Proteins - 長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)

1、第第 八八 節(jié)節(jié) 細(xì)細(xì) 胞胞 骨骨 架架 細(xì)胞骨架（細(xì)胞骨架（cytoskeleton）發(fā)現(xiàn)較晚，主要）發(fā)現(xiàn)較晚，主要是因?yàn)橐话汶婄R制樣采用低溫（是因?yàn)橐话汶婄R制樣采用低溫（0-4）固）固定，而細(xì)胞骨架會(huì)在低溫下解聚。直到定，而細(xì)胞骨架會(huì)在低溫下解聚。直到20世世紀(jì)紀(jì)60年代后，采用戊二醛常溫固定，才逐漸年代后，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。認(rèn)識(shí)到細(xì)胞骨架的客觀存在。細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)纖維網(wǎng)絡(luò)稱為細(xì)胞骨架。它包括微絲細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)纖維網(wǎng)絡(luò)稱為細(xì)胞骨架。它包括微絲、微管微管、中等纖維三種成分中等纖維三種成分 。它們均由單體蛋白以較弱的非共價(jià)鍵結(jié)合在一起，構(gòu)成纖它們均由單體蛋

2、白以較弱的非共價(jià)鍵結(jié)合在一起，構(gòu)成纖維型多聚體，很容易進(jìn)行組裝和去組裝維型多聚體，很容易進(jìn)行組裝和去組裝 。 一、微管一、微管 1、形態(tài)和分、形態(tài)和分子結(jié)構(gòu)子結(jié)構(gòu)微管是由微管是由13條原條原纖維構(gòu)成的中空纖維構(gòu)成的中空管狀結(jié)構(gòu)，直徑管狀結(jié)構(gòu)，直徑2225nm。每一條原纖維由每一條原纖維由微管蛋白微管蛋白二聚體線性排列而成。二聚體線性排列而成。（1）微管蛋白）微管蛋白 以二聚體形式存以二聚體形式存在在 （1）、）、微管蛋白微管蛋白由結(jié)構(gòu)相似的由結(jié)構(gòu)相似的和和球蛋白構(gòu)成二聚體。球蛋白構(gòu)成二聚體。兩種亞基均可結(jié)合兩種亞基均可結(jié)合GTP，球蛋白結(jié)合的球蛋白結(jié)合的GTP從不發(fā)生水解或交換，是從不發(fā)生水解

3、或交換，是球蛋白的球蛋白的固有組成部分，固有組成部分，球蛋白結(jié)合的球蛋白結(jié)合的GTP可發(fā)可發(fā)生水解，結(jié)合的生水解，結(jié)合的GDP可交換為可交換為GTP，可見，可見亞基也是一種亞基也是一種 G蛋白。蛋白。 （2）微管結(jié)合蛋白微管結(jié)合蛋白微管結(jié)合蛋白分子至少包含微管結(jié)合蛋白分子至少包含一個(gè)結(jié)合微管的結(jié)構(gòu)域和一一個(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。突出個(gè)向外突出的結(jié)構(gòu)域。突出部位伸到微管外與其它細(xì)胞部位伸到微管外與其它細(xì)胞組分（如微管束、中間纖維組分（如微管束、中間纖維、質(zhì)膜）結(jié)合。、質(zhì)膜）結(jié)合。主要功能是：主要功能是：促進(jìn)微管聚集成束；促進(jìn)微管聚集成束；增加微管穩(wěn)定性或強(qiáng)度；增加微管穩(wěn)定性或強(qiáng)

4、度；促進(jìn)微管組裝。促進(jìn)微管組裝。（3 3）微管球蛋白微管球蛋白含量很低，可聚合成環(huán)狀復(fù)合體，像模含量很低，可聚合成環(huán)狀復(fù)合體，像模板一樣參與微管蛋白的核化，幫助板一樣參與微管蛋白的核化，幫助和和球蛋白聚合為微管纖維。球蛋白聚合為微管纖維。 是組成微管組織中心的主要成分。是組成微管組織中心的主要成分。微管組織中心是微管進(jìn)行組裝的區(qū)域，微管組織中心是微管進(jìn)行組裝的區(qū)域，著絲粒、中心體均具有微管組織中心的著絲粒、中心體均具有微管組織中心的功能。功能。 3 3、微管的功能、微管的功能 （1）支架作用支架作用 細(xì)胞中的微管就像混細(xì)胞中的微管就像混凝土中的鋼筋一樣，凝土中的鋼筋一樣，起支撐作用，在培起支撐

5、作用，在培養(yǎng)的細(xì)胞中，微管養(yǎng)的細(xì)胞中，微管呈放射狀排列在核呈放射狀排列在核外。外。 （2）細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸微管起細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)穆奋壸饔?，破微管起?xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)穆奋壸饔?，破壞微管?huì)抑制細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸。壞微管會(huì)抑制細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸。 Kinesin蛋白蛋白發(fā)現(xiàn)于發(fā)現(xiàn)于1985年年，是由兩是由兩條輕鏈和兩條重鏈構(gòu)成的四聚體條輕鏈和兩條重鏈構(gòu)成的四聚體，外外觀具有兩個(gè)球形的頭（具有觀具有兩個(gè)球形的頭（具有ATP酶活酶活性）性），一個(gè)螺旋狀的桿和兩個(gè)扇子狀一個(gè)螺旋狀的桿和兩個(gè)扇子狀的尾的尾。通過結(jié)合和水解通過結(jié)合和水解ATP，導(dǎo)致頸部發(fā)生導(dǎo)致頸部發(fā)生構(gòu)象改變構(gòu)象改變，使兩個(gè)頭部交替與微管結(jié)使兩

6、個(gè)頭部交替與微管結(jié)合合，從而沿微管從而沿微管“行走行走”，將將“尾部尾部”結(jié)合的結(jié)合的“貨物貨物”（運(yùn)輸泡或細(xì)胞器（運(yùn)輸泡或細(xì)胞器）轉(zhuǎn)運(yùn)到其它地方）轉(zhuǎn)運(yùn)到其它地方。據(jù)估計(jì)哺乳動(dòng)物據(jù)估計(jì)哺乳動(dòng)物中類似于中類似于kinesin的蛋白超過的蛋白超過50余種余種 Dynein蛋白蛋白發(fā)現(xiàn)于發(fā)現(xiàn)于1963年年，因與鞭毛和纖毛的因與鞭毛和纖毛的運(yùn)動(dòng)有關(guān)而得名運(yùn)動(dòng)有關(guān)而得名。由兩由兩條相同的重鏈和一些種條相同的重鏈和一些種類繁多的輕鏈以及結(jié)合類繁多的輕鏈以及結(jié)合蛋白構(gòu)成蛋白構(gòu)成。作用：在細(xì)胞分裂中推作用：在細(xì)胞分裂中推動(dòng)染色體的分離動(dòng)染色體的分離、驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)鞭毛的運(yùn)動(dòng)鞭毛的運(yùn)動(dòng)、向著微管向著微管（-）極運(yùn)輸小

7、泡。）極運(yùn)輸小泡。（3）形成紡錘體形成紡錘體 紡錘體是一種微管構(gòu)成的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，其作紡錘體是一種微管構(gòu)成的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，其作用是在分裂細(xì)胞中牽引染色體到達(dá)分裂極。用是在分裂細(xì)胞中牽引染色體到達(dá)分裂極。（4）纖毛與鞭毛的運(yùn)動(dòng)纖毛與鞭毛的運(yùn)動(dòng)纖毛與鞭毛是相似的兩種細(xì)胞外長(zhǎng)物，前者纖毛與鞭毛是相似的兩種細(xì)胞外長(zhǎng)物，前者較短，約較短，約510um；后者較長(zhǎng)，約；后者較長(zhǎng)，約150um，兩，兩者直徑相似，均為者直徑相似，均為0.150.3um。纖毛和鞭毛的運(yùn)動(dòng)是依靠動(dòng)力蛋白水解纖毛和鞭毛的運(yùn)動(dòng)是依靠動(dòng)力蛋白水解ATP，使相鄰的二聯(lián)微管相互滑動(dòng)。，使相鄰的二聯(lián)微管相互滑動(dòng)。 二、微絲二、微絲 1、微絲的形態(tài)、微

8、絲的形態(tài) 微絲（微絲（microfilament，MF）是由肌動(dòng)蛋白）是由肌動(dòng)蛋白(actin)組成的實(shí)心的骨架纖維，又稱肌組成的實(shí)心的骨架纖維，又稱肌動(dòng)蛋白纖維，直徑約動(dòng)蛋白纖維，直徑約67nm,長(zhǎng)短不一長(zhǎng)短不一 。微絲和它的結(jié)合蛋白以及肌球蛋白三者構(gòu)微絲和它的結(jié)合蛋白以及肌球蛋白三者構(gòu)成化學(xué)機(jī)械系統(tǒng)，利用化學(xué)能產(chǎn)生機(jī)械成化學(xué)機(jī)械系統(tǒng)，利用化學(xué)能產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。 2、微絲的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)、微絲的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu) （1）肌動(dòng)蛋白）肌動(dòng)蛋白肌動(dòng)蛋白的單體為球形分子，稱為球形肌動(dòng)蛋白肌動(dòng)蛋白的單體為球形分子，稱為球形肌動(dòng)蛋白(globular actin)。球形肌動(dòng)蛋白的多聚體稱為纖維形肌動(dòng)蛋白

9、球形肌動(dòng)蛋白的多聚體稱為纖維形肌動(dòng)蛋白 (fibrous actin)。 （2）微絲結(jié)合蛋白）微絲結(jié)合蛋白 是一類控制著微絲的結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)是一類控制著微絲的結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì) ，目，目前發(fā)現(xiàn)的這類蛋白質(zhì)已超過前發(fā)現(xiàn)的這類蛋白質(zhì)已超過100種。種。 微絲纖維是由兩條線性排列的肌動(dòng)蛋白微絲纖維是由兩條線性排列的肌動(dòng)蛋白鏈形成的螺旋，狀如雙線捻成的繩子。鏈形成的螺旋，狀如雙線捻成的繩子。微絲纖維的負(fù)微絲纖維的負(fù)染電鏡照片染電鏡照片 微絲纖維微絲纖維結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型 3 3、微絲的功能、微絲的功能 u細(xì)胞中微絲參與形成的結(jié)構(gòu)除肌原纖細(xì)胞中微絲參與形成的結(jié)構(gòu)除肌原纖維、微絨毛等屬于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)外，其他

10、維、微絨毛等屬于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)外，其他大都處于動(dòng)態(tài)的組裝和去組裝過程中，大都處于動(dòng)態(tài)的組裝和去組裝過程中，并通過這種方式實(shí)現(xiàn)其功能。并通過這種方式實(shí)現(xiàn)其功能。u細(xì)胞松弛素可切斷微絲纖維。細(xì)胞松弛素可切斷微絲纖維。u鬼筆環(huán)肽與微絲能夠特異性的結(jié)合，鬼筆環(huán)肽與微絲能夠特異性的結(jié)合，使微絲纖維穩(wěn)定。使微絲纖維穩(wěn)定。1、微絲參與形成肌原纖維，進(jìn)而肌原、微絲參與形成肌原纖維，進(jìn)而肌原纖維組成肌肉。纖維組成肌肉。2、形成應(yīng)力纖維（、形成應(yīng)力纖維（stress fiber）：非肌細(xì)）：非肌細(xì)胞中的應(yīng)力纖維與肌原纖維有很多類似之處胞中的應(yīng)力纖維與肌原纖維有很多類似之處，在體內(nèi)應(yīng)力纖維使細(xì)胞具有抗剪切力。，在體內(nèi)應(yīng)力

11、纖維使細(xì)胞具有抗剪切力。 培養(yǎng)的上皮培養(yǎng)的上皮細(xì)胞中的應(yīng)細(xì)胞中的應(yīng)力纖維（微力纖維（微絲紅色、微絲紅色、微管綠色）管綠色） 3、細(xì)胞的、細(xì)胞的變形運(yùn)動(dòng)變形運(yùn)動(dòng)微絲纖維生長(zhǎng)，使細(xì)胞表面突出，形成片足；微絲纖維生長(zhǎng)，使細(xì)胞表面突出，形成片足；在片足與基質(zhì)接觸的位置形成粘著斑；在片足與基質(zhì)接觸的位置形成粘著斑；在肌球蛋白的作用下微絲纖維滑動(dòng)，使細(xì)胞主體前移；在肌球蛋白的作用下微絲纖維滑動(dòng)，使細(xì)胞主體前移；解除細(xì)胞后方的粘和點(diǎn)。如此不斷循環(huán)，細(xì)胞向前移動(dòng)。解除細(xì)胞后方的粘和點(diǎn)。如此不斷循環(huán)，細(xì)胞向前移動(dòng)。阿米巴原蟲、白細(xì)胞、成纖維細(xì)胞都能以這種方式阿米巴原蟲、白細(xì)胞、成纖維細(xì)胞都能以這種方式運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)

12、。 4、胞質(zhì)分裂：、胞質(zhì)分裂：有絲分裂末期，兩個(gè)即將分離的子細(xì)胞內(nèi)有絲分裂末期，兩個(gè)即將分離的子細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生收縮環(huán)，收縮環(huán)由平行排列的微絲和產(chǎn)生收縮環(huán)，收縮環(huán)由平行排列的微絲和肌球蛋白肌球蛋白 II組成。隨著收縮環(huán)的收縮，兩組成。隨著收縮環(huán)的收縮，兩個(gè)子細(xì)胞的胞質(zhì)分離，個(gè)子細(xì)胞的胞質(zhì)分離，在細(xì)胞松馳素存在的情況下，不能形成胞在細(xì)胞松馳素存在的情況下，不能形成胞質(zhì)分裂環(huán)，因此形成雙核細(xì)胞。質(zhì)分裂環(huán)，因此形成雙核細(xì)胞。 三、中等纖維三、中等纖維 l中空而且有分支的蛋白質(zhì)纖維，直徑約中空而且有分支的蛋白質(zhì)纖維，直徑約810nm 介于微絲和微管之間。介于微絲和微管之間。l中間纖維是最穩(wěn)定的細(xì)胞骨架成分，

13、它中間纖維是最穩(wěn)定的細(xì)胞骨架成分，它主要起支撐作用。主要起支撐作用。l中間纖維在細(xì)胞中圍繞著細(xì)胞核分布，中間纖維在細(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)膜成束成網(wǎng)，并擴(kuò)展到細(xì)胞質(zhì)膜，與質(zhì)膜相連結(jié)。相連結(jié)。1 1、化學(xué)組成、化學(xué)組成 中等纖維是一類在形態(tài)上十分相似，而化學(xué)組成中等纖維是一類在形態(tài)上十分相似，而化學(xué)組成上有明顯差別的蛋白纖維。上有明顯差別的蛋白纖維。 IF蛋白類型分子量（kD）多肽數(shù)組織分布角蛋白(keratin ) 結(jié)蛋白（desmin）膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein)波形蛋白(vimentin)外周蛋白(per

14、ipherin)神經(jīng)纖維蛋白(neurofilament protein) 核纖層蛋白A、B、Clamin A、B、C) 4068 505550 5757NF-L68NF-M160NF-H200 6575 30（人類19）11 113 3 各類上皮細(xì)胞 成熟肌肉細(xì)胞膠質(zhì)細(xì)胞和星形細(xì)胞間質(zhì)細(xì)胞神經(jīng)元成熟的外周和中樞神經(jīng)元 真核細(xì)胞核層 2、中等纖維的分子結(jié)構(gòu)、中等纖維的分子結(jié)構(gòu) 中等纖維蛋白的典型特征是中間具有一個(gè)約中等纖維蛋白的典型特征是中間具有一個(gè)約310個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸殘基的、在長(zhǎng)度和序列上都非常保守的殘基的、在長(zhǎng)度和序列上都非常保守的-螺旋的桿狀螺旋的桿狀區(qū)區(qū),兩端是非螺旋的頭部（兩端是

15、非螺旋的頭部（N-端）和尾部端）和尾部(C-端端) 。各種中等纖維蛋白的主要區(qū)別就在于非螺旋的頭部和尾各種中等纖維蛋白的主要區(qū)別就在于非螺旋的頭部和尾部的長(zhǎng)度和氨基酸順序。部的長(zhǎng)度和氨基酸順序。 3 3、中等纖維的功能、中等纖維的功能 角蛋白角蛋白角蛋白為頭發(fā)角蛋白為頭發(fā)，指甲等堅(jiān)韌結(jié)構(gòu)所具有指甲等堅(jiān)韌結(jié)構(gòu)所具有 。角蛋白分布于體角蛋白分布于體表表、體腔的上皮細(xì)胞中體腔的上皮細(xì)胞中。結(jié)蛋白結(jié)蛋白存在于肌肉細(xì)胞中，它的主要功能是使肌纖維連在一起。存在于肌肉細(xì)胞中，它的主要功能是使肌纖維連在一起。膠質(zhì)原纖維酸性蛋白膠質(zhì)原纖維酸性蛋白存在于星形神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和周圍神經(jīng)的許旺細(xì)胞。它主要起存在于星形神經(jīng)

16、膠質(zhì)細(xì)胞和周圍神經(jīng)的許旺細(xì)胞。它主要起支撐作用。支撐作用。波形纖維蛋白波形纖維蛋白廣泛存在于間充質(zhì)細(xì)胞及中胚層來(lái)源的細(xì)胞中，波形蛋白一廣泛存在于間充質(zhì)細(xì)胞及中胚層來(lái)源的細(xì)胞中，波形蛋白一端與核膜相連，另一端與細(xì)胞表面處的橋?；虬霕蛄Ｏ噙B，端與核膜相連，另一端與細(xì)胞表面處的橋?；虬霕蛄Ｏ噙B，將細(xì)胞核和細(xì)胞器維持在特定的空間。將細(xì)胞核和細(xì)胞器維持在特定的空間。神經(jīng)纖絲蛋白神經(jīng)纖絲蛋白功能是提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展和防止斷裂。功能是提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展和防止斷裂。 四、中心體、鞭毛和纖毛 1 1、中心體、中心體 中心體位于細(xì)胞的中心部位。中心體位于細(xì)胞的中心部位。由兩個(gè)相互垂直的中心粒由兩個(gè)

17、相互垂直的中心粒（centriole）構(gòu)成，周圍是）構(gòu)成，周圍是一些無(wú)定形或纖維形、高一些無(wú)定形或纖維形、高電子密度的物質(zhì)，叫做外電子密度的物質(zhì)，叫做外中心粒物質(zhì)。中心粒物質(zhì)。它主要參與細(xì)胞的分裂活動(dòng)它主要參與細(xì)胞的分裂活動(dòng),為細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和染色體移動(dòng)、為細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和染色體移動(dòng)、分離提供能量分離提供能量,同時(shí)與細(xì)胞同時(shí)與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)器的形成有關(guān)。運(yùn)動(dòng)器的形成有關(guān)。中心粒直徑中心粒直徑0.2mm，長(zhǎng)，長(zhǎng)0.4mm，由，由9組組3聯(lián)微管聯(lián)微管構(gòu)成構(gòu)成2、鞭毛與纖毛、鞭毛與纖毛 真核細(xì)胞的鞭毛與纖毛是真核細(xì)胞的鞭毛與纖毛是伸出細(xì)胞表面伸出細(xì)胞表面,并能運(yùn)動(dòng)并能運(yùn)動(dòng)的特化結(jié)構(gòu)。的特化結(jié)構(gòu)。通常將少而長(zhǎng)（約通常將

18、少而長(zhǎng)（約150um ）的稱鞭毛，短（約的稱鞭毛，短（約510um ）而多的稱纖）而多的稱纖毛，兩者直徑相似，均毛，兩者直徑相似，均為為0.150.3um。 鞭毛和纖毛均由基體和鞭毛和纖毛均由基體和鞭桿兩部分構(gòu)成，鞭毛鞭桿兩部分構(gòu)成，鞭毛中的微管為中的微管為9+2結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)，即由由9個(gè)二聯(lián)微管和一對(duì)中個(gè)二聯(lián)微管和一對(duì)中央微管構(gòu)成，其中二聯(lián)央微管構(gòu)成，其中二聯(lián)微管由微管由AB兩個(gè)管組成，兩個(gè)管組成，A管由管由13條原纖維組成條原纖維組成，B管由管由10條原纖維組成條原纖維組成，兩者共用，兩者共用3條。條。A管對(duì)管對(duì)著相鄰的著相鄰的B管伸出兩條動(dòng)管伸出兩條動(dòng)力蛋白臂，并向鞭毛中力蛋白臂，并向鞭毛