular. Enquanto ela esta no filamento ela esta ligada ao ADP. A célula tem uma proteína de membrana que reconhece o quimiotático e desencadeia uma série de reações intracelulares que vai ativar proteínas que regulam o citoesqueleto de actina. Os filamentos são altamente dinâmicos A ATP/ADP fica em um bolsão bem no interior da molécula de actina. Proteinas ARPs (“Actin Related Proteins”) e forminas fazem a nucleação dos filamentos . Forma também as fibras do fuso. A troca do sentido é muito rápida. O filamento de actina se polimeriza no pólo positivo que é para onde ela tem que ir e se contrai no pólo negativo para que ela se mova. A extremidade positiva fica protegida enquanto ela esta ligada a um ATP. quando ele polimeriza possibilita a movimentação da célula movimento da célula como um todo no substrato. A ponta positiva tem tendência de adicionar outra subunidade e essa reação ocorre mais rapidamente que a hidrolise do ATP fica ligada a ATP. ela liga um filamento ao outro -Proteinas de ligação lateral= anela em torno do filamento (↑estabilidade) -Proteinas motoras= exemplo é a miosina -Proteinas que intercalam entre os filamentos de actina formando uma estrutura. Ela fica na forma dimérica.COMPLEXO ARP inativo (ARP2 e ARP3 estao afastadas quando as acessoras estão inativas)  fator de ativação  ativa o complexo (as proteinas acessórias se ativam e aproximam as ARPs)  forma a estrutura (base) que permite um monômero da actina se ligue (não conseguem se unir sozinhas para formar um filamento)  a tendência do complexo ativado é se apoiar a filamentos já existentes para dar inicio a formação de um novo filamento (quando ancorado ele fica mais estável e ativa mais rapidamente a nucleação)  produz uma rede de filamentos de actina (a rede tem uma produção definida). A ação coordenada destas proteínas permite uma sucessão de eventos que leva ao movimento. -Proteinas sequestrantes= impede a polimerização da actina (seqüestra os monômeros) -Proteina careadora= impede a despolimerização -Proteínas Cross-linking= estabilizam a formação da rede. ela abraça uma subunidade e deixa um espaço vazio para a entrada de outra subunidade. Sucessão de eventos da atividade migratória . Forminas: proteínas que ajudam a formação do novo filamento. A ARP ajuda na base (extremidade negativa) e as forminas ajudam na extremidade positiva. Então não permite a mesma se ligar  FEIXE ESTRUTURAL. A emissão de filopodium de actina é chamado de PROTUSÃO 2) A célula depois de emitir o filopodium ela tem que se aderir ao substrato novo. Projetar o citoplasma (polimerização de actina) ↓ PROTUSÃO DA CELULA  “Puxar” o resto do corpo celular e se ancorar ao novo substrato ↓ CONTRAÇÃO DA REGIÃO POSTERIOR  A célula se fixa no novo substrato ↓ ANCORAMENTO Proteínas α-actinina e fimbrina organizam os feixes A α-actinina liga os filamentos de actina e forma um feixe que tem espaço que permite a mesma se ligar  FEIXE CONTRÁTIL. ↓Filamina tem dificuldade de movimentação. .1) A célula tem que começar a polimerizar a actina no sentido que ela quer se movimentar. 3) Ao mesmo tempo que ela se fixar ela tem que sofrer uma contração no lado aposto par que ela consiga empurrar a célula. A proteína FILAMINA estabiliza as interações dos filamentos no córtex celular. A Fimbrina forma um feixe com um espaço menor entre os filamentos de actina. A filamina segura um filamento no outro. abaixo da membrana.. Para a finalização do movimento são necessários o ancoramento e a contração ANCORAMENTO= contatos focais de integrina e finalmente. . empurrando-a para frente. O crescimento do lamelipódio é mediado pelas ARPs e Proteínas auxiliares Para onde a célula quer se movimentar tem que ter maior polimerização para isso tem que ter muita proteína capeadora para evitar que ocorra a despolimerização pelas proteínas depolimerizadoras.. CONTRAÇÃO= interação com os motores miosina As propriedades motoras deste sistema são utilizadas por bactérias patogênicas. então quando vai movimentar eles escorregam em si bagunça a rede formando a bolha. A miosina-I pode movimentar vesículas ou a membrana plasmática em relação aos filamentos de actina. A bactéria faz com que os filamentos de actina comecem se polimerizar empurrando ela para frente.A estabilidade da pela filamina é que mantem a rede de actina no lugar certo.. Os filamentos de actina vão se polimerizando atrás dela. movimenta e se liga a outro ponto de actina puxando o filamento. No caso de contração muscular é diferente. MIOSINA II= responsável pela contração muscular (especializada para realizar movimentos para contrair todo músculo junto). .A molécula de miosina a cabeça gruda na actina e a cauda na vesícula e ai a cabeça empurra a vesícula. essas cabeças vão interagir com os filamentos de actina. Estrutura básica do motor molecular miosina Os dímeros de miosina também podem se associar formando filamentos Forma um feixe bipolar de miosina II onde a cabeça polar fica para fora. A cabeça globular se liga ao filamento de actina. Experimento onde a miosina foi fixada no substrato e filamentos de actina soltos estão marcados. O filamento com várias moléculas de miosina associadas é que vai possibilitar a contração. A hidrólise do ATP para ADP é que vai controlar o movimento. Quando ela se liga a actina ela libera o ADP e vai receber ATP então se solta. Elas se associam formando um feixe de miosina (filamento grosso) que tem as cabeças globulares para fora. A miosina II permite movimentos de contração através de deslizamento sobre os filamentos de actina. gira. Aqui a miosina não se movimenta. assim que adiciona ATP a cabe~ca consegue empurrar a vesícula. o movimento ocorre devido a ligaçãopuxadesliga da actina. MIOSINA I= atua como monômero movimenta em função dos feixes de actina. tem filamentos de actina que se deslizam devido a miosina II (também forma feixes de miosina). Ciclos repetidos de ligação e liberação promovidos pela hidrólise do ATP geram o movimento. Cada tipo de filamento tem uma proteína adequada que atua sobre ele. Quando se trata de movimento de estruturas dentro da célula são motores moleculares associados a trilhos de microtúbulos. As células musculares se contraem por um mecanismo de deslizamento dos filamentos. Os túbulos T (transversais) e o retículo sarcoplasmático possibilitam o espalhamento rápido do sinal e assim a contração simultânea de todas as miofibrilas da célula. Estímulo elétrico entra pela marginação (??) passa pelo retículo sarcop´lasmatico que libera Calcio por todo o sarcômero. E na lateral tem o DISCO Z que é onde os filamentos de actina estao ancorados.Esse arranjo permite a contração muscular Nas células musculares tem o sarcômero onde os filamentos de actina + miosina estão sobrepostos (mais escuro). O aumento da concentração de cálcio provoca alteração nas proteínas troponina e tropomiosina. . A contração muscular ocorre pelo encurtamento do sarcômero. A contração muscular é induzida por um súbito aumento na concentração de cálcio. Tropomiosina se liga ao sitio de ligação para miosina. Só que quem é sensitiva ao cálcio é a troponina. De qualquer forma a movimentação está prejudicada. . Sucessão de eventos da contração muscular. Quando tem exposição de cálcio a tropomiosina altera a sua posição e libera o sítio para ligação da miosina. ela é usada quando está associada a um fluoróforo. Faloidina é usada como um marcador de presença de filamentos de actina. Estimulo nervosoTubulos Testimula o reticulo sarcoplasmáticolibera cálcioo cálcio se liga ao complexo troponinadesloca a tropomiosina. Faloidina= liga e estabiliza o filamento (não despolariza) Citocolasina= capeia o terminal positivo (protege de despolização) Latruculina= se liga a subunidades isoladas e impede a polimerização. A tropomiosina bloqueia o sitio de ligação para a miosina.O filamento de actina é “protegido” pela troponina e tropomiosina. Drogas que afetam a polimerização de filamentos de actina. A contração acontece rápido porque o cálcio é rapidamente reabsorvido pelo retículo e só seria liberado de novo com um novo estímulo.