細胞生物學：第七章 細胞骨架

第七章細胞骨架(cytoskeleton)細胞骨架是由蛋白纖維交織而成的立體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，它充滿整個細胞質(zhì)的空間，與外側(cè)的細胞膜和內(nèi)側(cè)的核膜存在一定的結(jié)構(gòu)聯(lián)系，包括微管、微絲和中間纖維。是活細胞的支撐結(jié)構(gòu)，并在細胞的生理活動（如細胞運動和胞內(nèi)物質(zhì)運輸、細胞分裂、胞內(nèi)信息傳遞等）中發(fā)揮重要作用。第一節(jié)、概述類型第二節(jié)、微管(microtubule，MT)15nm一、微管的結(jié)構(gòu)和微管蛋白微管的形態(tài)結(jié)構(gòu)25nm5nm12345678910111213微管橫斷面中空圓筒狀結(jié)構(gòu)，由13根原纖維所組成微管蛋白微管蛋白

微管蛋白：球形，55KD，450aa微管蛋白：球形，55KD，550aa

微管蛋白微管蛋白異二聚體聚合首尾相連原纖維微管縱向排列13根原纖維微管結(jié)合蛋白（microtubule-associatedprotein,MAP），是一類可以與微管結(jié)合并與微管共同組成微管系統(tǒng)的蛋白質(zhì)。它們是維持微管結(jié)構(gòu)和功能的必需成分，結(jié)合在微管表面，參與微管的裝配，維持微管的穩(wěn)定及與其他細胞器間的連接。大多數(shù)已經(jīng)鑒定的MAPs僅在神經(jīng)細胞中表達，主要包括MAP-1、MAP-2、Tau和MAP-4，其中MAP-4也廣泛分布在非神經(jīng)細胞中。二、微管結(jié)合蛋白(二)微管的存在類型微管的三種存在形式12345678910111213單管

AB二聯(lián)管

ABC三聯(lián)管★分為三個時期：成核期：聚合期：穩(wěn)定期：由、微管蛋白異二聚體頭尾相接形成短的原纖維，然后在其兩端和側(cè)面增加異二聚體使之擴展成片層，片層擴展到13根原纖維時，即合攏成一段微管。速度緩慢，為微管合成的限速時期，又稱為延遲期。該期微管蛋白聚合速度大于解聚速度，微管延長。微管的聚合和解聚速度相等，微管長度相對恒定。三、微管的組裝和極性

1972年-Weisenbery-小鼠腦組織分離出微管蛋白-體外組裝

-+

踏車模型

1.微管的體外裝配踏車現(xiàn)象：微管可以表現(xiàn)出一端因加亞單位而延長，而另一端因亞單位脫落而減短的現(xiàn)象。1、溫度：溫度超過20℃有利于組裝，低于4℃引起分解。2、離子：Mg2+存在促進組裝，[Ca2+]過高時引起分解。3、GTP濃度：對微管的組裝進行動態(tài)調(diào)節(jié)，高GTP促進微管聚合，低GTP引起微管解聚。影響微管組裝的因素2.微管的體內(nèi)裝配微管的體內(nèi)組裝受到嚴格的時間和空間的控制。時間控制細胞生命活動的特殊時刻（紡錘絲微管的聚合與解聚發(fā)生在細胞分裂期）空間控制微管聚合從特異性的核心形成位點開始，主要是中心體、鞭毛和纖毛的基體部和著絲粒，稱微管組織中心（microtubuleorganizingcenter,MTOC）。秋水仙素、秋水仙胺和長春花堿、長春新堿：抑制微管的組裝，破壞紡錘體的組裝，使細胞停止在分裂中期；紫杉醇、紫杉酚：可阻止微管的去組裝，增強微管的穩(wěn)定性但不影響微管末端進行組裝，也可使細胞停滯在分裂期。3.作用于微管的特異性藥物構(gòu)成細胞的網(wǎng)狀支架，維持細胞的形態(tài)；參與細胞內(nèi)物質(zhì)運輸；維持細胞內(nèi)細胞器的空間定位和分布；微管與細胞運動（鞭毛和纖毛）；參與染色體的運動，調(diào)節(jié)細胞分裂；參與細胞內(nèi)信號傳遞。四、微管的功能微管的支架作用微管參與細胞器的定位深綠：微管淺藍：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)黃色：高爾基復合體上圖：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)抗體染色下圖：微管抗體染色上圖：高爾基抗體染色下圖：微管抗體染色參與細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸神經(jīng)元軸突運輸?shù)哪Ｊ饺旧w的分離中心粒：圓柱狀小體

直徑160~260nm長度160~560nm雙心體1.中心體形態(tài)結(jié)構(gòu)微管組成的細胞結(jié)構(gòu)光鏡：中心體呈球狀小顆粒電鏡：細胞中的中心粒成對存在且相互垂直★結(jié)構(gòu)圖式：（9X3+0）

功能1.與微管蛋白的合成、微管的聚合有關，并參與細胞分裂2.其上存在ATP酶與細胞能量代謝有關，為細胞運動和染色體移動提供能量。電鏡下橫切電鏡下的中心粒亞微結(jié)構(gòu)纖毛與鞭毛是伸出細胞表面、由微管組成并能產(chǎn)生運動的特化結(jié)構(gòu)。纖毛與鞭毛在來源和結(jié)構(gòu)上基本相同，少而長的叫鞭毛；多而短的叫纖毛。纖毛的整體結(jié)構(gòu)主桿部基體部位于纖毛頂端，周圍由9條單管組成，直至最終融合。2.纖毛和鞭毛頂部突出于胞外，周圍由9組二聯(lián)管組成，中央有2根單管，均與纖毛縱軸平行。位于細胞質(zhì)內(nèi)，周圍由9組三聯(lián)管組成，沒有中央單管。頂部主桿部基體部主桿部質(zhì)膜ABABABABABABABABABC2C1★結(jié)構(gòu)圖式：9X2+2二聯(lián)管中央微管（單管）內(nèi)鞘外臂內(nèi)臂動位蛋白臂BA放射輻頂部基體部★★輻頭條電鏡冷凍蝕刻技術(shù)觀察到的四膜蟲纖毛結(jié)構(gòu)圖式：

9X3+0

基體部第三節(jié)、微絲(microfilament,MF)一、微絲的結(jié)構(gòu)與肌動蛋白一類由蛋白纖維組成的實心纖維細絲，5-9nm，長短不一，廣泛存在于所有真核細胞中，以束狀、網(wǎng)狀或纖維狀分散分布于細胞質(zhì)的特定空間位置上（在細胞膜內(nèi)側(cè)的細胞皮質(zhì)區(qū)比較集中）。在電鏡下，單根的微絲呈雙螺旋結(jié)構(gòu)，每14個球狀肌動蛋白分子旋轉(zhuǎn)一圈，1、肌動蛋白(actin)——基本單位微絲具有極性，一端有氨基和羧基的暴露，稱為正端，另一端則稱為負端。存在方式：球狀肌動蛋白(肌動蛋白單體G-actin)纖維狀肌動蛋白(肌動蛋白聚合體F-actin)對肌動蛋白絲具有調(diào)節(jié)作用主要包括四類：原肌球蛋白：調(diào)節(jié)肌動蛋白與肌球蛋白頭部的結(jié)合肌球蛋白：特殊的ATP酶，能水解ATP引起構(gòu)象改變，沿微絲移動肌鈣蛋白：可同時結(jié)合原肌球蛋白和鈣離子，抑制肌球蛋白ATP酶的活性非肌細胞中肌動蛋白結(jié)合蛋白：與微絲組裝和微絲功能密切相關二、肌動蛋白結(jié)合蛋白G-actinF-actin+-成核期生長期或延長期平衡期過程三聚體核心適當?shù)柠}濃度下三、微絲的組裝（一）微絲的組裝過程肌動蛋白的踏車行為細胞松弛素：特異性的破壞微絲組裝，其中細胞松弛素B的作用強度最好；鬼筆環(huán)肽：穩(wěn)定微絲、促進微絲聚合。（二）影響微絲組裝的藥物（一）參與細胞骨架的組成，維持細胞的形態(tài)（二）參與細胞質(zhì)運動，如肌肉收縮、變形運動、胞質(zhì)分裂等（三）參與細胞質(zhì)的分裂（四）參與受精作用（五）微絲參與細胞內(nèi)信息傳遞（六）微絲參與肌肉收縮四、微絲的功能細胞蠕動機制①肌動蛋白聚合使細胞表面形成突起，稱為偽足。②突起通過黏著斑附著在爬行的表面上，黏著斑的形成也與肌動蛋白纖維相關。③胞質(zhì)溶膠向前流動，細胞尾部收縮，使細胞向前移動。這一過程涉及肌動蛋白的解聚。細胞的變形運動能被細胞松弛素B所抑制。胞質(zhì)分裂機制有絲分裂末期，核分裂后進行的胞質(zhì)分裂通過收縮環(huán)來完成。收縮環(huán)由微絲組成，收縮環(huán)收緊的動力來自于纖維束中肌動蛋白和肌球蛋白的相對滑動。隨著收縮環(huán)的收縮，微絲的解聚緩慢進行，牽拉著質(zhì)膜向細胞內(nèi)凹陷形成分裂溝，分裂溝越陷越深，最后將細胞一分為二。肌肉收縮機制第四節(jié)、中間纖維（intermediatefilament）直徑介于微管與微絲之間，★結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，★沒有極性由不同的蛋白質(zhì)組成，是空心纖維結(jié)構(gòu)。一、中間纖維的結(jié)構(gòu)和中間纖維蛋白-螺旋桿狀區(qū)：310個氨基酸

非螺旋區(qū)：頭部（N-端）、尾部（C-端）結(jié)構(gòu)脊椎動物的中間纖維蛋白的主要類型

類型名稱分子量(kD)多肽數(shù)組織分布

I

酸性角蛋白40~6415

上皮細胞

II

堿性角蛋白52~6815

上皮細胞

III

結(jié)蛋白531

肌細胞膠質(zhì)纖維酸性蛋白50~521

膠質(zhì)細胞和星形細胞波形蛋白551

間質(zhì)細胞外周蛋白541

神經(jīng)細胞

IV

神經(jīng)纖維蛋白62~1103

成熟的外周和中樞神經(jīng)元

a-內(nèi)連蛋白561

發(fā)育中的中樞神經(jīng)元V

核纖層蛋白A.B.C60~703

幾乎所有細胞VI

巢素蛋白2401

中樞神經(jīng)系統(tǒng)干細胞中間纖維結(jié)合蛋白（IFAP）是一類在結(jié)構(gòu)和功能上與中間纖維有密切聯(lián)系，但其本身不是中間纖維結(jié)構(gòu)組分的蛋白。IFAP的共同特點：①具有IF特異性；②表達有細胞專一性；③不同的IFAP可存在于同一細胞中與不同的中間纖維組織狀態(tài)相聯(lián)系；④在細胞中某些IFAP的表達與細胞的功能和發(fā)育狀態(tài)有關。二、中間纖維結(jié)合蛋白單體二聚體雙股螺旋COOHNH2COOHCOOHNH2NH2四聚體COOHCOOHNH2NH2NH2NH2COOHCOOH原纖維亞絲中間纖維中間絲平行對齊反向平行