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18.2: Componentes do citoesqueleto - Biologia

18.2: Componentes do citoesqueleto - Biologia



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A maioria das células eucarióticas se parece com um saco de citoplasma delimitado por membrana contendo um núcleo e organelas variadas em um microscópio óptico. No final do século 19, os microscopistas descreveram uma reorganização estrutural dramática das células em divisão. No mitose, cromossomos duplicados (ou seja, cromátides) condensam-se no núcleo assim que a membrana nuclear se dissolve. Fibras do fuso emergem e então parecem separar as cromátides em pólos opostos da célula. As fibras do fuso acabaram sendo feixes de microtúbulos, cada um dos quais é um polímero de tubulina proteínas. Vejamos abaixo aquela micrografia de fluorescência de uma mitose metáfase célula novamente; a maior parte da célula, exceto aquela que está fluorescente, não é visível na micrografia.

Para obter esta imagem, anticorpos foram feitos contra microtúbulos purificados, cinetocore e proteínas cromossômicas (ou DNA), e então ligados a diferentes fluoróforos (etiquetas fluorescentes moleculares orgânicas). Quando os fluoróforos foram adicionados às células em divisão em metáfase, eles se ligaram às suas respectivas fibras. Após a irradiação de luz ultravioleta, o fluoróforos emitem diferentes cores de luz visível, visíveis em um microscópio de fluorescência. Os microtúbulos são verdes, os cromossomos metafásicos são azuis e os cinetocores são vermelhos na micrografia.

Tanto a mitose quanto a meiose são exemplos muito visíveis de movimentos dentro de células, ambas já descritas no final do século XIX. Quanto ao movimento em organismos inteiros, os estudos de meados do século XX focaram no que as estrias (ou listras) vistas no músculo esquelético ao microscópio óptico poderiam ter a ver com a contração muscular. As estrias acabaram sendo compostas por um complexo de proteínas originalmente denominado actomiosina (ato para ativo; miosina para músculo). A microscopia eletrônica revelou posteriormente que a actomiosina (ou actinomiosina) é composto de filamentos finos (actina) e filamentos grossos (miosina) que deslizam um sobre o outro durante a contração muscular.

A microscopia eletrônica também sugeriu uma estrutura citoplasmática mais complexa das células em geral. o citoesqueleto consiste em finas hastes e tubos em estados mais ou menos organizados que permeiam a célula. Os mais abundantes desses componentes do citoesqueleto são microfilamentos, microtúbulos e filamentos intermediários. Mas, mesmo a miosina está presente em células não musculares, embora em concentrações relativamente baixas. Os microtúbulos são responsáveis ​​pelos movimentos cromossômicos da mitose e meiose, enquanto junto com os microfilamentos (ou seja, actina), eles permitem o movimento das organelas dentro das células (você pode ter visto streaming citoplasmático do Elodea cloroplastos em um exercício de laboratório de biologia). Microtúbulos também sustentam cílios- e flagelo-motilidade baseada em células inteiras, como paramécio, ameba, fagócitos, etc., enquanto microfilamentos de actina e miosina permitem o músculo e, portanto, maior movimento animal! Finalmente, o citoesqueleto é uma estrutura dinâmica. Suas fibras não só respondem pelos movimentos de divisão celular, mas também conferem às células uma resistência mecânica única formas. Todas as fibras podem se desmontar, remontar e reorganizar, permitindo que as células mudem de forma, por exemplo, criando pseudópodes em células amebóides e fibras fusiformes de mitose e meiose. Neste capítulo, examinamos a base molecular da estrutura celular e as diferentes formas de mobilidade celular.


Todas as células têm um citoesqueleto, mas geralmente o citoesqueleto das células eucarióticas é o que se quer dizer ao discutir o citoesqueleto. As células eucarióticas são células complexas que possuem um núcleo e organelas. Plantas, animais, fungos e protistas possuem células eucarióticas. As células procarióticas são menos complexas, sem núcleo ou organelas verdadeiros, exceto os ribossomos, e são encontradas em bactérias e arqueas de organismos unicelulares. O citoesqueleto de células procarióticas foi originalmente pensado para não existir, mas não foi descoberto até o início de 1990.

O citoesqueleto eucariótico consiste em três tipos de filamentos, que são cadeias alongadas de proteínas: microfilamentos, filamentos intermediários e microtúbulos.


Os microfilamentos desta célula são mostrados em vermelho, enquanto os microtúbulos são mostrados em verde. Os pontos azuis são núcleos.

Microfilamentos

Os microfilamentos também são chamados de filamentos de actina porque são compostos principalmente da proteína actina e sua estrutura é composta por dois fios de actina enrolados em uma espiral. Eles têm cerca de 7 nanômetros de espessura, o que os torna os filamentos mais finos do citoesqueleto. Os microfilamentos têm muitas funções. Eles auxiliam na citocinese, que é a divisão de um citoplasma de uma célula quando ela está se dividindo em duas células filhas. Eles ajudam na motilidade celular e permitem que organismos unicelulares, como as amebas, se movam. Eles também estão envolvidos no fluxo citoplasmático, que é o fluxo do citosol (a parte líquida do citoplasma) por toda a célula. O fluxo citoplasmático transporta nutrientes e organelas celulares. Os microfilamentos também fazem parte das células musculares e permitem que essas células se contraiam, junto com a miosina. A actina e a miosina são os dois principais componentes dos elementos contráteis dos músculos.

Filamentos intermediários

Os filamentos intermediários têm cerca de 8-12 nm de largura e são chamados de intermediários porque estão entre o tamanho dos microfilamentos e dos microtúbulos. Os filamentos intermediários são feitos de proteínas diferentes, como a queratina (encontrada no cabelo e nas unhas, e também em animais com escamas, chifres ou cascos), vimentina, desmina e lâmina. Todos os filamentos intermediários são encontrados no citoplasma, exceto as laminas, que são encontradas no núcleo e ajudam a sustentar o envelope nuclear que circunda o núcleo. Os filamentos intermediários no citoplasma mantêm a forma da célula, suportam a tensão e fornecem suporte estrutural à célula.

Microtúbulos

Os microtúbulos são as maiores fibras do citoesqueleto em cerca de 23 nm. Eles são tubos ocos feitos de tubulina alfa e beta. Os microtúbulos formam estruturas como os flagelos, que são "caudas" que impulsionam a célula para a frente. Eles também são encontrados em estruturas como cílios, que são apêndices que aumentam a área de superfície de uma célula e, em alguns casos, permitem que a célula se mova. A maioria dos microtúbulos em uma célula animal vem de uma organela celular chamada centrossoma, que é um centro organizador de microtúbulos (MTOC). O centrossoma é encontrado próximo ao meio da célula e os microtúbulos se irradiam para fora dele. Os microtúbulos são importantes na formação do aparelho do fuso (ou fuso mitótico), que separa as cromátides irmãs para que uma cópia possa ir para cada célula filha durante a divisão celular. Eles também estão envolvidos no transporte de moléculas dentro da célula e na formação da parede celular nas células vegetais.


Filamentos intermediários

Os filamentos intermediários são feitos de várias fitas de proteínas fibrosas que são enroladas juntas (Figura). Esses elementos do citoesqueleto recebem esse nome pelo fato de seus diâmetros, de 8 a 10 nm, situarem-se entre os dos microfilamentos e dos microtúbulos.

Os filamentos intermediários consistem em vários fios entrelaçados de proteínas fibrosas.

Os filamentos intermediários não têm papel no movimento celular. Sua função é puramente estrutural. Eles suportam a tensão, mantendo assim a forma da célula, e ancoram o núcleo e outras organelas no lugar. A figura mostra como os filamentos intermediários criam uma estrutura de suporte dentro da célula.

Os filamentos intermediários são o grupo mais diverso de elementos do citoesqueleto. Vários tipos de proteínas fibrosas são encontrados nos filamentos intermediários. Você provavelmente está mais familiarizado com a queratina, a proteína fibrosa que fortalece o cabelo, as unhas e a epiderme da pele.


Biologia 171

Ao final desta seção, você será capaz de fazer o seguinte:

  • Descreva o citoesqueleto
  • Compare as funções dos microfilamentos, filamentos intermediários e microtúbulos
  • Compare e contraste cílios e flagelos
  • Resuma as diferenças entre os componentes das células procarióticas, células animais e células vegetais

Se você fosse remover todas as organelas de uma célula, a membrana plasmática e o citoplasma seriam os únicos componentes restantes? Não. Dentro do citoplasma, ainda haveria íons e moléculas orgânicas, além de uma rede de fibras de proteína que ajudam a manter a forma da célula, asseguram algumas organelas em posições específicas, permitem que o citoplasma e as vesículas se movam dentro da célula e permitem que as células dentro de organismos multicelulares para se mover. Coletivamente, os cientistas chamam essa rede de fibras protéicas de citoesqueleto. Existem três tipos de fibras no citoesqueleto: microfilamentos, filamentos intermediários e microtúbulos ((Figura)). Aqui, examinaremos cada um.


Microfilamentos

Dos três tipos de fibras de proteína no citoesqueleto, os microfilamentos são os mais estreitos. Eles funcionam no movimento celular, têm um diâmetro de cerca de 7 nm e são compostos por duas fitas de proteínas globulares entrelaçadas, que chamamos de actina ((Figura)). Por esse motivo, também chamamos microfilamentos de filamentos de actina.


O ATP alimenta a actina para montar sua forma filamentosa, que serve como uma trilha para o movimento de uma proteína motora que chamamos de miosina. Isso permite que a actina se envolva em eventos celulares que requerem movimento, como divisão celular em células eucarióticas e fluxo citoplasmático, que é o movimento circular do citoplasma da célula em células vegetais. Actina e miosina são abundantes nas células musculares. Quando os filamentos de actina e miosina passam um pelo outro, seus músculos se contraem.

Os microfilamentos também fornecem alguma rigidez e forma à célula. Eles podem despolimerizar (desmontar) e se reformar rapidamente, permitindo que uma célula mude sua forma e se mova. Os glóbulos brancos (células que combatem infecções do seu corpo) fazem bom uso dessa capacidade. Eles podem se mover para um local de infecção e fagocitar o patógeno.

Para ver um exemplo de um glóbulo branco em ação, observe o glóbulo branco perseguindo bactérias por um curto lapso de tempo da célula que captura duas bactérias. Ele engolfa um e depois segue para o outro.

Filamentos intermediários

Vários filamentos de proteínas fibrosas que são enrolados juntos compreendem filamentos intermediários ((Figura)). Os elementos do citoesqueleto recebem esse nome porque seu diâmetro, de 8 a 10 nm, fica entre os microfilamentos e os microtúbulos.


Os filamentos intermediários não têm papel no movimento celular. Sua função é puramente estrutural. Eles suportam a tensão, mantendo assim a forma da célula e ancoram o núcleo e outras organelas no lugar. (Figura) mostra como os filamentos intermediários criam uma estrutura de suporte dentro da célula.

Os filamentos intermediários são o grupo mais diverso de elementos do citoesqueleto. Vários tipos de proteínas fibrosas estão nos filamentos intermediários. Você provavelmente está mais familiarizado com a queratina, a proteína fibrosa que fortalece o cabelo, as unhas e a epiderme da pele.

Microtúbulos

Como o nome indica, os microtúbulos são pequenos tubos ocos. Dímeros polimerizados de α-tubulina e β-tubulina, duas proteínas globulares, compreendem as paredes do microtúbulo & # 8217s ((Figura)). Com um diâmetro de cerca de 25 nm, os microtúbulos são citoesqueletos e os componentes mais largos. Eles ajudam a célula a resistir à compressão, fornecem um caminho ao longo do qual as vesículas se movem através da célula e puxam os cromossomos replicados para extremidades opostas de uma célula em divisão. Como os microfilamentos, os microtúbulos podem se desmontar e se reformar rapidamente.


Os microtúbulos também são os elementos estruturais dos flagelos, cílios e centríolos (os últimos são o centrossoma e dois corpos perpendiculares). Nas células animais, o centrossoma é o centro organizador dos microtúbulos. Em células eucarióticas, flagelos e cílios são estruturalmente bastante diferentes de suas contrapartes em procariotos, como discutiremos a seguir.

Flagella e Cilia

Os flagelos (singular = flagelo) são estruturas longas semelhantes a cabelos que se estendem da membrana plasmática e permitem que uma célula inteira se mova (por exemplo, esperma, Euglenae alguns procariontes). Quando presente, a célula apresenta apenas um flagelo ou alguns flagelos. No entanto, quando cílios (singular = cílio) estão presentes, muitos deles se estendem ao longo da membrana plasmática e toda a superfície. Eles são estruturas curtas semelhantes a cabelos que movem células inteiras (como os paramécios) ou substâncias ao longo da superfície externa da célula (por exemplo, os cílios das células que revestem as trompas de Falópio que movem o óvulo em direção ao útero, ou cílios que revestem o células do trato respiratório que prendem o material particulado e o movem em direção às narinas.)

Apesar de suas diferenças em comprimento e número, flagelos e cílios compartilham um arranjo estrutural comum de microtúbulos chamado de "matriz 9 + 2". Este é um nome apropriado porque um único flagelo ou cílio é feito de um anel de nove dupletos de microtúbulos, circundando um único dupleto de microtúbulos no centro ((Figura)).


Você agora completou uma ampla pesquisa sobre os componentes das células procarióticas e eucarióticas. Para um resumo dos componentes celulares em células procarióticas e eucarióticas, consulte (Figura).

Componentes de células procarióticas e eucarióticas
Componente Celular Função Presente em procariontes? Presente em células animais? Presente em células vegetais?
Membrana de plasma Separa a célula do ambiente externo, controla a passagem de moléculas orgânicas, íons, água, oxigênio e resíduos para dentro e para fora da célula sim sim sim
Citoplasma Fornece pressão de turgor às células vegetais como fluido dentro do local vacúolo central de muitas reações metabólicas meio no qual organelas são encontradas sim sim sim
Nucléolo Área escurecida dentro do núcleo onde as subunidades ribossômicas são sintetizadas. Não sim sim
Núcleo Organela celular que abriga DNA e direciona a síntese de ribossomos e proteínas Não sim sim
Ribossomos Síntese proteíca sim sim sim
Mitocôndria Produção de ATP / respiração celular Não sim sim
Peroxissomos Oxidar e assim quebrar os ácidos graxos e aminoácidos e desintoxicar os venenos Não sim sim
Vesículas e vacúolos Função digestiva de armazenamento e transporte em células vegetais Não sim sim
Centrossoma Papel não especificado na divisão celular na fonte de microtúbulos de células animais em células animais Não sim Não
Lisossomos Digestão de reciclagem de macromoléculas de organelas desgastadas Não sim Algum
Parede celular Proteção, suporte estrutural e manutenção da forma celular Sim, principalmente peptidoglicano Não Sim, principalmente celulose
Cloroplastos Fotossíntese Não Não sim
Retículo endoplasmático Modifica proteínas e sintetiza lipídios Não sim sim
Aparelho de Golgi Modifica, classifica, marca, embala e distribui lipídios e proteínas Não sim sim
Citoesqueleto Mantém a forma da célula, protege organelas em posições específicas, permite que o citoplasma e as vesículas se movam dentro da célula e permite que os organismos unicelulares se movam independentemente sim sim sim
Flagelos Locomoção celular Algum Algum Não, exceto para algumas células espermáticas vegetais
Cílios Locomoção celular, movimento de partículas ao longo da membrana plasmática e superfície extracelular # 8217s e filtração Algum Algum Não

Resumo da Seção

O citoesqueleto possui três tipos diferentes de elementos protéicos. Do mais estreito ao mais largo, eles são os microfilamentos (filamentos de actina), os filamentos intermediários e os microtúbulos. Os biólogos costumam associar microfilamentos à miosina. Eles fornecem rigidez e forma à célula e facilitam os movimentos celulares. Os filamentos intermediários suportam a tensão e fixam o núcleo e outras organelas no lugar. Os microtúbulos ajudam a célula a resistir à compressão, servem como trilhas para proteínas motoras que movem as vesículas através da célula e puxam os cromossomos replicados para extremidades opostas de uma célula em divisão. Eles também são o elemento estrutural dos centríolos, flagelos e cílios.

Resposta livre

Quais são as semelhanças e diferenças entre as estruturas dos centríolos e flagelos?

Centríolos e flagelos são semelhantes no sentido de que são constituídos por microtúbulos. Nos centríolos, dois anéis de nove “tripletos” de microtúbulos são dispostos em ângulos retos entre si. Este arranjo não ocorre em flagelos.

Como os cílios e os flagelos diferem?

Os cílios e os flagelos são semelhantes por serem constituídos por microtúbulos. Os cílios são estruturas curtas semelhantes a cabelos que existem em grande número e geralmente cobrem toda a superfície da membrana plasmática. Os flagelos, em contraste, são estruturas longas semelhantes a cabelos, quando os flagelos estão presentes, uma célula tem apenas um ou dois.

Descreva como os microfilamentos e microtúbulos estão envolvidos na fagocitose e destruição de um patógeno por um macrófago.

Um macrófago engolfa um patógeno reorganizando seus microfilamentos de actina para dobrar a membrana plasmática ao redor do patógeno. Uma vez que o patógeno é selado em um endossomo dentro do macrófago, a vesícula é percorrida ao longo dos microtúbulos até se combinar com um lisossoma para digerir o patógeno.

Compare e contraste os limites que as células vegetais, animais e bacterianas usam para se separarem do ambiente circundante.

Todos os três tipos de células têm uma membrana plasmática que delimita o citoplasma em seu lado interno. Nas células animais, o lado externo da membrana plasmática está em contato com o ambiente extracelular. No entanto, em células de plantas e bactérias, uma parede celular envolve a parte externa da membrana plasmática. Nas plantas, a parede celular é feita de celulose, enquanto nas bactérias a parede celular é feita de peptidoglicano. As bactérias Gram-negativas também têm uma cápsula adicional feita de lipopolissacarídeos que envolve sua parede celular.

Glossário


Filamentos e microtúbulos intermediários

Os microtúbulos são parte do citoesqueleto da célula, ajudando a célula a resistir à compressão, mover vesículas e separar os cromossomos na mitose.

Objetivos de aprendizado

Descreva as funções dos microtúbulos como parte do citoesqueleto da célula & # 8217s

Principais vantagens

Pontos chave

  • Os microtúbulos ajudam a célula a resistir à compressão, fornecem um caminho ao longo do qual as vesículas podem se mover através da célula e são os componentes dos cílios e flagelos.
  • Cílios e flagelos são estruturas semelhantes a cabelos que auxiliam na locomoção em algumas células, bem como revestem várias estruturas para prender as partículas.
  • As estruturas dos cílios e flagelos são uma matriz & # 82209 + 2, & # 8221, o que significa que um anel de nove microtúbulos é circundado por mais dois microtúbulos.
  • Os microtúbulos se ligam aos cromossomos replicados durante a divisão celular e os separam em extremidades opostas do pólo, permitindo que a célula se divida com um conjunto completo de cromossomos em cada célula filha.

Termos chave

  • microtúbulo: Pequenos tubos feitos de proteína e encontrados em células que fazem parte do citoesqueleto
  • flagelo: um flagelo é um apêndice semelhante a um chicote que se projeta do corpo celular de certas células procarióticas e eucarióticas
  • citoesqueleto: Uma estrutura celular semelhante a um esqueleto, contida no citoplasma.

Microtúbulos

Como o nome indica, os microtúbulos são pequenos tubos ocos. Os microtúbulos, junto com os microfilamentos e os filamentos intermediários, estão na classe de organelas conhecidas como citoesqueleto. O citoesqueleto é a estrutura da célula que forma o componente de suporte estrutural. Os microtúbulos são o maior elemento do citoesqueleto. As paredes do microtúbulo são feitas de dímeros polimerizados de α-tubulina e β-tubulina, duas proteínas globulares. Com um diâmetro de cerca de 25 nm, os microtúbulos são os componentes mais largos do citoesqueleto. Eles ajudam a célula a resistir à compressão, fornecem um caminho ao longo do qual as vesículas se movem através da célula e puxam os cromossomos replicados para extremidades opostas de uma célula em divisão. Como os microfilamentos, os microtúbulos podem se dissolver e se reformar rapidamente.

Estrutura do microtúbulo: Os microtúbulos são ocos, com paredes consistindo de 13 dímeros polimerizados de α-tubulina e β-tubulina (imagem à direita). A imagem à esquerda mostra a estrutura molecular do tubo.

Os microtúbulos também são os elementos estruturais dos flagelos, cílios e centríolos (os últimos são os dois corpos perpendiculares do centrossoma). Nas células animais, o centrossoma é o centro organizador dos microtúbulos. Em células eucarióticas, flagelos e cílios são estruturalmente muito diferentes de suas contrapartes em procariotos.

Filamentos intermediários de queratina manchados: Os filamentos intermediários do citoesqueleto de queratina estão concentrados ao redor da borda das células e se fundem na membrana da superfície. Essa rede de filamentos intermediários de uma célula para outra mantém os tecidos como a pele.

Filamentos intermediários

Filamentos intermediários (FIs) são componentes do citoesqueleto encontrados em células animais. Eles são compostos por uma família de proteínas relacionadas que compartilham características estruturais e de sequência comuns. Os filamentos intermediários têm um diâmetro médio de 10 nanômetros, que está entre o de actina de 7 nm (microfilamentos) e o de microtúbulos de 25 nm, embora tenham sido inicialmente designados como & # 8216intermediário & # 8217 porque seu diâmetro médio está entre aqueles de microfilamentos mais estreitos ( actina) e filamentos de miosina mais largos encontrados nas células musculares. Os filamentos intermediários contribuem para os elementos estruturais celulares e geralmente são cruciais para manter os tecidos unidos como a pele.

Flagella e Cilia

Flagelos (singular = flagelo) são estruturas longas semelhantes a cabelos que se estendem da membrana plasmática e são usadas para mover uma célula inteira (por exemplo, esperma, Euglena) Quando presente, a célula apresenta apenas um flagelo ou alguns flagelos. Quando cílios (singular = cílio) estão presentes, entretanto, muitos deles se estendem ao longo de toda a superfície da membrana plasmática. Eles são estruturas curtas semelhantes a cabelos que são usadas para mover células inteiras (como paramécios) ou substâncias ao longo da superfície externa da célula (por exemplo, os cílios das células que revestem as trompas de Falópio que movem o óvulo em direção ao útero, ou cílios que revestem as células do trato respiratório que prendem as partículas e as movem em direção às narinas).

Apesar de suas diferenças em comprimento e número, flagelos e cílios compartilham um arranjo estrutural comum de microtúbulos chamado de & # 82209 + 2 array. & # 8221 Este é um nome apropriado porque um único flagelo ou cílio é feito de um anel de nove microtúbulos duplos circundando um único dubleto de microtúbulo no centro.

Os microtúbulos são o componente estrutural dos flagelos: Esta micrografia eletrônica de transmissão de dois flagelos mostra o arranjo 9 + 2 de microtúbulos: nove dupletos de microtúbulos circundam um único dupleto de microtúbulos.


Outros componentes do citoesqueleto

Os outros dois componentes principais do citoesqueleto eucariótico são microfilamentos e filamentos intermediários. Os microfilamentos são menores do que os microtúbulos com cerca de 7 nm de diâmetro. Eles auxiliam na divisão do citoplasma durante a divisão celular e também desempenham um papel no fluxo citoplasmático, que é o fluxo do citosol (fluido celular) por toda a célula. Os filamentos intermediários são maiores do que os microfilamentos, mas menores do que os microtúbulos. Eles ajudam a dar forma à célula e fornecem suporte estrutural.


19 O Citoesqueleto

Ao final desta seção, você será capaz de fazer o seguinte:

  • Descreva o citoesqueleto
  • Compare as funções dos microfilamentos, filamentos intermediários e microtúbulos
  • Compare e contraste cílios e flagelos
  • Resuma as diferenças entre os componentes das células procarióticas, células animais e células vegetais

Se você fosse remover todas as organelas de uma célula, a membrana plasmática e o citoplasma seriam os únicos componentes restantes? Não. Dentro do citoplasma, ainda haveria íons e moléculas orgânicas, além de uma rede de fibras de proteína que ajudam a manter a forma da célula, asseguram algumas organelas em posições específicas, permitem que o citoplasma e as vesículas se movam dentro da célula e permitem que as células dentro de organismos multicelulares para se mover. Coletivamente, os cientistas chamam essa rede de fibras protéicas de citoesqueleto. Existem três tipos de fibras no citoesqueleto: microfilamentos, filamentos intermediários e microtúbulos ((Figura)). Aqui, examinaremos cada um.


Microfilamentos

Dos três tipos de fibras de proteína no citoesqueleto, os microfilamentos são os mais estreitos. Eles funcionam no movimento celular, têm um diâmetro de cerca de 7 nm e são compostos por duas fitas de proteínas globulares entrelaçadas, que chamamos de actina ((Figura)). Por esse motivo, também chamamos microfilamentos de filamentos de actina.


O ATP alimenta a actina para montar sua forma filamentosa, que serve como uma trilha para o movimento de uma proteína motora que chamamos de miosina. Isso permite que a actina se envolva em eventos celulares que requerem movimento, como divisão celular em células eucarióticas e fluxo citoplasmático, que é o movimento circular do citoplasma da célula em células vegetais. Actina e miosina são abundantes nas células musculares. Quando os filamentos de actina e miosina passam um pelo outro, seus músculos se contraem.

Os microfilamentos também fornecem alguma rigidez e forma à célula. Eles podem despolimerizar (desmontar) e se reformar rapidamente, permitindo que uma célula mude sua forma e se mova. Os glóbulos brancos (células que combatem infecções do seu corpo) fazem bom uso dessa capacidade. Eles podem se mover para um local de infecção e fagocitar o patógeno.

Para ver um exemplo de um glóbulo branco em ação, assista a um breve vídeo de lapso de tempo da célula capturando duas bactérias. Ele engolfa um e depois segue para o outro.

Filamentos intermediários

Vários filamentos de proteínas fibrosas que são enrolados juntos compreendem filamentos intermediários ((Figura)). Os elementos do citoesqueleto recebem esse nome porque seu diâmetro, de 8 a 10 nm, fica entre os microfilamentos e os microtúbulos.


Os filamentos intermediários não têm papel no movimento celular. Sua função é puramente estrutural. Eles suportam a tensão, mantendo assim a forma da célula e ancoram o núcleo e outras organelas no lugar. (Figura) mostra como os filamentos intermediários criam uma estrutura de suporte dentro da célula.

Os filamentos intermediários são o grupo mais diverso de elementos do citoesqueleto. Vários tipos de proteínas fibrosas estão nos filamentos intermediários. Você provavelmente está mais familiarizado com a queratina, a proteína fibrosa que fortalece o cabelo, as unhas e a epiderme da pele.

Microtúbulos

Como o nome indica, os microtúbulos são pequenos tubos ocos. Dímeros polimerizados de α-tubulina e β-tubulina, duas proteínas globulares, compreendem as paredes do microtúbulo & # 8217s ((Figura)). Com um diâmetro de cerca de 25 nm, os microtúbulos são citoesqueletos e os componentes mais largos. Eles ajudam a célula a resistir à compressão, fornecem um caminho ao longo do qual as vesículas se movem através da célula e puxam os cromossomos replicados para extremidades opostas de uma célula em divisão. Como os microfilamentos, os microtúbulos podem se desmontar e se reformar rapidamente.


Os microtúbulos também são os elementos estruturais dos flagelos, cílios e centríolos (os últimos são o centrossoma e dois corpos perpendiculares). Nas células animais, o centrossoma é o centro organizador dos microtúbulos. Em células eucarióticas, flagelos e cílios são estruturalmente bastante diferentes de suas contrapartes em procariotos, como discutiremos a seguir.

Flagella e Cilia

Os flagelos (singular = flagelo) são estruturas longas semelhantes a cabelos que se estendem da membrana plasmática e permitem que uma célula inteira se mova (por exemplo, esperma, Euglenae alguns procariontes). Quando presente, a célula apresenta apenas um flagelo ou alguns flagelos. No entanto, quando cílios (singular = cílio) estão presentes, muitos deles se estendem ao longo da membrana plasmática e toda a superfície. Eles são estruturas curtas semelhantes a cabelos que movem células inteiras (como os paramécios) ou substâncias ao longo da superfície externa da célula (por exemplo, os cílios das células que revestem as trompas de Falópio que movem o óvulo em direção ao útero, ou cílios que revestem o células do trato respiratório que prendem o material particulado e o movem em direção às narinas.)

Apesar de suas diferenças em comprimento e número, flagelos e cílios compartilham um arranjo estrutural comum de microtúbulos chamado de “matriz 9 + 2”. Este é um nome apropriado porque um único flagelo ou cílio é feito de um anel de nove dupletos de microtúbulos, circundando um único dupleto de microtúbulos no centro ((Figura)).


Você agora completou uma ampla pesquisa sobre os componentes das células procarióticas e eucarióticas. Para um resumo dos componentes celulares em células procarióticas e eucarióticas, consulte (Figura).

Componentes de células procarióticas e eucarióticas
Componente Celular Função Presente em procariontes? Presente em células animais? Presente em células vegetais?
Membrana de plasma Separa a célula do ambiente externo, controla a passagem de moléculas orgânicas, íons, água, oxigênio e resíduos para dentro e para fora da célula sim sim sim
Citoplasma Fornece pressão de turgor às células vegetais como fluido dentro do local vacúolo central de muitas reações metabólicas meio no qual organelas são encontradas sim sim sim
Nucléolo Área escurecida dentro do núcleo onde as subunidades ribossômicas são sintetizadas. Não sim sim
Núcleo Organela celular que abriga DNA e direciona a síntese de ribossomos e proteínas Não sim sim
Ribossomos Síntese proteíca sim sim sim
Mitocôndria Produção de ATP / respiração celular Não sim sim
Peroxissomos Oxidar e assim quebrar os ácidos graxos e aminoácidos e desintoxicar os venenos Não sim sim
Vesículas e vacúolos Função digestiva de armazenamento e transporte em células vegetais Não sim sim
Centrossoma Papel não especificado na divisão celular na fonte de microtúbulos de células animais em células animais Não sim Não
Lisossomos Digestão de reciclagem de macromoléculas de organelas desgastadas Não sim Algum
Parede celular Proteção, suporte estrutural e manutenção da forma celular Sim, principalmente peptidoglicano Não Sim, principalmente celulose
Cloroplastos Fotossíntese Não Não sim
Retículo endoplasmático Modifica proteínas e sintetiza lipídios Não sim sim
Aparelho de Golgi Modifica, classifica, marca, embala e distribui lipídios e proteínas Não sim sim
Citoesqueleto Mantém a forma da célula, protege organelas em posições específicas, permite que o citoplasma e as vesículas se movam dentro da célula e permite que os organismos unicelulares se movam independentemente sim sim sim
Flagelos Locomoção celular Algum Algum Não, exceto para algumas células espermáticas vegetais
Cílios Locomoção celular, movimento de partículas ao longo da membrana plasmática e superfície extracelular # 8217s e filtração Algum Algum Não

Resumo da Seção

O citoesqueleto possui três tipos diferentes de elementos protéicos. Do mais estreito ao mais largo, eles são os microfilamentos (filamentos de actina), os filamentos intermediários e os microtúbulos. Os biólogos costumam associar microfilamentos à miosina. Eles fornecem rigidez e forma à célula e facilitam os movimentos celulares. Os filamentos intermediários suportam a tensão e fixam o núcleo e outras organelas no lugar. Os microtúbulos ajudam a célula a resistir à compressão, servem como trilhas para proteínas motoras que movem as vesículas através da célula e puxam os cromossomos replicados para extremidades opostas de uma célula em divisão. Eles também são o elemento estrutural dos centríolos, flagelos e cílios.

Perguntas de revisão

Qual das opções a seguir tem a capacidade de desmontar e reformar rapidamente?


1. Introdução

Os componentes do citoesqueleto das células endoteliais desempenham papéis importantes na manutenção da estrutura fundamental da fina camada interna dos vasos sanguíneos chamada endotélio. As células endoteliais formam uma única camada de células nas superfícies dos vasos sanguíneos e, portanto, são constantemente submetidas a tensão de cisalhamento de fluido e tensão periódica causada pela pressão arterial induzida pelo fluxo pulsátil. Foi demonstrado que as células endoteliais possuem muitas fibras de estresse, tanto em vitro e no local, e essas células são conhecidas por serem capazes de responder ao nível de estresse de cisalhamento de fluido mudando sua forma [1, 2], distribuição de componentes do citoesqueleto [3 & # x020135], expressão de proteínas associadas à transdução de sinal [6, 7] , e expressão de vários genes [8, 9]. As células endoteliais em cultura são conhecidas por responder ao alongamento cíclico [10] e ao choque hiperosmótico [7]. Na exposição ao alongamento cíclico uniaxial, as células endoteliais tornam-se alinhadas perpendicularmente ao eixo de alongamento [10, 11]. O alongamento cíclico aplicado às células em cultura é um modelo de alongamento pulsátil induzido pela pressão arterial na Vivo, e os efeitos diferem daqueles do estresse de cisalhamento de fluido gerado pelo fluxo sanguíneo. O alongamento cíclico é experimentado pelas porções apical e basal da célula. Hemodynamic shear stress caused by blood flow occurs in combination with cyclic stretching caused by the pressure of pulsatile flow generated by blood pressure.

Previous na Vivo experiments indicated that stress fibers in endothelial cells respond to fluid shear stress and show increases in both number and thickness in a manner related to the magnitude of shear stress (for review, see Katoh et al., 2008) [12]. Previously, we reported increases in number and thickness of stress fibers and focal adhesions in both the apical and basal portions of endothelial cells in an artificial coarctation zone in the abdominal aorta where fluid shear stress is significantly high in comparison to endothelial cells subjected to averaged shear stress [6]. The plaque-like vinculin-containing spots detected at the ends of stress fibers were enlarged in the coarctation area, especially in the apical portions of the cells [6]. In addition, stress fibers and their sites of association with the plasma membrane are closely attached to both the apical and basal portions of endothelial cells, and we suggested that they may play key roles in force transfer by fluid stress [13, 14]. Our findings also suggested that even in the case of endothelial cells no local, the apical plaques (i.e., stress fiber-plasma membrane attachment sites with accumulation of focal adhesion-associated proteins) and their associated stress fibers are candidates for sensing and/or transferring mechanical signals of fluid shear stress applied to the laminar surface of endothelial cells [6, 14]. Apical plaques are enlarged in the apical portion of endothelial cells in the coarctation zone reflecting the response of the apical plaque and its associated stress fibers to mechanical stimuli generated by blood flow [6]. Such responses increase according to the magnitude of applied shear stress, in agreement with the observations in traditional em vitro cell culture systems [2, 15�].

Stress fibers are major higher-order structural components of the cytoskeleton in nonmuscle cells, which are composed of actomyosin filaments and show contractility both em vitro [19] and no local [20]. We reported previously that stress fibers could be isolated from fibroblasts without loss of morphological or functional characteristics and that they represent a major part of the contractile apparatus within the cell [19]. The principal role of stress fibers is related to their contractility within the cell. We also reported that the stress fibers are located not only in the basal portion of the cell, but also in the apical portion in both cultured fibroblasts [13] and in guinea pig aortic endothelial cells [14], and we called these apically located stress fibers 𠇊pical stress fibers.” Some apical stress fibers not only connect to the apical plaques but also make direct connections with focal adhesions in the basal portion of endothelial cells, and the apical stress fibers have the ability to transfer mechanical forces from the apical to the basal portion of the cell. Apical stress fibers in endothelial cells no local are directly subjected to fluid shear stress, and the mechanical stimuli generated by this fluid shear stress are applied directly to the apical stress fibers.

Blood vessels in the living animal are subjected to pulsatile stretches generated by the heart via the circulatory system. These pulsatile stretches seem to induce changes in endothelial cell shape and the formation of cytoskeletal components. Previous em vitro experiments showed that cyclic stretching applied to cells in culture causes the cells to become oriented perpendicular to the direction of stretching [10, 21, 22] consistent with na Vivo results [23]. On the other hand, in cells exposed to unidirectional tension, the stress fibers become organized along the axis of tension [24].

In situ experiments indicated that guinea pig venous endothelial cells were elongated in the direction of blood flow to a greater extent than unperturbed aortic endothelial cells [25]. Moreover, thick stress fibers located at the basal side of venous endothelial cells were fewer in number than in aortic endothelial cells. The morphological differences between venous and aortic endothelial cells seem to be due to the sustained exposure of the former cell type to significantly lower levels of fluid shear stress than the latter. However, cell culture conditions preclude accurate observations because the cells have been artificially removed from the living animal. Therefore, analyses of the fundamental mechanisms involved in the responses to mechanical stimuli, such as fluid shear stress, pulsatile enlargement of blood vessel diameter, and/or stretching, should be performed in living intact blood vessels.

In the basal portion of endothelial cells, stress fibers generally run along the axis of blood flow in typical aortic and venous endothelial cells. However, we reported previously that stress fibers in the apical portion of venous endothelial cells run perpendicular to the direction of blood flow [25]. These observations raised questions regarding whether the mechanism by which stress fibers run is independent of the direction of blood flow. Both the right and left renal arteries branch off from the abdominal aorta at an angle of 90° and carry blood to the kidneys. Approximately 1/3 of the blood from the heart is directed into the kidneys. Blood in the renal artery is filtered by the kidneys, and so the resistance to blood flow applied to the surface of the renal artery should be higher than that in most other arteries. Mechanical stress applied to the endothelial cells in the renal artery should be different from the straight portion of the abdominal aorta no local, and therefore the distribution of cytoskeletal components, such as stress fibers and focal adhesions, should differ considerably between renal artery endothelial cells and endothelial cells experiencing unidirectional flow no local. The observations outlined above prompted us to examine the detailed distributions of cytoskeletal components and associated proteins. Here, we carefully compared the cytoskeletal components of endothelial cells in the renal artery with those of unperturbed arterial and venous endothelial cells. The results indicated that the cytoskeletal components of endothelial cells in the renal artery showed quiet different distribution patterns from the stress fibers in unperturbed aortic and venous endothelial cells.


Microtubules

  • are straight, hollow cylinders whose wall is made up of a ring of 13 "protofilaments"
  • have a diameter of about 25 nm
  • are variable in length but can grow 1000 times as long as they are wide
  • are built by the assembly of dimers of alpha tubulin e beta tubulin
  • are found in both animal and plant cells. In plant cells, microtubules are created at many sites scattered through the cell. In animal cells, the microtubules originate at the centrossoma.
  • The attached end is called the minus end the other end is the plus end.
  • grow at the plus end by the polymerization of tubulin dimers (powered by the hydrolysis of GTP), and
  • shrink by the release of tubulin dimers (depolymerization) at the same end.

Microtubules participate in a wide variety of cell activities. Most involve motion. The motion is provided by protein "motors" that use the energy of ATP to move along the microtubule.

Microtubule motors

  • kinesins (most of these move toward the plus end of the microtubules) and
  • dyneins (which move toward the minus end).
  • The rapid transport of organelles, like vesicles and mitochondria, along the axons of neurons takes place along microtubules with their plus ends pointed toward the end of the axon. The motors are kinesins.
  • The migration of chromosomes in mitosis and meiosis takes place on microtubules that make up the spindle fibers. Both kinesins and dyneins are used as motors [Link].
    • Vincristine, a drug found in the Madagascar periwinkle (a wildflower), binds to tubulin dimers preventing the assembly of microtubules. This halts cells in metaphase of mitosis.
    • Taxol®, a drug found in the bark of the Pacific yew, prevents depolymerization of the microtubules of the spindle fiber. This, in turn, stops chromosome movement, and thus prevents the completion of mitosis.

    Because the hallmark of cancer cells is uncontrolled mitosis, both vincristine and Taxol are used as anticancer drugs

    Cilia and Flagella

    Cilia and flagella are built from arrays of microtubules. They are discussed on a separate page. Link to it.


    The Function Of a Cytoskeleton

    Through a series of intercellular proteins, the cytoskeleton gives a cell its shape, offers support, and facilitates movement through three main components: microfilaments, intermediate filaments, and microtubules. The cytoskeleton helps the cell move in its environment and controls the movement of all of the cell's interior workings.

    Microfilaments are the smallest of the three parts of the cytoskeleton, as they are only around seven nanometers in diameter. These helically shaped filaments are made up of G-actin proteins. Intermediate filaments are slightly larger at eight to twelve nanometers around, and these keratin-based filaments are twisted around each other to form a cord shape. Microtubules are made of stronger proteins that form long, hollow cylinders. They are the largest of the three at twenty-five nanometers.

    The microtubules have three different functions which contribute to the job of the cytoskeleton. They make up the centrioles in a cell, they are the base of both the flagella and cilia of a cell, and they function as the pathway thatthe transport vesicles move along.