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4.5: O citoesqueleto

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    Habilidades para desenvolver

    • 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 removesse todas as organelas de uma célula, a membrana plasmática e o citoplasma seriam os únicos componentes restantes? Não. Dentro do citoplasma, ainda existiriam íons e moléculas orgânicas, além de uma rede de fibras proteicas que ajudam a manter a forma da célula, proteger algumas organelas em posições específicas, permitir que o citoplasma e as vesículas se movam dentro da célula e permitem que as células dentro de organismos multicelulares se movam. Coletivamente, essa rede de fibras proteicas é conhecida como citoesqueleto. Existem três tipos de fibras dentro do citoesqueleto: microfilamentos, filamentos intermediários e microtúbulos (Figura\(\PageIndex{1}\)). Aqui, examinaremos cada um.

    Os microfilamentos revestem o interior da membrana plasmática, enquanto os microfilamentos irradiam para fora do centro da célula. Filamentos intermediários formam uma rede em toda a célula que mantém as organelas no lugar.
    Figura\(\PageIndex{1}\): Os microfilamentos engrossam o córtex ao redor da borda interna de uma célula; como os elásticos, eles resistem à tensão. Os microtúbulos são encontrados no interior da célula, onde mantêm a forma celular resistindo às forças de compressão. Filamentos intermediários são encontrados em toda a célula e mantêm as organelas no lugar.

    Microfilamentos

    Dos três tipos de fibras proteicas no citoesqueleto, os microfilamentos são os mais estreitos. Eles funcionam no movimento celular, têm um diâmetro de cerca de 7 nm e são feitos de duas fitas entrelaçadas de uma proteína globular chamada actina (Figura\(\PageIndex{2}\)). Por esse motivo, os microfilamentos também são conhecidos como filamentos de actina.

    Esta ilustração mostra dois filamentos de actina enrolados juntos. Cada filamento de actina é composto por muitas subunidades de actina conectadas entre si para formar uma cadeia.
    Figura\(\PageIndex{2}\): Os microfilamentos são feitos de duas cadeias entrelaçadas de actina.

    A actina é alimentada pelo ATP para montar sua forma filamentosa, que serve como uma trilha para o movimento de uma proteína motora chamada miosina. Isso permite que a actina se envolva em eventos celulares que requerem movimento, como divisão celular em células animais e fluxo citoplasmático, que é o movimento circular do citoplasma celular nas células vegetais. A actina e a miosina são abundantes nas células musculares. Quando seus filamentos de actina e miosina deslizam um sobre o outro, seus músculos se contraem.

    Os microfilamentos também fornecem alguma rigidez e forma à célula. Eles podem despolimerizar (desmontar) e 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 o local da infecção e fagocitar o patógeno.

    Link para o aprendizado

    Vídeo\(\PageIndex{1}\): Para ver um exemplo de um glóbulo branco em ação, assista a um pequeno vídeo com lapso de tempo da célula capturando duas bactérias. Ele engolfa um e depois passa para o outro.

    Filamentos intermediários

    Os filamentos intermediários são feitos de várias cadeias de proteínas fibrosas que são enroladas juntas (Figura\(\PageIndex{3}\)). Esses elementos do citoesqueleto recebem esse nome pelo fato de seu diâmetro, de 8 a 10 nm, estar entre os dos microfilamentos e microtúbulos.

    Esta ilustração mostra 10 fibras de filamento intermediário agrupadas.
    Figura\(\PageIndex{3}\): Os filamentos intermediários consistem em várias cadeias entrelaçadas de proteínas fibrosas.

    Os filamentos intermediários não têm nenhum papel no movimento celular. Sua função é puramente estrutural. Eles suportam tensão, mantendo assim a forma da célula, e ancoram o núcleo e outras organelas no lugar. A figura\(\PageIndex{1}\) mostra como os filamentos intermediários criam um andaime de suporte dentro da célula.

    Os filamentos intermediários são o grupo mais diverso de elementos citoesqueléticos. 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.

    Microtúbulos

    Como o próprio nome indica, os microtúbulos são pequenos tubos ocos. As paredes do microtúbulo são feitas de dímeros polimerizados de α-tubulina e β-tubulina, duas proteínas globulares (Figura\(\PageIndex{4}\)). 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 rastro ao longo do qual as vesículas se movem pela célula e puxam os cromossomos replicados para as extremidades opostas de uma célula em divisão. Como os microfilamentos, os microtúbulos podem se dissolver e se reformar rapidamente.

    A parte esquerda desta figura é um modelo molecular de 13 dímeros polimerizados de alfa e beta-tubulina unidos para formar um tubo oco. A parte direita desta imagem mostra a estrutura da tubulina como um anel de esferas conectadas entre si.
    Figura\(\PageIndex{4}\): Os microtúbulos são ocos. Suas paredes consistem em 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). Na verdade, nas células animais, o centrossoma é o centro organizador dos microtúbulos. Nas células eucarióticas, os flagelos e os cílios são bem diferentes estruturalmente de seus equivalentes em procariontes, conforme discutido abaixo.

    Flagella e Cilia

    Para refrescar sua memória, os flagelos (singular = flagelo) são estruturas longas, semelhantes a pêlos, que se estendem da membrana plasmática e são usadas para mover uma célula inteira (por exemplo, espermatozóides, Euglena). Quando presente, a célula tem apenas um flagelo ou alguns flagelos. Quando os cílios (singular = cílio) estão presentes, no entanto, muitos deles se estendem por toda a superfície da membrana plasmática. São estruturas curtas, semelhantes a pêlos, usadas para mover células inteiras (como paramécia) 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 retêm partículas matéria e mova-a em direção às narinas.)

    Apesar de suas diferenças de comprimento e número, flagelos e cílios compartilham um arranjo estrutural comum de microtúbulos chamado de “matriz 9 + 2”. Esse é um nome apropriado porque um único flagelo ou cílio é feito de um anel de nove dupletos de microtúbulos, ao redor de um único gibão de microtúbulo no centro (Figura\(\PageIndex{5}\)).

    Esta micrografia eletrônica de transmissão mostra uma seção transversal de nove dubletos de microtúbulos que formam um tubo oco. Outro gibão de microtúbulo fica no centro do tubo.
    Figura\(\PageIndex{5}\): Esta micrografia eletrônica de transmissão de dois flagelos mostra a matriz 9 + 2 de microtúbulos: nove dubletos de microtúbulos envolvem um único gibão de microtúbulo. (crédito: modificação do trabalho da Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College; dados da barra de escala de Matt Russell)

    Agora você concluiu uma ampla pesquisa dos componentes das células procarióticas e eucarióticas. Para obter um resumo dos componentes celulares em células procarióticas e eucarióticas, consulte a Tabela\(\PageIndex{1}\).

    Tabela\(\PageIndex{1}\): Componentes celulares em células procarióticas e eucarióticas.
    Componente celular Função Presente em procariontes? Presente em células animais? Presente nas células vegetais?
    membrana plasmática 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 vacúolo central; local de muitas reações metabólicas; meio no qual as 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 proteica sim sim sim
    Mitocôndrias Produção de ATP/respiração celular Não sim sim
    Peroxissomas Oxida e, assim, decompõe ácidos graxos e aminoácidos e desintoxica venenos Não sim sim
    Vesículas e vacúolos Armazenamento e transporte; função digestiva em células vegetais Não sim sim
    Centrossoma Papel não especificado na divisão celular em células animais; fonte de microtúbulos em células animais Não sim Não
    Lisossomos Digestão de macromoléculas; reciclagem de organelas desgastadas Não sim Não
    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, empacota e distribui lipídios e proteínas Não sim sim
    Citoesqueleto Mantém a forma da célula, protege as organelas em posições específicas, permite que o citoplasma e as vesículas se movam dentro da célula e permite que organismos unicelulares se movam de forma independente sim sim sim
    Flagelos Locomoção celular Alguns Alguns Não, exceto alguns espermatozoides vegetais.
    Cília Locomoção celular, movimento de partículas ao longo da superfície extracelular da membrana plasmática e filtração Alguns Alguns Não

    Resumo

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

    Glossário

    cílio
    (plural = cílios) estrutura curta, semelhante a um cabelo, que se estende da membrana plasmática em grande número e é usada para mover uma célula inteira ou mover substâncias ao longo da superfície externa da célula
    citoesqueleto
    rede de fibras proteicas que mantêm coletivamente a forma da célula, protegem algumas organelas em posições específicas, permitem que o citoplasma e as vesículas se movam dentro da célula e permitem que organismos unicelulares se movam de forma independente
    flagelo
    (plural = flagelos) estrutura longa, semelhante a um cabelo, que se estende da membrana plasmática e é usada para mover a célula
    filamento intermediário
    componente citoesquelético, composto por várias cadeias entrelaçadas de proteína fibrosa, que suporta tensão, sustenta as junções célula-célula e ancora as células às estruturas extracelulares
    microfilamento
    elemento mais estreito do sistema citoesquelético; fornece rigidez e forma à célula e permite movimentos celulares
    microtúbulo
    elemento mais amplo do sistema citoesquelético; ajuda a célula a resistir à compressão, fornece uma trilha ao longo da qual as vesículas se movem pela célula, puxa os cromossomos replicados para extremidades opostas de uma célula em divisão e é o elemento estrutural dos centríolos, flagelos e cílios