第五章細(xì)胞骨架

第五章細(xì)胞骨架與細(xì)胞運(yùn)動(dòng),細(xì)胞骨架（cytoskeleton）是指真核細(xì)胞中的蛋白纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)較晚，主要是因?yàn)橐话汶婄R制樣采用低溫（0-4）固定，而細(xì)胞骨架會(huì)在低溫下解聚。直到20世紀(jì)60年代后，采用戊二醛常溫固定，才逐漸認(rèn)識(shí)到細(xì)胞骨架的客觀存在。,微管（Microtubule）狹義的細(xì)胞骨架（細(xì)胞質(zhì)骨架）微絲纖絲中間絲粗絲,細(xì)胞骨架:真核細(xì)胞中細(xì)胞核和質(zhì)膜之間的由蛋白質(zhì)組成的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，包括微管、微絲、中間絲、粗絲，與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞形狀的支持、物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞分裂等有關(guān)。,中間纖維,一個(gè)培養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞骨架及微管的細(xì)胞內(nèi)分布,纖絲微管,第一節(jié)微管（microtuble）,一、微管的形態(tài)結(jié)構(gòu),微管是外徑24-26nm,內(nèi)徑14-15nm的中空管狀結(jié)構(gòu)，微管壁由13條原絲圍成，每根原絲由微管蛋白異二聚體首尾相接而成。微管有三種存在形式：?jiǎn)喂埽悍稚⒂诩?xì)胞質(zhì)中或成束，不穩(wěn)定二聯(lián)管：主要分布于纖毛和鞭毛中三聯(lián)管：主要分布于中心粒和纖毛的基體中,8,微管蛋白（microtubulin）,二微管的化學(xué)組成,微管結(jié)合蛋白MAP,FGF13減緩神經(jīng)元的遷移，通過(guò)聚合與穩(wěn)定微管來(lái)調(diào)控神經(jīng)元發(fā)育。,三、微管的特性自我裝配微管組織中心極性動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性,1、自我裝配（1）體外裝配條件：A：微管蛋白濃度1mg/ml；B：最適PH6.9；C：溫度，37裝配，0解聚；D：Mg2+必須，鈣離子盡可能除去；E：需要GTP供能。（2）體內(nèi)裝配：穩(wěn)定微管：纖毛、鞭毛；不穩(wěn)定微管：紡錘體,（3）體外裝配方式：,微管蛋白異二聚體原纖維（原絲）片狀原纖維微管。踏車現(xiàn)象：在一定條件下，微管的一端發(fā)生裝配，使微管不斷延長(zhǎng)，而在另一端發(fā)生解聚而使微管縮短。,2、微管組織中心（MTOC）正常生理?xiàng)l件下的體內(nèi)組裝：微管的裝配總是先由一定區(qū)域開(kāi)始的，該區(qū)域?yàn)镸TOC。微管的負(fù)端附在微管組織中心-TuRC上受到保護(hù)，微管的延長(zhǎng)和縮短變化發(fā)生在正端。所有動(dòng)物細(xì)胞中，中心體（centrosome)是主要的微管組織中心。真正起MTOC作用的可能是位于中心粒周圍的一些蛋白質(zhì)成分。,-微管蛋白在微管裝配中的作用,19,微管在中心體處成核,3、極性（Polarity）結(jié)構(gòu)有極性：微管兩端結(jié)構(gòu)不同，微管蛋白所處的一端為正極（+），以裝配為主；微管蛋白所處的一端為負(fù)極（-）。生長(zhǎng)有極性：MTOC處為負(fù)極，背向MTOC處為正極。生長(zhǎng)端為+，起始端為-。,+-遠(yuǎn)端生長(zhǎng)端起始端正端（+）負(fù)端（-）頭端尾端,4、動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性,微管戴帽蛋白的調(diào)節(jié)作用,四影響微管穩(wěn)定性的藥物,紫杉醇(taxol),存在于紅豆杉屬植物中的一種復(fù)雜的次生代謝產(chǎn)物,也是目前所了解的惟一一種可以促進(jìn)微管聚合和穩(wěn)定已聚合微管的藥物。,秋水仙素(colchicine),秋水仙素與未聚合的微管蛋白二聚體結(jié)合,阻止聚合。,五、微管的功能支持和維持細(xì)胞的形態(tài)維持胞內(nèi)膜性細(xì)胞器的空間定位分布細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸細(xì)胞運(yùn)動(dòng)紡錘體與染色體運(yùn)動(dòng)纖毛和鞭毛運(yùn)動(dòng),1支持和維持細(xì)胞形態(tài),蠑螈紅細(xì)胞膜下的微管束,深綠：微管淺蘭：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)黃色：高爾基體,上圖：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)抗體染色下圖：微管抗體染色,上圖：高爾基抗體染色下圖：微管抗體染色,2維持細(xì)胞內(nèi)的膜性細(xì)胞器的空間定位分布,3、細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸真核細(xì)胞內(nèi)部是高度區(qū)域化的體系,細(xì)胞中合成的物質(zhì)、一些細(xì)胞器等必須經(jīng)過(guò)細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸過(guò)程。這種運(yùn)輸過(guò)程與細(xì)胞骨架體系中的微管及其馬達(dá)蛋白（Motorprotein）有關(guān)。,Motorproteins：提供運(yùn)輸動(dòng)力涉及兩大類馬達(dá)蛋白：均需ATP供能驅(qū)動(dòng)蛋白（kinesin），向著微管（+）極運(yùn)輸小泡動(dòng)力蛋白（dynein），在細(xì)胞分裂中推動(dòng)染色體的分離、驅(qū)動(dòng)鞭毛的運(yùn)動(dòng)、向著微管（-）極運(yùn)輸小泡。,驅(qū)動(dòng)蛋白kinesin,驅(qū)動(dòng)連接蛋白,動(dòng)力蛋白dyenin,動(dòng)力肌動(dòng)蛋白復(fù)合物,微管介導(dǎo)的物質(zhì)運(yùn)輸,4細(xì)胞運(yùn)動(dòng)：細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)器，變形運(yùn)動(dòng)。5紡錘體與染色體的運(yùn)動(dòng)：紡錘體由微管構(gòu)成6纖毛與鞭毛的運(yùn)動(dòng),紡錘體與染色體的運(yùn)動(dòng),微管與AlzheimersDisease,第二節(jié)纖絲（filament）廣泛存在于真核細(xì)胞中的一類絲狀結(jié)構(gòu)，對(duì)細(xì)胞具有多種重要功能。,纖絲的種類：微絲，中間絲，粗絲（1）微絲：直徑67nm，由肌動(dòng)蛋白組成，多在近細(xì)胞膜的下方；肌動(dòng)蛋白絲（2）中間絲：直徑10nm，成分種類多；（3）粗絲：直徑15nm，僅存于肌肉細(xì)胞中，由肌球蛋白組成。肌球蛋白絲。,微絲具有多種功能，在不同細(xì)胞的表現(xiàn)不同:在肌細(xì)胞組成細(xì)肌絲，跟粗肌絲配合可以收縮。在非肌細(xì)胞中主要起支撐作用,Muscle,肌纖維束,肌腱,肌原纖維,Nucleus,Singlemyofibril,Sarcomere肌節(jié),肌纖維,Thickfilaments,Thinfilaments,肌膜,Sarcomere肌節(jié),fiberfibrilefilament纖維原纖維絲粗，細(xì)胞細(xì)，胞內(nèi)最細(xì)，胞內(nèi),一肌絲的分子結(jié)構(gòu)粗肌絲肌球蛋白（myosin）原肌球蛋白（Tm）細(xì)肌絲肌鈣蛋白(Tn)肌動(dòng)蛋白（actin）,1、粗肌絲*成分：肌球蛋白(myosin)*桿狀：長(zhǎng)160nm，直徑2nm*組成：六條多肽鏈-頭部(20nm)：4條輕鏈，尾部（150nm）：2條重鏈,N-端,粗肌絲結(jié)構(gòu)圖解約4000個(gè)肌球蛋白分子排列而成1個(gè)粗肌絲,2、細(xì)肌絲*直徑：6nm*主要成分：肌動(dòng)蛋白（actin）肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白其他結(jié)合蛋白,肌動(dòng)蛋白（actin）球形-肌動(dòng)蛋白（G-actin）纖維-肌動(dòng)蛋白（F-actin）缺乏離子，球型單體，G-actin中性鹽溶液，長(zhǎng)鏈雙螺旋，F(xiàn)-actin,兩條F-actin纏繞成細(xì)肌絲,肌球蛋白結(jié)合ATP，引起頭部與肌動(dòng)蛋白纖維分離；ATP水解，引起頭部與肌動(dòng)蛋白弱結(jié)合；,Pi釋放，頭部與肌動(dòng)蛋白強(qiáng)結(jié)合，頭部向M線方向彎曲，引起細(xì)肌絲向M線移動(dòng)；ADP釋放ATP結(jié)合上去，頭部與肌動(dòng)蛋白纖維分離。如此循環(huán),滑絲模型（SlidingFilamentModel）,二、非肌細(xì)胞中的微絲（普遍性）微絲（microfilament，MF），又稱肌動(dòng)蛋白纖維（actinfilament），是由兩條線性排列的肌動(dòng)蛋白鏈形成的螺旋，形狀如雙線捻成的繩子，直徑約7nm。,actin單體外觀呈啞鈴形，稱球形肌動(dòng)蛋白G-actin；多聚體稱為纖維形肌動(dòng)蛋白F-actin。,微絲的形態(tài)結(jié)構(gòu)及成分：肌動(dòng)蛋白,微絨毛,張力纖維,偽足,收縮環(huán),微絲的動(dòng)態(tài)組裝,成核期延長(zhǎng)期穩(wěn)定期,溶液中ATP-肌動(dòng)蛋白的濃度處于臨界濃度時(shí)，ATP-肌動(dòng)蛋白在(+)端添加，而從(-)端分離，表現(xiàn)出“踏車”現(xiàn)象。,維持細(xì)胞外形胞質(zhì)環(huán)流變形運(yùn)動(dòng)支持微絨毛形成應(yīng)力纖維胞質(zhì)分裂肌肉收縮,微絲的功能,1、維持細(xì)胞外形,錨蛋白,Freeclottingclotretraction,神經(jīng)細(xì)胞樹(shù)突和軸突中的神經(jīng)絲，具有支架作用,2、胞質(zhì)環(huán)流,外質(zhì),內(nèi)質(zhì),內(nèi)質(zhì),肌球蛋白,3、變形運(yùn)動(dòng),片足,肌動(dòng)蛋白皮層,片足向前延伸,點(diǎn)接觸,4、胞質(zhì)分裂收縮環(huán)臨時(shí)結(jié)構(gòu)可收縮,三、中間絲中間絲特點(diǎn)直徑10nm中空管狀絲是細(xì)胞骨架中最復(fù)雜的，種類多，有組織特異性是最穩(wěn)定的、最堅(jiān)韌的骨架成分，賦予細(xì)胞強(qiáng)大的機(jī)械強(qiáng)度。,頭部,尾部,桿部桿狀a螺旋區(qū),中間絲的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)相似，分頭部、桿部、尾部