細(xì)胞生物學(xué)第8章課件

第八章細(xì)胞骨架第一節(jié)MF）第二節(jié)MT）第三節(jié)中間纖維(IF)細(xì)胞骨架的概念細(xì)胞骨架是指真核細(xì)胞中的蛋白纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。狹義的細(xì)胞骨架：是指細(xì)胞質(zhì)骨架，它由微絲、微管和中間纖維構(gòu)成。廣義的細(xì)胞骨架：則包括細(xì)胞核骨架、細(xì)胞質(zhì)骨架、

細(xì)胞膜骨架和細(xì)胞外基質(zhì)，這樣就形成貫穿于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞外的一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。細(xì)胞骨架系統(tǒng)

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)胞器的位置和作為膜泡運(yùn)輸?shù)膶?dǎo)軌。中間纖維使細(xì)胞具有張力和抗剪切力。第一節(jié)

微絲（MF）一、微絲成分

二、微絲的裝配

三、微絲的動(dòng)態(tài)性質(zhì)

四、微絲特異性藥物

五、微絲結(jié)合蛋白

六、微絲的功能微絲是由肌動(dòng)蛋白組成的直徑約7nm的骨架纖維，又稱肌動(dòng)蛋白纖維。微絲纖維電鏡照片及結(jié)構(gòu)模型

肌動(dòng)蛋白單三維結(jié)構(gòu)二、微絲的裝配條件：ATP、適宜的溫度、存在K+和Mg2+離子。過程：2-3個(gè)actin聚集成一個(gè)核心（核化）；ATP-actin分子向核心兩端加合。微絲具有極性，ATP-actin加到(+)極的速度要比加到(-)極的速度快5-10倍。微絲的裝配分三步進(jìn)行，并且是三個(gè)連續(xù)的過程：第一個(gè)過程是成核作用；第二個(gè)過程∶快速延長(zhǎng)階段；第三階段∶穩(wěn)定期。圖7-3微絲裝配的基本過程

成核階段延長(zhǎng)階段三、微絲的動(dòng)態(tài)性質(zhì)極性

G-actin單體具有極性,裝配時(shí)呈頭尾相接,故微絲具有極性，即正極與負(fù)極之別。體外實(shí)驗(yàn)表明，MF正極與負(fù)極都能生長(zhǎng)，生長(zhǎng)快的一端為正極（+），慢的一端為負(fù)極（-）微絲的動(dòng)態(tài)平衡體內(nèi)裝配時(shí)，MF呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性，主要取決于F-actin結(jié)合的ATP水解速度與游離的G-actin單體濃度之間的關(guān)系踏車現(xiàn)象

在一定條件下，當(dāng)正極添加的G-肌動(dòng)蛋白分子速率正好等于負(fù)極解聚速率時(shí),微絲凈長(zhǎng)度沒有改變,這種現(xiàn)象稱為肌動(dòng)蛋白踏車現(xiàn)象

圖7-6微絲的踏車現(xiàn)象圖7-5微絲的動(dòng)態(tài)平衡四、微絲特異性藥物細(xì)胞松弛素B

是真菌分泌的生物堿。細(xì)胞松弛素B及其衍生物在細(xì)胞內(nèi)同微絲的正端結(jié)合，阻斷了肌動(dòng)蛋白的進(jìn)一步聚合。鬼筆環(huán)肽從一種毒性菇類中分離的劇毒生物堿，它同細(xì)胞松弛素的作用相反。

六、微絲的功能1.肌肉收縮2.形成應(yīng)力纖維3.形成微絨毛4.胞質(zhì)環(huán)流5.細(xì)胞遷移6.參與胞質(zhì)分裂

肌肉收縮肌肉由肌原纖維組成，肌原纖維由粗肌絲和細(xì)肌絲組成粗肌絲的主要成分是肌球蛋白，而細(xì)肌絲的主要成分是肌動(dòng)蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白。

（一)肌球蛋白

（二）原肌球蛋白

（三）肌鈣蛋白

（四）肌肉的收縮

（一）肌球蛋白（myosin）

肌球蛋白屬于馬達(dá)蛋白，是肌動(dòng)蛋白纖維的分子發(fā)動(dòng)機(jī)肌球蛋白II是構(gòu)成肌纖維的主要成分之一，參與肌絲滑動(dòng)肌球蛋白II的結(jié)構(gòu)∶由2個(gè)重鏈和4個(gè)輕鏈組成，重鏈形成一個(gè)雙股α螺旋，一半呈桿狀，另一半與輕鏈一起折疊成兩個(gè)球形區(qū)域，位于分子一端，球形的頭部含有與肌動(dòng)蛋白、ATP結(jié)合的位點(diǎn)，負(fù)責(zé)產(chǎn)生力。

兩個(gè)肌球蛋白Ⅱ能夠通過桿狀尾部聚合在一起，形成寡聚的肌球蛋白纖維，這種纖維具有雙極性，頭部位于兩端，中間有一個(gè)裸露的帶，這種結(jié)構(gòu)參與肌肉收縮。（二）原肌球蛋白

（tropomyosin，Tm）原肌球蛋白是由兩條平行的多肽鏈扭成螺旋，每個(gè)原肌球蛋白首尾相接形成一條連續(xù)的鏈同肌動(dòng)蛋白細(xì)肌絲結(jié)合。主要作用是遮蔽肌動(dòng)蛋白單體上的活性區(qū)，抑制肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白結(jié)合。圖7-9細(xì)肌絲的組成

（四）肌肉的收縮

1、肌纖維的結(jié)構(gòu)

2、由神經(jīng)沖動(dòng)誘發(fā)的肌肉收縮基本過程：

·動(dòng)作電位的產(chǎn)生·Ca2+的釋放·原肌球蛋白位移·肌動(dòng)蛋白絲與肌球蛋白絲的相對(duì)滑動(dòng) ·Ca2+的回收應(yīng)力纖維廣泛存在于真核細(xì)胞。細(xì)胞貼壁與粘著斑的形成相關(guān)，在形成粘合斑的質(zhì)膜下，微絲緊密平行排列成束，這種結(jié)構(gòu)叫應(yīng)力纖維,介導(dǎo)細(xì)胞間或細(xì)胞與基質(zhì)表面的粘著。成分：肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和-輔肌動(dòng)蛋白。功能：應(yīng)力纖維具有收縮功能培養(yǎng)的上皮細(xì)胞中的應(yīng)力纖維（微絲紅色、微管綠色）

當(dāng)將細(xì)胞放在培養(yǎng)瓶中進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)，細(xì)胞需要同培養(yǎng)瓶底接觸，將自己平鋪在基底，這種結(jié)合通常需要形成一種特殊的緊密的粘合斑。在粘合斑的細(xì)胞質(zhì)膜的下方有肌動(dòng)蛋白成束狀排列，這種結(jié)構(gòu)叫應(yīng)力纖維。結(jié)構(gòu)類似肌原纖維，使細(xì)胞具有抗剪切力。微絨毛是一些動(dòng)物細(xì)胞表面的指狀突起。由幾十個(gè)成束平行排列的肌動(dòng)蛋白纖維支持并定向。圖7-12微絨毛結(jié)構(gòu)示意圖細(xì)胞遷移的過程：1、前端伸出突起2、前端形成新的錨定位點(diǎn)3、細(xì)胞依靠支點(diǎn)向前移動(dòng)4、后部錨定位點(diǎn)與基質(zhì)脫離，細(xì)胞尾部向前移。非肌細(xì)胞遷移過程中細(xì)胞前緣肌動(dòng)蛋白的聚合和偽足的形成胞質(zhì)環(huán)流是菌類、藻類和高等植物細(xì)胞中活躍的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象是由肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白相互作用引起的，它對(duì)于細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)代謝具有重要作用。

圖7-13植物細(xì)胞的胞質(zhì)環(huán)流

胞質(zhì)分裂主要是通過肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白形成的纖束，這種纖維束形成的收縮環(huán)收縮將細(xì)胞切割開。其收縮機(jī)制是肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白相對(duì)滑動(dòng)。圖7-14胞質(zhì)分裂中收縮環(huán)的形成第二節(jié)微管（MT）微管是由微管蛋白組成的長(zhǎng)管狀結(jié)構(gòu)。一、結(jié)構(gòu)與裝配二、微管的極性

三、微管結(jié)合蛋白

四、微管組織中心

五、微管特異性藥物

六、微管的功能

一、結(jié)構(gòu)與裝配

微管是由微管蛋白α和β二聚體為基本構(gòu)件，微管蛋白二聚體頭尾相接,形成細(xì)長(zhǎng)的原纖維。13條原纖維組成微管的壁。圖8-15微管結(jié)構(gòu)圖7-16微管的組裝過程

微管裝配過程：α和β微管蛋白二聚體--形成原纖維--13根原纖維—短微管—長(zhǎng)微管。二、微管的極性

微管的極性有兩層涵義組裝的方向性：微管是以αβ二聚體作為基本構(gòu)件進(jìn)行組裝的，并且是以首-尾排列的方式進(jìn)行組裝，所以每一根原纖維都有相同的極性(方向性)生長(zhǎng)速度的快慢：兩端的組裝速度是不同的,正端生長(zhǎng)得快,負(fù)端則慢

三、微管結(jié)合蛋白微管結(jié)合蛋白（MAPs）分子包含一個(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。MAP的主要功能是：①促進(jìn)微管聚集成束②增加微管穩(wěn)定性或強(qiáng)度③促進(jìn)微管組裝

微管聚合蛋白MAP2

神經(jīng)元

四、微管組織中心

微管組織中心（MTOC）存在于細(xì)胞質(zhì)中決定微管在生理狀態(tài)或?qū)嶒?yàn)處理解聚后重新組裝的結(jié)構(gòu)叫微管組織中心。MTOC的主要作用是幫助大多數(shù)細(xì)胞質(zhì)微管組裝過程中的成核反應(yīng)。中心體是動(dòng)物細(xì)胞中決定微管形成的一種細(xì)胞器，由兩個(gè)相互垂直的中心粒構(gòu)成。每個(gè)中心粒都是由9個(gè)三聯(lián)管組成，微管從中心體上開始形成。

微管從微管組織中心向外生長(zhǎng)

中心體結(jié)構(gòu)模型

五、微管特異性藥物秋水仙素：秋水仙素是一種生物堿,能夠與微管特異性結(jié)合，秋水仙素同二聚體結(jié)合形成的復(fù)合物可以阻止微管的成核反應(yīng)。

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，紫杉醇只結(jié)合到聚合的微管上，不與未聚合的微管蛋白二聚體反應(yīng)。六、微管的功能1、支架作用2、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸3、纖毛與鞭毛的運(yùn)動(dòng)4、形成紡錘體支架作用

在培養(yǎng)的細(xì)胞中，微管呈放射狀排列在核外，形成平貼在培養(yǎng)皿上的形狀，起支撐作用。圖7-20培養(yǎng)的動(dòng)物細(xì)胞中的微管

細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸

微管起細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)穆奋壸饔茫?xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器移動(dòng)和胞質(zhì)內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)都和微管有著密切的關(guān)系。

與微管結(jié)合而起運(yùn)輸作用的馬達(dá)蛋白

驅(qū)動(dòng)蛋白

動(dòng)力蛋白

軸突運(yùn)輸色素顆粒的運(yùn)輸

驅(qū)動(dòng)蛋白結(jié)構(gòu)：由兩條輕鏈和兩條重鏈構(gòu)成的四聚體，外觀具有兩個(gè)球形的頭（具有ATP酶活性）、一個(gè)螺旋狀的桿和兩個(gè)扇子狀的尾。

作用：通過結(jié)合和水解ATP，導(dǎo)致頸部發(fā)生構(gòu)象改變，使兩個(gè)頭部交替與微管結(jié)合，從而沿微管“行走”，將“尾部”結(jié)合的“貨物”（運(yùn)輸泡或細(xì)胞器）轉(zhuǎn)運(yùn)到其它地方。

圖7-21驅(qū)動(dòng)蛋白的結(jié)構(gòu)和運(yùn)輸方式細(xì)胞質(zhì)動(dòng)力蛋白結(jié)構(gòu)：由兩條相同的重鏈和一些種類繁多的輕鏈以及結(jié)合蛋白構(gòu)成

作用：在細(xì)胞分裂中推動(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)輸小泡圖7-22細(xì)胞質(zhì)動(dòng)力蛋白的結(jié)構(gòu)與運(yùn)輸作用分子馬達(dá)指細(xì)胞內(nèi)利用ATP提供能量產(chǎn)生推動(dòng)力，進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸或細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的蛋白質(zhì)分子。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的分子馬達(dá)蛋白可以分為三種類型：驅(qū)動(dòng)蛋白、胞質(zhì)動(dòng)力蛋白和肌球蛋白。圖7-23軸突運(yùn)輸圖7-24色素顆粒的運(yùn)輸纖毛與鞭毛的運(yùn)動(dòng)纖毛和鞭毛都是某些細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu),具有運(yùn)動(dòng)功能。

鞭毛和纖毛均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)，即由9個(gè)二聯(lián)微管和一對(duì)中央微管構(gòu)成，其中二聯(lián)微管由AB兩個(gè)管組成，A管由13條原纖維組成，B管由10條原纖維組成。纖毛和鞭毛的運(yùn)動(dòng)是依靠動(dòng)力蛋白（dynein）水解ATP，使相鄰的二聯(lián)微管相互滑動(dòng)。圖7-25典型的真核細(xì)胞的纖毛或鞭毛結(jié)構(gòu)組成第三節(jié)中間纖維(IF)中間纖維是細(xì)胞的第三種骨架成分，這種纖維直徑約為10nm介于微管和微絲之間,故稱為中間纖維。

一、中間纖維的類型二、中間纖維的結(jié)構(gòu)與裝配三、中間纖維的功能一、中間纖維的類型IF是一類形態(tài)上非常相似，而化學(xué)組成上有明顯差異的蛋白質(zhì)?？筛鶕?jù)組織來源及免疫原性分為5類：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)元纖維蛋白。二、中間纖維的結(jié)構(gòu)與裝配中間纖維蛋白分子由一個(gè)310個(gè)氨基酸殘基形成的α螺旋桿狀區(qū)，以及兩端非螺旋化的球形頭（N端）尾（C端）部構(gòu)成。

中間纖維的裝配

①兩個(gè)單體，以相同的方向組成雙股超螺旋二聚體；②兩個(gè)二聚體反向平行組裝成四聚體；③若干個(gè)四聚體首尾結(jié)合組裝成原纖維；④原纖維組成圓柱狀的10nm中間纖維。中間纖維的結(jié)構(gòu)圖7-27中間纖維的裝配模型三、中間纖維的功能為細(xì)胞提供機(jī)械強(qiáng)度支持

參與細(xì)胞連接

中間纖維維持細(xì)胞核膜穩(wěn)定

表7-1胞質(zhì)骨架三種組分的比較細(xì)胞松馳素鬼筆環(huán)肽秋水仙素，長(zhǎng)春花堿，紫杉酚

微絲微管中間纖維單體球蛋白αβ球蛋白桿狀蛋白結(jié)合核苷酸ATPGTP無纖維直徑7nm25nm10nm結(jié)構(gòu)雙鏈螺旋13根原纖維組成中空管