細胞生物學課件細胞骨架課件

關于細胞生物學課件細胞骨架第1頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五細胞骨架（Cytoskeleton）是真核細胞中的蛋白質纖維網(wǎng)架體系，它對于維持細胞的形狀、細胞的運動、細胞內的物質運輸、染色體的分離和細胞的分裂起著重要的作用。第2頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第3頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五光鏡下顯示細胞骨架：紅色熒光顯示微絲黃色顯示微管蘭色顯示細胞核

第4頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五細胞骨架由以下組分構成微絲（microfilament）微管（microtubule）中間纖維（intemediatefilament）廣義的細胞骨架還包括核骨架（nucleoskeleton）核纖層（nuclearlamina）細胞外基質（extracellularmatrix）形成貫穿于細胞核、細胞質、細胞外的一體化網(wǎng)絡結構。第5頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五微絲，又叫肌動蛋白纖維，是由肌動蛋白構成的兩股螺旋形成的細絲，普遍存在于真核細胞中微管，是由微管蛋白單體構成的基本組件形成的中空的管狀結構。普遍存在于真核細胞中中間纖維，又叫中間絲，粗細位于微絲和肌球蛋白粗絲之間，普遍存在于真核細胞中，是三種骨架系統(tǒng)中結構最為復雜的一種第6頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第7頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第一節(jié)微絲微絲（microfilament，MF）是由肌動蛋白(actin)組成的直徑約7nm的骨架纖維，又稱肌動蛋白纖維actinfilament。微絲和它的結合蛋白（associationprotion）以及肌球蛋白（myosin）三者構成化學機械系統(tǒng)，利用化學能產(chǎn)生機械運動。第8頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第9頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五根據(jù)等電點的不同可將高等動物細胞內的肌動蛋白分為3類：α分布于各種肌肉細胞中β和γ分布于肌細胞和非肌細胞中。肌動蛋白纖維是由兩條線性排列的肌動蛋白鏈形成的螺旋，狀如雙線捻成的繩子第10頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五一、微絲的結構和功能1．結構（1）肌動蛋白（actin）*2個結構域，4個亞單位組成ATP（ADP）二價離子構象可改變與微絲的組裝與解離有關*極性結構正端（＋）負端（－）結合位點第11頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五*存在形式游離球狀肌動蛋白（G-actin)纖維狀肌動蛋白(F-actin)第12頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五（2）微絲

結構：由肌動蛋白單體聚合形成雙螺旋第13頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第14頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五組裝：條件：ATP

鹽濃度K+Mg++過程（三個階段）：成核期

—微絲組裝的限速過程生長期

—肌動蛋白在核心兩端聚合正端快，負端慢平衡期

—聚合速度與解離速度達到平衡第15頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第16頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第17頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五動態(tài)調節(jié)：踏車模型（treadmillingmodel）非穩(wěn)態(tài)動力學模型(dynamicinstabilitymodel)ATP是調節(jié)的主要因素ATP-肌動蛋白對微絲末端親和性高ADP-肌動蛋白對微絲末端親和性低ATP-肌動蛋白濃度與聚合速度成正比第18頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五微絲的任何一端都可以以添加肌動蛋白單體的方式增長，不過由于極性，兩端的速度不同，速度快的一端為正端，速度慢的一端為負端，表現(xiàn)為踏車現(xiàn)象。當?shù)竭_平衡期，肌動蛋白分子添加到肌動蛋白絲上的速度正好等于肌動蛋白分子從肌動蛋白上失去的速度，微絲的凈長度沒有改變，這種過程稱為微絲的踏車行為。第19頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五movie第20頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第21頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五（3）微絲結合蛋白與肌動蛋白纖維結合，調節(jié)其性質和功能，影響微絲長度，穩(wěn)定性和構形。分類：單體隔離蛋白（monomer-sequensteringprotein）交聯(lián)蛋白（cross-linkprotein）末端阻斷蛋白（endblockingprotein）纖維切割蛋白（filament-severingprotein）去聚合蛋白（actinfilamentdepolymerizationprotein）膜結合蛋白（membrane-bindingprotein）第22頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五各種微絲結合蛋白單體隔離蛋白去聚合蛋白膜結合蛋白末端阻斷蛋白纖維切割蛋白交聯(lián)蛋白第23頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第24頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五肌球蛋白（myosin）組成兩條重鏈兩條輕鏈結構特點兩個頭部與肌動蛋白纖維結合，水解ATP一個尾部裝配成粗絲第25頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第26頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第27頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五（4）微絲的功能（1）構成細胞的支架，維持細胞的形態(tài)細胞皮質（cellcortex）也叫肌動蛋白皮質（actincortex）

細胞靠近質膜處的一層由微絲和各種微絲結合蛋白構成的網(wǎng)狀結構第28頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五*微穗

（microspike）內含肌動蛋白纖維細胞表面伸展出的細而堅硬的突起，可快速形成和回縮，可作為探針使細胞感受環(huán)境，更長的微穗成為絲狀偽足（filopodium）神經(jīng)細胞、成纖維細胞片狀偽足（lamellipodium）成纖維細胞第29頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五lamellipodia1lamellipodia2第30頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五微絨毛（microvilli）是質膜頂端表面的指狀形突起。分布：存在于許多動物細胞表面的指狀結構，在上皮細胞中特別豐富，可增加細胞表面積。小腸吸收上皮細胞最多結構組成微絲微絲形成的微絲束構成了微絨毛骨架微絲結合蛋白調節(jié)長度保持形狀第31頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第32頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五絨毛蛋白毛緣蛋白肌球蛋白Ⅰ鈣調蛋白第33頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五應力纖維（stressfiber）也叫張力纖維，是真核細胞中廣泛存在的由微絲束構成的較為穩(wěn)定的纖維狀結構，位于細胞內緊鄰質膜下方內含肌動蛋白纖維和肌球蛋白纖維有收縮功能，但不產(chǎn)生運動維持細胞的扁平鋪展和特異形狀并賦予細胞韌性和強度第34頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五培養(yǎng)的上皮細胞中的應力纖維（微絲紅色、微管綠色）第35頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五（2）參與細胞分裂細胞分裂中形成收縮環(huán)（內含肌動蛋白纖維和肌球蛋白纖維）有絲分裂末期，兩個即將分離的子細胞內產(chǎn)生收縮環(huán)，收縮環(huán)由平行排列的微絲和myosinII組成。隨著收縮環(huán)的收縮，兩個子細胞的胞質分離，在細胞松馳素存在的情況下，不能形成胞質分裂環(huán)，因此形成雙核細胞。第36頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第37頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五（3）參與肌肉收縮肌纖維肌原纖維粗、細肌絲肌球蛋白肌動蛋白原肌球蛋白肌鈣蛋白第38頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五肌纖維TEM照片Z盤第39頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第40頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五肌肉收縮圖解（myosin）第41頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第42頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五（4）參與細胞運動胞質環(huán)流變形運動吞噬變皺膜運動第43頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五細胞的變形運動分為四步：①：微絲纖維生長，使細胞表面突出，形成片足(lamellipodium)；②在片足與基質接觸的位置形成粘著斑；③在myosin的作用下微絲纖維滑動，使細胞主體前移；④解除細胞后方的粘和點。如此不斷循環(huán)，細胞向前移動。阿米巴原蟲、白細胞、成纖維細胞都能以這種方式運動。第44頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五movie第45頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五（5）參與細胞內物質運輸（6）參與細胞內信號轉導Rho-GTPase第46頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五3.藥物對微絲的作用細胞松弛素B(cytochalasinB)

真菌-生物堿微絲+端結合鬼筆環(huán)肽(phalloidin)

毒蘑菇（Amanita）-毒素與聚合的微絲結合抑制肌動蛋白纖維的解聚第47頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第48頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五二、微管的結構與功能1.結構（1）微管蛋白（tubulin）α管蛋白β管蛋白γ微管蛋白-微管組織中心（MTOC）（2）微管（tubule）單微管（13）二聯(lián)微管（13+10）（纖毛、鞭毛）三聯(lián)微管（13+10+10）（基體、中心粒）異二聚體→原絲→微管（極性結構）內徑：15nm第49頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第50頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五GTPGTP--〉GDP第51頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第52頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五1313+1013+10+10第53頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五分布真核細胞中普遍存在（脊椎動物腦組織）主要位于細胞質中，控制著膜性細胞器的定位和胞內物質運輸細胞特殊結構纖毛、鞭毛、基體、中心體、紡錘體第54頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五A組裝成核期（nucleationphase）-延遲期（lagphase）管蛋白聚合成短的寡聚體（核心）

片狀微管聚合期（polymerizationphase）-延長期（elongationphase）聚合速度大于解聚速度穩(wěn)定期（steadyphase）：聚合速度等于解聚速度（游離管蛋白達到臨界濃度）第55頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第56頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第57頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第58頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五B組裝的動態(tài)調節(jié)踏車模型非穩(wěn)態(tài)動力學模型（dynamicinstability）GTP是調節(jié)微管體內外組裝的主要物質GTP-管蛋白對微管末端的親和力大GDP-管蛋白對微管末端的親和力小管蛋白濃度第59頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第60頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第61頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五C微管組織中心（MTOC）微管的聚合從特異性的核心形成位點開始，這些核心形成位點主要是中心體和纖毛的基體，稱為微管組織中心功能：幫助大多數(shù)細胞微管裝配過程中成核中心體（centrosome）是動物細胞中決定微管形成的一種細胞器組成：中心粒（centriole）中心粒旁物質（pericetriolarmaterial）位置：間期：細胞核附近有絲分裂期：位于紡錘體的兩極第62頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第63頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五（3）微管結合蛋白與微管結合，調節(jié)微管活性的一類蛋白。穩(wěn)定微管調節(jié)微管特異性調節(jié)微管與細胞其他成分的作用MAP-1MAP-2tauMAP-4第64頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五2.微管功能（1）維持細胞的形態(tài)神經(jīng)元細胞的軸突RBC雙凹盤形（2）參與細胞的運動纖毛、鞭毛—二聯(lián)管清除細胞表面異物輸卵維持細胞自身運動基體、中心?！?lián)管第65頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五A纖毛（cilia）、鞭毛（flagella）組成：質膜頂部軸絲

—微管及相關蛋白微管：9組二聯(lián)管+中央微管（9+2）相關蛋白：動力蛋白

連接蛋白

輻射絲基體—纖毛組織中心（9組三聯(lián)管）第66頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第67頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五鞭毛的結構第68頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五

運動產(chǎn)生：由微管滑動引起化學能轉變?yōu)闄C械能（動力蛋白）滑動轉變?yōu)閺澢\動（輻射絲，連接蛋白）第69頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第70頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五B中心粒（centriole）和基體（basalbody）組成：9組三聯(lián)管9+0第71頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五中心粒：成對存在，互相垂直間期：形成微管，構成細胞骨架系統(tǒng)的主要纖維系統(tǒng)，一方面參與物質運輸另一方面維持細胞形狀分裂期：形成紡錘體的兩極，指導有絲分裂進行第72頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五基體是纖毛器的基本結構基體與中心粒具同源性，結構、功能可以互換第73頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五中心體：中心粒周圍無定形物質

間期：組織胞質微管形成分裂期：組織形成紡錘體

微管組織中心

（MTOC）第74頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五中心體結構模型第75頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第76頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第77頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第78頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第79頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五（3）參與細胞內物質運輸及細胞器的遷移微管依賴性馬達蛋白（motorprotein）驅動蛋白（kinesin）動力蛋白（dynein）第80頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五驅動蛋白Kinesin結構：是由兩條輕鏈和兩條重鏈構成的四聚體，外觀具有兩個球形的頭（具有ATP酶活性）、一個螺旋狀的桿和兩個扇子狀的尾。功能：通過結合和水解ATP，導致頸部發(fā)生構象改變，使兩個頭部交替與微管結合，從而沿微管“行走”，將“尾部”結合的“貨物”（運輸泡或細胞器）轉運到其它地方。大多數(shù)能向著微管（+）極運輸小泡。第81頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第82頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五動力蛋白Dynein結構：分子量巨大（接近1.5Md）由兩條相同的重鏈和一些種類繁多的輕鏈以及結合蛋白構成鞭毛二聯(lián)微管外臂的動力蛋白具有三個重鏈功能：在細胞分裂中推動染色體的分離驅動鞭毛的運動向著微管（-）極運輸小泡第83頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第84頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五Movie

movie（organelle）第85頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第86頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第87頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五（4）調節(jié)細胞分裂微管是構成有絲分裂器的主要成分動粒微管染色體排于赤道板紡錘體極微管

染色體移向兩極（5）參與細胞內信號轉導

3.藥物對微管的作用秋水仙素—阻止聚合紫杉醇—促進聚合第88頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五三、中間纖維的結構和功能1.概述形狀：類似編織繩存在部位細胞核膜下—核纖層細胞中—圍繞核形成籃筐樣結構特性：穩(wěn)定第89頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第90頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第91頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五2.分類根據(jù)亞單位特性分為六大類

*角質蛋白

*核纖層蛋白

第92頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五3.中間纖維蛋白結構頭部區(qū)—氨基端尾部區(qū)—羧基端

桿狀區(qū)—310aa中心區(qū)（螺旋區(qū)）形成聚合體的關鍵部位第93頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五第94頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五4.中間纖維的組裝組裝：兩個單體形成雙股超螺旋—二聚體兩個二聚體形成四聚體—原纖絲兩個四聚體交錯排列—原纖維四個原纖維互相纏繞—中間纖維第95頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五單體

超螺旋（平行對齊）

原纖絲（反向平行）原纖維中間纖維第96頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五動態(tài)調節(jié)通過特殊氨基酸殘基（Ser，Thr）的磷酸化完成第97頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五5.功能（1）為細胞提供機械支持第98頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五（2）維持細胞和組織的完整性細胞完整性：核纖層核外周組織完整性：細胞-細胞細胞-基質（3）參與DNA復制（4）與細胞分化及生存有關第99頁，共102頁，2022年，5月20日，23點29分，星期五微絲

單體：肌動蛋白

組裝：成核期

—三聚體（限速期）

生長期

—聚合﹥解聚

平衡期

—聚合=解聚

結合蛋白：肌球蛋白頭部

尾部

功能：維持細胞形態(tài)微絨毛(肌動蛋白）

微穗

(肌動蛋白）

應力纖維

(肌動蛋