大學(xué)精品課件：七年制細(xì)胞骨架

1、第七章 細(xì)胞骨架與細(xì)胞運(yùn)動,Cytoskeleton and Cell Motility,細(xì)胞骨架（cytoskeleton）:是指真核細(xì)胞中與保持細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)和細(xì)胞運(yùn)動有關(guān)的纖維網(wǎng)絡(luò)，包括微管、微絲和中間絲 。 微管（microtubule, MT） 微絲（microfilament, MF） 中間纖維（intermediate filament, IF,第一節(jié) 微 管（microtubule, MT,微管蛋白和微管結(jié)合蛋白組成的中空圓柱狀結(jié)構(gòu)； 存在于細(xì)胞質(zhì)中； 是一種動態(tài)結(jié)構(gòu) 基本功能：維持細(xì)胞形態(tài)，參與細(xì)胞運(yùn)動和物質(zhì)運(yùn)輸 組成的細(xì)胞器：纖毛、鞭毛、紡錘體、中心體,微管蛋白單體 微管蛋白

2、單體 微管蛋白位于微管組織中心， 影響微管成核、定位及極性等,一組成：微管蛋白（tubulin,異二聚體,微管,常以微管蛋白異二聚體形式存在,微管蛋白,微管蛋白,二形態(tài)結(jié)構(gòu)：中空圓柱狀結(jié)構(gòu)，13根原纖維圍成一周， 和微管蛋白首尾相接，具有極性,有三種存在形式： 單管、二聯(lián)管和三聯(lián)管,三微管相關(guān)蛋白：（microtubule-associated protein, MAP） 結(jié)合在微管表面的輔助蛋白 結(jié)構(gòu)區(qū)域功能： 堿性的微管結(jié)合區(qū)域加速微管成核作用； 酸性的突出區(qū)域與其他骨架纖維聯(lián)系 主要類型： MAP-1（軸突和樹突中） MAP-2（胞體和樹突中） tau（只存在 于軸突中） MAP-4（大

3、多數(shù)細(xì)胞中,神經(jīng)元細(xì)胞,四微管的組裝,微管蛋白亞基 結(jié)合緊密組裝 水解 微管蛋白亞基 易脫落解聚 微管組裝過程： 成核期（延遲期）： 異二聚體寡聚體側(cè)面增加片狀帶 合攏一段微管 聚合期（延長期）：聚合速度大于解聚速度 穩(wěn)定期 ：聚合速度等于解聚速度,一) 體外組裝: 微管蛋白的濃度和GTP 是調(diào)節(jié)微管組裝的物質(zhì),pH6.9,和微管蛋白,37,有GTP和Mg2,微管,微管的體外組裝過程與踏車現(xiàn)象模式,二）體內(nèi)組裝： 微管裝配的起始點(diǎn)是微管組織中心（中心體、鞭毛 和纖毛基體） 微管蛋白環(huán)行復(fù)合體是集結(jié) 異二聚體的核心，微管從此生長 和延長，它與微管的負(fù)端結(jié)合， 使負(fù)端穩(wěn)定,微管在中心體部位的成核模

4、型,微管組織中心（microtubule organizing center, MTOCs,是微管形成的核心位點(diǎn)，微管的組裝由此開始，常見的微管組織中心有：中心體、鞭毛基體、動粒。 都具有微管蛋白，形成微管蛋白環(huán)形復(fù)合體，刺激微管核心的形成，包裹微管蛋白的負(fù)端，防止微管蛋白的摻入。 在空間上提供微管裝配的始發(fā)區(qū)域,The Orientation of Microtubules in a Cell,微管組裝的動態(tài)調(diào)節(jié)-非穩(wěn)態(tài)動力學(xué)模型,三）影響微管組裝和去組裝因素,組裝：370C,有GTP和Mg2+ 游離GTP-微管蛋白濃度 紫杉醇 和微管蛋白微管 解聚：40C,或Ca2+, 游離GTP-微管蛋

5、白濃度 秋水仙堿和長春新堿 微管的聚合與GTP-微管蛋白濃度呈正比,六微管的功能,一）形成網(wǎng)狀支架，支持和維持細(xì)胞的形態(tài),二）參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸,馬達(dá)蛋白：介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)沿細(xì)胞骨架運(yùn)動的蛋白。 動力蛋白 MT(+) MT(-) 驅(qū)動蛋白 MT(-) MT(+) 肌球蛋白(MF,細(xì)胞中微管介導(dǎo)的物質(zhì)運(yùn)輸,三）維持細(xì)胞器的定位與分布 線粒體的分布與MT平行；游離核糖體位于MT和MF的交叉點(diǎn)上； ER沿微管在細(xì)胞質(zhì)中展開；Gc沿MT向核區(qū)牽拉，定位于細(xì)胞中央,四）構(gòu)成纖毛、鞭毛和中心粒，參與細(xì)胞運(yùn)動 纖毛和鞭毛是微管形成的細(xì)胞特化結(jié)構(gòu)，是細(xì)胞 能收縮的附屬物。 纖毛短而多；鞭毛少而長 中心粒：成對出

6、現(xiàn)的圓柱形小體，彼此垂直排列。 功能：參與微管蛋白的合成與微管的聚合， 與細(xì)胞分裂、能量代謝有關(guān),五）參與染色體的運(yùn)動，調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂,六）參與細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo),第二節(jié) 微 絲 microfilament , MF,一組成： 基本單位肌動蛋白（actin）（極性：正/負(fù)端） 6種亞型 肌動蛋白 骨骼肌型肌動蛋白 心肌型肌動蛋白 血管型肌動蛋白 肌動蛋白 肌動蛋白 細(xì)胞質(zhì)型肌動蛋白 腸型肌動蛋白,存在方式: 球狀肌動蛋白（globular actin, G-actin） 纖維狀肌動蛋白（filamentous actin, F- actin,圖10-34 G-肌動蛋白與F-肌動蛋白模式圖 (B) G

7、-肌動蛋白; (C) F-肌動蛋白,微絲結(jié)合蛋白及其功能,是細(xì)胞內(nèi)存在的一大類能與肌動蛋白單體或肌動 蛋白纖維結(jié)合的、能改變其特性的蛋白,種類：按其功能可分為三大類： 與F-肌動蛋白的聚合有關(guān)的蛋白； 與微絲結(jié)構(gòu)有關(guān)的蛋白； 與微絲收縮有關(guān)的蛋白,功能：調(diào)節(jié)肌動蛋白單體肌動蛋白多聚體微絲 以不同方式與肌動蛋白相結(jié)合，形成多種不同 的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，執(zhí)行不同的功能,二結(jié)構(gòu)： 可彎曲性蛋白纖維，雙螺旋結(jié)構(gòu)/單根， 具有極性，位于細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)細(xì)胞皮質(zhì)區(qū),三體外組裝： 需ATP和K+、Mg2+存在及適宜的溫度,成核期：三聚體核心 生長期：正極快于負(fù)極（ ATP調(diào)節(jié)） 平衡期：形成速度等于解離速度,踏車模型,

8、微絲的體內(nèi)組裝的調(diào)節(jié),微絲體內(nèi)組裝受一系列肌動蛋白結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié),微絲成核蛋白 （nucleating protein,Arp2/3復(fù)合物,成核蛋白formin,影響組裝與去組裝因素 組裝： TP和Mg2+ ，+ -肌動蛋白濃度，鬼筆環(huán)肽 -肌動蛋白微絲 解聚：Ca2+ -肌動蛋白濃度，細(xì)胞松弛素B,四動態(tài)調(diào)節(jié),五功能： 1構(gòu)成細(xì)胞支架、維持細(xì)胞形態(tài) 細(xì)胞皮層：細(xì)胞膜下，由微絲和微絲結(jié)合蛋白組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),培養(yǎng)的上皮細(xì)胞 （微絲紅色、微管綠色,微絨毛,2參與細(xì)胞運(yùn)動：參與細(xì)胞的各種運(yùn)動, 如 變形運(yùn)動,細(xì)胞的內(nèi)吞和外吐等 微絲可以兩種不同的方式產(chǎn)生運(yùn)動： 滑動機(jī)制，如微絲與肌球蛋白絲相互滑動 微

9、絲束的聚合和解聚,3參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸 與微管一道進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸,肌球蛋白的功能 （a） 運(yùn)輸小泡；(b)運(yùn)輸微絲,4參與細(xì)胞質(zhì)分裂 收縮環(huán)（大量平行排列、不同極性微絲組成,5參與肌肉收縮 肌小節(jié)肌原纖維：粗肌絲（肌球蛋白）+ 細(xì)肌絲（肌動蛋白+原肌球蛋白+肌鈣蛋白,粗肌絲由肌球蛋白組成， 細(xì)肌絲由三種蛋白組成,肌肉收縮是粗肌絲和細(xì)肌絲相 互滑動的結(jié)果,6. 微絲參與受精作用,精子頭端啟動微絲組裝，形成頂體刺突完成受精,7. 微絲參與細(xì)胞內(nèi)信息傳遞 細(xì)胞外的某些信號分子與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，可觸發(fā)膜下肌動蛋白的結(jié)構(gòu)變化，從而啟動細(xì)胞內(nèi)激酶變化的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。 主要參與Rho蛋白家族有關(guān)的信

10、號轉(zhuǎn)導(dǎo),第三節(jié) 中間絲,直徑介于微絲和微管之間，位于核膜下核纖層（堅(jiān)固）， 胞質(zhì)中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。 賦予細(xì)胞強(qiáng)大的機(jī)械強(qiáng)度，維持細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能,一化學(xué)組成：至少由50多種異源性纖維狀蛋白 組成， 分為六大類,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)胞含有一種中間纖維，少數(shù)含有2種以上。 腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移后仍保留源細(xì)胞的IF,二中間纖維結(jié)合蛋白 (intermediate filament associated protein，IFAP) 是一類在結(jié)構(gòu)和功能上與中間絲有密切聯(lián)系，但其本身不是中間絲結(jié)構(gòu)組分的蛋白。 使中間纖維交聯(lián)成束、成網(wǎng)， 把中間纖維交聯(lián)到質(zhì)膜或其它骨架成分上 特點(diǎn)：

11、具有細(xì)胞特異性,三形態(tài)結(jié)構(gòu)： 長的線性蛋白。由螺旋化桿狀區(qū)，以及兩端非螺旋化的球形頭（N端） 尾（C端）部構(gòu)成,角蛋白keratin 波形纖維蛋白vimentin 神經(jīng)纖維蛋白neurofilament protein,四組裝,五組裝的動態(tài)調(diào)節(jié)： 體內(nèi)：中間纖維蛋白絲氨酸和蘇氨酸的磷酸化體外：低離子強(qiáng)度和微堿性時明顯解聚， 當(dāng)離子強(qiáng)度和pH恢復(fù)生理水平時， 裝配成中間纖維,六中間纖維的功能：1在細(xì)胞內(nèi)形成一個完整的網(wǎng)狀骨架系統(tǒng) 2提供細(xì)胞機(jī)械強(qiáng)度作用：比微管、微絲更耐剪切力， 變形時不斷裂。 3參與細(xì)胞的分化4參與細(xì)胞連接5參與細(xì)胞內(nèi)的信息傳遞與物質(zhì)運(yùn)輸6維持細(xì)胞核膜穩(wěn)定，與DNA的復(fù)制有關(guān),

12、胞質(zhì)骨架三種組分的比較,第五節(jié) 細(xì)胞骨架與疾病 一細(xì)胞骨架與腫瘤 （一）細(xì)胞骨架在腫瘤細(xì)胞中的變化： 惡性腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞骨架被破壞 微管減少甚至缺如。 肌動蛋白小體的出現(xiàn)高轉(zhuǎn)移表型 （二）微管和微絲與腫瘤化療 長春新堿、秋水仙素（與紡錘體微管蛋白結(jié)合） 抑制細(xì)胞增殖,三）中間纖維與腫瘤診斷： 1.不同類型的中間纖維嚴(yán)格分布在不同類型的細(xì)胞中， 用于區(qū)分上皮細(xì)胞、肌細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞、 神經(jīng)細(xì)胞。 2細(xì)胞出現(xiàn)轉(zhuǎn)化時仍保持原來細(xì)胞的特征性中間纖維 3具有與原來組織相關(guān)的特異性抗原 4用于區(qū)分腫瘤細(xì)胞的類型及來源,二細(xì)胞骨架蛋白與神經(jīng)系統(tǒng)疾病 阿爾茨海默氏病大量損傷的神經(jīng)元纖維（微管蛋白聚集缺

13、陷 信號傳遞紊亂） 三細(xì)胞骨架與遺傳性疾病,Cytoskelton and disease of nerve system: Alzheimers diseases,Cytoskelton and disease of nerve system: Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS,Cytoskelton and disease of nerve system: Huntington Disease，HD,Cytoskeleton and Hereditary Diseases,Epidermolysis bullosa simplex,Wiskott Ald

14、rich syndrome,WAS,Immotile cilia syndrome,鞭毛,纖毛,A亞纖維,B亞纖維,C亞纖維,橋,Keratin filaments of epithelial cells are tightly anchored to the plasmamembranes at desmosmes and hemidesmosomes,Summary of Chapter Six The ability of eucaryotic cells to adopt a variety of shapes and to carry out coordinated and dire

15、cted movements depend on the cytoskeleton, a complex network of protein filaments that extends throughout the cytoplasm. It is directly responsible for the crawling of cells, muscle contraction et al; it also provides the machinery for actively moving organelles from one place to another in the cyto

16、plasm. Its diverse activities depend on just three principal types of protein filaments: actin filaments, micortubules and intermediate filaments,Actin is the most abundent（豐富） protien in many eycaryotic cells, often constituting 5% or more of the total cell protein. While actin is distributed throu

17、ghout the cytoplasm, most animal cells possess an especially dense network of actin filaments and associated proteins just beneath the PM. This network constitutes the cell cortex, which gives mechanical strength to the surface of the cell and enables the cell to change its shape and to move,Both ac

18、tin and tubulin （微管蛋白）are major proteins in nearly all eucaryotic cells. However, tubulin is generally present in small amounts. Since a microtubule has a greater diameter than an actin filament, a mass of about 10 times more tubulin than actin is required to make the same length of polymer. Consequ

19、ently, the total length of the actin filaments in a cell is at least 30 times greater than the total length of the microtubules, -reflecting a fundamental difference in the organization and function of these two cytoskeletal polymers,Most of microtubules in animal cells grow from the centrosome, whi

20、ch acts as a microtubule-organizing center. The transport of organelles in the cytoplasm is often guided by microtubules. Beside, microtubules are highly labile structures that are sensitive to specific antimitotic drugs,Microtuble-organizing center (MTOC) is a structure found in eukaryotic cells fr

21、om which microtubles emerge. It is the site of microtuble mucleation phase. In animals, the two most important types of MTOCs are the basal bodies and the centrosomes,Intermediate filaments have an average diameter of about 10 nm and are made of several proteins depend on the cell or tissue type. Th

22、e proteins differ chemically and in their cellular roles. Keratins are a family of proteins (40-68 kDa) found in most epithelial cells. The variety of keratins speaks to the variety of functions performed by skin, hair, nails in protection abrasion and desiccation. Vinmentin (56-58 kDa) filaments ar

23、e found in cells of mesenchymal origin such as fibroblasts, macrophages and endothelial cells,3. Desmin (53-55 kDa) is found in smooth muscle and in the Z lines of skeletal and cardiac muscle. 4. Glial Fibrillary Acidic Protein (51 kDa) is only found in glial cells (astrocytes). 5. Neurofilaments are