Microtúbulos

MICROTÚBULOS

Os microtúbulos (MT) são polímeros longos e rígidos que se estendem por todo o citoplasma e coordenam a localização intracelular das organelas e de outros componentes celulares.

Os MT são constituídos por moléculas de tubulina, cada uma delas sendo um heterodímero composto de duas proteínas globulares de 55 Kd, muito similares, denominadas  a-tubulina e b-tubulina, fortemente ligadas por ligações não covalentes.

Nos mamíferos, existem pelo menos, 6 formas de  a-tubulinas e número similar de b-tubulinas; embora muito similares, estas formas têm localizações distintas na célula e realizam discretas funções diferentes.

ESTRUTURA DE UM MICROTÚBULO – vide Alberts, 2001.

MICROTÚBULOS E DROGAS ANTIMITÓTICAS

Muitos dos conjuntos de MTs celulares são lábeis e dependem desta labilidade para suas funções. O fuso mitótico é um dos mais extraordinários exemplos para o estudo dessa labilidade, sendo alvo de drogas antimitóticas.        

A droga colchicina, um alcalóide extraído da Colchicum autummale, liga-se firmemente a uma molécula de tubulina, impedindo sua polimerização não se ligando, no entanto, à tubulina já polimerizada, constituindo os MTs.

Expondo uma célula em divisão à colchicina ( ou colcemide), observa-se um rápido desaparecimento do fuso mitótico indicando que o equilíbrio químico é mantido através de uma troca contínua de subunidades entre os MTs do fuso e o “pool” de tubulinas livres.

A droga taxol tem ação oposta a nível molecular; ela liga-se firmemente aos MTs evitando a perda de subunidades de tubulinas. Entretanto, novas subunidades de tubulinas podem ser adicionadas ao MTs  que cresce, mas não diminui em tamanho.  

POLIMERIZAÇÃO DAS TUBULINAS: NUCLEAÇÃO E ALONGAMENTO

Vide Alberts et al., 2001

CRESCIMENTO DOS MICROTÚBULOS

A polaridade estrutural de um MT, que reflete a orientação regular das subunidades de tubulinas, torna diferentes as duas extremidades do polímero produzindo um grande efeito na sua velocidade de crescimento.                  

Se moléculas purificadas de tubulinas são colocadas em condições de polimerizarem nas extremidades de um MT estável, por um curto período de tempo, observa-se que uma das extremidades alonga com uma velocidade 3 vezes MAIOR do que a outra.

A extremidade que cresce mais rápido é definida como MAIS e a outra extremidade é conhecida como MENOS.

Tem sido mostrado que as extremidades MAIS dos MTs se estendem na células a partir de sítios de nucleação como o centrossomo, os polos do fuso mitótico ou o corpúsculo basal dos cílios.

 

CENTROSSOMO – MAIOR CENTRO DE ORGANIZAÇÃO DE MTs.

Nas células animais, o centrossomo é o principal centro organizador de MTs. Está localizado ao lado do núcleo, próximo da superfície externa do envelope nuclear.

O centrossomo contém centenas de estruturas com formato de anéis, constituídas por um outro tipo de tubulina –  g-tubulina, com diâmetro de 25 a 28  nm - sendo que cada uma serve como sítio de nucleação para o crescimento de um MT.

Os dímeros de ab-tubulinas adicionados ao anel de g-tubulina numa orientação específica, tem como resultado: a embebição do terminal MENOS de cada MT no centrossomo, e;  o crescimento ocorrendo apenas no terminal MAIS.

Na maioria das células animais, além dos anéis de g-tubulina, encontra-se imerso no centrossomo, uma estrutura constituída por um curto arranjo cilíndrico de MT, os centríolos.

Os centríolos não tem nenhuma função na nucleação dos MTs, mas, estruturas similares - os corpúsculos basais - são os centros organizadores de MTs, nos cílios e flagelos.

Centros de organização contendo sítios de nucleação e a manutenção de baixas concentrações de subunidades de ab-tubulinas, possibilitam às células controlar onde os MTs se formam.

Nem todo o centro organizador de MTs contém centríolos;

1.  nas células mitóticas de plantas superiores, os MTs terminam numa região elétron-densa pobremente definida e completamente desprovida de centríolos.

2. os centríolos estão ausentes no fuso meiótico dos ovócitos de camundongos, embora mais tarde,  apareçam no embrião em desenvolvimento.

Nos fungos e diatomáceas, o centro organizador de MTs consiste numa placa denominada corpúsculo polar do fuso, imersa no envelope nuclear.    

 

DESPOLIMERIZAÇÃO E REPOLIMERIZAÇÃO DOS MTs

A meia-vida de um MT individual é de aproximadamente 10 minutos, enquanto que a vida média de uma molécula de tubulina, entre sua síntese e degradação proteolítica é superior a 20 horas.

Assim, cada molécula de tubulina poderá participar na formação e desagregação de muitos MTs, durante sua vida média.

Denomina-se Instabilidade Dinâmica às transições entre longos períodos de polimerização e despolimerização de subunidades de tubulinas, sendo fundamental no posicionamento dos MTs na célula.

CRESCIMENTO DO MT e a INSTABILIDADE DINÂMICA

A Instabilidade Dinâmica dos MTs necessita de entrada de energia para alterar o balanço químico entre a polimerização e despolimerização – energia esta que é fornecida pela hidrólise de GTP.

A molécula de GTP  liga-se à subunidade da b-tubulina na molécula do heterodímero e, quando a tubulina é adicionada à extremidade do MT, o GTP é hidrolisado a GDP.

IMP – a a-tubulina também carrega GTP, mas este não pode ser hidrolisado, de forma que podemos considerá-lo parte integrante da estrutura da proteína.

A Instabilidade Dinâmica é uma conseqüência do retardamento da hidrólise do GTP após a ligação da tubulina.

Quando um MT cresce rapidamente, moléculas de tubulina juntam-se à extremidade do polímero mais rápidamente do que o GTP que é carregado por eles, possa ser hidrolisado.

Isto resulta na presença de um “quepe” de GTP na extremidade do MT, o que estimula a polimerização, uma vez que as moléculas de tubulina contendo GTP ligam-se umas às outras com maior afinidade do que as moléculas que contêm GDP.

Ao contrário, quando um MT perde seu “quepe” de GTP