Microtúbulos: o que são, composição e para que servem?

As células são constituídas por um grande número de estruturas que, como um relógio, fazem com que desempenhem as suas funções com absoluta precisão.

Um dos que podemos encontrar dentro deste complexo maquinário orgânico são microtúbulos. Vamos nos aprofundar nas características desses elementos e quais são as funções que eles desempenham em nosso corpo.

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O que são microtúbulos? Características dessas estruturas

Microtúbulos são tubos microscópicos encontrados em cada uma de nossas células, começando no MTOC ou centro de organização do microtúbulo e se estendendo por todo o citoplasma da célula. Cada um desses pequenos tubos tem espessura de 25 nanômetros, sendo o diâmetro de seu interior de apenas 12 nanômetros. Quanto ao comprimento, podem atingir alguns mícrons, distância que pode parecer pequena, mas que ao nível celular e na proporção de sua largura os torna longos.

No nível estrutural, os microtúbulos

são compostos por polímeros de proteínas, e são compostos por 13 protofilamentos, que por sua vez são constituídos por monômeros de tubulina aeb localizados alternadamente, ou seja, criando uma cadeia de dímeros a-b. Os 13 protofilamentos são dispostos uns contra os outros até formarem a estrutura cilíndrica, deixando a parte do centro oco. Além disso, todos os 13 têm a mesma estrutura, todos tendo uma extremidade -, que começa com a tubulina a, sendo a outra extremidade +, da tubulina b.

Nos microtúbulos das células bacterianas, existem algumas diferenças em relação ao resto das células eucarióticas. Nesse caso, as tubulinas seriam específicas para bactérias e formariam 5 protofilamentos em vez dos 13 habituais que vimos antes. Em qualquer caso, esses microtúbulos funcionam de maneira semelhante aos outros.

Instabilidade dinâmica

Uma das qualidades que caracterizam os microtúbulos é a chamada instabilidade dinâmica. É um processo constante nessa estrutura, pelo qual eles se polimerizam ou despolimerizam continuamente. Isso significa que o tempo todo estão incorporando dímeros de tubulina para aumentar o comprimento ou, pelo contrário, estão eliminando-os para serem encurtados.

De fato, eles podem continuar a ser encurtados até que sejam completamente desfeitos para iniciar o ciclo novamente, voltando a polimerizar. Esse processo de polimerização, ou seja, o crescimento, ocorre com mais frequência na extremidade +, ou seja, na extremidade da tubulina b.

Mas como esse processo ocorre no nível celular? Dímeros de tubulina são encontrados na célula no estado livre. Eles estão todos ligados a duas moléculas de trifosfato de guanosina, ou GTP (um trifosfato de nucleotídeo). Quando chega a hora de esses dímeros aderirem a um dos microtúbulos, ocorre um fenômeno conhecido. como hidrólise, pela qual uma das moléculas de GTP é transformada em difosfato de guanosina, ou GDP (um nucleotídeo difosfato).

Lembre-se de que a velocidade do processo é essencial para entender o que pode acontecer a seguir. Se os dímeros se ligam aos microtúbulos mais rápido do que a própria hidrólise ocorre, isso é isso significa que sempre haverá o chamado cap ou cap de GTPs no mais extremo dos dímeros. Ao contrário, caso a hidrólise seja mais rápida do que a própria polimerização (porque isso tornou seu processo mais lento), o que obteremos no extremo extremo será um dímero GTP-GDP.

Como um dos nucleotídeos trifosfato mudou para um nucleotídeo difosfato, uma instabilidade é gerada na adesão entre os próprios protofilamentos, o que causa um efeito de cadeia terminando com uma despolimerização de todo o conjunto. Uma vez que os dímeros GTP-GDP que estavam causando esse desequilíbrio tenham desaparecido, os microtúbulos voltam ao normal e retomam o processo de polimerização.

Os dímeros de tubulina-GDP afrouxados rapidamente se tornam dímeros de tubulina-GTP, de modo que estão novamente disponíveis para se ligarem aos microtúbulos. Dessa forma, surge aquela instabilidade dinâmica de que falamos no início, fazendo com que os microtúbulos cresçam e diminuam sem parar, em um ciclo perfeitamente equilibrado.

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Características

Os microtúbulos desempenham um papel fundamental para várias tarefas dentro da célula, de natureza muito variada. Vamos estudar alguns deles em profundidade a seguir.

1. Cilia e flagelos

Microtúbulos compõem grande parte de outros elementos importantes da célula, como cílios e flagelos, que são basicamente microtúbulos, mas com uma membrana plasmática em torno deles. Esses cílios e flagelos são a estrutura que a célula usa para ser capaz de se mover e também como elemento sensível para capturar informações diversas do ambiente fundamental para determinados processos celulares.

Os cílios diferem dos flagelos por serem mais curtos, mas também muito mais abundantes. Em seu movimento, os cílios conduzem o fluido que circunda a célula em uma direção paralela a ela, enquanto os flagelos fazem o mesmo perpendicularmente à membrana celular.

Ambos os cílios e flagelos são elementos complexos que podem abrigar 250 tipos de proteínas. Em cada cílio e em cada flagelo encontramos o axonema, um conjunto central de microtúbulos recobertos pela membrana plasmática que indicamos anteriormente. Esses axonemas são constituídos por um par de microtúbulos localizados no centro e circundados por outros 9 pares na parte externa.

O axonema se estende desde o corpo basal, outra estrutura celular, neste caso formada por 9 conjuntos, neste caso triplo, de microtúbulos, dispostos circularmente para deixar oco a cavidade central entre todos eles.

Voltando ao axonema, deve-se notar que os pares de microtúbulos que o compõem estão aderidos entre si graças ao efeito da proteína nexina e pelos raios protéicos. Por sua vez, nesses pares externos encontramos também a dineína, outra proteína, cuja utilidade, neste caso, é gerar o movimento dos cilindros e dos flagelos, por ser do tipo motor. Internamente, isso acontece graças a um deslizamento entre cada par de microtúbulos, o que acaba gerando um movimento no nível estrutural.

2. Transporte

Outra função importante dos microtúbulos é transportar organelas dentro do citoplasma da célula., podendo ser vesículas ou de outro tipo. Esse mecanismo é possível porque os microtúbulos atuariam como uma espécie de vias pelas quais as organelas se movem de um ponto a outro na célula.

No caso específico dos neurônios, esse fenômeno ocorreria também para o chamado transporte axoplasmático. Levando em consideração que os axônios podem medir não apenas centímetros, mas metros em certas espécies, isso nos permite ter uma ideia. da capacidade de crescimento dos próprios microtúbulos para poderem suportar esta função de transporte, tão essencial nos ritmos celulares.

Em relação a esta função, microtúbulos seriam um mero caminho para as organelas, mas uma interação entre os dois elementos não seria gerada. Ao contrário, o movimento seria realizado por meio de proteínas motoras, como a dineína, que já vimos, e também a cinesina. A diferença entre os dois tipos de proteínas é a direção que tomam nos microtúbulos, uma vez que as dineínas são utilizadas para o movimento indo em direção ao fim negativo, enquanto kinesin é usado para ir em direção ao extremo mais.

3. Fuso acromático

Os microtúbulos também constituem outra das estruturas fundamentais da célula, neste caso o fuso acromático, mitótico ou meiótico. É formado por vários microtúbulos que conectam os centríolos e centrômeros dos cromossomos enquanto ocorre o processo de divisão celular, seja por mitose ou por meiose.

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4. Forma de célula

Já sabemos que existem muitos tipos de células, cada uma com suas características e disposição. Os microtúbulos ajudariam a dar à célula a forma determinada de cada um desses tipos, por exemplo no caso visto acima de uma célula alongada, como um neurônio com seu longo axônio e dendritos.

Na sua vez Eles também são essenciais para que certos elementos da célula estejam no lugar onde devem estar para cumprir suas funções adequadamente. É o caso, por exemplo, de organelas tão fundamentais como o retículo endoplasmático ou o aparelho de Golgi.

5. Organização de filamentos

Outra das funções essenciais dos microtúbulos é cuidar da distribuição dos filamentos por todo o citoesqueleto (a rede de proteínas que são encontrado dentro da célula e que nutre todas as estruturas internas), formando uma rede de vias cada vez menores que vão dos microtúbulos (o maior) em direção aos filamentos intermediários e terminando com o mais estreito de todos, os chamados microfilamentos, que podem ser miosina ou actina.

Referências bibliográficas:

• Desai, A., Mitchison, T.J. (1997). Dinâmica de polimerização de microtúbulos. Revisão anual da Biologia Celular e do Desenvolvimento.
• Mitchison, T., Kirschner, M. (1984). Instabilidade dinâmica de crescimento de microtúbulos. Natureza.
• Nogales, E., Whittaker, M., Milligan, R.A., Downing, K.H. (1999). Modelo de alta resolução do microtúbulo. Célula. ScienceDirect.