細(xì)胞骨架作用機(jī)理

1、 細(xì)胞骨架細(xì)胞骨架：真核細(xì)胞中的蛋白纖維立體網(wǎng)架體系。 狹義狹義：指細(xì)胞質(zhì)骨架：微絲microfilament、微管microtubule、中間絲intemediate filament 廣義廣義：核骨架、細(xì)胞質(zhì)骨架、細(xì)胞膜骨架、細(xì)胞外基質(zhì) 特點(diǎn)特點(diǎn)：彌散性、整體性、變動(dòng)性 功能功能：維持細(xì)胞形態(tài)，保持細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、物質(zhì)運(yùn)輸、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞、細(xì)胞分裂、基因表達(dá)、細(xì)胞分化microtubulesmicrofilamemtsintermediate filamentslow-magnification image of epithelial cells stained to s

2、how 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. image by steve rogers. (fluorescence microscope)微絲確定細(xì)胞表面特征，使細(xì)胞能夠

3、運(yùn)動(dòng)和收縮。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。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。中間纖維使細(xì)胞具有張力和抗剪切力。the three types of protein第一節(jié) 微管微管普遍存在于真核細(xì)胞的胞質(zhì)中，分布于核周圍，呈放射狀向四周擴(kuò)散。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。a fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucleus

4、(yellow) and microtubules (red)光鏡下黃色熒光顯示微管 光鏡下的微管電鏡下的微管真核細(xì)胞中微管真核細(xì)胞中微管所處的三種位置所處的三種位置。 特點(diǎn)和功能特點(diǎn)和功能： 存在于所有真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中；是真核細(xì)胞特有的保守性結(jié)構(gòu)；出現(xiàn)于細(xì)胞周期特定時(shí)刻或某一特定發(fā)育過(guò)程。 在不同細(xì)胞有相同形態(tài)。 是一種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，通過(guò)其亞單位的裝配和去裝配能適應(yīng)細(xì)胞的變化。 呈網(wǎng)狀或束狀分布,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(jié)構(gòu)，參與細(xì)胞形態(tài)的維持，細(xì)胞內(nèi)運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞分裂。一、分子結(jié)構(gòu)一、分子結(jié)構(gòu)形態(tài)結(jié)構(gòu)：形態(tài)結(jié)構(gòu)：是由微管蛋白二聚體裝配成的長(zhǎng)管狀細(xì)胞器結(jié)構(gòu)，大小均

5、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(gòu)成。tripletababcin cilia and flagellain centrioles and basal bodies微管有單管、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。二、微管的化學(xué)組成二、微管的化學(xué)組成 化學(xué)組成化學(xué)組成：微管蛋白和微管相關(guān)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(jí)結(jié)構(gòu)相似，能緊密聯(lián)結(jié)在一起形成異二聚體，在進(jìn)化上高度保守。 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g

6、tp。 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。二、微二、微管相關(guān)蛋白管相關(guān)蛋白microtubule associated proteins,maps i型：map1；分布于神經(jīng)細(xì)胞的軸突和樹(shù)突中，在其他非神經(jīng)細(xì)胞中也有。 ii型：map2，存在于樹(shù)突 map4，存在于神經(jīng)細(xì)胞核非神經(jīng)細(xì)胞 tau，存在于軸突和樹(shù)突 maps可與其它細(xì)胞組分（如微管束、中間纖維、質(zhì)膜）結(jié)合。促進(jìn)微管組裝。增加微管穩(wěn)定性。促進(jìn)微管聚集成束。 具有極性，(+)極生長(zhǎng)速度快，(-)極生長(zhǎng)速度慢。 (+)極的最外端是球蛋白，(-)極是球蛋白。

7、可形成穩(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(zhǎng)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。三、微管的裝配三、微管的裝配（一）微管組織中心是微管裝配的起始點(diǎn)（一）微管組織中心是微管裝配的起始點(diǎn)1、微管組織中心、微管組織中心microtubule organizing center, 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。vmt are nucleated by a protein complex containing -tubul

8、inthe centrosome is the major mtoc of animal cells 中心體由兩個(gè)相互垂直的中心粒構(gòu)成。周圍是無(wú)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(kāi)始生長(zhǎng)。 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。微管的裝配過(guò)程2. 微管組裝微管組裝動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性模型動(dòng)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gtp微管蛋白gdp微管蛋白gtp微管

9、蛋白gdp微管蛋白 the function of gtp-tubulin capgtp hydrolysis is not required for microtubule assembly，why？（三）微管的體內(nèi)組裝（三）微管的體內(nèi)組裝 antimitosis drugs 維持細(xì)胞的形態(tài)固定與支持細(xì)胞器的位置紅色顯示微絲綠色顯示微管驅(qū)動(dòng)蛋白 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。 驅(qū)動(dòng)蛋白動(dòng)力蛋白+（四）微管參與染色體的運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂 有絲分裂時(shí)，微管形成紡錘體，牽引染色體

10、到達(dá)分裂極有絲分裂時(shí)，微管形成紡錘體，牽引染色體到達(dá)分裂極 1. 形成紡錘體 。 2. 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)。纖毛桿部質(zhì)膜軸絲abababababababababc2c19 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(dòng)力蛋白ba輻條頭輻 條管間連接絲第三節(jié) 中間纖維 直徑10nm左右，介于微絲和微管之間，故名。 if

11、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)。intermediate filaments，ifkeratin filaments of epithelial cells are tightly anchored to the plasmamembranes at desmosmes and hemidesmosomes一、類一、類 型型 分5類：角蛋白、結(jié)蛋白、膠質(zhì)原纖維酸性蛋白、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)

12、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。 （一）角蛋白（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(guò)兩者的異二聚體形成角蛋白纖維。 （二）結(jié)蛋白（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。 （三）膠質(zhì)原纖維酸性蛋白（三）膠質(zhì)原纖維酸性蛋白glial fibrillary acidic protein，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（四）波形纖維蛋白vimentin，存在于間充質(zhì)細(xì)胞及中胚層來(lái)源的細(xì)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。二、結(jié)構(gòu)與裝配二、結(jié)構(gòu)與裝配 （一）結(jié)構(gòu)（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)。intemediate filaments，if（二）if的裝配 過(guò)程： 兩個(gè)單體形成超螺旋二聚體； 兩個(gè)二聚體反向平行組裝成四聚體； 四聚體組成原纖