MINI-APOSTILA DE BIOLOGIA CELULAR

Membranas Celulares

Tudo que existe, e que é indivualizado, precisa se separar do seu meio exterior por algum envoltório. Por exemplo, uma casa é separada do meio externo por paredes, pelo piso e pelo teto. Imagine agora uma célula sem um envoltório. Como seria sua composição? Certamente, semelhante àquela encontrada ao seu redor. Sem esse envoltório, provavelmente a célula nem existiria. Assim, o papel principal da membrana plasmática é delimitar a célula, em outras palavras, separar o conteúdo citoplasmático do meio em que ela se encontra. Por isso, começaremos nosso estudo sobre as estruturas que formam a célula pela membrana plasmática.Quais as substâncias que formam a membrana plasmática?Antes de responder a esta pergunta é importante lembrar que tanto o interior da célula quanto o seu exterior possui grande quantidade de água.Você já pode ter observado o que acontece quando pinga uma gota de óleo sobre a água. O óleo não se mistura. Os lipídeos, substâncias oleosas, são as principais moléculas presentes na membrana plasmática e o fato deles não se misturarem com a água ajuda no papel da membrana plasmática de separação da célula do seu meio externo. Os lipídeos da membrana são chamados de fosfolipídeos e se organizam em uma bicamada (duas camadas justapostas).Os fosfolipídios possuem uma cabeça polar, formada por fósforo (que pode ficar em contato com a água) e caudas apolares (que não tem afinidade por água) que ficam voltadas para o interior da membrana.Além dos fosfolipídeos a membrana também possui proteínas, que funcionam como portas e janelas da célula, e açúcares ligados aos lipídeos e às proteínas.Ou seja, a composição da membrana plasmática ...é principalmente lipoprotéica ( lipídios + proteínas). O modelo mais aceito atualmente foi proposto por Singer e Nicholson e é conhecido como modelo do mosaico fluido, como mostra a figura abaixo.

O que aconteceria com a célula se a membrana plasmática não permitisse a passagem de nenhuma substância através dela?Assim como, por exemplo, um carro precisa de portas para as pessoas entrarem e sair, as células também possuem mecanismos que permitem a entrada e a saída de substâncias. Dizemos que a membrana plasmática seleciona a passagem destas substâncias e que ela possui, desta forma, uma permeabilidade seletiva. A camada fosfolipídica da membrana plasmática funciona como uma barreira fluida (maleável) e permite a passagem de substâncias diretamente através dela. Você acha que tudo consegue atravessar essa barreira fosfolipídica? A resposta é não. Atravessará a barreira apenas as substâncias pequenas que consigam se entremear através dos fosfoslipídeos. Essas substâncias precisam ter afinidades por lipídeos, senão não conseguiriam se "misturar" com eles para atravessar a membrana.Por outro lado não são apenas substâncias com afinidades por lipídeos que atravessam a membrana plasmática. As substâncias que não conseguem atravessar diretamente a camada fosfolipídica podem entrar ou sair da célula através de suas portas e janelas, que são as proteínas.A passagem das substâncias de pequeno porte através da membrana pode ocorrer passivamente ou ativamenteAntes de entender as duas formas principais de transporte na membrana, o passivo e o ativo, é necessário que compreenda muito bem o processo de difusão.Você já deve ter observado o que acontece quando uma pessoa passa um perfume

forte e permanece em um ambiente fechado. Em poucos instantes toda a sala fica com o cheiro do perfume. Já parou para se perguntar por que isso ocorre?Lembra que dois corpos não ocupam um mesmo lugar no espaço? Isso significa dizer que quando uma "partícula" se move, ela acaba "tomando o lugar" de uma outra partícula que se encontra ao seu lado. O ar é composto de diversas "partículas" flutuantes diferentes, ou seja, de gases, como o oxigênio, gás carbônico e nitrogênio, que se movem, e que estão sempre trocando de lugar uns com os outros. O perfume é feito por um líquido muito volátil, que se torna um gás facilmente. Quando os gases perfumados são adicionados ao ar, eles também irão se mover e trocar de lugar com os outros tipos de gases. Isso faz com que depois de um tempo tenhamos gases de perfume espalhados por todo o ambiente fechado.As moléculas presentes dentro de líquidos também possuem capacidade de movimento. Dentro da célula e em seu exterior existe grande quantidade de líquidos. Então, quando uma molécula qualquer se move dentro desses líquidos elas deverão também trocar de lugar com as moléculas que estão ao seu redor.Agora, responda a seguinte pergunta: Uma pessoa está parada numa estação final de trem esperando para embarcar. O trem chega lotado de passageiros e abre as portas. A pessoa conseguirá entrar com facilidade? Você já deve ter percebido que esta pessoa terá grande dificuldade de entrar no trem porque haverá um grande fluxo de passageiros saindo dele. O mesmo acontece com as substâncias que entram e saem de uma célula. Se existe maior quantidade de substâncias de um lado ou do outro, haverá maior fluxo de passagem para o lado que a substância estiver em menor quantidade.Assim, a difusão pode ser entendida como um maior fluxo de movimento de moléculas em direção a uma região onde as mesmas se encontram em menor quantidade.a) Transporte Ativo – Movimento de entrada ou saída de substâncias em uma célula com gasto de energia. Ex: bomba de sódio e potássio. Para entender o transporte ativo, pense em nosso exemplo acima e imagine o caso da pessoa que está do lado de fora do trem. Para entrar no trem esta pessoa terá que "vencer" a direção natural de movimento de passageiros. E, ao fazer isso, terá que se movimentar contra um "gradiente" de passageiros e se esforçar bastante. Em outras palavras, ela terá que gastar energia. Para ocorrer a passagem de uma molécula contra um gradiente de concentração também será necessário o gasto de energia.b) Transporte Passivo – Movimento feito sem gasto de energia, ou seja, respeitando o gradiente de condentração. Ex: osmose. Osmose – É a difusão da água, ou seja, a passagem de água de um meio hipotônico (onde ela se encontra em maior quantidade) para um meio hipertônico (onde ela se encontra em menor quantidade). Em um meio hipotônico existe maior quantidade de água e menor quantidade de sal dissolvido. O contrário ocorre em um meio

hipertônico.Difusão facilitada – É a passagem de macromoléculas através de proteínas especiais denominadas permeases, que formam poros na membrana.A membrana plasmática possui a capacidade de englobar substâncias de maior porte através da endocitoseEndocitose – Transporte de moléculas em grande quantidade. Existem dois tipos de mecanismos para esse transporte: a) Fagocitose – Englobamento de partículas sólidas por meio da emissão de pseudópodes pela membrana plasmática. b) Pinocitose – Englobamento de gotículas líquidas por meio de invaginações da membrana plasmática.

Citoesqueleto

IntroduçãoAs células eucariontes possuem uma complexa rede citoplasmática de microtúbulos emicrofilamentos situada predominantemente próxima à membrana celular e envolvida em quase todos os aspectos que envolvem a forma e movimento celulares. Essa rede échamada de CITOESQUELETO.O citoesqueleto desempenha um papel mecânico, de suporte, mantendo a forma celular e a posição de seus componentes. Ele estabelece, modifica e mantém a forma das células. É responsável por movimentos celulares como contração, formação de pseudópodes e deslocamento intracelular de organelas, cromossomos, vesículas e grânulos diversos.O citoesqueleto deve ser considerado como um complexo de túbulos, microfilamentoslongos (actina), filamentos curtos (miosina), filamentos intermediários e acromoléculasprotéicas diversas que formam um conjunto dinâmico.Os microtúbulos são estruturas cilíndricas de 24 nm, composto por fibrilas longitudinais que contribuem para os movimentos intracelulares; são feixes ordenados de cilindros delgados e longos formados por proteínas (a e b tubulina) que constituem os cílios e flagelos, as fibras do áster e o fuso (na divisão celular), os centríolos e os corpúsculos basais.Os microfilamentos são estruturas de 4 a 6 nm de diâmetro e são formados pela actina, miosina ou outras proteínas contráteis. Participam ativamente nos movimentos celulares. Os filamentos intermediários tem 10 nm de espessura e contém diversas proteínasfibrosas não contráteis que desempenham um papel mecânico. Há vários tipos defilamentos intermediários: filamentos de queratina, neurofilamentos, filamentos gliais e filamentos heterogêneos.

Como o citoesqueleto é muito dinâmico, ele está envolvido em vários movimentos. Estes podem ocorrer em células não-musculares ou em células musculares.Nas células não-musculares os cílios, os flagelos, a ciclose (tipo de movimento degeração de correntes citoplasmáticas por ação de microfilamentos) e o movimentoamebóide (que é um tipo de locomoção no qual a célula troca de forma ativamente,enviando pseudópodes citoplasmáticos na direção do movimento) são responsáveis pela locomoção.E nas células musculares a movimentação celular e conseqüente contração muscularocorre no interior dos sarcômeros. Os sarcômeros são unidades estruturais da miofibrila (estruturas delgadas cilíndricas e contráteis do tecido muscular estriado) onde há a participação de proteínas contráteis como a actina, a miosina e outras.A capacidade que as células eucarióticas possuem de adotar uma variedade de formas e de executar movimentos coordenados e direcionados depende de uma rede complexa de filamentos de proteínas filamentosas que se estendem por todo o citoplasma. Esta rede é chamada de citoesqueleto. O citoesqueleto é composto por vários tipos de filamentos de proteínas visíveis ao microscópio eletrônico que cruzam a célula eucariótica formando uma rede tridimensional interligada em todo o citoplasma. É uma estrutura altamente dinâmica que se reorganiza continuamente sempre que a célula altera a forma, se divide ou responde ao seu ambiente. Ele poderia ser chamado de "citomusculatura", pois é responsável por movimentos como deslocamento de células sobre um substrato e contração muscular; fornecendo também maquinaria necessária para movimentos intracelulares, como o transporte de organelas de um lugar a outro no citoplasma e a segregação dos cromossomos na mitose. O citoesqueleto está ausente nas bactérias e ele pode ter sido um fator crucial na evolução das células eucarióticas. Suas diferentes atividades dependem de três tipos de filamentos protéicos: filamentos de actina, microtúbulos e filamentos intermediários que fornecem estrutura, organização e forma celular.Cada um dos tipos do componente do citoesqueleto é composto por subunidadesprotéicas simples que se polimerizam para formar filamentos de espessura uniforme.Esses filamentos não são estruturas permanentes, pois sofrem constantes desmontagens em suas subunidades monoméricas e remontagens em filamentos. Sua localização na célula não é rigidamente fixa e pode alterar-se com a mitose, citocinese ou alterações na forma da célula. Todos os tipos de filamentos se associam com outras proteínas que interligam filamentos entre si ou a outros, influenciam na montagem e desmontagem ou movem organelas citoplasmáticas ao longo dos filamentos.Particularmente, os filamentos de actina e microtúbulos são os principais produtores da movimentação das organelas e de toda a célula. A actina e miosina são duas proteínas geradoras de forças. A tropomiosina e troponina C ( que ocorrem no músculo) têm função reguladora. A a actinina participa das interações entre o filamentos de actina e a membrana celular, porém existem outras proteínas fixadoras de actina que podem formar ligações transversais com filamentos de actina.

Filamentos de actina tendem a formar feixes paralelos com região em que a célula contata com um substrato sólido (isto pode ser visto quando a célula se distende). Esses feixes são chamados de fibras de tensão ou estresse.

2 - Organização Estrutural dos Elementos do Citoesqueleto

2.1 – MicrotúbulosOs microtúbulos são estruturas presentes no citoplasma de todas as células eucariontes.As primeiras observações dessas estruturas foram realizadas por De Robertis e Franchiem 1953, no axoplasma de fibras nervosas. Devido ao fato de que a maioria dosmicrotúbulos são muito lábeis e não resistentes ao efeito de muitos fixadores, só a partir de 1963, com a introdução do glutaldeído com fixação para a microscopia eletrônica, a sua presença pode ser identificada.Os microtúbulos citoplasmáticos apresentam dimensões uniformes por volta de 25 nm de diâmetro externo e vários micrômeros de comprimento e são notavelmente retilíneos. Em corte transversal apresentam uma parede densa de aproximadamente de 6 nm de espessura, e uma região central mais clara. A parede do microtúbulo está constituída por estruturas filamentosas, lineares ou em espiral, que apresentam um diâmetro aproximado de 5 nm. Em corte transversal observam-se geralmente 13 filamentos, separados por uma distância de 4,5 nm de centro a centro.Os microtúbulos são compostos por unidades protéicas bastante semelhantes, mesmoquando diferentes tipos celulares são analisados. O termo tubulina é utilizado paradesignar a principal proteína dos cílios, flagelos e microtúbulos citoplasmáticos. Atubulina é um dímero de 110.000 a 120.000 daltons. Na maioria dos casos, podem seridentificados dois monômeros de tipos diferentes de tubulina, as a e ß tubulinas embora apresentem pesos semelhantes. O espaço de 8 nm que se observa ao longo do eixo longitudinal do microtúbulos reflete provavelmente o pareamento dos dois tipos de monômeros de tubulina.Cada dímero de tubulina pode-se ligar a uma molécula de cochicina, propriedade esta que permite fazer a determinação da proteína tubulina.A montagem dos microtúbulos a partir dos dímeros de tubulina é um processoespecificamente orientado e programado. A quantidade de tubulina a ser polimerizadavaria conforme as necessidades da célula. Em condições normais, os microtúbulos seencontram em equilíbrio com a quantidade de tubulina livre. A polimerização dosmicrotúbulos é favorecida por uma proteinoquinase dependente de AMP cíclico quepromove a fosforilação dos monômeros de tubulina. A montagem de monômeros detubulina é um fenômeno polarizado, isto é, dímeros se unem a um dos extremos dosmicrotúbulos enquanto se desprendem um do outro. Quando a colchicina se fixa atubulina, o processo de montagem é inibido, porém a desmontagem ou despolimerização continua ocorrendo. Deste modo, eventualmente, os microtúbulos

podem ser completamente despolimerizados. A vimblastina, atua despolimerizando os microtúbulos já formados e, numa segunda etapa, agrega as subunidades de tubulina formando estruturas paracristalinas.Os microtúbulos são polímeros rígidos formados por moléculas de tubulina. Eles seorganizam pela adição, às suas extremidades livres, de moléculas de tubulina contendoGTP, sendo que uma das extremidades (extremidades "mais") cresce mais rapidamente do que a outra. A hidrólise do GTP em GDP acontece depois da ligação da tubulina e enfraquece as pontes que mantém os microtúbulos unidos. Os microtúbulos de crescimento lento, são instáveis e sujeitos a desagregação "catastrófica", pela colchicina, mas, podem ser estabilizados por associação com outras estruturas que bloqueiam suas duas extremidades. Os centros organizadores de microtúbulos, tais como os centrossomos, protegem as extremidades "menos" e iniciam continuamente a formação de novos microtúbulos, que crescem em direções aleatórias. Qualquer microtúbulo que, casualmente, encontrar uma estrutura que estabilize sua extremidade livre será seletivamente mantido, enquanto os demais despolimerizarão. Este processo seletivo determinaria a posição dos conjuntos de microtúbulos numa célula.A falta de GDP detém a agregação da tubulina. Em situação in vivo, a polimerização datubulina está regulada pela cálcio e pela proteína fixadora de cálcio, a calmodulina.Quando ambos formam um agregado, a polimerização é inibida.As subunidades de tubulina nos microtúbulos (tubulinas alfa e beta) seletivamenteestabilizados , são modificadas por acetilação e detirosinação. Estas alterações marcariam os microtúbulos como "maduros" e produziriam sítios para a ligação de proteínas específicas associadas a microtúbulos (MAPs), que promovem uma estabilização adicional contra a desagregação. As proteínas motoras constituem uma classe importante de MAPs que usam a energia da hidrólise do ATP para se mover unidirecionalmente ao longo dos microtúbulos, deslocando um carregamento específico . Em geral, as dineínas movem o seu carregamento em direção da extremidades "mais", enquanto a maioria das quinesinas se movem com o carregamento em direção da extremidade "menos". Tais proteínas motoras são responsáveis, em grande parte, pela organização espacial e pelos movimentos direcionados das organelas no citoplasma.Na célula, existem sítios de organização, tais como o centríolo e os corpúsculos basaisdos cílios, a partir dos quais o processo de polimerização é de certa maneira orientado.Freqüentemente os microtúbulos se dispõem radialmente a partir do núcleo da célula e aparecem como filamentos retos ou curvos que parecem terminar perto da superfície celular. Esses filamentos desaparecem após o tratamento com Colcemid (um derivado da colchicina) ou por esfriamento, reaparecendo se situação é revertida. Estas observações demonstraram que os microtúbulos se originam das proximidades dos núcleos, a partir de um dos pontos focais correspondentes à região do cromossoma (ou seja, que contém o centríolo) ou centrosfera. Muitos dessas

observações sugeriram que a centrosfera é o principal centro organizador dos microtúbulos. Nas células prestes a entrar em mitose, os microtúbulos citoplasmáticos desaparecem e são substituídos por aqueles que integram o fuso e os ásteres. Em células transformadas por um vírus ou por certas substâncias químicas, os microtúbulos estão desorganizados e às vezes desaparecem por completo.A participação dos microtúbulos no citoesqueleto foi bem estudada, tomando-se comomodelo os heliozoários. Estes protozoários são envoltos por expansões muito finas docitoplasma, os axonemas, que se dispõem radialmente na célula. Nas micrografiaseletrônicas, observavam-se que os axonemas contém numerosos microtúbulos, dispostos ordenadamente em espiral. Interessante é que, submetendo-se esses protozoários à ação da uréia, os axonemas entram em colapso e se retraem. Retirando a uréia do meio, os axonemas regeneram-se em menos de meia hora. O estudo deste fenômeno com o microscópio eletrônico mostrou que, durante o colapso dos axonemas, ocorre uma despolimerização dos microtúbulos, com acúmulo das moléculas globosas de tubulina no citoplasma. Com a retirada da uréia ocorre a repolimerização dos microtúbulos e o reaparecimento dos axonemas.

As funções dos microtúbulos são as seguintes:Função Mecânica: Tem-se relacionado a forma de algumas protuberâncias ouprolongamentos celulares com a orientação e distribuição dos microtúbulos. Osmicrotúbulos são considerados como uma armação que determina a forma e distribuição dos constituintes da célula. A integridade dos microtúbulos é necessária para manter a forma característica de muitas células e a rigidez das estruturas mais amplas. Como exemplo de tais tipos de estruturas temos os axônios e os dendritos dos neurônios.Morfogênese: O papel que os microtúbulos desempenham na aquisição da forma durante a diferenciação celular está relacionado com a sua função mecânica. Um exemplo interessante é proporcionado pelas mudanças morfogenéticas que ocorrem durante a espermiogênese. O aumento do núcleo da espermátide ocorre simultaneamente com a produção de um conjunto ordenado de microtúbulos que se dispõe em torno do mesmo.Polarização e motilidade celulares: A determinação da polaridade intrínseca de certascélulas também está relacionada com a função mecânica dos microtúbulos. O tratamento com Colcemid determina mudanças na motilidade. Quando algum tipo de movimento persiste, o deslocamento direcionado da célula é substituído, por exemplo, por um movimento ao acaso.Circulação e transporte: Os microtúbulos podem intervir também no transporte demacromoléculas no interior da célula. É provável que para tal finalidade formem "canais" no citoplasma. Um exemplo da correlação entre os microtúbulos e o transporte de partículas é fornecido pelo melanócito, no qual se observa o movimento

dos grânulos de melanina entre os canais criados, na matriz citoplasmática, pelos microtúbulos.Transudação sensorial: Nos receptores sensoriais encontram-se com freqüência conjuntos de microtúbulos organizados de maneira bastante regular. Postula-se sua possível função na transudação de energia.

2.2 – MicrofilamentosOs microfilamentos são estruturas delgadas formados por duas cadeias em espiral demonômeros globosos da proteína actina G (lembrando dois colares de pérolas enroladas) que se associam formando uma estrutura quaternária fibrosa (actina F). Observados ao Microscópio Eletrônico, mostram-se como estruturas finas de 6 a 8 nm de diâmetro.Subunidades individuais de actina se polimerizam para formar filamentos de actina. Aproteína filamina segura dois microfilamentos quando eles se cruzam em ângulo reto. Os filamentos são unidos através de ligações cruzadas por uma outra proteína, a fodrina, formando agregados ou feixes lado-a-lado.Os microfilamentos de actina são muito abundantes em células musculares e tambémexistem em plantas (apesar da ausência de músculos). A actina constitui 5 a 30% de todas as proteínas do citoplasma.Diferentes estudos têm sugerido que esses filamentos representem sistemas contráteis. Este conceito tem sido confirmado pela demonstração de que as proteínas contráteis do músculo (actina e miosina) se encontram amplamente distribuídas na maioria das células.Abaixo da membrana plasmática há feixes de filamentos constituídos por actina, os quais estão em continuidade com um retículo de filamentos semelhantes que atravessam o citosol. Os canais ou espaços criados nesse retículo ou trama trabecular são de 50 a 100 nm e, na célula viva, permitem a difusão de líquidos e metabólitos por todo o citosol. Os filamentos dessa trama se encontram em contato com as vesículas do retículo endoplasmático, com microtúbulos e com polissomas, os quais parecem estar todos contidos e sustentados por essa trama. O fato de que essa trama pode ser armada e desarmada facilitaria também pequenos movimentos das organelas contidas no citoesqueleto.A exemplo dos microtúbulos, que são despolimerizados pela colchicina, osmicrofilamentos são despolimerizados pela citocolasina B. Tem sido demostrado queessa droga inibe diversas atividades celulares onde participam alguns tipos demicrofilamentos, por exemplo, a contração do músculo liso, a migração celular, aendocitose, a exocitose e outros processos, destruindo a organização regular dosmicrofilamentos associados com algumas dessas funções. Essa inibição pode ser tantopela destruição quanto pela estabilização de microfilamentos, mostrando que odinamismo entre os monômeros de actina dos microfilamentos e os do poolcitoplasmático é essencial para seu funcionamento. Sem dúvida, nem todos os

microfilamentos são sensíveis a citocolasina B. Conclui-se que os filamentos sensíveis acitocolasina B constituem a maquinaria contrátil das células não musculares.No músculo estriado os microfilamentos de actina reagem com os filamentos de miosina promovendo a contração muscular. Nesse tipo de músculo, os filamentos de actina e os de miosina apresentam um grau muito elevado de organização espacial. Nas células musculares lisas encontradas, por exemplo, no tubo digestivo , nos vasos sangüíneos, no útero, etc, a contração também se deve à interação actina-miosina.Os microfilamentos de actina são muito abundantes nos músculos e são encontrados,embora em menor número, no citoplasma de todas as células mas filamentos longos de miosina só foram encontrados nas células musculares estriadas. Nas células musculares lisas e nos demais tipos celulares, a miosina está presente como filamentos curtos ou bastonetes finos que, em cooperação com o microfilamento de actina são responsáveis pela contração.Portanto, a contração celular tem como base a interação actina- miosina. Nas célulasmusculares estriadas, que são especializadas para contração rápida e forte, a organização das duas proteínas (actina-miosina) atinge um grau muito elevado, o que não acontece e nem é necessário para outras células.Muitos movimentos celulares como a citocinese (divisão citoplasmática), a endocitose,fenômenos como o fenômeno do capuz, a fusão celular e a mobilização dos receptoresrequerem a interação dos microfilamentos com a membrana celular. Essa interação seestabelece através de ligações estáveis como o ATP e por 5 proteínas especiais, como avinculina.Alguns distúrbios nas células podem provocar a fosforilação da vinculina contribuindopara a desorganização do citoesqueleto unido à membrana celular. As desorganizações do microfilamento alteram a forma da célula.

2.3 - Filamentos IntermediáriosOs filamentos intermediários são polímeros fortes parecidos a cabos e são constituídos de polipeptídios fibrosos resistentes ao estiramento, desempenhando um papel estrutural na célula. Sua principal função é a de resistir à tensão mecânica, ou seja, proporcionar estabilidade mecânica às células.São chamados de "intermediários" porque seu diâmetro aparente (10 nm de espessura) está entre o dos filamentos de actina e o dos filamentos de miosina; sendo seu diâmetro também intermediário ao dos filamentos de actina e dos microtúbulos .Esses filamentos intermediários são muito heterogêneos quando se consideram suaspropriedades bioquímicas, porém, quanto à morfologia e localização, é possível agrupálos em apenas 4 tipos principais. Os filamentos intermediários formam retículos que interconectam o núcleo à superfície celular. Inserem-se no envoltório nuclear formando uma espécie de rede ao redor do núcleo, irradiando-se pelo citoplasma. Todos os filamentos intermediários são constituídos pela agregação de moléculas alongadas, cada uma formada por 3 cadeias polipeptídicas enroladas em hélice.

A presença dos filamentos intermediários se dá em grande número no epitélio ligando as células entre si por junções especializadas, nas células nervosas ao longo do comprimento dos axônios e em todos os tipos de células musculares.

Os tipos de filamentos intermediários são:Filamentos de queratina: São encontrados exclusivamente em células epiteliais eestruturas derivadas como pêlos, unhas e chifres. Denominados também detonofilamentos, filamentos de pré- queratina ou de citoqueratina constituem a classe mais complexa de filamentos intermediários.Esses filamentos são ancorados à superfície da célula onde tendem a convergir sobre os desmossomas. As citoqueratinas de mamíferos são proteínas alfa fibrosas que sãosintetizadas nas camadas vivas da epiderme e formam a maior parte da camada morta de extrato córneo.Neurofilamentos: Junto com os microtúbulos são os principais elementos estruturais dos axônios, dos dendritos e do pericário dos neurônios. Contém 3 polipeptídeos e são muito sensíveis à presença do cálcio. Formam um emaranhado tridimensional que faz do axoplasma um gel altamente estruturado.Filamentos Gliais: Encontram-se dispersos no citoplasma dos astócitos por uma proteína que apresenta propriedades muito ácidas. A glia (ou neuróglia) é encontrada no tecido nervoso do sistema nervos central e é constituída por alguns tipos celulares, todos com ramificações.Filamentos Heterogêneos: Incluem-se os filamentos intermediários de morfologia elocalizações similares, porém que contém diferentes proteínas. Como a Desmina, aVimentina e a Sinemina (peso molecular 55000) são as mais freqüentes, encontrados nos fibroblastos e em todas as células de origem mesenquimal. Por meio deimunofluorescência é possível observar que apresentam uma disposição ondulada(vimentus-ondeado).Os filamentos de DESMINA (peso molecular 55000) são encontrados nas célulasmusculares lisas e nas linhas Z e M das células estriadas que constituem os músculosesqueléticos e a musculatura cardíaca. As micrografias têm mostrado que os filamentos intermediários podem ligar-se aos microtúbulos através de pontes delgadas de um material ainda desconhecido. Isto é particularmente evidente em certos prolongamentos (axônio) das células nervosas. Esta associação também foi demonstrada por imunocitoquímica. A dissolução dos microtúbulos de fibroblastos por meio de colchicina modifica a posição dos filamentos de vimentina. Enquanto os microtúbulos estão intactos, os filamentos de vimentina percorrem todo o citoplasma, mas após a desmontagem dos microtúbulos pela colchicina, os filamentos de vimentina, aglutinam-se em volta do núcleo de fibroblasto.Os monômeros de vários tipos de filamentos intermediários diferem na seqüência deaminoácidos e possuem pesos moleculares muito diferentes. Porém, todos possuem um domínio central homólogo, na forma de um bastão, que apresenta uma estrutura

estendida e enrolada quando a proteína forma dímero. Dois dímeros se associam entre si e formam um tetrâmero simétrico, organizando-se em grandes conjuntos sobrepostos formando filamentos intermediários não polimerizado. Os Domínios em forma de bastão das subunidades constituem a estrutura central do filamento intermediário, enquanto os domínios de ambas as extremidades projetam-se para fora. Uma função dos domínios terminais variáveis pode se permitir que cada tipo de filamento se associe com outros componentes específicos, a fim de posicioná-lo de forma adequada para cada tipo de célula.

3 - Estruturas Compostas por Microtúbulos

Várias estruturas celulares derivam de grupos especiais de microtúbulos. Alguns deles,com ásteres do fuso, constituem organelas transitórias que surgem e desaparecem deacordo com os ciclos mitóticos e meióticos. Outros, tais como os cílios e flagelos, corpos (ou corpúsculos) basais e centríolo, são do tipo mais permanente.

3.1 -O aparelho mitóticoO áster aparece como um grupo de microtúbulos radiais que convergem para o centríolo, em volta do qual se observa freqüentemente uma zona clara denominada de microcentro ou centrossoma. Pouco se sabe da função dos ásteres, além de que nas células animais geralmente o fuso se forma entre eles, durante a mitose.O fuso também é composto por microtúbulos, podendo ser convenientemente estudado através da microscopia eletrônica. (O fato de que tanto os microtúbulos das áster como os do fuso apresentam uma propriedade física denominada birrefringência positiva permite observá-los ao microscópio de polarização e de interferência, em células vivas). Tem-se reconhecido dois tipos de aparelho mitótico; um que depende da presença de ásteres (fuso astral) e outro que independem desses (fuso anastral). Nas células vegetais não se encontram nem centríolos nem ásteres. Nestas células, a formação dos microtúbulos não está relacionada com os pólos, mas sim com os cinetócoros, que são regiões especiais dos centrômeros dos cromossomas. Estudos imunocitoquímicos têm mostrado que os centríolos, o fuso e o cinetocoros contém tubulina, sugerindo que estas estruturas podem ser intermediárias na montagem da tubulina em microtúbulos.Inicialmente, as fibras do fuso foram dividas em 3 tipos: cromossômicas, que unem oscromossomas aos pólos; contínuas, que se estendem de pólo a pólo; interzonais, que são observadas na anáfase e na telófase entre os cromossomas filhos. Entretanto, amicroscopia eletrônica demonstrou a existência de outros tipos: microtúbuloscinetocóricos, que como o nome indica, se originam nessa região dos cromossomas;microtúbulos polares, que se originam nos pólos; e microtúbulos livres.Estudos quantitativos excluíram a existência das chamadas fibras contínuas, uma vez que geralmente os microtúbulos não se estendem de um pólo ao outro.

Um dos aspectos que mais chamam a atenção no fuso é a facilidade com que se arma e desarma, tanto "in vivo" como em respostas a tratamentos diversos, pois normalmente a célula contém um gene "pool") de monômeros de tubulina que se encontram em uma espécie de equilíbrio dinâmico com microtúbulos polimerizados. Durante a mitose , também é produzido um ciclo de polimerização e despolimerização tanto nos microtúbulos citoplasmáticos quanto naqueles incorporados ao fuso.Acredita-se que a concentração intracelular de cálcio tenha um importante papel nesse ciclo. Recentemente estabeleceu-se uma relação entre a função desse íon e uma proteína de baixo peso molecular, fixadora de cálcio.

3.2 - Cílios e FlagelosOs cílios são estruturas com aspecto de pequenos pêlos com 0,25 micrômeros dediâmetros constituídos por um feixe de microtúbulos dispostos paralelamente e envoltos por uma membrana.Os cílios são curtos, múltiplos. Estendem-se a partir da superfície de muitos tipos decélulas e são encontrados na maioria das espécies animais, em muitos protozoários e em algumas plantas inferiores. Têm como função primária a de movimentar fluido sobre a superfície celular ou deslocar células isoladas através de um fluido.Os flagelos dos espermatozóides de muitos protozoários possuem grande semelhançacom cílios, porém muito mais longos.Os flagelos são geralmente únicos e bem longos. No corpo humano estão situados apenas nos espematozóides. Na cauda do espermatozóides já foram verificadas mais de 200 tipos de proteínas. Os corpúsculos basais se reproduzem por mecanismo pouco conhecido.Estes processos em geral iniciam-se por aglomeração de substâncias eletrondensas, omaterial pericentriolar, que podem ocorrer perto de centríolos preexistentes ou, então, livre no citoplasma, independentemente de centríolos.O movimento de um cílio ou de um flagelo é produzido pela curvatura de seu núcleochamado axonema. O axonema é composto por microtúbulos e suas proteínas associadas.Tanto cílios como flagelos são feixes de microtúbulos. Os microtúbulos estão dispostosnesta forma: nove microtúbulos duplos especiais formam um anel ao redor de um par de microtúbulos simples. Este arranjo é característico de quase todas as formas de cílios e flagelos eucarióticos desde protozoários até humanos. Enquanto o par central é formado por microtúbulos completos e separados; os pares externos ou periféricos são compostos por um microtúbulo completo e outro parcial, mantidos unidos .Descrevem-se ainda , nos cílios e flagelos , pequenos braços que partem de um dosmicrotúbulos dos pares periféricos ligando-se aos pares vizinhos: são formados por uma proteína , a nexina. Além desta estrutura , descrevem-se pequenas pontes que unem-se aos pares de microtúbulos periféricos. Sabe-se que os pequenos braços são constituídos por uma proteína de pequena atividade ATPásica chamada dineína. Uma

série de experiências realizadas com flagelos isolados de cauda de espermatozóide demonstraram que os pares de microtúbulos deslizam entre si durante a contração e que a força motriz para este movimento deriva da interação dos braços de dineína com microtúbulos vizinhos. A dineína é uma molécula grande (400.000 dáltons). Ela estabelece contato com a tubulina dos microtúbulos vizinhos e gera força da mesma intensidade que a miosina com a actina. Essas forças promovem movimentos de deslizamento entre pares de microtúbulos vizinhos, provocando o deslizamento de um par em relação ao outro.Este deslizamento é limitado por proteínas que prendem os pares de microtúbulos aosoutros. O resultado da ação destas forças contidas leva a um dobramento dos cílios.Portanto é a dineína que dirige os movimentos dos cílios e flagelos em células não musculares.Várias observações sugerem que o ATP fornece energia para o movimento ciliar eflagelar. Por exemplo, a queda do teor de ATP nos espermatozóides diminui suamotilidade: a adição de ATP a células ciliadas e flagelos isolados e previamente tratados por detergentes ( para remover a membrana e facilitar a entrada de ATP) promove rigorosos movimentos dos cílios e flagelos. Nas células do epitélio ciliado, asmitocôndrias dispõem-se principalmente no pólo apical, em situação ideal para fornecer aos cílios ATP por elas induzido. Fenômeno análogo ocorre nos espermatozóides dos mamíferos, cujos flagelo é envoltos por uma espiral de mitocôndrias na sua porção inicial.Os cílios e flagelos são estruturas complexas constituídas por mais de 30 proteínasdiferentes, várias das quais são imprescindíveis para a sua movimentação. Recentemente , estudando os flagelos de pessoas estéreis, verificou-se que a doença de Manes-Kartagener descrita há várias décadas e caracterizada por esterilidade e infecção respiratória crônica é causada pela ausência de braços de dineína nos cílios e flagelos, o que impede a sua movimentação impossibilitando o movimento de espermatozóides e o batimento celular responsáveis pela eliminação contínua de poeiras que penetram na árvore respiratória.Recentemente, foram descritas outras doenças de sintomatologia semelhante, causadas pela ausência de outras proteínas dos cílios e flagelos que também participam de sua movimentação, criando assim um complexo de enfermidades: síndrome dos cílios imóveis.Os flagelos e cílios crescem a partir de corpúsculos basais ou cinetossomas semelhantes aos centríolos que possuem nove grupos de três microtúbulos fundidos em tripletes e formam a parede do mesmo. Durante a formação ou regeneração de um cílio cada par de microtúbulos do axonema se forma a partir de dois dos microtúbulos do triplete do corpúsculo basal. Freqüentemente os corpúsculos basais apresentam prolongamentos de estriações transversais que se dirigem para o centro do citoplasma, formando as chamadas raízes dos cílios, que teriam a função de sustentar e ancorar os cílios na célula.

3.3 - Centríolos e Corpúsculos BasaisOs centríolos são estruturas cilíndricas que medem 0,2 mm x 0,5 mm, podendo alcançar até 2 mm no eixo longitudinal. Apresentam as extremidades abertas, a menos que o centríolo carregue um cílio. Nesse caso, as duas estruturas se encontram separadas por uma placa ciliar.A parede do centríolo possui 9 grupos de microtúbulos dispostos em círculo. Cada grupo é formado por um conjunto de 3 microtúbulos (em vez de 2 observados nos cílios), os quais estão inclinados em direção ao centro. Os túbulos são designados como subfibrilas A, B e C, a partir do centro para a periferia. Tanto a subfibrila A como a B atravessam a placa ciliar e se continuam como as subfibrilas correspondentes do axonema; a subfibrila C termina próximo da placa ciliar. Nos centríolos não existem microtúbulos centrais nem braços especiais.Os centríolos se apresentam nas células em par. Os centríolos-irmãos deste par dispõem-se perpendicularmente entre si e um par já duplicado de cada centríolo (consistindo em um centríolo recém-formado e o seu genitor, se acha em cada pólo do fuso da metáfase.Os dois membros de cada par vão se separar no período da intérfase subseqüente.O centríolo cresce a partir do extremo distal e, no caso dos cinetossomas (corpúsculosbasais), os cílios se formam a partir desta extremidade. Os procentríolos, que se formam em ângulo reto em relação ao centríolo, estão localizados perto da extremidade proximal. Existem atualmente vários indícios de que os centríolos poderiam se originar por diferentes mecanismos. Os centríolos destinados a formar fusos mitóticos se originam diretamente da parede do centríolo preexistente. Os centríolos filhos aparecem primeiro sob a forma de estruturas anulares (procentríolos) que crescem até se converter em cilindros. Os grupos de 3 túbulos originam-se em grupos simples ou duplos que aparecem primeiro na base do procentríolo. Quando atingem metade do seu crescimento, os centríolos filhos são liberados no citoplasma, onde se completa a sua maturação. O outro mecanismo de formação do centríolo dá origem aos centríolos que são destinados a se transformar em corpúsculos basais, como no caso do epitélio ciliado. Essas estruturas se organizam progressivamente a partir de um material fibrogranular precursor localizado no citoplasma apical. Os cinetossomas recém formados se aliam em fileiras abaixo da membrana celular, e cada um deles pode então produzir satélites ao seu lado, uma raiz a partir da base e um cílio a partir do ápice. O desenvolvimento do cílio começa com o surgimento de uma vesícula que adere ao extremo distal do cinetossoma. Ao crescer, o corpo do cílio empurra para fora a parede da vesícula, a qual se constitui em uma bainha ciliar temporária até que se forme a permanente.

4 - Papéis Funcionais em Células Não-Musculares

A base molecular da contração nos sistemas não-musculares se encontra ainda no terreno das hipóteses, porém o modelo que está se desenvolvendo é, de certa maneira, semelhante ao do músculo, uma vez que se baseia na interação dos filamentos de actina e miosina, como conseqüente produção de uma força de deslocamento. O sistema de contração em células não-musculares é muito lento quando comparado as células musculares.Provavelmente isto ocorre porque as proteínas que constituem o sistema não-muscular apresentam uma distribuição mais ao acaso e também por possuírem uma concentração muito menor de miosina.Para que possa ocorrer vários dos movimentos das células não-musculares (extensão etroca na forma das células, locomoção, formação de pseudópodes) a superfície celular e o sistema contrátil devem estar intimamente acoplados. Esse acoplamento poderia ser estabelecido pelas moléculas de alfa actina que ligam a actina à membrana celular .Diferente dos músculos que possuem os filamentos de actina estáveis, a maioria dascélulas não-musculares contém filamentos ou estruturas transitórias que podem aparecer e desaparecer em menos de um minuto. Portanto deve haver um mecanismo que controla a montagem e desmontagem dos monômeros de actina e a formação de fibras de tensão.Alguns exemplos dessas estruturas transitórias podem ser: o anel contrátil, um feixe de filamentos de actina e de filamentos de miosina II em forma de cinturão. Este anelaparece sob a membrana plasmática durante a fase M do ciclo celular; forças geradas por ele buscam a membrana para dentro e assim contraem a parte mediana da célula, levando a separação de duas células filhas, num processo conhecido como citocinese.Outro exemplo de estruturas contráteis temporárias dos filamentos de actina e miosina II são as fibras tensionais, componentes importantes do citoesqueleto de fibroblastos. Mas nem todas as estruturas contráteis de filamentos de actina e miosina encontradas nas células não-musculares são transitórias. Aquelas associadas com junções intercelulares chamadas cinturões de adesão, por exemplo, são freqüentemente mais duradouras. Os cinturões de adesão são encontrados próximos à superfície apical de células epiteliais. Entre suas funções parecem ter um papel importante no dobramento das camadas epiteliais durante a embriogênese.Proteínas fixadoras de actina: São proteínas que possuem interação com as proteínas de actina. Baseando-se em sua possível função, pode-se classificar essas proteínas em: (A) aquelas que tendem a produzir uniões transversais, favorecendo a formação de géis (gelificação); (B) aquelas que produzem o efeito oposto (solação), ou seja a diminuição da viscosidade, fragmentando os filamentos de actina e formando um capuz "cap", e(C) aquelas que tendem a estabilizar a actina em sua formação monomérica (actina G) e que também levam à formação do estado sol.

A calmodulina é uma proteína com afinidade para o íon Ca?² e quando forma umcomplexo com o mesmo (complexo calmodulina) ativa a cinase da cadeia leve damiosina, enzima que catalisa a fosforilação da miosina. Em conseqüência muda aconformação das cabeças de miosina, resultando no deslizamento dos microfilamentos de actina adjacentes, causando a contração nas células não-musculares.Existem basicamente 2 tipos de motilidade celular, nos quais ocorrem com a participação dos microfilamentos e as interações entre a actina e miosina. A ciclose é um tipo de movimento das células não-musculares. Esse tipo de movimento é caracterizado pela geração de correntes citoplasmáticas provocadas por ação de microfilamentos e que através dessas correntes contínuas deslocam grânulos citoplasmáticos. A corrente citoplasmática ou ciclose pode ser facilmente observada em células vegetais. Nestas células, em geral, o citoplasma está circunscrito a uma capa próxima à parede celulósica e as finas trabéculas que atravessam o grande vacúolo central e é possível observar-se correntes contínuas que deslocam os cloroplastos e outros grânulos citoplasmáticos.O experimento clássico sobre ciclose foi realizado em grandes células cilíndricas deNiella, as quais possuem uma capa protoplasmática delgada rodeando o vacúolo central.Esta capa protoplasmática está subdividida em uma região cortical de citoplasmaestruturado, no qual estão incluídos cloroplastos imóveis, e uma capa isolada decitoplasma (endoplasma) onde a ciclose ocorre. O conjunto está rodeado pela membrana celular, abaixo da qual se observa uma faixa única de microtúbulos. Na região cortical, abaixo dos cloroplastos, existem feixes de filamentos de actina cuja direção é paralela à direção da ciclose. Acredita-se que a força impulsora inserida dada pelo mecanismo de interação de actina - miosina que ocorreria na região de limite entre o citoplasma estático e o endoplasma móvel.O movimento amebóide é um outro tipo de sistema de contração das células nãomusculares.Este tipo de movimento está presente nos protozoários (amebas) e em célulasanimais (leucócitos, fibroblastos, macrófagos). Ele se realiza através da extensão, pelacélula, de prolongamento da camada cortical do citoplasma muito rica em actina. Esseprolongamento é denominado pseudópodos, e, ao se fixar num substrato, parece puxar o resto da célula em sua direção. Embora esta forma de locomoção possa ser melhor observada na amebas, também existem muitos outros tipos celulares, como, por exemplo, nos leucócitos.Em um cultivo formado por uma monocamada de células observa-se, às vezes, um tipode movimento amebóide ruffling (folho, pregueado). Este movimento é feito através da emissão de prolongamentos da superfície, que estabelece contato intermitente com a superfície no vidro. Por meio da aderência e separação alternadas deste prolongamento pregueado, a célula consegue deslocar-se sobre uma superfície de suporte e movimentarse ativamente até a zona de migração do cultivo.

Acredita-se geralmente que os microfilamentos participem no movimento amebóide. Têm sido observados, em amebas, filamentos de actina e de miosina mais espessos, e parece não haver dúvidas de que a interação actina-miosina proporciona a força motora.Entretanto, as opiniões estão divididas no que se refere ao local mais provável dacontração. Enquanto que alguns pesquisadores consideram a região posterior da ameba que avança como a mais ativa, outros dão maior importância maior à extremidade anterior.As microvilosidades são projeções digitiformes encontradas na superfície de muitascélulas animais. São particularmente abundantes em algumas células epiteliais quenecessitam de uma grande área de superfície para desempenhar eficientemente suasfunções. O estudo destas microvilosidades por microscopia eletrônica revelou a presença de actina, miosina e alfa-actina, proteínas relacionadas com a contração, mas que nas microvilosidades possuem a função de sustentação da forma alongada dasmicrovilosidades. Estão presentes 40 microfilamentos de actina no interior dasmicrovilosidades. Estes microfilamentos se prendem em espessamentos que ocorrem nas extremidades dos microvilos e que se ligam entre si e com a membrana plasmática por meio de várias proteínas.As células ciliares presentes no organismo humano (na árvore respiratória e trompauterina) encontram-se associadas a células que secretam muco e têm como conseqüência o transporte unidirecional de uma camada delgada de muco que reveste a superfície interna destas estruturas. Desta maneira a poeira que atinge a árvore respiratória é captada pelo muco e transportada para a cavidade bucal, enquanto que na trompa ocorre um fluxo de muco para o útero, o que facilita o transporte dos óvulos.Já nos espermatozóides seu movimento flagelar ocorre por um abalo tipo vaivém devido a uma contração na sua base que se transmite ao longo de sua extensão em uma região rica em mitocôndrias, perto do núcleo do espermatozóide. A atividade do flagelo movimenta o espermatozóide para frente.Como já foi estudado na parte 3.2 Cílios e Flagelos, estes tem grande participação nosprocessos de movimentação de células não-musculares.Existe também microtúbulos não só nos cílios e flagelos mas também no citoplasma. Os microtúbulos citoplasmáticos se encontram em constante reorganização, crescendo em ema parte graças a polimerização local dos dímeros de tubulina (parte "mais") ediminuindo em outra graças a despolimerização da tubulina (parte "menos"). Asprincipais funções desses microtúbulos são: processos de mudança de forma celular,transporte intra-citoplasmático de partículas e para os movimentos cromossômicos namitose.Os microtúbulos também participam do transporte intracelular de partículas em célulasnão-musculares, como no caso do fluxo que ocorre nos axônios e no transporte e

exocitose dos grânulos de secreção nas células glandulares. Nestas situações, osmicrotúbulos não se associam como ocorre nos cílios e flagelos, não apresentam osbraços de dineína e esta proteína é substituída por outra chamada cinesina (Fig 3.2.G),que também apresenta atividade ATPásica. Na realidade, o funcionamento dosmicrotúbulos é extremamente complexo, já que apresentam inúmeras proteínas que se associam a eles.

5 - Papéis Funcionais em Células Musculares

O tecido muscular é responsável pelos movimentos corporais. É constituído por célulasalongadas caracterizado pela presença de grande quantidade de filamentoscitoplasmáticos responsáveis pela contração.De acordo com sua classificação morfológica é dividido em músculo liso, músculoestriado esquelético e estriado cardíaco.As células musculares são tão diferenciadas que seus componentes receberam nomesespeciais. A membrana é chamada de sarcolema, o citoplasma (preenchidoprincipalmente de fibrilas paralelas - as miofibrilas) recebe o nome de sarcoplasma, oretículo endoplasmático é chamado de retículo sarcoplasmático, e as mitocôndriasrecebem o nome de sarcossomas.A célula muscular estriada apresenta um alto grau de especialização para realizarmovimentos. Na vida embrionária, as células musculares precursoras se fundemformando as fibras musculares estriadas esqueléticas, que agrupam-se em feixes cujasextremidades são presas a tendões inseridas nos ossos. Estas fibras contêm um feixe de delgadas estruturas cilíndricas denominadas miofibrilas. As miofibrilas são cilíndricas, apresentam um diâmetro de 1 a 2 mm e correm longitudinalmente à fibra muscular, preenchendo quase que completamente seu interior. Cada miofibrila apresenta alternadamente bandas I e bandas A.As miofibrilas são formadas por unidades repetidas, denominadas sarcômeros. Cadaunidade desta (sarcômero) é limitada por duas estrias finas e eletrondensas denominadas estrias Z. O sarcômero é constituído por filamentos de dois tipos. Em um dos tipos os filamentos são finos, dirigem-se medial mente, porém não atingem o centro do sarcômero e são constituídas por actina. No outro tipo os filamentos são grossos, encontram-se no centro do sarcômero e são constituídos por proteínas fibrilares chamadas miosina .As miofibrilas do tecido muscular estriado contém basicamente 4 tipos básicos deproteínas: miosina, actina, troponina e tropomiosina.MIOSINA: É uma molécula grande tendo forma de bastão sendo formada por 2 peptídeos enrolados em hélice. Em uma de suas extremidades a miosina apresenta uma saliência globular ou cabeça, que possui locais específicos para combinação com o ATP e é dotada de atividade ATPásica. Quando submetida a ligeira proteólise, a molécula de miosina pode ser dividida em 2 fragmentos: meromiosina leve e

meromiosina pesada. O fragmento leve corresponde à maior parte da porção do bastão da molécula, enquanto que a pesada contém a saliência globular (cabeça).ACTINA: Apresenta-se sob forma de polímeros longos (actina F) formados por duascadeias de monômeros globulares (actina G) torcidas uma sobre a outra. Umacaracterística importante das moléculas de actina G é a sua assimetria estrutural. Quando elas se polimerizam para formar a actina F, frente a um monômero combina-se com a parte posterior do outro produzindo um filamento polarizado.TROPONINA: É um complexo por 3 subunidades: TnT, que se liga fortemente atropomiosina; TnC, que têm grande afinidade para os íons cálcio; e TnI, que cobre o sítio ativo da actina onde ocorre a interação entre a actina e a miosina. Cada molécula de tropomiosina tem um local específico onde se prende um complexo (três subunidades) de tropomiosina.TROPOMIOSINA: É uma molécula longa e fina , com cerca de 40 nm de comprimento,contendo duas cadeias polipeptídicas, uma enrolada na outra. As moléculas detropomiosina unem-se umas às outras pelas extremidades, para formar filamentos longos que se localizam ao longo do sulco existente entre os dois filamentos de actina F. O sarcômero em repouso consiste em filamentos finos(actina) e grossos(miosina) que se sobrepõem parcialmente. Durante o ciclo de contração os dois tipos de filamentos conservam seus comprimentos originais. Se a contração não é devido ao encurtamento dos filamentos, deve ser conseqüência de um aumento na zona de sobreposição entre os filamentos.A principal função desempenhada pelas estruturas do citoesqueleto nas célulasmusculares é a movimentação celular, que resulta na contração muscular.A contração muscular ocorre pelo deslizamento dos filamentos de actina sobre osfilamentos de miosina para o interior do sarcômero, isso provoca a aproximação dasestrias Z. Comparando-se o músculo contraído com o distendido, nota-se que nocontraído os filamentos finos de actina ficam menos visíveis graças ao seu eslizamento por entre os filamentos grossos de miosina.A contração se inicia na faixa A, onde os filamentos finos e grossos se sobrepõem.Durante o ciclo de contração a actina e miosina interagem da seguinte maneira: Durante o repouso, ATP liga-se à ATPase das cabeças da miosina. Para atacar a molécula de ATP e liberar energia, a miosina necessita da actina que atua como um cofator. No músculo em repouso a miosina não pode associar-se a actina devido à repressão do local de ligação do complexo troponina-tropomiosina fixado sobre o filamento de actina F. Todavia, quando há disponibilidade dos íons cálcio estes combinam-se com a unidade TnC da troponina.Isto muda a configuração espacial das três subunidades de troponina e empurra amolécula de tropomiosina mais para dentro do sulco da hélice de actina. Emconseqüência , ficam expostos os locais de ligação dos componentes globulares da actina e esta fica livre para interagir com a cabeça da molécula de miosina. A

combinação dos íons cálcio com a TnC corresponde à fase em que o complexo miosina-ATP é ativado.Como resultado da ponte entre a cabeça da miosina e a subunidade de actina G dofilamento fina, o ATP é convertido em ADP+P e energia. Esta atividade leva a umadeformação da cabeça e de parte do segmento em bastão da miosina, aumentando acurvatura da cabeça.Como a actina está combinada com a miosina , o movimento da cabeça da miosinaempurra o filamento da actina, promovendo seu deslizamento sobre o fino filamento de miosina.Embora os filamentos grossos possuam um elevado número de cabeças de miosina, em cada momento da contração apenas um pequeno número de cabeça alinha-se com os locais de combinação da actina. À medida em que as cabeças de miosina movimentam a actina, novos locais para formação das pontes actina- miosina aparecem. Não existindo o ATP, o complexo actina-miosina torna-se estável; isto explica a rigidez muscular muito intensa que ocorre após a morte (rigor motriz).

Comunicação e sinalização celular

“Do simples para o complexo, moléculas organizadas formam as células, que unidas formam os tecidos, que unidos formam os órgãos, os quais unidos formam os sistemas orgânicos que criam e mantém a vida.”

“A vida de todos os organismos pluricelulares baseia-se na comunicação e nas interações entre as células que os compõem”

Assim pensando, a vida depende basicamente do bom funcionamento de suas células, tanto de forma individual como de forma coletiva. De forma individual as células devem ter aparatos que permitam garantir a normalidade estrutural e bioquímica, e de forma coletiva deverão se relacionar através de sistemas de comunicação e sinalização. Essa comunicação poderá ocorrer por contato direto ou por intermédio de moléculas de sinalização.

Comunicação por Contato direto:

Junções comunicantes: Permitem a passagem direta de moléculas pequenas (<1500Da) entre as células tais como os eletrólitos e os 2º mensageiros.

Moléculas de aderência: São glicoproteínas transmembrana que pertencem a cinco grandes famílias:

1- Integrinas2- Caderinas3- Selectinas4- Imunoglobulinas5- Moléculas ricas em leucina

As moléculas de aderência celular desempenham papéis importantes tanto durante o desenvolvimento embrionário quanto nos fenômenos de reparação tecidual e combates a invasões tumorais na vida adulta.

Comunicação por Moléculas de sinalização:

As moléculas de sinalização de origem celular podem pertencer a várias famílias de substâncias bioquímicas e atuarão como mensageiras entre duas células mais ou menos distantes entre si.

Famílias das moléculas de sinalização

•Neurotransmissores

• Hormônios e neuro-hormônios

• Citocinas

• Imunoglobulinas

• Eicosanóides (derivados do ác. aracdônico)

• Gases (ON, CO)

Dentre os diferentes tipos de comunicação celular que envolvem moléculas de sinalização destacam-se:

Comunicação endócrina – Torna possível a ligação de células distantes através de sinais químicos. As moléculas sinalizadoras são os hormônios. Atingem a célula alvo através da circulação sanguínea.

Comunicação parácrina – Comunicação entre células vizinhas que não utiliza a circulação. Ex: células endoteliais-musculatura lisa vascular, onde o óxido nítrico atua como modulador do tônus.

Comunicação neurócrina – Semelhantemente à parácrina, essa comunicação ocorre entre células próximas. A diferença existe no tipo de ligação, tendo em vista que a comunicação neurócrina somente liga uma célula nervosa a outra, ou a uma célula muscular. O mecanismo básico é a sinapse (neuro-neuronal ou neuro-muscular).

Comunicação autócrina – Ocorre quando o sinal age sobre a célula que o emitiu. Muito utilizado com a intenção de amplificar sinais, como a retroalimentação positiva. Pode também atuar na retroalimentação negativa, inibindo sua própria síntese. Vale ressaltar, que há necessidade de que a célula que produz a substância, também possua receptor para a mesma.

Comunicação intrácrina – Forma especializada de comunicação autócrina. Visa atuação dentro da própria célula, não chegando a haver exteriorização do sinal. Faz-se necessário um receptor intracelular.

Comunicação justácrina – As moléculas sinalizadoras participantes possuem baixo peso molecular, além das moléculas de aderência. A proximidade no contato entre moléculas de aderência vizinhas na superfície celular, possibilita a transmissão

As trocas de informações entre as células condicionam e regulam o funcionamento dos órgãos e determinam a homeostase de todo o organismo. As informações são transmitidas de célula a célula sob a forma de moléculas. De acordo com a natureza química das moléculas de sinalização ocorrerão respostas celulares diferentes em diferentes locais. As moléculas podem ser classificadas em:

Hidrossolúveis – São pequenas moléculas derivadas dos aminoácidos, as catecolaminas, ou peptídeos, moléculas de grande peso. São os neuro-transmissores ou hormônios.

Lipossolúveis – Moléculas de pequeno tamanho, cuja capacidade de difusão através da membrana celular as caracteriza. Podem ser derivadas do colesterol (esteróides), derivadas de aminoácidos (tireóideos) ou compostos gasosos (ON e CO).

Para que haja resposta a uma determinana molécula sinalizadora a célula deverá ter a capacidade de reconhecer a substância. Este reconhecimento é feito através dos receptores localizados na membrana celular, no citosol ou no núcleo. Os mecanismos de homeostase envolvem ação de diversos receptores distribuídos nos vários compartimentos orgânicos. Na medida em que você for aprofundando seus conhecimentos nas diversas seções dessa WebQuest você será informado sobre os diferentes receptores envolvidos em respostas que visam o equilíbrio e manutenção do ambiente interno, ou seja, a homeostase.

Moléculas sinalizadoras e seus receptores

A - Moléculas de sinalização ativas nos receptores da membrana

1 - Hormônios peptídicos

- Hipotalâmicos (TRH, CRH, GH-RH, GnRH, etc)- Adeno-hipofisários (GH, TSH, ACTH, prolactina, LH, FSH)- Neuro-hipofisários (ADH, ocitocina)- Tireóideos (Calcitonina)- Paratormônio (PTH)- Pancreáticos (Insulina e glucagon)- Fatores endoteliais (endotelina)

2 - Citocinas3 - Eicosanóides (prostaglandinas e tromboxanos)4 - Neurotransmissores (norepinefrina, acetilcolina, serotonina, etc) e neuropeptídeos

B - Moléculas de sinalização ativas nos receptores intracelulares (citosólicos e/ou nucleares)

1 - Hormônios esteróides

- Glicocorticóides e mineralocorticóides- Sexuais (testosterona, estrogênios, progesterona)- Vitamina D

2 - Hormônios tireóideos (T3/T4)3 - CO, ON

COMUNICAÇÃO CELULAR As células em um organismo multicelular, precisam se comunicar umas com as

outras de modo a direcionarem e regularem seu crescimento, desenvolvimento e organização. Células animais se comunicam secretando substâncias químicas que sinalizam células distantes.

Sinais endócrinos ocorrem quando substâncias chamadas hormônio são secretadas pelas células e viajam através da corrente sanguínea até células-alvo. Na sinalização parácrina, a célula secreta mediadores químicos locais que ajem somente em células vizinhas. Moléculas de sinalização parácrina são rapidamente internalizadas, destruidas ou imobilizadas. A sinalização sináptica ocorre quando moléculas são liberadas de vesículas em juncões neuronais chamadas sinapses. Estas moléculas, os neurotransmissores, se difundem através da fenda sináptica e vão agir

somente na célula-alvo pós-sináptica. Todas estas substâncias químicas se ligam à receptores de dentro ou de fora da célula-alvo iniciando a resposta celular.

O mecanismo de recepção varia de acordo com a solubilidade de cada tipo de molécula (endócrina, parácrina ou neurotransmissor) em água. Moléculas hidrofóbicas precisam ser carregadas pela corrente sanguínea ligadas a proteínas transporte e por isso sua meia-vida na corrente sanguínea é de horas ou dias, ao contrário de moléculas hidrofílicas que são degradadas rapidamente. Portanto, moléculas de sinalização que são solúveis em água usualmente medeiam respostas de curta duração, enquanto moléculas de sinalização que não são solúveis em água medeiam respostas bem mais longas.

Receptores intracelulares

Pequenas moléculas hidrofóbicas de sinalização (hormônios esteróides e

tireoideanos) atravessam a membrana da célula-alvo para se ligarem a receptores intracelulares localizados no citoplasma ou no núcleo desta célula. O complexo hormônio-receptor sofre uma mudança conformacional que leva a um aumento da afinidade do receptor pelo DNA regulando a transcrição de genes específicos, tal ligação, leva à ativação ou à supresão destes genes. O produto de alguns genes, ainda, podem servir de ativadores de outros genes produzindo um efeito secundário.

Receptores celulares ligados à membrana

Todas as moléculas hidrofílicas e as prostaglandinas efetuam sua resposta

celular por se ligarem a receptores proteicos específicos localizados na membrana da célula-alvo. Estes receptores se ligam a moléculas sinalizadoras com grande afinidade e transduzem o sinal em sinais intracelulares que afetam o desenvolvimento celular. Receptores de membrana não regulam a expressão gênica diretamente. Estes receptors transmitem o sinal através da membrana e a resposta da célula-alvo vai depender de moléculas secundárias, denominadas segundo mensageiro (ex: cAMP, fosfato de inositol ou cálcio).

Existem três tipos de receptores de membrana, baseados no mecanismo de transdução de sinal.

Receptores associados a canais: estes são canais de ions involvidos na sinalização sináptica ( tecido nervoso ou junção neuromuscular).Um transmissor específico pode rapidamente abrir ou fechar os canais de ions por se ligarem a receptores associados a estes canais, mudando, assim, a permeabilidade da membrana celular a certo íon.

Receptores catalíticos: estes receptores se comportam como enzimas quando ativados por um ligante específico. A maioria destes receptores apresentam uma região citoplasmática catalítica que se comporta como uma tirosina quinase. Uma proteínas-alvo é fosforilada em resíduos específicos de tirosina, mudando, assim, sua conformação (ex: receptor para insulina).

Receptores associados a proteína-G: quando ligados a um ligante específico estes receptores, indiretamente, ativam ou inativam uma enzima ou um canal iônico ligados a membrana celular, esta interação é mediada por uma proteína associada a uma molécula de GTP. Proteínas-G associadas a receptores iniciam uma cascata de

eventos químicos dentro da célula-alvo que geralmente altera a concentração de mensageiros intracelulares como cAMP ou trifosfato de inositol, estes mensageiros intracelulares alteram o comportamento de proteínas intracelulares. O efeito destes mensageiros são rapidamente revertidos quando o sinal extracelular é removido.

MITOCONDRIAS

As mitocôndrias (do grego mito: filamento e chondrion: grânulo) estão presentes no citoplasma das células eucarióticas, sendo caracterizadas por uma série de propriedades morfológicas, bioquímicas e funcionais.Geralmente, são estruturas cilíndricas com aproximadamente 0,5micrômetros de diâmetro e vários micrômetros de comprimento. Uma célula hepática normal pode conter de 1.000 a 1.600 mitocôndrias, enquanto alguns ovócitos podem conter até 300.000. Microfilmagens em intervalos de células vivas mostram que as mitocôndrias são organelas notavelmente móveis e plásticas, mudando constantemente suas formas e mesmo fundindo-se umas com as outras e se separando novamente. Possuem organização estrutural e composição lipoprotéica características, e contêm um grande número de enzimas e coenzimas que participam das reações de transformação da energia celular.

A mitocôndria de acordo com a figura acima é organizada em:

Matriz: a matriz contêm uma mistura altamente concentrada de centenas de enzimas, incluindo aquelas necessárias à oxidação do piruvato e ácidos graxos e para o ciclo de Krebs. A matriz contêm também várias cópias do DNA mitocondrial, ribossomos mitocondriais essenciais, RNAt, e várias enzimas requeridas para expressão dos genes mitocondriais. Membrana Interna: a membrana interna é desbobrada em numerosas cristas que aumentam grandemente a sua área superficial total. Ela contêm proteínas com três tipos de funções: 1. aquelas que conduzem as reações de oxidação da cadeia respiratória 2. um complexo enzimático chamado ATPsintetase, que produz ATP na matriz 3. proteínas transportadoras específicas, que regulam a passagem para dentro e fora da matriz. Uma vez que um gradiente eletroquímico é estabelecido, através dessa membrana pela cadeia respiratória, para direcionar a ATPsintetase, é importante que a membrana seja impermeável a maioria dos pequenos íons. Membrana Externa: devido

ao fato de conter uma grande proteína formadora de canais (chamada de porina), a membrana externa é permeável a todas as moléculas de 5.000daltons ou menos. Outras proteínas existentes nesta membrana incluem as enzimas envolvidas na síntese de lipídeos mitocondriais e enzimas que convertem substratos lipídicos em formas que possam ser subseqüentemente metabolizados na matriz. Espaço Intermembrana: esse espaço contêm várias enzimas que utilizam o ATP proveniente da matriz para fosforilar outros nucleotídeos.

Eletromicrografia de uma mitocôndria de uma célula pancreática

Eletromicrografia de uma mitocôndria de uma célula pancreática mostrando a membrana externa lisa e as numerosas invaginações da membrana interna chamadas de cristas. Notar também grânulos escuros de alta densidade no seio da matriz com diâmetro de 30 a 50 nm provavelmente constituído por um arcabouço protéico ou lipoprotéico ao qual se prendem íons de metais (cálcio e magnésio). Além desse componemtes distingue-se com certa dificuldade no interior da matriz regiões filamentosas constituídas por filamento de DNA e ribossomos medindo 15nm de diâmetro.

Função da mitocôndria:

A mitocôndria realiza a maior parte das oxidações celulares e produz a massa de ATP ( energia celular) das células animais. Na mitocôndria o piruvato e os ácidos graxos são convertidos em acetil-CoA que são oxidados em CO2, através do ciclo de Krebs (ciclo do ácido cítrico). Grandes quantidades de NADH e FADH2 são produzidas por essas reações de oxidação. A energia disonível, pela combinação do oxigênio com os elétrons reativos levados pelo NADH e pelo FADH2, é regulada por uma cadeia transportadora de elétrons na membrana mitocondrial interna denominada de cadeia respiratória.

A cadeia respiratória bombeia prótons ( H+) para fora da matriz para criar um gradiente eletroquímico de hidrogênio transmembrana. O gradiente transmembrana, por sua vez, é utilizada para sintetizar ATP e para dirigir o transporte ativo de metabólitos específicos através da membrana mitocondrial interna. A combinação

dessas reações é responsável por uma eficiente troca ATP-ADP entre a mitocôndria e o citosol de tal forma que o ATP pode ser usado para prover muitas das reações celulares dependentes de energia.

Gif animado ilustrando a formação do gradiente de Hidrogênio

As mitocôndrias são organelas presentes em todas as células eucarióticas podendo ter formas e tamanhos variados, possuem grande mobilidade, localizando-se em sítios intracelulares onde há maior necessidade de energia, pois sua função principal é a produção de ATP.

Esse compartimento é formado por duas camadas de membrana, uma externa, altamente permeável que possui proteínas formadoras de poros (porinas) que permitem o trânsito livre de moléculas, e uma interna, altamente especializada e mais fina que se dobra formando pregas chamadas cristas. Dentro da membrana interna existe uma substância amorfa onde estão os ribossomos, o DNA mitocondrial e as enzimas, responsáveis pelas várias funções da mitocôndria. E entre as membranas está o espaço intermembrana, que contém várias enzimas e onde acumula prótons transportados da matriz

Nos sabemos que para realizar a maioria dos trabalhos nós precisamos de energia. Essa energia pode ser luz, calor, barulho ou outras coisas. Felizmente, essas coisas não ficam soltas por aí, mas armazenadas em substâncias e resevatórios. Através de certas reações, nós podemos liberar essa energia armazenada e utilizá-la. Se você acende uma fogueira, você está fazendo o oxigênio do ar reagir com o carbono da fogueira e liberar o gás carbônico e energia na forma de luz e calor.

É claro que é meio difícil acender fogueiras dentro de nós, mas é possível realizar a combustão (queima) de algumas substâncias e obter energia através disso. Para realizar este trabalho, nossas células tem uma organela chamada mitocôndria. A mitocôndria vai trabalhar os "combustíveis" (principalmente açúcares) e retirar a maior parte da energia deles.

Essa energia é armazenada na forma de ATP (adenosina trifosfato) que vai ser como um reservatório da energia. Esse ATP pode então ir até um certo local e liberar a energia nele armazenada.

As mitocôndrias parecem um amendoím, tendo dentro de si uma membrana altamente pragueada (dobrada) formando o que chamamos de cristas mitocondriais. Entre as cristas existe um líquido chamado de matriz.

As mitocôndrias são pequenos orgânulos presentes apenas em células de eucariontes. Relacionam-se com os processos energéticos. Podem existir centenas ou até milhares numa única célula. Apesar de seu tamanho reduzido (de 2 a 8 µm de comprimento e 1,5 µm de diâmetro), as mitocôndrias são visíveis ao microscópio óptico, podendo ser coradas em células vivas.

Entretanto, foi o microscópio eletrônico que permitiu uma maior compreensão da estrutura das mitocôndrias. Cada mitocôndria tem duas membranas, uma externa e outra interna, de constituição e espessura semelhantes à membrana plasmática. A

membrana interna apresenta dobras, formando as chamadas cristas mitocondriais, mais ou menos numerosas. O interior da mitocôndria é repleto de um material de consistência fluida, chamado matriz mitocondrial.

O papel da mitocôndria se relaciona com a liberação de energia indispensável para o trabalho celular. Para seu funcionamento, elas usam oxigênio e substâncias orgânicas, que lhes servem de combustível. As moléculas orgânicas, como açúcares, por exemplo, são oxidadas e liberam energia. A esse processo chamamos de respiração celular.

A energia liberada é utilizada nas diversas formas de trabalho celular: movimento, produção de calor, síntese de macromoléculas, transporte ativo etc. Quanto mais ativa for a célula, maior será o número de mitocôndrias encontradas nela; a quantidade de cristas parece também ser proporcional à atividade celular. Além disso, o acúmulo de mitocôndrias numa certa região celular indica uma grande atividade no local

Funções da Mitocôndria

Produção de Energia;

Respiração Celular através do Ciclo de Krebs e da Cadeia Respiratória.

A mitocôndria é um dos mais importantes organelas celulares. Presente na maioria dos eucariontes, exceto em um grupo de protistas chamado Archezoa, entretanto a análise genômica desses organismos indica que eles podem ter perdido a mitocôndria ao longo da evolução. A principal evidência disso é que alguns genes codificadores de proteínas mitocondriais têm sido encontrados no genoma nuclear desses protistas (Bui & Bradley, 1996). Foi descrita por Altmann, em 1894 (que as denominou "bioblastos"), sugerindo sua relação com a oxidação celular. Seu número varia entre as células, sendo proporcional à atividade metabólica de cada uma, indo de quinhentas, mil ou até dez mil dessas estruturas por célula.

Apresenta duas membranas fosfolipídicas, uma externa lisa e outra interna que se dobra formando vilosidades, chamadas cristas. A região limitada pela membrana interna é conhecida como matriz mitocondrial, onde existem proteínas, ribossomas e DNA que codifica proteínas necessárias à respiração celular.

A presença de material genético na mitocôndria fez emergir teorias sobre sua origem. Muitos biólogos argumentam que a mitocôndria um dia teria sido um organismo bacteriano fagocitado por uma célula eucariota, passando a partir daí a viver em simbiose com seu hospedeiro. Seja qual for sua origem, sua função é vital para a célula, sem a qual há morte celular - e morte da própria mitocôndria. Sendo assim, as mitocôndrias foram selecionadas como entidades com baixo índice de mutações.

Geneticistas aproveitam essa propriedades para examinar, através do DNA mitocondrial, as relações de parentesco entre os grandes grupos de seres vivos.

Tendo-se como função a liberação de energia, a mitocôndria se faz excessivamente presente em células do sistema nervoso e no coração, uma vez que estes apresentam uma demanda maior de energia.

A mitocôndria apresenta forma esférica ou de bastonete, parecido com um pãozinho.

As mitocôndrias evoluem 20 vezes mais rápido do que as células normais. A nossa relação com elas são: as nossas células fornecem oxigênio para a organela e elas retribuem com energia.

Apenas suponhamos, se as mitocôndrias encontrassem outra fonte de oxigênio ou desenvolvessem um modo de produzi-lo, as nossas células morreriam. Mas este processo levaria milênios e até lá o nosso organismo já teria desenvolvido também uma forma alternativa de conseguir energia para a célula.