MICROFILAMENTOS: CARACTERÍSTICAS, ESTRUTURA, FUNÇÕES, PATOLOGIA - BIOLOGIA - 2025

Os microfilamentos ou filamentos de actina, são um dos três principais componentes do citoesqueleto das células eucarióticas (microfilamentos, microtúbulos e filamentos intermediários) e são compostos por pequenos filamentos de uma proteína chamada actina (polímeros de actina).

Nos eucariotos, os genes que codificam os microfilamentos de actina são altamente conservados em todos os organismos, razão pela qual são freqüentemente usados ​​como marcadores moleculares para estudos de vários tipos.

Fotografia dos filamentos de actina de uma célula manchada (Fonte: Howard Vindin via Wikimedia Commons)

Os microfilamentos são distribuídos por todo o citosol, mas são especialmente abundantes na região subjacente à membrana plasmática, onde formam uma rede complexa e se associam a outras proteínas especiais para formar o citoesqueleto.

As redes de microfilamentos no citoplasma das células de mamíferos são codificadas por dois dos seis genes descritos para a actina, que estão envolvidos na dinâmica dos microfilamentos e são até muito importantes durante a diferenciação das células-tronco.

Muitos autores concordam que os microfilamentos são as proteínas mais diversas, versáteis e importantes no citoesqueleto da maioria das células eucarióticas, e é importante lembrar que essas não são encontradas em microrganismos procarióticos.

Nesse tipo de células, por outro lado, existem filamentos homólogos aos microfilamentos, mas que são constituídos por outra proteína: a proteína MreB.

Atualmente, acredita-se que o gene que codifica essa proteína seja um possível gene ancestral para a actina em eucariotos. No entanto, a homologia de sequência dos aminoácidos que compõem a proteína MreB é de apenas 15% em relação à sequência de actina.

Por serem parte fundamental do citoesqueleto, qualquer defeito fenotípico tanto nos microtúbulos quanto nos filamentos intermediários e nos microfilamentos de actina (citoesqueleto) pode causar diferentes patologias celulares e sistêmicas.

Características e estrutura

Os microfilamentos são constituídos por monômeros de proteínas da família da actina, que são proteínas contráteis altamente abundantes nas células eucarióticas, uma vez que também participam da contração muscular.

Esses filamentos têm diâmetro entre 5 e 7 nm, por isso também são conhecidos como filamentos finos e são compostos por duas formas de actina: a forma globular (G actina) e a forma filamentosa (F actina).

As proteínas que participam do citoesqueleto são conhecidas como γ e β actinas, enquanto aquelas que participam da contração são geralmente α actinas.

A proporção de actina globular e actina filamentosa no citosol depende das necessidades celulares, uma vez que os microfilamentos são estruturas altamente variáveis ​​e versáteis, em constante crescimento e encurtamento por polimerização e despolimerização.

A G actina é uma pequena proteína globular, composta por quase 400 aminoácidos e com peso molecular em torno de 43 kDa.

Os monômeros de G-actina que compõem os microfilamentos são arranjados na forma de um filamento helicoidal, pois cada um sofre uma torção quando associado ao próximo.

G actina associa-se a uma molécula de Ca2 + e outra de ATP, que estabilizam sua forma globular; enquanto a F-actina é obtida após a hidrólise do fosfato terminal da molécula de ATP em G-actina, que contribui para a polimerização.

Organização

Os filamentos de actina podem ser organizados em "feixes" ou "redes" que têm funções diferentes dentro das células. Os feixes formam estruturas paralelas ligadas por pontes cruzadas bastante rígidas.

As redes, por outro lado, são estruturas mais soltas, como malhas tridimensionais com propriedades de géis semissólidos.

Existem muitas proteínas que se associam aos filamentos ou microfilamentos de actina e são conhecidas como ABP (proteínas de ligação à actina), que possuem locais específicos para isso.

Muitas dessas proteínas permitem que os microfilamentos interajam com os outros dois componentes do citoesqueleto: microtúbulos e filamentos intermediários, bem como com os outros componentes da face interna da membrana plasmática.

Outras proteínas com as quais os microfilamentos interagem incluem as lâminas nucleares e a espectrina (nos glóbulos vermelhos).

Como os filamentos de actina são formados?

Como os monômeros de actina globulares sempre se ligam da mesma maneira, orientados na mesma direção, os microfilamentos têm uma polaridade definida, com duas extremidades: uma "mais" e outra "menos".

A polaridade desses filamentos é muito importante, pois eles crescem consideravelmente mais rápido em sua extremidade positiva, onde os novos monômeros de G-actina são adicionados.

Representação gráfica da formação do microfilamento de actina (Fonte: trabalho derivado: Retama () Thin_filament_formation.svg: Mikael Häggström via Wikimedia Commons)

A primeira coisa que ocorre durante a polimerização dos filamentos de actina é um processo conhecido como "nucleação", que consiste na associação de três monômeros da proteína.

Novos monômeros são adicionados a esse trímero em ambas as extremidades, para que o filamento cresça. Monômeros de G-actina são capazes de hidrolisar ATP com cada ligação, o que tem implicações para a taxa de polimerização, uma vez que as porções de actina-ATP se dissociam com maior dificuldade do que as porções de actina-ADP.

O ATP não é necessário para a polimerização e o papel específico de sua hidrólise ainda não foi elucidado.

Alguns autores consideram que, como os eventos de polimerização da actina são rapidamente reversíveis, o ATP associado a esses processos pode representar até 40% do turnover celular total dessa molécula energética.

Regulamento

Tanto a polimerização dos filamentos de actina quanto sua despolimerização são processos altamente regulados por uma série de proteínas específicas, responsáveis ​​pela remodelação dos filamentos.

Exemplos de proteínas que regulam a despolimerização são o fator de despolimerização da actina cofilina. Outra proteína, a profilina, tem função oposta, pois estimula a associação de monômeros (ao estimular a troca de ADP por ATP).

Recursos

Os microfilamentos interagem com os filamentos de miosina que estão associados às proteínas transmembrana que possuem um domínio no citosol e outro no exterior da célula, participando, assim, dos processos de mobilidade celular.

Esses microfilamentos associados à membrana plasmática medeiam várias respostas celulares a diferentes classes de estímulos. Por exemplo, a adesão celular em tecidos epiteliais é conduzida por proteínas transmembrana conhecidas como caderinas, que interagem com os microfilamentos para recrutar fatores de resposta.

Os filamentos de actina interagem com os filamentos intermediários para fazer com que os estímulos extracelulares sejam transmitidos a locais-chave, como ribossomos e cromossomos dentro do núcleo.

Representação da função motora intracelular dos microfilamentos de actina (Fonte: Boumphreyfr via Wikimedia Commons)

Uma função clássica e bem estudada dos microfilamentos é sua capacidade de formar "pontes", "trilhos" ou "rodovias" para o movimento da proteína motora miosina I, que é capaz de carregar vesículas de transporte das organelas para a membrana plasma nas vias secretoras.

Os microfilamentos também interagem com a miosina II para estabelecer o anel contrátil que se forma durante a citocinese, precisamente durante o último estágio da divisão celular em que o citosol é separado das células-tronco e filhas.

Em geral, os microfilamentos de F-actina modulam a distribuição de algumas organelas, como o complexo de Golgi, retículo endoplasmático e mitocôndria. Além disso, eles também participam do posicionamento espacial dos mRNAs para que sejam lidos pelos ribossomos.

Todo o conjunto celular de microfilamentos, especialmente aqueles intimamente relacionados à membrana plasmática, participam da formação das membranas ondulantes das células que têm um movimento ativo constante.

Eles também estão envolvidos na formação de microvilosidades e outras saliências comuns na superfície de muitas células.

Exemplo de funções no fígado

Os microfilamentos participam do processo de secreção biliar dos hepatócitos (células do fígado) e também dos movimentos peristálticos (contração coordenada) dos canalículos hepáticos.

Contribuem para a diferenciação dos domínios da membrana plasmática graças à associação com diferentes elementos citosólicos e ao controle que exercem sobre a topografia desses elementos intracelulares.

Patologias relacionadas

Existem poucas doenças associadas a defeitos primários na estrutura ou a proteínas e enzimas regulatórias na síntese de microfilamentos, apesar de estarem diretamente envolvidas em um grande número de funções.

O baixo índice de doenças e malformações na estrutura primária dos microfilamentos se deve ao fato de que, geralmente, existem múltiplos genes que codificam tanto a actina quanto suas proteínas regulatórias, fenômeno conhecido como “redundância genética”.

Uma das patologias mais estudadas é a vitrificação dos oócitos em seu citoesqueleto, onde se observa uma interrupção na rede de microfilamentos corticais, bem como uma despolimerização e desorganização dos microtúbulos do fuso mitótico.

Em termos gerais, essa vitrificação provoca uma dispersão cromossômica, pois leva a um desarranjo na compactação de toda a cromatina.

As células que apresentam maior organização e proporção de microfilamentos em seu citoesqueleto são as células do músculo estriado, portanto, a maioria das patologias está associada ao mau funcionamento do aparelho contrátil.

Microfilamentos defeituosos ou atípicos também foram associados à doença dos ossos conhecida como doença de Paget.

Referências

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