Estrutura e Funções Celulares: Citoesqueleto e Organelas

Citoesqueleto

Organização estrutural dos Filamentos de Actina

Os filamentos de actina são finos e flexíveis, onde cada filamento é uma cadeia torcida de moléculas globulares de actina. O filamento possui também uma polaridade estrutural (extremidade “menos” e “mais”). São geralmente reunidos em redes ou feixes. Possuem como propriedades funcionais conferir forma celular, proporcionar a locomoção celular, dentre outras. Apresentam-se na forma de monômeros globulares que são genericamente denominados actina G. Vários monômeros de actina G polimerizam-se, ou seja, encadeiam-se de maneira sequencial de modo a formar uma estrutura filamentosa que apresenta uma conformação semelhante a um colar de contas torcido, chamado de actina F (filamento de actina montado).

À medida que o filamento de actina polimeriza, observa-se que todo o filamento apresenta uma extremidade “menos” que se opõe a uma extremidade “mais”, referindo-se ao maior ou menor ganho relativo ou perda de monômeros de actina conforme a polimerização ou despolimerização.

Organização estrutural dos Microtúbulos

Os microtúbulos são estruturas cilíndricas, formadas a partir da polimerização de heterodímeros de tubulina (α-tubulina e β-tubulina) em protofilamentos, com 13 desses organizados concentricamente ao redor de um canal central ou lúmem. Assim como os filamentos de actina, são estruturas dinâmicas e apresentam ciclos de polimerização e despolimerização, caracterizando um equilíbrio de heterodímeros de tubulina solubilizados e polimerização nas extremidades “mais” e “menos”.

São responsáveis pela manutenção do formato das células, posicionamento das organelas e sustentação do citossol. Podem formar estruturas estáveis (cílios, flagelos, centríolos e corpúsculos basais) e/ou estruturas instáveis (instabilidade dinâmica).

Organização estrutural dos Filamentos Intermediários

Na estrutura dos filamentos intermediários, as subunidades (proteínas fibrosas de cadeia longa) associam-se formando um filamento. A associação ocorre por dois monômeros que formam um dímero paralelo; depois, dois dímeros formam um tetrâmero (a polaridade é perdida na formação do alinhamento antiparalelo). Então, tetrâmeros alinham-se extremidade com extremidade e polimerizam-se em protofilamentos. Os pares de protofilamentos associam-se lateralmente para formar uma protofibrila. Para finalizar, quatro protofibrilas enrolam-se para formar um filamento intermediário de 10nm de espessura, semelhante a uma corda.

A função fundamental dos filamentos intermediários é a sustentação do citossol e resistência a forças de tração, assim como a identificação de estruturas e tecidos através da técnica de imunocitoquímica.

Funções que envolvem interações com filamentos de actina

• Exemplo 1: Contração Muscular
  A ATPase é uma enzima que cliva ATP para liberar energia para a contração muscular; essa faz parte da molécula de miosina, um dos filamentos contráteis, juntamente com a actina, formando as miofibrilas. A ATPase constitui a “cabeça” móvel do filamento.
• Exemplo 2: Contatos Focais
  Os contatos focais são um exemplo de feixe de actina contrátil, que possui um espaçamento maior entre os filamentos de actina; esses são ocupados por moléculas de miosina, promovendo movimentos. Essas estruturas são encontradas nas regiões de adesão para proporcionar o deslocamento celular.

Funções que envolvem a participação de microtúbulos citoplasmáticos

• Exemplo 1: Cílios e Flagelos
  Nos cílios e flagelos, há um eixo formado por microtúbulos, o axonema, que promove o movimento dessas estruturas para deslocar partículas. O movimento é realizado pela dineína. Os cílios, a partir do batimento ciliar, promovem a movimentação do fluido sobre a superfície da célula ou propelem células isoladas. Enquanto os flagelos propelem os espermatozoides e muitos protozoários, sendo mais longos que os cílios.
• Exemplo 2: Transporte Axonal
  Os axônios são extensões citoplasmáticas de neurônios, responsáveis pela condução de impulsos nervosos. Vesículas revestidas por membrana contendo neurotransmissores produzidos no corpo celular viajam até a porção terminal do axônio (por trilhos de microtúbulos) onde o conteúdo é liberado na sinapse. Feixes de microtúbulos formam esses trilhos de transporte, onde as vesículas são movidas por proteínas motoras, entre elas a dineína.

Mitocôndria

Estrutura e compartimentos da mitocôndria e suas funções

A mitocôndria é composta por duas membranas mitocondriais (interna e externa) concêntricas e por projeções da membrana interna que formam cristas mitocondriais. Essas membranas delimitam os compartimentos internos da organela: espaço intermembranoso (entre membrana externa e interna), que contém ribossomos mitocondriais e moléculas de RNAm, RNAt e DNA mitocondrial (este último com formato circular).

Com a presença dessas moléculas, a mitocôndria é capaz de codificar 13 proteínas a partir de seu DNA. As proteínas direcionadas às mitocôndrias contêm uma pré-sequência terminal de aminoácidos carregados positivamente e estão associadas a uma proteína citossólica, a Hsp70. Essas sequências são reconhecidas por um receptor na superfície mitocondrial e passam por uma translocação pós-traducional, entrando nas membranas mitocondriais externa e interna através de receptores. A pré-sequência é clivada por uma protease da matriz mitocondrial, e uma Hsp70 mitocondrial liga-se a uma proteína transmembranar. A Hsp60 (outra chaperona) promove o dobramento da molécula proteica dentro da matriz. A interação da proteína importada com as chaperonas é um processo mediado por energia, dependente de ATP.

Outra proteína importante na mitocôndria é a porina, uma proteína canal presente na membrana mitocondrial externa. Ela garante à membrana uma alta permeabilidade, pois não oferece resistência ou controle à entrada de substâncias.

A membrana mitocondrial interna é o local da cadeia transportadora de elétrons que realiza a fosforilação oxidativa, a qual gera ATP. Essa cadeia respiratória ocorre na matriz; antes, o piruvato e ácidos graxos importados do citossol são convertidos em acetil-CoA na matriz. A acetil-CoA é oxidada em CO2 através do ciclo de Krebs. Os elétrons remanescentes são transportados pelas proteínas do complexo da cadeia respiratória, promovendo o bombeamento de prótons H+. Para a formação do ATP, os H+ são trazidos de volta do espaço intermembranoso para a matriz passando pela ATP-sintase, e unindo os H+ aos elétrons da cadeia respiratória, há a formação de água.

Núcleo

Componentes do núcleo interfásico

O núcleo celular é delimitado pelo envoltório nuclear e comunica-se com o citossol através dos poros nucleares. O nucléolo é responsável pela produção de ribossomos (RNA ribossomal). Essa organela define uma célula eucarionte e é o centro de controle de todas as atividades celulares, pois contém nos cromossomos todo o genoma (DNA) da célula, exceto o DNA mitocondrial.

Organização da cromatina

A cromatina nuclear é composta por DNA, RNA, histonas e proteínas não-histonas. Pode ser caracterizada de duas formas: eucromatina, que é desespiralizada, disponibilizando o DNA para transcrição; e a heterocromatina, que é espiralizada. Essas formas classificam os núcleos de acordo com a atividade sintética da célula. Núcleos heterocromáticos indicam baixa atividade, enquanto núcleos eucromáticos indicam alta atividade sintética, sendo observada a presença de nucléolo.

O DNA é enovelado ao redor do eixo pelo octâmero de histonas, proteínas responsáveis pela compactação do material genético. A H1 é uma histona de ligação que se liga ao DNA enovelado ao redor do eixo de octâmero. Esse eixo é formado por duas moléculas de cada tipo de histona: H2A, H2B, H3, H4. A fibra cromática é formada a partir da compactação de nucleossomos, unidade estrutural da cromatina nuclear.

Apoptose

A apoptose é um mecanismo de morte celular programada, um processo de “autodestruição” celular que ocorre de forma ordenada e demanda energia. Sendo um processo natural dos tecidos, com objetivo de renovação celular, é realizado por uma família de enzimas: as caspases.

O início desse processo é percebido pela retração do núcleo (que se torna heterocromático), picnose, alteração da permeabilidade das membranas, encolhimento celular e formação de corpos apoptóticos sem desintegração de organelas.

Esse processo é sinalizado pela fosfatidilserina, um lipídio de membrana interno que sofre flip-flop para que o macrófago englobe a célula em apoptose, de forma a não interferir nas células vizinhas.