As actinas são uma família de proteínas globulares que formam os microfilamentos, um dos três componentes fundamentais do citoesqueleto das células dos organismos eucariotas. A actina pode ser encontrada como monómero em forma livre, denominada actina G, ou formando parte de polímeros lineares denominados microfilamentos ou actina F, que são essenciais para funções celulares tão importantes como a mobilidade e a contração da célula durante a divisão celular.Actina Em vertebrados, identificaram-se três grandes grupos de isoformas da actina, chamadas alfa, beta e gama. As alfa encontram-se nos tecidos musculares, e são um dos constituintes principais do aparato contrátil do músculo. As beta e as gama coexistem na maior parte dos tipos celulares como componentes do citoesqueleto, e como mediadores da mobilidade celular interna.
A importância da actina reflete-se na elevada percentagem que esta proteína representa no conteúdo proteico total da célula e em que a sua sequência está muito conservada, ou seja, que mudou muito pouco ao longo da evolução, pelo que se pode dizer que a sua estrutura foi otimizada. Apresenta duas características peculiares: é um enzima que hidrolisa ATP, a molécula energética biológica, e fá-lo de maneira muito lenta, e além disso é a proteína que estabelece mais interações com outras proteínas de todas as conhecidas, o que lhe permite realizar as mais variadas funções, que afetam quase todos os aspetos da vida celular. A miosina é um exemplo de proteína que se une à actina. Outro exemplo é a vilina, que pode entrelaçar a actina em feixes ou cortar os filamentos de actina, dependendo da concentração do catião cálcio no meio.Marc Maillet Biología celular (em castelhano). Publicado por Elsevier Espanha, 2002; pág. 132.
A actina, ao formar microfilamentos num processo dinâmico, proporciona uma estrutura de suporte que dá à célula a possibilidade de remodelar a sua forma rapidamente em resposta ao seu meio ou a sinais enviados pelo organismo, por exemplo, aumentando a superfície celular para a absorção ou dando suporte à adesão das células para formar tecidos. Sobre esta estrutura de suporte podem ancorar-se outros enzimas, organelos como os cílios, e dirigir a deformação da membrana plasmática para permitir a endocitose ou a citocinese. Também pode produzir movimento, por ela mesma ou ajudada por motores moleculares. Desse modo, contribui para processos como o transporte intracelular de vesículas e organelos e para a contração muscular, ou a migração celular, importante no desenvolvimento embrionário, na cura de feridas ou na invasividade do cancro. A origem evolutiva desta proteína pode ser rastreada nas células procariotas, nas quais existem equivalentes. Por último, é importante no controlo da expressão génica.
Há muitas doenças que têm a sua base em alterações genéticas em alelos dos genes encarregados da produção de actina ou das suas proteínas associadas, e é também essencial no processo de infeção de alguns microorganismos patógenos. As mutações nos distintos genes de actina presentes em humanos ocasionam miopatias, variações no tamanho e na função cardíaca e surdez. Os componentes do citoesqueleto também têm relação com a patogenicidade de bactérias intracelulares e virus, especialmente em processos relacionados com a evasão da resposta do sistema imunitário. Já foram identificadas seis diferentes isoformas de actina, entre elas a Actina alfa 1, músculo esquelético, também conhecida como ACTA1.
Estrutura
A actina é uma das proteínas mais abundantes nos eucariotas e está presente por todo o citoplasma. Nas fibras musculares representa 20% em peso da proteína celular total e, noutras células animais, oscila entre 1 e 5%. Porém, não existe um único tipo de actina, senão que os seus genes codificantes formam uma família multigénica (família que, em plantas, compreende mais de 60 elementos, entre genes e pseudogenes e, em humanos, mais de 30). Isto significa que a informação genética de cada indivíduo possui instruções para gerar variantes da actina (denominadas isoformas) que possuirão funções ligeiramente distintas. Deste modo, os organismos eucariotas expressam distintos genes que dão lugar: à actina α, que se encontra em estruturas contráteis; à actina β, no bordo em expansão das células que empregam a projeção de estruturas celulares como método de mobilidade; e à actina γ, nos filamentos das fibras de stress. Para além das similitudes existentes entre as isoformas de um organismo, também existe uma conservação evolutiva no que respeita à estrutura e função entre organismos do domínio eucariota, e mesmo em bactérias, nas quais se conhece o homólogo MreB, uma proteína que pode polimerizar-se em microfilamentos, e em arqueias, nas quais existe um representante (Ta0583) ainda mais semelhante às actinas de eucariotas.Futoshi Hara, Kan Yamashiro, Naoki Nemoto, Yoshinori Ohta, Shin-ichi Yokobori, Takuo Yasunaga, Shin-ichi Hisanaga, and Akihiko Yamagishi. (2007): An Actin Homolog of the Archaeon Thermoplasma acidophilum That Retains the Ancient Characteristics of Eukaryotic Actin . Journal of Bacteriology, p. 2039-2045, Vol. 189, No. 5 doi:10.1128/JB.01454-06
A actina apresenta-se na célula em duas formas: como monómeros globulares denominados actina G e como polímeros filamentosos denominados actina F (que são filamentos compostos de muitos monómeros de actina G). A actina F pode denominar-se também microfilamento. A cada filamento de actina une-se uma molécula de adenosina trifosfato (ATP) ou de adenosina difosfato (ADP), que por sua vez está associada a um catião Mg2+. Das distintas combinações possíveis entre as formas de actina e o nucleótido trifosfato, na célula predominam a actina G-ATP e a actina F-ADP.
Actina G
No que respeita à sua estrutura molecular, a actina G possui uma aparência globular vista com o microscópio eletrónico de varrimento; não obstante, por cristalografia de raios X pode apreciar-se que está composta por dois lóbulos separados por uma fenda; a estrutura conforme o pregamento ATPase (dobramento), um centro de catálise enzimática ao qual pode unir-se o ATP e Mg2+ e pode hidrolisar o ATP a ADP e fosfato. Este pregamento é um motivo estrutural conservado que também está presente noutras proteínas que interagem com nucleosídeos trifosfato como a hexoquinase (uma enzima do metabolismo energético) ou as proteínas Hsp70 (uma família de proteínas que contribuem para que outras proteínas possuam estruturas funcionais). A actina G só é funcional quando possui ADP ou ATP na sua fenda; porém, na célula predomina o estado unido a ATP quando a actina está livre.
miniatura|300px|Modelo molecular de fitas da actina de músculo esquelético de coelho segundo Graceffa e Domínguez, 2003. Salientaram-se os quatro subdomínios, assim como os extremos N e C-terminal e o lugar de união do ATP. A molécula está orientada segundo a convenção que se adota normalmente, pelo que fica na parte superior o extremo - (ponta de flecha) e na inferior o extremo + (barbado).
A actina cristalizada por Kabsch, que é a mais utilizada como modelo em estudos estruturais, porque foi a primeira que se purificou, procede do músculo esquelético do coelho. Tem dimensões aproximadas de 67 x 40 x 37 Å, uma massa molecular de 41785 Da e um ponto isoelétrico estimado de 4,8. A sua carga líquida em pH 7 é de -7.
Estrutura primária
A sequência de aminoácidos completa deste tipo de actina foi determinada por Elzinga e colaboradores em 1973, e afinada em trabalhos posteriores do mesmo autor. Contém 374 resíduos de aminoácidos. O seu extremo N-terminal é muito ácido. Começa com um aspartato acetilado no seu grupo amino, enquanto o seu C-terminal é básico, formado por uma fenilalanina precedida por uma cisteína de certa importância funcional. Ambos os extremos se situam numa posição muito próxima dentro do subdomínio I. Apresenta também alguns aminoácidos anómalos, como uma Nτ-metil-histidina em posição 73.
Estrutura terciária-domínios
Está formada por dois domínios conhecidos como grande e pequeno, separados por uma fenda que leva no seu centro o lugar para a união do ATP-ADP+Pi. Por debaixo deste existe uma greta de menor profundidade chamada "sulco". Quando estão na sua forma nativa, apesar dos seus nomes, ambos os domínios têm um tamanho similar.,
Nos estudos topológicos, por convenção, a proteína orienta-se de maneira que o domínio maior fica à esquerda, enquanto o menor se situa à direita. Nesta posição, o domínio pequeno divide-se por sua vez no subdomínio I (posição inferior, resíduos 1-32, 70-144 e 338-374) e subdomínio II (posição superior, resíduos 33-69). O domínio maior também se divide noutros dois, o subdomínio III (inferior, resíduos 145-180 e 270-337) e o subdomínio IV (superior, resíduos 181-269). A zona exposta dos subdomínios I e III denomina-se extremo "barbado", enquanto à dos subdomínios II e IV se lhe chama extremo "em ponta de flecha". Esta denominação faz referência ao facto de que devido à pequena massa do subdomínio 2, a actina adquire polaridade, que se discutirá posteriormente ao falar da dinâmica de ensamblagem. Alguns autores nomeiam os subdomínios como Ia, Ib, IIa e IIb, respetivamente.
Outras estruturas notáveis
A estrutura superssecundária mais notável é uma folha beta de cinco cadeias que se compõem de um meandro β e uma unidade β-α β dextrogira. Está presente em ambos os domínios. Isto sugere que a proteína surgiu por duplicação génica. O lugar de união para o nucleótido de adenosina está entre duas estruturas em forma de gancho beta pertencentes aos domínios 1 e 3. Os resíduos implicados são Asp11-Lys18 e Asp154-His161, respetivamente. Justo debaixo do nucleótido encontra-se o lugar de união para o catião divalente, que in vivo é com maior probabilidade o Mg2+ ou o Ca2+ enquanto que in vitro é o formado por uma estrutura quelante na qual contribuem a Lys18 e dois oxigénios dos fosfatos α e β do nucleótido. Este cálcio está coordenado com seis moléculas de água que se encontram retidas pelos aminoácidos Asp11, Asp154, e Gln137. Juntamente com o nucleótido forma um complexo que restringe os movimentos de uma região chamada dobradiça, situada entre os resíduos 137 e 144, mantendo desta maneira a forma nativa da proteína, até ao ponto de que a sua retirada desnatura o monómero de actina. Esta região também é importante, porque determina as conformações "aberta" ou "fechada" da fenda da proteína. Quase com segurança existem também pelo menos outros três centros com menor afinidade (intermédia) e outros de baixa afinidade para catiões divalentes. Especulou-se sobre o papel destes centros na polimerização da actina na fase de activação. No subdomínio 2 existe uma estrutura, chamada alça-D ou D-loop devido a que se une à DNase I, situada entre os resíduos His40 e Gly48 que aparece como um elemento desordenado na maioria dos cristais e como uma folha β quando está formando complexo com a DNase I. Segundo Domínguez et al., o episódio chave da polimerização seria a propagação de uma alteração conformacional desde o centro de união para o nucleótido até este domínio, que passaria de ser de uma alça para uma hélice. Esta teoria parece ser refutada por outros trabalhos.
Actina F