《細(xì)胞生物學(xué)》課件第10章 細(xì)胞骨架

1、 第十章 細(xì)胞骨架細(xì)胞骨架是真核細(xì)胞內(nèi)由蛋白質(zhì)組成的一個(gè)復(fù)合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng). 其中胞質(zhì)骨架包括微管、微絲、中間纖維三種結(jié)構(gòu)。胞質(zhì)骨架第一、微絲與細(xì)胞運(yùn)動(dòng) 1.形態(tài)：微絲是一種由肌動(dòng)蛋白組成的實(shí)心纖維絲, 直徑57nm。普遍存在于真核細(xì)胞中。一、微絲的組成及組裝（一）結(jié)構(gòu)與成分2.化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)2.1 肌動(dòng)蛋白（actin）： 球形單體 G-肌動(dòng)蛋白成啞鈴狀。纖維狀多聚體F-肌動(dòng)蛋白 成纖維狀.2.2 肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白，有40多種，最重要的是肌球蛋白（myosin）。細(xì)胞中大多數(shù)運(yùn)動(dòng),如肌肉收縮等都靠肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白相互作用完成。 分子特征高度保守，有多種類型。 存在方式： G-actin與F-ac

2、tin形狀：碟狀，中央有一個(gè)裂口，可結(jié)合ATP 和Mg2+。極性：組裝成微絲時(shí)，裂口朝同一個(gè)方向，裂口端為負(fù)極 微絲的結(jié)構(gòu) 每條微絲由二股螺旋狀的絲相互盤繞而成。每條絲由肌動(dòng)蛋白單體頭尾相連呈螺旋狀排列而成。（二）微絲的組裝及其動(dòng)力學(xué)特性G-肌動(dòng)蛋白F-肌動(dòng)蛋白當(dāng)溶液中含有適當(dāng)濃度的鈣離子，而鈉離子和鉀離子的濃度很低時(shí)，微絲趨向于解聚。當(dāng)溶液中含有ATP、鎂離子以及較高濃度鈉離子和鉀離子時(shí)，G-actin趨向于組裝成微絲。當(dāng)溶液中含有適當(dāng)濃度的鈣離子，鈉離子和鉀離子濃度較低時(shí)，微絲趨向解聚。組裝時(shí)，正極組裝速度比負(fù)極快。微絲裝配.mov裝配的過(guò)程：成核 （Arp2和Arp3等蛋白質(zhì)形成起始復(fù)合

3、物）2-3個(gè)肌動(dòng)蛋白單體形成聚合體 纖維的延長(zhǎng)（ATP帽與ADP帽）進(jìn)入穩(wěn)定期微絲的踏車行為ATP-G-actin處于臨界濃度時(shí)，微絲組裝和去組裝達(dá)到平衡。此時(shí)稱踏車行為。解聚時(shí)，正極解聚的速度比負(fù)極更快。（三）影響微絲組裝的特異性藥物細(xì)胞松弛素可將微絲切斷，并結(jié)合在微絲末端阻止肌動(dòng)蛋白在該部位聚合，但對(duì)微絲解聚沒(méi)有明顯的影響。鬼筆環(huán)肽結(jié)合在微絲上，不與肌動(dòng)蛋白單體結(jié)合，對(duì)微絲的解聚有抑制作用，可使肌動(dòng)蛋白絲保持穩(wěn)定狀態(tài)。二、微絲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)（一）非肌肉細(xì)胞內(nèi)微絲結(jié)合蛋白穩(wěn)定的微絲結(jié)構(gòu)與暫時(shí)性的微絲結(jié)構(gòu)：穩(wěn)定的微絲結(jié)構(gòu)如微絨毛中的微絲，不穩(wěn)定的微絲結(jié)構(gòu)如收縮環(huán)中的微絲結(jié)構(gòu)等。胞質(zhì)中

4、具有肌動(dòng)蛋白單體庫(kù)。微絲結(jié)合蛋白的類型：肌動(dòng)蛋白單體結(jié)合、成核蛋白、加帽蛋白、交聯(lián)蛋白、隔斷及解聚蛋白。微絲結(jié)合蛋白對(duì)微絲組裝具有調(diào)節(jié)作用，如隔離、 聚合和成束等 （二）細(xì)胞皮層在緊貼細(xì)胞質(zhì)膜的細(xì)胞質(zhì)區(qū)域由微絲結(jié)合蛋白將微絲交聯(lián)形成了凝膠狀三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這個(gè)區(qū)域通常稱為細(xì)胞皮層。細(xì)胞的多種運(yùn)動(dòng)方式（胞質(zhì)環(huán)流、阿米巴運(yùn)動(dòng)、變皺膜運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞吞噬）都涉及到細(xì)胞凝膠態(tài)或溶膠態(tài)的轉(zhuǎn)化有關(guān)。（三）應(yīng)力纖維在緊貼粘著斑的質(zhì)膜內(nèi)側(cè)由微絲緊密排列成束，這種微絲束稱為應(yīng)力纖維。（四）細(xì)胞偽足的形成與細(xì)胞遷移細(xì)胞遷移的過(guò)程：前端伸出突起 前端形成新的錨定位點(diǎn) 細(xì)胞依靠支點(diǎn)向前移動(dòng) 后部錨定位點(diǎn)與基質(zhì)脫離，細(xì)胞尾部向

5、前移。凝膠與溶膠的互變（成核位點(diǎn)的形成、微絲分支的形成）。（五） 微絨毛位于小腸上皮細(xì)胞的腸腔端，起支撐作用，增大細(xì)胞的吸收面積。微絲束無(wú)收縮功能，止于中間絲形成的端網(wǎng)結(jié)構(gòu)。Y1請(qǐng)補(bǔ)充內(nèi)容（六）胞質(zhì)分裂環(huán)動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂末期，在赤道板位置的質(zhì)膜內(nèi)側(cè)由大量平行排列但是極性方向不同的微絲組成了胞質(zhì)收縮環(huán)。肌球蛋白介導(dǎo)肌動(dòng)蛋白絲之間相互滑動(dòng)，使一個(gè)動(dòng)物細(xì)胞分裂成兩個(gè)子細(xì)胞。三、肌球蛋白：依賴于微絲的分子馬達(dá)（一）肌球蛋白的種類（一）II型肌球蛋白由兩條重鏈和4條輕鏈組成，參與肌原纖維中粗肌絲的形成以及動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)分裂環(huán)的組裝。分子呈豆芽狀，組裝成粗肌絲時(shí)，尾部位于粗絲中央，而頭部位于兩側(cè)。（二）非傳

6、統(tǒng)類型的肌球蛋白有多種類型，能消耗ATP驅(qū)動(dòng)膜泡沿微絲運(yùn)輸。四、肌細(xì)胞的收縮運(yùn)動(dòng)肌纖維結(jié)構(gòu)與肌肉收縮的滑動(dòng)模型骨骼肌肌纖維束肌纖維（骨骼肌細(xì)胞）-肌原纖維肌節(jié)粗肌絲（II型肌球蛋白）與細(xì)肌絲（肌動(dòng)蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白 （二）肌肉收縮的滑動(dòng)模型神經(jīng)沖動(dòng)傳至肌質(zhì)網(wǎng)，導(dǎo)致肌質(zhì)網(wǎng)釋放鈣離子。鈣離子與肌鈣蛋白結(jié)合，引起構(gòu)象變化，消除了肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白結(jié)合的障礙。消耗ATP，肌動(dòng)蛋白絲與肌球蛋白絲相對(duì)滑動(dòng)，引起肌肉收縮。第二節(jié) 微管及其功能 1 形態(tài)：中空?qǐng)A筒狀，外徑25nm，內(nèi)徑15nm，大多數(shù)微管壁由13條原纖維包圍而成 一、微管的結(jié)構(gòu)與極性2 微管的化學(xué)組成2.1 微管蛋白：微管蛋白 a ,

7、微管蛋白 b球蛋白結(jié)合的GTP從不發(fā)生水解或交換, b球蛋白結(jié)合的GTP可發(fā)生水解或交換.此外，它還有一個(gè)二價(jià)陽(yáng)離子結(jié)合位點(diǎn)、一個(gè)秋水仙素結(jié)合位點(diǎn)和一個(gè)長(zhǎng)春花堿結(jié)合位點(diǎn)。2.2 微管結(jié)合蛋白：微管相關(guān)蛋白MAPs微管聚合蛋白Tau 2.3 動(dòng)力蛋白(kinesin, dynein)二、微管的組裝 和去組裝影響微管組裝的因素：溫度、Ca+濃度 pH、壓力等，秋水仙素可抑制微管聚合。 組裝方式裝配過(guò)程:亞基 異二聚體 環(huán)狀核心 原絲 13根原絲 一段小管 延長(zhǎng)微管的GTP帽與GDP帽：微管的GTP帽有利于微管的延長(zhǎng)微管 GDP帽暴露后微管解聚微管的極性: 正極與負(fù)極踏車行為: 在一定條件下, 微管

8、的正極發(fā)生聚合而延長(zhǎng),負(fù)極發(fā)生解聚而縮短的現(xiàn)象.作用于微管的特異性藥物 秋水仙素、諾考達(dá)唑和紫三醇等。秋水仙素可以抑制微管聚合，但是不影響微管的去組裝。紫三醇與微管結(jié)合可以阻止微管去組裝，但是不影響微管末端的組裝。諾考達(dá)唑（Nocodazole） 是一種抗腫瘤藥物，通過(guò)使微管解聚發(fā)揮作用。紫杉醇是紅豆杉屬植物中的一種復(fù)雜的次生代謝產(chǎn)物, 也是目前所了解的惟一一種可以促進(jìn)微管聚合和穩(wěn)定已聚合微管的藥物。 4. 微管的類型：?jiǎn)喂?、二?lián)管（A、B）三聯(lián)管（A、B、C）動(dòng)態(tài)微管、穩(wěn)定微管 中心粒、中心體、纖毛、鞭毛三、微管組織中心具有起始微管的組裝和延伸的細(xì)胞結(jié)構(gòu)稱為微管組織中心，有動(dòng)物細(xì)胞的中心體、

9、基體、植物細(xì)胞兩極特定的區(qū)域等。微管蛋白在中心體的無(wú)定型致密周質(zhì)中呈螺旋狀排列形成一個(gè)開(kāi)放的環(huán)形結(jié)構(gòu)，-微管蛋白異二聚加到環(huán)上啟動(dòng)微管的裝配?；w和中心粒是同源結(jié)構(gòu)。四、微管的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)在細(xì)胞周期中，細(xì)胞內(nèi)的微管經(jīng)歷著動(dòng)態(tài)組裝和去組裝，在間期和分裂期，其分布或組織形式存在很大的差異。不同部位的微管其穩(wěn)定性差異很大。因此細(xì)胞內(nèi)的微管又可以分為穩(wěn)定微管和不穩(wěn)定微管兩類。五、微管結(jié)合蛋白對(duì)微管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)微管結(jié)合蛋白結(jié)合在微管的外壁上，具有穩(wěn)定微管的作用。MAP2蛋白和tau蛋白能在相鄰的微管之間形成橫橋，具有穩(wěn)定微管的作用。其中MAP2分布于神經(jīng)元的胞體和樹(shù)突，而tau蛋白分布于軸突。六、微管對(duì)

10、細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組織作用微管與細(xì)胞器的分布以及細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生與維持有很大的關(guān)系。例如，微管參與神經(jīng)元細(xì)胞軸突和樹(shù)突的形成及其物質(zhì)運(yùn)輸。細(xì)胞內(nèi)依賴于微管的物質(zhì)運(yùn)輸需要驅(qū)動(dòng)蛋白或胞質(zhì)動(dòng)力蛋白參與。N驅(qū)動(dòng)蛋白能介導(dǎo)膜泡沿微管向微管正極的方向移動(dòng)(C驅(qū)動(dòng)蛋白則相反）。胞質(zhì)動(dòng)力蛋白能介導(dǎo)膜泡沿微管向微管負(fù)極的方向移動(dòng)。七、細(xì)胞內(nèi)依賴于微管的物質(zhì)運(yùn)輸八、纖毛和鞭毛的結(jié)構(gòu)與功能1纖毛運(yùn)動(dòng)中微管的滑動(dòng)機(jī)制九、紡錘體與染色體運(yùn)動(dòng)第三節(jié) 中間絲（intermediate filament） 一、中間絲的主要類型和組成成分按組織來(lái)源和免疫原性分: 21 角蛋白(Keratin)，上皮細(xì)胞 22 神經(jīng)絲蛋白(neurofi

11、lament protein) 分布于神經(jīng)細(xì)胞 23 結(jié)蛋白(desmin)存在于肌肉細(xì)胞 2.中間纖維的化學(xué)組成24 膠質(zhì)細(xì)胞原纖維酸性蛋白 （glial fibrillary acidic protien） 中樞神經(jīng)系統(tǒng)膠質(zhì)細(xì)胞 25 波形蛋白（Vimentin）分布于間質(zhì)細(xì)胞 中間絲的主要類型（根據(jù)中間絲的蛋白質(zhì)氨基酸序列）I型和II型角蛋白中間絲：以異源二聚體形式參與中間絲的組裝，分布于上皮細(xì)胞內(nèi)。III型中間絲：波形蛋白、結(jié)蛋白、膠質(zhì)纖維酸性蛋白和外周蛋白。IV型中間絲：3種神經(jīng)絲蛋白亞基和-介連蛋白。V型中間絲: 核纖層蛋白VI型中間絲: 巢蛋白和微管卷曲蛋白。中間絲蛋白分子的結(jié)構(gòu)

12、：未歸類:晶狀體蛋白 1中間纖維蛋白的分子結(jié)構(gòu)非螺旋頭部（ N端）-桿狀區(qū)（1A-L1-1B-L12-2A-L2-2B）-非螺旋頭部（ C端）二、中間絲的組裝與表達(dá)組裝條件：不需要ATP或GTP提供能量。組裝過(guò)程：同向雙股螺旋的二聚體反向平行和半分子交錯(cuò)的形式組裝成四聚體原纖維中間絲中間絲的去組裝和重新組裝中間絲的去組裝和重新組裝過(guò)程似乎與中間絲蛋白的磷酸化和去磷酸化有關(guān)。 例如核纖層結(jié)構(gòu)的去組裝和重組裝。表達(dá)：在細(xì)胞的分化過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)的中間絲類型隨著細(xì)胞的分化過(guò)程而發(fā)生變化。三、 中間絲與其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)的聯(lián)系 中間絲在胞質(zhì)內(nèi)形成發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)，并與細(xì)胞膜的上的特定部位相連，通過(guò)跨膜蛋白與細(xì)胞外基

13、質(zhì)或相鄰細(xì)胞的中間絲間接連接。向內(nèi)與核膜相連，核膜內(nèi)側(cè)是核纖層結(jié)構(gòu)。核纖層結(jié)構(gòu)：位于內(nèi)層核膜內(nèi)側(cè)的一薄層纖維網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，由V型中間絲蛋白組裝而成。核纖層的組裝和解聚與核纖層蛋白的去磷酸化和磷酸化有關(guān)。其磷酸化受細(xì)胞分裂促進(jìn)因子MPF調(diào)節(jié)。中間絲與其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)相互聯(lián)系形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的抗張力的作用，對(duì)于維持組織的整體功能也是非常重要的。4. 中間纖維的功能 43 參與細(xì)胞分裂活動(dòng)44 參與信息傳遞活動(dòng) 4.5 參與細(xì)胞的分化-中間纖維已經(jīng)確定的功能有：給細(xì)胞提供機(jī)械強(qiáng)度參與細(xì)胞連接維持細(xì)胞核的形態(tài)補(bǔ)充：第2部分 核骨架（nuclear skeleton） (一) 核基質(zhì)1、核骨架又稱核基質(zhì)（nuclear matrix） 狹義的核基質(zhì)是指細(xì)胞核內(nèi)除去核膜、核纖層、染色質(zhì)、核仁和核孔復(fù)合體以外的部分，由多種蛋白質(zhì)構(gòu)成的核內(nèi)網(wǎng)架結(jié)構(gòu). 廣義的核骨架包括核基質(zhì)、核纖層和核孔復(fù)合體.2、核基質(zhì)組成 核骨架蛋白：核基質(zhì) (MAR)結(jié)合蛋白（ DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶2、核基質(zhì)蛋白等）核骨架結(jié)合蛋白：轉(zhuǎn)錄因子、酶、受體和供體等。其他