細胞骨架作用機理課件

1、1 2 3 細胞骨架細胞骨架：真核細胞中的蛋白纖維立體網(wǎng)架 體系。 狹義狹義：指細胞質骨架：微絲microfilament、微 管microtubule、中間絲intemediate filament 廣義廣義：核骨架、細胞質骨架、細胞膜骨架、 細胞外基質 特點特點：彌散性、整體性、變動性 功能功能：維持細胞形態(tài)，保持細胞內(nèi)部結構的 有序性細胞運動、物質運輸、能量轉換、信 息傳遞、細胞分裂、基因表達、細胞分化 4 MicrotubulesMicrotubulesMicrofilamemtsMicrofilamemtsIntermediate Intermediate filamentsfila

2、ments 5 Low-magnification image of epithelial cells stained to show actin (in red), microtubules (in green) and DNA (in blue). Note the four rounded cells undergoing cell division. Cytoskeleton of a cultured epithelial cell. Microtubules are shown in green, actin is shown in red and DNA is in blue.

3、Image by Steve Rogers. (Fluorescence Microscope) 6 微絲確定細胞表面特征，使細胞能夠運動和收縮。微絲確定細胞表面特征，使細胞能夠運動和收縮。 微管確定膜性細胞器的位置和作為運輸導軌。微管確定膜性細胞器的位置和作為運輸導軌。 中間纖維使細胞具有張力和抗剪切力。中間纖維使細胞具有張力和抗剪切力。 7 The three types of protein 8 第一節(jié) 微管 微管普遍存在于真核細胞的胞質中，分布于核周圍， 呈放射狀向四周擴散。在胞質中形成網(wǎng)絡結構，作 為運輸路軌并起支撐作用。微管是由微管蛋白組成 的管狀結構，對低溫、高壓和秋水仙素敏感。

4、 9 A fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucleus (yellow) and microtubules (red) 10 光鏡下黃色熒光顯示微管 11 光鏡下的微管 12 電鏡下的微管 13 真核細胞中微管真核細胞中微管 所處的三種位置所處的三種位置 。 14 特點和功能特點和功能： 存在于所有真核細胞的細胞質中；是真核細胞特有 的保守性結構；出現(xiàn)于細胞周期特定時刻或某一特 定發(fā)育過程。 在不同細胞有相同形態(tài)。 是一種動態(tài)結構，通過其亞單位的裝配和去裝配能 適應細胞的變化。 呈網(wǎng)狀或

5、束狀分布,與其他蛋白裝配成紡錘體、中 心粒、鞭毛、纖毛、軸突和神經(jīng)管等結構，參與細 胞形態(tài)的維持，細胞內(nèi)運動和細胞分裂。 15 一、分子結構一、分子結構 形態(tài)結構：形態(tài)結構：是由微管蛋白二聚體裝配成的長管狀細胞器結 構，大小均勻一致，外徑25nm，內(nèi)徑15nm，微管壁由13 條原纖維螺旋盤繞一周構成。 16 TripletTriplet A A B B A A B B C C In cilia and flagellaIn cilia and flagella In centrioles and basal bodiesIn centrioles and basal bodies 微管有單管、

6、二聯(lián)管和三聯(lián)管三種存在形式。微管有單管、二聯(lián)管和三聯(lián)管三種存在形式。 17 18 二、微管的化學組成二、微管的化學組成 化學組成化學組成：微管蛋白和微管相關蛋白。 （一）微管蛋白tubulin 微管蛋白和微管蛋白(球形酸性蛋白)是裝 配成微管的基本亞單位。 三級結構相似，能緊密聯(lián)結在一起形成異二聚 體，在進化上高度保守。 19 每條原纖維由微管蛋白二聚體線性排列而成。二聚體由結 構相似的和球蛋白構成，均可結合GTP。 球蛋白結合的GTP從不發(fā)生水解或交換。 球蛋白也是一種G蛋白，結合的GTP可發(fā)生水解，結合的 GDP可交換為GTP。 20 二、微管相關蛋白二、微管相關蛋白microtubule

7、 associated proteins,MAPs 21 I型：MAP1；分布于神經(jīng)細胞的軸突和樹突中 ，在其他非神經(jīng)細胞中也有。 II型：MAP2，存在于樹突 MAP4，存在于神經(jīng)細胞核非神經(jīng)細胞 Tau，存在于軸突和樹突 MAPs可與其它細胞組分（如微管束、中間 纖維、質膜）結合。 促進微管組裝。增加微管穩(wěn)定性。促進微管 聚集成束。 22 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。 可形成穩(wěn)定結構，如軸突、纖毛、鞭毛。是微管 結合蛋白的作用和酶修飾的原因。 大多數(shù)微管處于動態(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

8、花堿抑制微管裝配。 紫杉酚能促 進微管的裝配, 并使已形成的微管穩(wěn)定。 23 三、微管的裝配三、微管的裝配 24 （一）微管組織中心是微管裝配的起始點（一）微管組織中心是微管裝配的起始點 1、微管組織中心、微管組織中心 microtubule organizing center, MTOCs 是微管進行組裝的區(qū) 域，都具有微管球蛋 白 ，如：中心體、鞭 毛基體。 25 vMT are nucleated by a protein complex MT are nucleated by a protein complex containing containing -tubulin-tubuli

9、n The centrosome is the major MTOC of animal cells 26 中心體由兩個相互垂直的中心粒構成。周圍是無 定形物質，叫做外中心粒物質（PCM）。 中心粒由9組3聯(lián)微管構成，具有召集PCM的作用。 MTOC處微管蛋白以環(huán)狀的球蛋白復合體為模板 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。 27 28 微管的裝配過程 29 2. 微管組裝微管組裝動態(tài)不穩(wěn)定性模型動態(tài)不穩(wěn)定性模型 (1)GTP-微管蛋白微管蛋白 (2)GDP-微管蛋白微管蛋白

10、GTP微管蛋白 GDP微管蛋白 30 GTP微管蛋白 GDP微管蛋白 31 The function of GTP-tubulin cap GTP hydrolysis is not required for microtubule assembly，WHY？ 32 （三）微管的體內(nèi)組裝（三）微管的體內(nèi)組裝 33 34 Antimitosis drugs 35 36 維持細胞的形態(tài) 固定與支持細胞器的位置 紅色 顯示 微絲 綠色 顯示 微管 37 38 39 驅動蛋白 40 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 結合蛋白構成。 作用：推動染色體的 分離、驅動鞭

11、毛的運 動、向著微管（-）極 運輸小泡。 41 驅動蛋白 動力蛋白 + 42 （四）微管參與染色體的運動，調(diào)節(jié)細胞分 裂 43 有絲分裂時，微管形成紡錘體，牽引染色體到達分裂極有絲分裂時，微管形成紡錘體，牽引染色體到達分裂極 44 1. 形成紡錘體 。 45 46 2. 形成鞭毛和纖毛 結構：由基體和鞭桿兩部分構成；鞭毛中的微管 為9+2結構；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。 運動原理：動力蛋白臂的dynein水解ATP作功，使 相鄰的二聯(lián)微管相互滑動。 47 48 纖毛桿部 質膜

12、軸絲 A B A B A B A B A B A B A B A B A B C2C1 9 X 2 + 2 二聯(lián)體微管 中央微管 中央鞘（內(nèi)鞘） 外 臂 內(nèi) 臂 動力蛋白 B A 輻條頭 輻 條 管間連接絲 49 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)定的細胞骨架成分，主要起支撐作用。 IF在細胞中圍繞著細胞核分布，成束成網(wǎng)，并擴 展到細胞質膜，與質膜相連結。 50 intermediate filaments，IF 51 52 Keratin filaments of epithelial cells are tightly anchored to the

13、 plasmamembranes at desmosmes and hemidesmosomes 53 一、類一、類 型型 分5類：角蛋白、結蛋白、膠質原纖維酸性蛋白、角蛋白、結蛋白、膠質原纖維酸性蛋白、 波形纖維蛋白、神經(jīng)纖絲蛋白波形纖維蛋白、神經(jīng)纖絲蛋白。 具有組織特異性，不同類型細胞含有不同IF。 通常一種細胞含有一種IF，少數(shù)含2種以上。 腫瘤細胞轉移后仍保留源細胞的IF。 54 （一）角蛋白（一）角蛋白keratinkeratin 表皮細胞特有，分和兩類，型存在于細胞 中，型構成頭發(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

14、維。 （二）結蛋白（二）結蛋白desmin 又稱骨骼蛋白skeletin，存在于肌肉細胞中，主 要功能是使肌纖維連在一起。 55 （三）膠質原纖維酸性蛋白（三）膠質原纖維酸性蛋白glial fibrillary acidic protein，存在于星形神經(jīng)膠質細胞和許 旺細胞。起支撐作用。 （四）波形纖維蛋白（四）波形纖維蛋白vimentin，存在于間充質細 胞及中胚層來源的細胞中。 （五）神經(jīng)纖絲蛋白（五）神經(jīng)纖絲蛋白neurofilament protein，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。 56 二、結構與裝配二、結構與裝配 （一）結構（一）結構 由螺旋化桿狀區(qū)、球形頭部（N端）和尾部（C端） 構成。 桿狀區(qū)高度保守，由螺旋1和螺旋2構成，每個螺 旋區(qū)分為A、B兩個亞區(qū)。 57 intemediate filamentsintemediate filaments，IFIF 58 （二）IF的裝配 過程： 兩個單體形成超螺旋二聚體； 兩個二聚體反向平行組裝