細(xì)胞骨架(翟中和細(xì)胞生物學(xué)全套)(課堂PPT)

1,THECYTOSKELETON,第九章細(xì)胞骨架,2,成分：microfilament、microtubule、intemediatefilament。單體非共價(jià)結(jié)合，構(gòu)成纖維型多聚體。微絲確定細(xì)胞表面特征，使細(xì)胞能夠運(yùn)動(dòng)和收縮。微管確定膜性細(xì)胞器的位置和作為運(yùn)輸導(dǎo)軌。中間纖維使細(xì)胞具有張力和抗剪切力。其它骨架成分：核骨架、核纖層、膜骨架、細(xì)胞外基質(zhì)。,3,Thethreetypesofprotein,4,第一節(jié)微絲,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。,5,Microfilament,MF,6,一、結(jié)構(gòu)與裝配,根據(jù)等電點(diǎn)分3類：-actin分布于肌細(xì)胞；-和-分布于所有細(xì)胞。單體呈啞鈴形，稱G-actin；多聚體稱F-actin。結(jié)構(gòu)高度保守，酵母和兔子actin有88%的同源性。需要翻譯后修飾，如N-端乙?；蚪M氨酸殘基的甲基化。,7,微絲的裝配,條件：ATP、適宜溫度、K+和Mg2+。過程：2-3個(gè)actin聚集成核心（核化）；ATP-actin分子向核心兩端加合。極性：ATP-actin加到(+)極的速度要比加到(-)極的速度快5-10倍。踏車行為：單體可同時(shí)在(+)端添加，在(-)端分離。,8,Treadmilling,+,-,9,細(xì)胞中大多數(shù)微絲結(jié)構(gòu)處于動(dòng)態(tài)組裝和去組裝過程中，并通過這種方式實(shí)現(xiàn)其功能。細(xì)胞松弛素（cytochalasin）可切斷微絲纖維，并結(jié)合在微絲末端抑制肌動(dòng)蛋白加合到微絲纖維上。鬼筆環(huán)肽（phalloidin）與微絲能夠特異性的結(jié)合，使微絲纖維穩(wěn)定而抑制其功能。熒光標(biāo)記的鬼筆環(huán)肽可特異性的顯示微絲。,10,二、微絲結(jié)合蛋白,已知的的微絲結(jié)合蛋白有100多種，1核化蛋白：使游離actin核化，開始組裝，Arp2單體隱蔽蛋白：阻止游離actin向纖維添加，thymosin3封端蛋白：使纖維穩(wěn)定，CapZ4單體聚合蛋白：將結(jié)合的單體安裝到纖維，profilin5微絲解聚蛋白：cofilin6交聯(lián)蛋白：fimbrin7纖維切斷蛋白：gelsolin8膜結(jié)合蛋白：vinculin,11,12,13,14,15,三、肌肉的組成,由肌原纖維組成，肌原纖維的粗肌絲主要成分是肌球蛋白，細(xì)肌絲主要成分是肌動(dòng)蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白。肌肉收縮的基本單位是肌小節(jié)（sarcomere）。肌小節(jié)是相鄰兩Z線間的單位。主要結(jié)構(gòu)有：A帶（暗帶）：為粗肌絲所在。H區(qū)：A帶中央色淺部份，此處只有粗肌絲。I帶（明帶）：只含細(xì)肌絲部分。Z線：細(xì)肌絲一端游離，一端附于Z線。,16,17,Sarcomere,18,（一）肌球蛋白（myosin）,屬于馬達(dá)蛋白，多數(shù)趨向微絲的（+）極。MyosinII構(gòu)成粗肌絲。由2重鏈和4輕鏈組成，具有2球形的頭和1螺旋化的干，頭部有ATP酶活性。MyosinV結(jié)構(gòu)類似myosinII，但重鏈有球形尾部。MyosinI由一個(gè)重鏈和兩個(gè)輕鏈組成。在非肌細(xì)胞中，II型參與形成應(yīng)力纖維和胞質(zhì)收縮環(huán)，I、V型結(jié)合在膜上與膜泡運(yùn)輸有關(guān)。,19,MyosinIIstructure,Twoheavychains,twoessentiallightchains,andtworegulatorylightchainsHeavychainhasheaddomain,neckregion,andtaildomain,20,21,（二）原肌球蛋白（tropomyosin.Tm）組成兩條平行纖維，位于肌動(dòng)蛋白雙螺旋的溝中，作用是加強(qiáng)和穩(wěn)定肌動(dòng)蛋白絲，抑制肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白結(jié)合。（三）肌鈣蛋白（troponin,Tn），含三個(gè)亞基，C亞基結(jié)合鈣，T亞基與原肌球蛋白有高度親和力，I亞基抑制肌球蛋白的ATP酶活性。,22,Tropomyosin,actinandtroponin,23,（四）肌肉的收縮,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；,24,Myosinmovement(continued),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),25,四、微絲的功能,微絲除參與形成肌原纖維外還具有以下功能：1形成應(yīng)力纖維（stressfiber）：結(jié)構(gòu)類似肌原纖維，使細(xì)胞具有抗剪切力。,26,培養(yǎng)的上皮細(xì)胞中的應(yīng)力纖維（微絲紅色、微管綠色）,27,2形成微絨毛。3細(xì)胞的變形運(yùn)動(dòng)。,28,4.胞質(zhì)分裂；5.頂體反應(yīng)（海膽）；6.其他功能：抑制微絲的藥物（細(xì)胞松弛素）可增強(qiáng)膜的流動(dòng)、破壞胞質(zhì)環(huán)流。,29,第二節(jié)微管,微管在胞質(zhì)中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，作為運(yùn)輸路軌并起支撐作用。微管是由微管蛋白組成的管狀結(jié)構(gòu)，對(duì)低溫、高壓和秋水仙素敏感。,30,Afluorescentlystainedimageofculturedepithelialcellsshowingthenucleus(yellow)andmicrotubules(red),31,Microtubule,MT,32,一、分子結(jié)構(gòu),13條原纖維構(gòu)成的中空管狀結(jié)構(gòu)，直徑2225nm。每條原纖維由微管蛋白二聚體線性排列而成。二聚體由結(jié)構(gòu)相似的和球蛋白構(gòu)成，均可結(jié)合GTP。球蛋白結(jié)合的GTP從不發(fā)生水解或交換。球蛋白也是一種G蛋白，結(jié)合的GTP可發(fā)生水解，結(jié)合的GDP可交換為GTP。,33,E-site,N-site,34,具有極性，(+)極生長速度快，(-)極生長速度慢。(+)極的最外端是球蛋白，(-)極是球蛋白?？尚纬煞€(wěn)定結(jié)構(gòu)，如軸突、纖毛、鞭毛。是微管結(jié)合蛋白的作用和酶修飾的原因。大多數(shù)微管處于動(dòng)態(tài)組裝和去組裝狀態(tài)（如紡錘體），具有踏車行為。秋水仙素、長春花堿抑制微管裝配。紫杉酚能促進(jìn)微管的裝配,并使已形成的微管穩(wěn)定。,35,ThefunctionofGTP-tubulincap,GTPhydrolysisisnotrequiredformicrotubuleassembly，WHY？,36,Antimitosisdrugs,37,二、微管結(jié)合蛋白microtubuleassociatedproteinsMAPs,MAP分子包含一個(gè)結(jié)合微管的結(jié)構(gòu)域和一個(gè)向外突出的結(jié)構(gòu)域。可與其它細(xì)胞組分（如微管束、中間纖維、質(zhì)膜）結(jié)合。主要功能：促進(jìn)微管組裝。增加微管穩(wěn)定性。促進(jìn)微管聚集成束。,38,三、微管組織中心microtubuleorganizingcenter,MTOCs,是微管進(jìn)行組裝的區(qū)域，都具有微管球蛋白，如：中心體、鞭毛基體。,39,中心體由兩個(gè)相互垂直的中心粒構(gòu)成。周圍是無定形物質(zhì)，叫做外中心粒物質(zhì)（PCM）。中心粒由9組3聯(lián)微管構(gòu)成，具有召集PCM的作用。MTOC處微管蛋白以環(huán)狀的球蛋白復(fù)合體為模板核化、先組裝出（-）極，然后開始生長。提純的微管，在微酸性環(huán)境，適宜溫度，存在GTP、Mg2+和去除Ca2+的條件下能自發(fā)的組裝成11條原纖維的微管。,40,41,TheOrientationofMicrotubulesinaCell,42,五、微管的功能,1.支架作用,43,2.細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸是胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)穆奋?。涉?類馬達(dá)蛋白：kinesin、dyenin，需ATP供能。Kinesin發(fā)現(xiàn)于1985年，由兩條輕鏈和兩條重鏈構(gòu)成，向微管（+）極運(yùn)輸小泡。,Kinesinwalkalongmicrotubuletowardsplusend,44,Dynein發(fā)現(xiàn)于1963年。由兩條相同的重鏈和種類繁多的輕鏈以及結(jié)合蛋白構(gòu)成。作用：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。,45,3.形成紡錘體。,46,47,4.形成鞭毛和纖毛結(jié)構(gòu)：由基體和鞭桿兩部分構(gòu)成；鞭毛中的微管為9+2結(jié)構(gòu)；二聯(lián)微管A管由13條原纖維組成，B管由10條原纖維組成；A管向相鄰B管伸出兩條動(dòng)力蛋白臂，并向鞭毛中央發(fā)出一條輻；基體的微管組成為9+0。運(yùn)動(dòng)原理：動(dòng)力蛋白臂的dynein水解ATP作功，使相鄰的二聯(lián)微管相互滑動(dòng)。,48,49,50,51,第三節(jié)中間纖維,直徑10nm左右，介于微絲和微管之間，故名。IF是最穩(wěn)定的細(xì)胞骨架成分，主要起支撐作用。IF在細(xì)胞中圍繞著細(xì)胞核分布，成束成網(wǎng)，并擴(kuò)展到細(xì)胞質(zhì)膜，與質(zhì)膜相連結(jié)。,52,intermediatefilaments，IF,53,54,Keratinfilamentsofepithelialcellsaretightlyanchoredtotheplasmamembranesatdesmosmesandhemidesmosomes,55,一、類型,分5類：角蛋白、結(jié)蛋白、膠質(zhì)原纖維酸性蛋白、波形纖維蛋白、神經(jīng)纖絲蛋白。具有組織特異性，不同類型細(xì)胞含有不同IF。通常一種細(xì)胞含有一種IF，少數(shù)含2種以上。腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移后仍保留源細(xì)胞的IF。,56,（一）角蛋白keratin表皮細(xì)胞特有，分和兩類，型存在于細(xì)胞中，型構(gòu)成頭發(fā)、指甲。單體分為：酸性角蛋白（I型）、中性或堿性角蛋白（II型）。通過兩者的異二聚體形成角蛋白纖維。（二）結(jié)蛋白desmin又稱骨骼蛋白skeletin，存在于肌肉細(xì)胞中，主要功能是使肌纖維連在一起。,57,（三）膠質(zhì)原纖維酸性蛋白glialfibrillaryacidicprotein，存在于星形神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和許旺細(xì)胞。起支撐作用。（四）波形纖維蛋白vimentin，存在于間充質(zhì)細(xì)胞及中胚層來源的細(xì)胞中。（五）神經(jīng)纖絲蛋白neurofilamentprotein，是由三種分子量不同的多肽組成的異聚體，功能是提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展和防止斷裂。,58,二、結(jié)構(gòu)與裝配,（一）結(jié)構(gòu)由螺旋化桿狀區(qū)、球形頭部（N端）和尾部（C端）構(gòu)成。桿狀區(qū)高度保守，由螺旋1和螺旋2構(gòu)成，每個(gè)螺旋區(qū)分為A、B兩個(gè)亞區(qū)。,59,intemediatefilaments，IF,60,（二）IF的裝配,過程：兩個(gè)單體形成超螺旋二聚體；兩個(gè)