Citoesqueleto

O citoesqueleto estabelece, modifica e mantém a forma das células. Sendo o responsável pelos movimentos celulares e deslocamento de organelas, cromossomos, vesículas e grânulos diversos. Seus principais componentes são os microtúbulos, filamentos de actina e filamentos intermediários. As proteínas motoras têm uma função importante, ajudando de forma crucial os microtúbulos e os microfilamentos de actina nos movimentos celulares e nos deslocamentos de partículas dentro das células.

Filamentos de Actina

Os menores filamentos do citoesqueleto são os microfilamentos ou filamentos de actina, estes possuem função estrutural, de movimentação celular, de adesão celular, de divisão celular, sustentação de estruturas especiais, de contração celular e muscular. Podem estar distribuídos por todo o citossol, porém, muitas vezes se concentram na periferia celular, próximos à membrana plasmática. São formados a partir de actinas, que são proteínas globulares, que possuem um sítio de ligação a uma molécula de ATP.

Após a sua tradução, encontram-se monoméricas livres no citossol, chamadas de actina-G. As actinas-G se juntam formando um oligômero que irá aumentar a velocidade de formação das fibras com a adição de outras actinas-G no lado positivo, quando as actina-G se ligam no lado positivo ocorre a quebra do ATP que estimulará a saída das primeiras actinas no lado negativo. O início da polimerização dos filamentos de actina ocorre a partir de trímeros de actina que são formados com auxílio de proteínas regulatórias, quando uma molécula de actina é incorporada ao filamento ela é chamada de actina-F. Quando uma actina se liga a um filamento, a molécula de ATP rapidamente se hidrolisa a ADP e a subunidade tende a se dissociar do filamento. Dessa forma, se a adição de moléculas de actina ao filamento é mais rápida que a hidrólise do ATP, o filamento irá crescer. No caso contrário, quando a hidrólise do ATP é mais rápida que a adição de novas moléculas ocorre do encurtamento do filamento.

Dentre as proteínas regulatórias podemos citar as que regulam a formação como a profilina, que se liga as subunidades de actina, as que regulam os filamentos já formados como a gelsolina, que se liga a fibra quebrando-a em fragmentos menores, e a cofilina que se liga ao lado positivo impedindo a adição de novas actinas-G.

Os microfilamentos estão organizados nas células em forma de rede ou em forma de feixes. As proteínas organizadoras fimbrinas se associam aos filamentos de actina em forma de rede mantendo a estrutura da rede. Já as proteínas alfa actininas ficam entre os filamentos de actina paralelos na forma de feixes os unindo, estes filamentos quando estão mais separados permitem a interação da proteína miosina (que produz a movimentação do filamento). Há também feixes paralelos que estão mais próximos uns dos outros e são muito importantes para a sustentação de microvilosidades e filipódios. As microvilosidades são expansões da membrana plasmática que aumentam a superfície de contato com o meio extracelular e sua capacidade de absorver moléculas, possuem feixes de actina ligados a fimbrinas. Já os lamelipódios, filopódios e pseudopódios estão relacionados a migração celular e são formados por feixes de actina muito próximos um do outro.

A miosina é a proteína motora dos microfilamentos, são uma família de proteínas, têm uma cabeça motora que se liga ao ATP e possui uma região de filamentos que interage com a membrana plasmática ou com vesículas. A miosina mais conhecida é a Miosina tipo II (age na contração muscular). No músculo as miosinas se unem formando uma fibra de miosina.

No processo de contração muscular as miosinas e as actinas se encontram em forma paralela, formando o sarcômero, este é a unidade de contração muscular. Quando há um estímulo para contração, as miosinas interagem com a actina fazendo com que o músculo se contraia. Os filamentos de actina do sarcômero são envolvidos pelas proteínas troponinas e tropomiosinas, essas impendem que a miosina se ligue aos filamentos de actina. Quando há um estimulo para a contração muscular os níveis de cálcio intracelulares aumentam e interagem com a troponina, que então modificará a posição da tropomiosina permitindo que a miosina possa interagir com a actina. O ATP interage com a cabeça de miosina que logo muda de conformação e se liga mais à frente da fibra, hidrolisando o ATP em ADP. A cabeça de miosina se liga com o ATP de novo e puxa a fibra encolhendo o sarcômero.

Microtúbulos

Os microtúbulos são polímeros proteicos em forma de canudos, não são maciços e existem em várias conformações, participam de diversas funções celulares como a formação de cílios e flagelos. São formados por heterodímeros, a partir do processo de polimerização de duas moléculas de proteínas globulares chamadas alfa e beta tubulina. Estas duas proteínas se associam e formam heterodímeros estáveis no citossol, que dificilmente se dissociam. Estes dímeros são as subunidades dos microtúbulos.

Tanto a α quanto a β tubulina possuem um sítio de ligação a GTP, porém o GTP presente na α tubulina está imerso na estrutura da proteína e nunca é hidrolisado a GDP. Já a molécula de GTP ligado a β tubulina pode ser hidrolisada em GDP, e possui um papel importante no processo de polimerização e despolimerização dos microtúbulos.

Numa célula, os microtúbulos estão continuamente crescendo (polimerizando) e encurtando (despolimerizando), essa constante polimerização/despolimerização é chamada de instabilidade dinâmica. As sequências lineares de subunidades de tubulina são chamadas de protofilamentos, que quando unidas lateralmente formam a parede do tubo. Nas células, os microtúbulos são normalmente formados por 13 protofilamentos.

Os microtúbulos são polarizados, pois possuem duas extremidades distintas: uma chamada de extremidade positiva (+) e outra de extremidade negativa (-). Isso ocorre, pois, as subunidades de tubulina são acrescidas sempre na mesma orientação, com a β tubulina direcionada a extremidade positiva e a α orientada para a extremidade negativa. A extremidade positiva tem a capacidade de polimerizar e despolimerizar mais rapidamente que a extremidade negativa, sendo mais dinâmica.

Os centrossomos são os centros organizadores de microtúbulos, uma organela não membranosa de onde se irradiam todos os microtúbulos de uma célula, já que a polimerização espontânea no citossol é extremamente difícil de acontecer.

Algumas proteínas associadas são capazes de estabilizar os microtúbulos e previnem a despolimerização. O corte de microtúbulos longos produzindo filamentos menores também pode ocorrer, e a proteína acessória responsável por essa função é a katanina, que utiliza energia proveniente da hidrólise de ATP para cortar microtúbulos. O corte dos filamentos altera a dinâmica dos microtúbulos, uma vez que novas extremidades positivas e negativas serão formadas e estarão sujeitas a polimerização e despolimerização. Já as proteínas acessórias que se ligam lateralmente aos microtúbulos podem estabiliza-los ou intermediar a interação destes com outros componentes celulares. Essas proteínas são chamadas de proteínas associadas aos microtúbulos ou MAPs, e possuem um domínio de ligação ao microtúbulo e outro domínio que pode se ligar a outros microtúbulos ou a diferentes componentes celulares.

Outras proteínas acessórias são as proteínas motoras, permitem que os microtúbulos sirvam de via para o tráfego e posicionamento de vesículas e organelas dentro da célula, portanto, são de extrema importância.

A partir da hidrólise de ATP, elas alteram sua conformação e assim são capazes de se locomover sobre os microtúbulos, carregando seus ligantes. Dependendo da extremidade do microtúbulo para onde se direcionam, essas proteínas são divididas em dois grandes grupos: as cinesinas são as proteínas motoras que de direcionam para a extremidade positiva dos microtúbulos, enquanto que as dineínas “caminham” em direção à extremidade negativa dos microtúbulos. De maneira geral podemos dizer que as cinesinas caminham em direção a membrana plasmática e as dineínas em direção ao núcleo.

Tanto cílios como flagelos são formados de microtúbulos e dineínas, e são estruturas que apresentam motilidade.

Proteínas motoras

O citoesqueleto possui proteínas aderidas, são as proteínas motoras, transdutores quimiomecânicos, especializadas na conversão de energia química em energia mecânica. Assim, a energia vinda da hidrólise do ATP pode ser usada para os deslocamentos intracitoplasmáticos, para isso há a formação de um complexo específico formado de proteína e carga.

As proteínas motoras realizam o tráfego de vesículas, cromossomos, filamentos e até mesmo organelas pelo microtúbulo, fazendo parte de um sistema de transporte indispensável para a célula, elas são constituídas de dois componentes: os adaptadores e os motores. Os componentes adaptadores prendem-se, de um lado, as partículas que serão transportadas, e do outro, aos segundos componentes, os componentes motores. Esses por sua vez, prendem-se de uma lado aos adaptadores e do outro ao citoesqueleto, sendo essa ligação no microtúbulo ou nos filamentos de actina. O componente motor proporciona o deslizamento (movimento) do complexo proteína-partícula ao longo do citoesqueleto.

Uma única célula pode conter vários tipos de proteínas motoras, sendo cada uma especializada em um carregamento específico. Essas proteínas podem ser divididas em três grupos: Cinesinas, dineínas e miosinas. Independentemente do grupo, todas movem-se unidirecionalmente ao longo de um filamento ou microtúbulo, assim, esses componentes do citoesqueleto fazem papel de trilho para as proteínas motoras.

Duas das proteínas motoras estão associadas ao microtúbulo, são elas as dineínas e as cinesinas. Elas também possuem em comum o fato de serem tetraméricas, de cabeça globular e com ligação carga-proteína ocorrendo na parte caudal, podendo ser descritas como proteínas de mesma forma e função que não formam filamentos, interagindo quimicamente com os microtúbulos. Sendo assim, elas diferem em apenas um ponto: a direção em que se locomovem. As cinesinas andam da extremidade negativa para a extremidade positiva do microtúbulo, assim, tendem a levar a carga para a periferia da célula, para perto da membrana plasmática. As dineínas, ao contrário, movimentam-se da extremidade positiva para a extremidade negativa, levando assim a carga para o centro da célula.

Já as miosinas estão associadas aos microfilamentos, e por isso, formam pequenos filamentos e dependem da sua relação com outros filamentos para que o deslocamento aconteça. As miosinas do músculo são do tipo II, são alongadas, compostas por duas cabeças e uma cauda longa torcida, essa cauda se ligará a outras caudas de miosina e formarão um filamento espesso com várias cabeças de miosina expostas, cada cabeça se liga a um ATP e o hidrolisa. A energia proveniente dessa hidrólise é usada para que a miosina se desloque em direção a extremidade positiva(+) do filamento de actina. No músculo estriado esquelético a actina está disposta em finos filamentos e envolta por filamentos grossos de miosina, isso faz com que no deslizamento dos filamentos de actina seja gerada uma forte contração muscular. Inicialmente, as miosinas eram descritas apenas em células do músculo, mas hoje, sabe-se que podem ser encontradas em diversos tipos celulares, um exemplo é a proteína motora miosina V, que na levedura Saccharomyces cerevisiae transporta cargas como mRNA e vesículas secretoras da célula-mãe para os brotos, além disso, ela também participa da divisão das organelas entre a célula-mãe e a filha. Logo, as miosinas participam tanto da contração muscular quanto no transporte de cargas.

Vale ressaltar que as cinesinas participam da atividade micro reprodutiva dos gametas femininos, da formação do fuso mitótico e da separação dos cromossomos durante o ciclo celular e que as dineínas além de transportarem vesículas também participam na construção do fuso de microtúbulos na mitose e meiose.