細(xì)胞生物學(xué)課件 7 細(xì)胞骨架與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)

第七章細(xì)胞骨架與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)

Cytoskeletonandcellmovement王紅勝

副教授中山大學(xué)藥學(xué)院,212室Tel-mail:whongsh@2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity2目錄概述§1微管(microtubules)§2微絲(microfilaments)§3中間纖維(intermediatefilaments)§4細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)§5細(xì)胞骨架與疾病2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity3IntermediatefilamentsMicrotubulesMicrofilaments2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity4

概述 細(xì)胞骨架(cytoskeleton)：真核細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)纖維網(wǎng)架體系，對(duì)于細(xì)胞的形狀、細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸、染色體的分離和細(xì)胞分裂等均起重要作用分類：微管、微絲、中等纖維特點(diǎn)：1、細(xì)胞內(nèi)彌散分布，又相互聯(lián)系，形成完整的骨架體系

2、生理敏感性

3、細(xì)胞內(nèi)外因素的制約

4、受各種結(jié)合蛋白的調(diào)控2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity5主要功能1、細(xì)胞形狀、結(jié)構(gòu)的維持2、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸3、伸縮和運(yùn)動(dòng)4、空間組織功能2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity6第一節(jié)微管(microtubule)一、微管的結(jié)構(gòu)1、微管的組成：微管蛋白(tubulin)

，三種：α-微管蛋白和β-微管蛋白：是一種酸性蛋白質(zhì)，占80-95%，組成異二聚體，構(gòu)成微管的基本亞單位；γ-微管蛋白：位于微管組織中心。對(duì)微管的形成、數(shù)量和位置、極性的確定、細(xì)胞分裂起重要作用。微管2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity72.微管的形狀：中空小管，內(nèi)徑φ15nm，外徑φ25nm，一般長(zhǎng)幾μm；3.微管的分子結(jié)構(gòu)α-，β-微管蛋白↓異二聚體↓

13條原纖維↓微管2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity84.微管的動(dòng)態(tài)性α、β，以異源二聚體為單位，可自由組裝和拆卸βααβαβααααααβββαβββαβααβαββαβαβαβαβαβαβαβα

GTPβαβββββαααααααβββββαααβααββαβα2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity92023/5/23WanghsSunYat-senUniversity105、微管的極性

微管具有極性正端(plusend，+)生長(zhǎng)速度快；負(fù)端(minusend，-)生長(zhǎng)速度慢，即微管在正端的添加速度高于負(fù)端。微管極性走向與功能密切相關(guān)。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity116、微管的存在形式有三種：?jiǎn)喂埽河?3根原纖維組成，是細(xì)胞質(zhì)中常見(jiàn)形式，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易受環(huán)境影響而降解。二聯(lián)管：由A、B管兩個(gè)單管構(gòu)成，A管有13根原纖維。B管有10根原纖維，與A管共用3根原纖維。主要分布在纖毛、鞭毛內(nèi)。三聯(lián)管：由A(13)、B(10)、

C(10)三個(gè)單管組成，主要分布在中心粒、纖毛、鞭毛的基體中。類型2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity12二、微管結(jié)合蛋白（MAP）1.微管結(jié)合蛋白(microtubule-associadedprotein，MAP)與微管結(jié)合的輔助蛋白，結(jié)合在微管表面，與微管共存，參與微管的裝配堿性微管結(jié)合區(qū)：與微管結(jié)合酸性突出區(qū)：以橫橋方式與其他骨架纖維連接功能：1、促進(jìn)微管組裝。2、增加微管穩(wěn)定性。3、促進(jìn)微管聚集成束。微管結(jié)合蛋白MAP2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity13

2.微管結(jié)合蛋白主要包括MAP-1，MAP-2，tau：主要存在于神經(jīng)細(xì)胞中tau只存在于神經(jīng)細(xì)胞的軸突中；MAP-2分布于胞體和樹(shù)突中MAP-4：神經(jīng)元及非神經(jīng)元細(xì)胞，進(jìn)化上保守2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity14三、微管的裝配與動(dòng)力學(xué)除了特化細(xì)胞的微管外，大多數(shù)微管是不穩(wěn)定的，能很快地組裝和去組裝。微管組裝過(guò)程：延遲期（成核期）：

α-微管蛋白和β-微管蛋白→寡聚體(核心)→片狀帶→13根原纖維→合攏成微管；聚合期（延長(zhǎng)期）：高濃度游離的微管蛋白使微管蛋白聚合速度大于解聚速度，微管延長(zhǎng)；穩(wěn)定期：胞質(zhì)中游離的微管蛋白達(dá)到臨界濃度，微管的組裝與去組裝速度相等。微管組裝2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity15(一)、微管組織中心是微管裝配的起始點(diǎn)1.微管組織中心(Microtubuleorganizingcenter,MTOC)：微管聚合開(kāi)始時(shí)特異性的核心形成位點(diǎn)，微管的組裝由此開(kāi)始。常見(jiàn)的微管組織中心為中心體、纖毛基體；幫助細(xì)胞質(zhì)中的微管在裝配過(guò)程中成核，接著微管從此開(kāi)始開(kāi)始生長(zhǎng)。2.γ-微管蛋白環(huán)形復(fù)合體

(γ-TuRC)10-13個(gè)γ-微管蛋白分子的環(huán)形結(jié)構(gòu)，刺激微管核心形成，并包裹微管蛋白的負(fù)端，防止微管蛋白的摻入MTOC2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity16中心粒3.中心體(centrosome)中心體位于細(xì)胞核附近，在有絲分裂時(shí)位于細(xì)胞的兩級(jí)；中心體由兩個(gè)相互垂直的中心粒構(gòu)成。周圍是一些無(wú)定形物質(zhì)，叫做外中心粒旁物質(zhì)(PCM)。是細(xì)胞內(nèi)重要的微觀組織中心。

中心粒由9組3聯(lián)微管構(gòu)成，具有召集PCM的作用。功能：是細(xì)胞中決定微管形成的一種細(xì)胞器，與細(xì)胞的有絲分裂密切相關(guān)，主要參與紡錘體的形成。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity172023/5/23WanghsSunYat-senUniversity18(二)、微管的體外組裝在適當(dāng)?shù)臈l件下，微管可以在體外組裝：GTP，微管蛋白的濃度(1mg/ml)，有Mg2+無(wú)Ca2+，pH6.9，37℃。微管組裝的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)有兩個(gè)理論模型：微管踏車模型(treadmillingmodel)非穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)模型(dynamicinstabilitymodel)非穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)模型：在增長(zhǎng)的微管末端有微管蛋白-GTP帽，在微管組裝期間或組裝后GTP被水解為GDP，微管蛋白濃度和GDP是微管組織的重要調(diào)節(jié)成分微管蛋白濃度高——微管聚合；微管蛋白濃度低——GTP水解，微管解聚。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity19增長(zhǎng)中的微管解聚中的微管2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity20(三)、微管的體內(nèi)裝配微管在細(xì)胞內(nèi)的組裝主要是在γ-微管蛋白環(huán)形復(fù)合體(γ-TuRC)，位于微管組織中心，是集結(jié)異二聚體的核心，微管從此生長(zhǎng)、延長(zhǎng)。它與微管的負(fù)端結(jié)合，而使負(fù)端穩(wěn)定。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity21(四)、影響微管裝配的因素常見(jiàn)因素：GTP濃度、壓力、溫度、pH、離子濃度、微管蛋白臨界濃度、藥物等。藥物紫杉醇：與微管結(jié)合，防止微管蛋白亞基的解聚，加速聚合作用；秋水仙素：結(jié)合、穩(wěn)定游離的微管蛋白，引起微管的解聚；長(zhǎng)春花堿：與微管蛋白異二聚體結(jié)合，抑制聚合作用。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity22四、微管的功能(一)、支持和維持細(xì)胞的形態(tài)微管具有一定的強(qiáng)度，能夠抗壓和抗彎曲，給細(xì)胞提供機(jī)械支持力，是支撐和維持細(xì)胞形狀的主要物質(zhì)培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞的微管分布中國(guó)倉(cāng)鼠卵細(xì)胞淺藍(lán)色顯示微管2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity23(二)、參與中心粒、纖毛和鞭毛的形成1.中心粒和中心粒旁物質(zhì)構(gòu)成中心體電鏡下可見(jiàn)中心粒由9組3聯(lián)微管構(gòu)成一個(gè)圓筒狀結(jié)構(gòu)，中央無(wú)微管(9x3+0)，為微管組織中心。細(xì)胞分裂間期：中心體形成胞質(zhì)微管，構(gòu)成細(xì)胞骨架的主要纖維系統(tǒng)；在M期：形成紡錘體的兩極，指導(dǎo)有絲分裂事件的進(jìn)行。中心粒2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity242.纖毛和鞭毛伸出細(xì)胞表面并能運(yùn)動(dòng)的特化結(jié)構(gòu)二者結(jié)構(gòu)基本相同，電鏡下可見(jiàn)9x2+2結(jié)構(gòu)。中央為一組二聯(lián)微管，周圍有9組二聯(lián)微管本體：9×2+2

基體：9×3+0功能：運(yùn)動(dòng)鞭毛：少而長(zhǎng)； 纖毛：多而短2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity25真核生物鞭毛和纖毛的超微結(jié)構(gòu)2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity262023/5/23WanghsSunYat-senUniversity272023/5/23WanghsSunYat-senUniversity28(三)、參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸微管是胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)穆奋?。?xì)胞內(nèi)細(xì)胞器的移動(dòng)和胞質(zhì)中的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)都與微管有著密切的關(guān)系，具體功能由馬達(dá)蛋白來(lái)完成馬達(dá)蛋白：介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)沿細(xì)胞骨架運(yùn)輸?shù)牡鞍?。三大類馬達(dá)蛋白：均需ATP供能。動(dòng)力蛋白(dynein)：正極→負(fù)極驅(qū)動(dòng)蛋白(kinesin)：負(fù)極→正極肌動(dòng)蛋白(myosin)——將物質(zhì)沿微絲運(yùn)動(dòng)將物質(zhì)沿微管運(yùn)動(dòng)2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity291.動(dòng)力蛋白(dynein)發(fā)現(xiàn)于1963年，因與鞭毛和纖毛的運(yùn)動(dòng)有關(guān)而得名。結(jié)構(gòu)：兩個(gè)球形頭部：尾部——與被轉(zhuǎn)運(yùn)組分結(jié)合運(yùn)動(dòng)方式：沿微管由正端向負(fù)端移動(dòng)。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。

具有ATP酶活性，水解ATP產(chǎn)生能量與微管結(jié)合2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity302.驅(qū)動(dòng)蛋白(kinesin)發(fā)現(xiàn)于1985年，是由兩條輕鏈和兩條重鏈構(gòu)成的四聚體。結(jié)構(gòu)：兩個(gè)球形頭部尾部——與被轉(zhuǎn)運(yùn)組分結(jié)合運(yùn)動(dòng)方式：沿微管由負(fù)端向正端移動(dòng)。具有ATP酶活性，水解ATP產(chǎn)生能量與微管結(jié)合2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity31馬達(dá)蛋白物質(zhì)運(yùn)輸馬達(dá)蛋白2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity322023/5/23WanghsSunYat-senUniversity33

(四)、維持細(xì)胞器的定位和分布微管及其相關(guān)馬達(dá)蛋白在真核細(xì)胞細(xì)胞內(nèi)膜性細(xì)胞器的位置與分布具有重要作用線粒體的分布與微管相伴隨游離核糖體附著于微管和微絲的交叉點(diǎn)上內(nèi)質(zhì)網(wǎng)沿微管在細(xì)胞質(zhì)中展開(kāi)分布高爾基復(fù)合體沿微管向核區(qū)牽拉，定位于細(xì)胞中央2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity342023/5/23WanghsSunYat-senUniversity35(五)、參與染色體的運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂微管構(gòu)成有絲分裂器的主要成分，可介導(dǎo)染色體的運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂(六)、參與細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)微管參與hedgehog、JNK、Wnt、ERK及PAK蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，信號(hào)分子可直接與微管作用或通過(guò)馬達(dá)蛋白和一些支架蛋白與微管作用。微管功能紡錘體2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity36第二節(jié)微絲(microfilament,MF)肌動(dòng)蛋白與微絲的結(jié)構(gòu)微絲結(jié)合蛋白及其功能微絲的裝配微絲的功能2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity37概述微絲的成分：微絲又稱肌動(dòng)蛋白絲(actinfilament)，是由兩條線性排列的肌動(dòng)蛋白(actin)鏈形成的螺旋狀纖維，形狀如雙線捻成的繩子，直徑約7nm。微絲的分布：在肌肉細(xì)胞中，占細(xì)胞總蛋白的10%，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，構(gòu)成了肌細(xì)胞的收縮單位在非肌肉細(xì)胞中，占細(xì)胞總蛋白的1%~5%，結(jié)構(gòu)通常不穩(wěn)定2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity38一、肌動(dòng)蛋白與微絲的結(jié)構(gòu)

1.肌動(dòng)蛋白的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)由375個(gè)氨基酸組成的單鏈多肽外觀呈啞鈴形具有陽(yáng)離子、ATP(或ADP)和肌球蛋白結(jié)合位點(diǎn)存在方式球狀肌動(dòng)蛋白：肌動(dòng)蛋白單體(G-actin)；纖維狀肌動(dòng)蛋白：肌動(dòng)蛋白聚合體(F-actin)。特點(diǎn)：肌動(dòng)蛋白分子具有極性，有氨基和羧基暴露的一端為正端(plusend)，另一端則為負(fù)端(minusend)微絲2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity39

(a).肌動(dòng)蛋白單體(G-actin);(b).肌動(dòng)蛋白聚合體(F-actin)2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity402.微絲的結(jié)構(gòu)

微絲是由兩條肌動(dòng)蛋白單鏈以右手螺旋而成的纖維由于肌動(dòng)蛋白單體具有極性，裝配時(shí)首尾相接形成螺旋狀結(jié)構(gòu)，因此微絲也有極性，相對(duì)遲鈍和生長(zhǎng)慢的一端為負(fù)端，生長(zhǎng)快的一端為正端。

2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity41二、微絲結(jié)合蛋白微絲結(jié)合蛋白(microfilamentassociatedprotein,MAP)：是一類對(duì)纖維狀肌動(dòng)蛋白的結(jié)構(gòu)和行為起調(diào)節(jié)作用，與微絲的裝配及功能有關(guān)的蛋白質(zhì)已知的的微絲結(jié)合蛋白有100多種，分為以下類型：1．核化蛋白：使游離肌動(dòng)蛋白核化，開(kāi)始組裝，Arp2．單體隔離蛋白：阻止游離肌動(dòng)蛋白向纖維添加，thymosin3．末端阻斷蛋白：使纖維穩(wěn)定，帽子Z，Endblocking(capping)4．單體聚合蛋白：將結(jié)合的單體安裝到纖維，profilin5．微絲解聚蛋白：使微絲去組裝，cofilin6．交聯(lián)蛋白：fimbrin7．纖維切割蛋白：將微絲切斷，gelsolin8．膜結(jié)合蛋白：vinculin2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity42核化蛋白微絲解聚蛋白單體聚合蛋白單體聚合蛋白profilin

微絲解聚蛋白cofilin2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity43纖維切斷蛋白纖維切斷蛋白Gelsolin2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity44交聯(lián)蛋白交聯(lián)蛋白2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity45各類微絲結(jié)合蛋白2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity46三、微絲的裝配(一)、微絲的組裝過(guò)程分為三個(gè)階段：成核期：微絲組裝的限速過(guò)程：2-3個(gè)肌動(dòng)蛋白聚集成一個(gè)核心(核化)；聚合期：肌動(dòng)蛋白在核心兩端聚合，正端快，負(fù)端慢。ATP-肌動(dòng)蛋白分子向核心兩端加合微絲具有極性，ATP-肌動(dòng)蛋白加到(+)極的速度要比加到(-)極的速度快5-10倍。穩(wěn)定期：聚合速度與解離速度達(dá)到平衡2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity47(二)、微絲組裝的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)微絲的組裝可用踏車模型和非穩(wěn)態(tài)動(dòng)力模型來(lái)解釋，目前多數(shù)認(rèn)為踏車模型起主導(dǎo)作用1.踏車模型：當(dāng)G-actin達(dá)到一定濃度時(shí)，微絲出現(xiàn)一端因加G-actin單體而延長(zhǎng)，另一端因單體的解離而縮短，微絲的凈長(zhǎng)度不變。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity482.非穩(wěn)態(tài)動(dòng)力模型該模型認(rèn)為ATP是調(diào)節(jié)微絲組裝的主要因素，主要調(diào)節(jié)微絲組裝的生長(zhǎng)期ATP-肌動(dòng)蛋白：對(duì)纖維狀肌動(dòng)蛋白末端的親和力高，使微絲蛋白纖維延長(zhǎng)ADP-肌動(dòng)蛋白：對(duì)纖維狀肌動(dòng)蛋白末端的親和力低，易脫落，使微絲蛋白纖維縮短ATP-肌動(dòng)蛋白濃度與聚合速度成正比。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity49

微絲組裝的非穩(wěn)態(tài)動(dòng)力模型2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity50(三)、影響微絲組裝的因素常見(jiàn)影響因素：G-肌動(dòng)蛋白臨界濃度ATPCa2+，Na+，K+濃度藥物藥物細(xì)胞松弛素B：抑制微絲的聚合，對(duì)微管無(wú)影響；鬼筆環(huán)肽：同聚合的微絲結(jié)合后，抑制微絲的解體。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity51四、微絲的功能1、構(gòu)成細(xì)胞的支架，維持細(xì)胞的形狀：形成應(yīng)力纖維培養(yǎng)的上皮細(xì)胞中的應(yīng)力纖維(微絲紅色、微管綠色)（圖片來(lái)自/）2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity522、參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)細(xì)胞整體的移動(dòng)和位置改變主要是在微絲的作用下完成的，如變形蟲(chóng)，巨噬細(xì)胞和白細(xì)胞以及器官發(fā)生時(shí)的胚胎細(xì)胞等。3.參與細(xì)胞分裂在有絲分裂的末期，細(xì)胞膜沿赤道面向內(nèi)收縮，這一過(guò)程主要是在微絲與肌球蛋白-II組成的收縮環(huán)的作用下完成的收縮環(huán)2023/5/2353WanghsSunYat-senUniversity2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity544、參與肌肉的收縮肌肉的收縮與微絲關(guān)系密切骨骼肌收縮的基本結(jié)構(gòu)單位——肌小節(jié)2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity55肌小節(jié)的主要成分是肌原纖維

粗肌絲——肌球蛋白肌原纖維肌動(dòng)蛋白

細(xì)肌絲原肌球蛋白肌鈣蛋白.肌動(dòng)蛋白原肌球蛋白肌鈣蛋白2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity56肌原纖維：細(xì)肌絲(5nm)：由肌動(dòng)蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白組成粗肌絲(10nm)：由肌球蛋白(myosin)組成2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity57肌球蛋白(myosin)屬于馬達(dá)蛋白，可利用ATP產(chǎn)生機(jī)械能，趨向微絲的(+)極運(yùn)動(dòng)，最早發(fā)現(xiàn)于肌肉組織(myosinII)，1970s后逐漸發(fā)現(xiàn)許多非肌細(xì)胞的myosin，目前已知的有15種類型(myosinI-XV)。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity58肌肉收縮的原理——滑動(dòng)絲模型肌肉的收縮是由于粗肌絲(肌球蛋白)與細(xì)肌絲之間相互滑動(dòng)的結(jié)果：粗肌絲上伸出的橫橋與相鄰細(xì)肌絲連接，在肌細(xì)胞收縮時(shí)，橫橋可推動(dòng)細(xì)絲(肌動(dòng)蛋白)與肌球蛋白的滑行。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity59肌細(xì)胞上的動(dòng)作電位引起肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+電位門(mén)通道開(kāi)啟；肌漿中Ca2+濃度升高，肌鈣蛋白與Ca2+結(jié)合，引發(fā)原肌球蛋白構(gòu)象改變，暴露出肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白的結(jié)合位點(diǎn)；肌動(dòng)蛋白通過(guò)結(jié)合與水解ATP、不斷發(fā)生周期性的構(gòu)象改變、引起粗肌絲和細(xì)肌絲的相對(duì)滑動(dòng)。接合釋放直立力產(chǎn)生重新接合肌細(xì)胞的收縮可分為五個(gè)步驟2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity602023/5/23WanghsSunYat-senUniversity615、參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸在微絲結(jié)合蛋白介導(dǎo)下與微管共同進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸運(yùn)輸小泡——微絲+myosin-I，(-)→(+)Myosin-I尾部與質(zhì)膜結(jié)合，頭部運(yùn)輸微絲6、參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞細(xì)胞表面受體在受到外界信號(hào)作用時(shí)，可觸發(fā)質(zhì)膜下肌動(dòng)蛋白的結(jié)構(gòu)變化，從而啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)激酶變化的信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程。四、微絲的功能2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity62第三節(jié)中間絲

(Intermediatefilaments，IF)結(jié)構(gòu)和類型裝配和調(diào)節(jié)功能2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity63概述特點(diǎn)：直徑10nm，大小介于微管、微絲之間，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)最堅(jiān)韌、持久。是最穩(wěn)定的細(xì)胞骨架成分。功能：主要起支撐作用。分布：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)膜相連結(jié)。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity64α螺旋區(qū)球形N端(頭部)球形C端(尾部)一、中間纖維的結(jié)構(gòu)和類型(一)、中間纖維是絲狀蛋白多聚體基本單位：中間纖維蛋白中間纖維蛋白的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一個(gè)α螺旋的中間區(qū)，兩側(cè)是球形的N端和C端中間區(qū)α螺旋結(jié)構(gòu)比較保守，N端和C端高度可變2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity65(二)、中間纖維的類型根據(jù)中間纖維氨基酸序列的相似性，分為6類：酸性角蛋白、中性/堿性角蛋白、結(jié)蛋白、膠質(zhì)原纖維酸性蛋白、波形纖維蛋白、神經(jīng)纖絲蛋白。具有組織特異性，不同類型細(xì)胞含有不同IF。通常一種細(xì)胞含有一種中間纖維，少數(shù)含有2種以上。腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移后仍保留源細(xì)胞的IF。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity66二、中間纖維的裝配合調(diào)節(jié)

1.裝配①兩個(gè)平行排列的中間纖維蛋白分子，形成螺旋狀的二聚體(角蛋白為異二聚體)；②由兩個(gè)二聚體反向平行組裝成四聚體；③兩個(gè)四聚體長(zhǎng)向組成一個(gè)八聚體；④八個(gè)四聚體組裝成中間纖維，橫切面具有32個(gè)單體。中間纖維兩端對(duì)稱，無(wú)極性IF的裝配與溫度和蛋白濃度無(wú)關(guān)，不需要ATP或GTP2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity672023/5/23WanghsSunYat-senUniversity682023/5/23WanghsSunYat-senUniversity692.調(diào)節(jié)中間纖維的組裝和去組裝是通過(guò)磷酸化和去磷酸化進(jìn)行控制的中間纖維蛋白的絲氨酸和蘇氨酸殘基的磷酸化作用是中間纖維動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的最有效最常見(jiàn)的調(diào)節(jié)方式。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity70三、中間纖維的功能(一)、在細(xì)胞內(nèi)形成一個(gè)完整的網(wǎng)狀骨架系統(tǒng)中間纖維外與質(zhì)膜、細(xì)胞外基質(zhì)有直接的聯(lián)系，內(nèi)與核膜、核基質(zhì)聯(lián)系，形成貫穿整個(gè)細(xì)胞的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，起著廣泛的骨架功能。(二)、為細(xì)胞提供機(jī)械強(qiáng)度支持2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity71(三)、參與細(xì)胞連接參與黏著連接中的橋粒連接和半橋粒連接，在細(xì)胞中形成網(wǎng)絡(luò)。維持細(xì)胞形態(tài)，提供支持力。(四)、參與細(xì)胞內(nèi)信息傳遞及物質(zhì)運(yùn)輸中間纖維外與質(zhì)膜、胞外基質(zhì)有直接的聯(lián)系，內(nèi)達(dá)核骨架，形成一個(gè)跨膜的信息通道；中間纖維外與mRNA的運(yùn)輸有關(guān)，胞質(zhì)mRNA錨定于中間纖維，可能對(duì)其在細(xì)胞質(zhì)中的定位和是否翻譯起重要作用2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity72(五)、維持細(xì)胞核膜穩(wěn)定在細(xì)胞核內(nèi)膜的下面有一層由核纖層蛋白組成的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于細(xì)胞核形態(tài)的維持具有重要作用，而核纖層蛋白是中間纖維的一種。(六)、參與細(xì)胞分化中間纖維蛋白的表達(dá)具有組織特異性，表明中間纖維可能與細(xì)胞分化具有密切關(guān)系。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity73三種細(xì)胞骨架的比較與微管、微絲相比，中間絲在結(jié)構(gòu)和功能上的差異：相當(dāng)穩(wěn)定；在體積與形態(tài)上不同；中間絲亞基不與核苷酸結(jié)合。微管-GTP/GDT，微絲-ATP/ADT2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity74胞質(zhì)骨架三種組分的比較2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity75第四節(jié)細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)細(xì)胞的移動(dòng)方式有多種，極少數(shù)細(xì)胞通過(guò)鞭毛和纖毛進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，絕大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞以爬行方式運(yùn)動(dòng)。這些細(xì)胞運(yùn)動(dòng)都是在細(xì)胞骨架的參與下完成的一、微管與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)二、微絲與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)三、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)制2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity76一、微管與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)一些細(xì)胞通過(guò)鞭毛和纖毛進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，是一種簡(jiǎn)單的彎曲運(yùn)動(dòng)，其機(jī)制一般用微管滑動(dòng)模型解釋。纖毛鞭毛運(yùn)動(dòng)2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity77二、微絲與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)細(xì)胞主要依賴于肌動(dòng)蛋白和微絲結(jié)合蛋白的相互作用進(jìn)行移動(dòng)細(xì)胞移動(dòng)可分為三個(gè)過(guò)程①微絲纖維生長(zhǎng)，使細(xì)胞表面突出，形成片足(lamellipodium)；②在片足與基質(zhì)接觸的位置形成粘著斑；③在myosin的作用下微絲纖維滑動(dòng)，使細(xì)胞主體前移；④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)。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity78三、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)制(一)、細(xì)胞外信號(hào)可以引起細(xì)胞骨架的重排許多鑲嵌在質(zhì)膜上的受體蛋白的活化可以引發(fā)細(xì)胞骨架的重排，所有這些信號(hào)均由一類稱為RhoGTP酶的家族所誘介導(dǎo)，其成員有：CDC42，Rac，Rho。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity79(二)、細(xì)胞外信號(hào)可以指導(dǎo)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的方向細(xì)胞移動(dòng)需要在特定方向進(jìn)行極化，細(xì)胞骨架在細(xì)胞極化過(guò)程中具有主導(dǎo)作用物理性和化學(xué)性的外界環(huán)境改變能夠引起細(xì)胞的極化并產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)：在趨化因子等可擴(kuò)散化學(xué)因子的調(diào)控下，細(xì)胞可向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)在細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞表面的非擴(kuò)散性化學(xué)因子也可以影響細(xì)胞移動(dòng)的方向。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity80第五節(jié)細(xì)胞骨架與疾病一、細(xì)胞骨架與腫瘤腫瘤細(xì)胞中的細(xì)胞骨架形態(tài)可發(fā)生特異性的改變，可作為腫瘤診斷的輔助性指標(biāo)。細(xì)胞骨架對(duì)藥物的敏感性，可作為腫瘤治療的一種重要手段。二、細(xì)胞骨架蛋白與神經(jīng)系統(tǒng)疾病老年性癡呆癥等疾病與細(xì)胞骨架成分的改變有關(guān)三、細(xì)胞骨架與遺傳性疾病細(xì)胞骨架蛋白基因發(fā)生突變會(huì)引起遺傳病的發(fā)生，如單純性皰疹表皮松懈癥即由于角蛋白基因突變所致。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity812023/5/23WanghsSunYat-senUniversity82本章學(xué)習(xí)目的與要求掌握細(xì)胞骨架的概念及基本組成成分掌握微管、微絲和中間纖維的結(jié)構(gòu)、組成、裝配及其功能。熟悉微管、微絲和中間纖維的形態(tài)及影響其組裝的因素。2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity83第7章思考題一，名詞解釋:cytoskeletonmicrotubulemicrotubuleorganizingcenter(MTOC)F-actinG-actinintermediatefilaments(IF)二，解釋細(xì)胞骨架是細(xì)胞內(nèi)的一種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。三，微管和微絲的主要功能有哪些？四，比較三種細(xì)胞骨架在結(jié)構(gòu)和功能上的異同五，簡(jiǎn)述肌肉收縮的原理本章完2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity85ThefunctionofGTP-tubulincap2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity86MicrotubuledisassemblewhenGDP-tubulinareexposed2023/5/23WanghsSunYat-senUniversity872023/5/23WanghsSunYat-senUniversity88蛋白質(zhì)的三類型

伸縮運(yùn)動(dòng)空間組織細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)結(jié)構(gòu)和支撐細(xì)胞骨架主要功能細(xì)胞分裂神經(jīng)細(xì)胞上皮細(xì)胞微管微絲中間絲運(yùn)動(dòng)蛋白微管光鏡下顯示細(xì)胞骨架：紅色熒光顯示微絲黃色顯示微管蘭色顯示細(xì)胞核2023/5/2389WanghsSunYat-senUniversity黃色熒光顯示微管2023/5/2390Wanghs