細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞骨架

細(xì)胞骨架〔Cytoskeleton〕細(xì)胞骨架〔Cytoskeleton〕是真核細(xì)胞中的蛋白質(zhì)纖維網(wǎng)架體系，它對(duì)于維持細(xì)胞的形狀、細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸、染色體的別離和細(xì)胞的分裂起著重要的作用。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

細(xì)胞骨架由以下組分構(gòu)成微絲〔microfilament〕微管〔microtubule〕中間纖維〔intemediatefilament〕廣義的細(xì)胞骨架還包括核骨架〔nucleoskeleton〕核纖層〔nuclearlamina〕細(xì)胞外基質(zhì)〔extracellularmatrix〕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)。微絲，又叫肌動(dòng)蛋白纖維，是由肌動(dòng)蛋白構(gòu)成的兩股螺旋形成的細(xì)絲，普遍存在于真核細(xì)胞中微管，是由微管蛋白單體構(gòu)成的根本組件形成的中空的管狀結(jié)構(gòu)。普遍存在于真核細(xì)胞中中間纖維，又叫中間絲，粗細(xì)位于微絲和肌球蛋白粗絲之間，普遍存在于真核細(xì)胞中，是三種骨架系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的一種第一節(jié)微絲微絲〔microfilament，MF〕是由肌動(dòng)蛋白(actin)組成的直徑約7nm的骨架纖維，又稱肌動(dòng)蛋白纖維actinfilament。微絲和它的結(jié)合蛋白〔associationprotion〕以及肌球蛋白〔myosin〕三者構(gòu)成化學(xué)機(jī)械系統(tǒng)，利用化學(xué)能產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)。根據(jù)等電點(diǎn)的不同可將高等動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的肌動(dòng)蛋白分為3類：α分布于各種肌肉細(xì)胞中β和γ分布于肌細(xì)胞和非肌細(xì)胞中。肌動(dòng)蛋白纖維是由兩條線性排列的肌動(dòng)蛋白鏈形成的螺旋，狀如雙線捻成的繩子一、微絲的結(jié)構(gòu)和功能1．結(jié)構(gòu)〔1〕肌動(dòng)蛋白〔actin〕*2個(gè)結(jié)構(gòu)域，4個(gè)亞單位組成ATP〔ADP〕二價(jià)離子構(gòu)象可改變與微絲的組裝與解離有關(guān)*極性結(jié)構(gòu)正端〔＋〕負(fù)端〔－〕結(jié)合位點(diǎn)*存在形式游離球狀肌動(dòng)蛋白〔G-actin)纖維狀肌動(dòng)蛋白(F-actin)〔2〕微絲結(jié)構(gòu)：由肌動(dòng)蛋白單體聚合形成雙螺旋組裝：條件：ATP鹽濃度K+Mg++過程〔三個(gè)階段〕：成核期—微絲組裝的限速過程生長(zhǎng)期—肌動(dòng)蛋白在核心兩端聚合正端快，負(fù)端慢平衡期—聚合速度與解離速度到達(dá)平衡動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)：踏車模型〔treadmillingmodel〕非穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)模型(dynamicinstabilitymodel)ATP是調(diào)節(jié)的主要因素ATP-肌動(dòng)蛋白對(duì)微絲末端親和性高ADP-肌動(dòng)蛋白對(duì)微絲末端親和性低ATP-肌動(dòng)蛋白濃度與聚合速度成正比微絲的任何一端都可以以添加肌動(dòng)蛋白單體的方式增長(zhǎng)，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(fù)端，表現(xiàn)為踏車現(xiàn)象。當(dāng)?shù)竭_(dá)平衡期，肌動(dòng)蛋白分子添加到肌動(dòng)蛋白絲上的速度正好等于肌動(dòng)蛋白分子從肌動(dòng)蛋白上失去的速度，微絲的凈長(zhǎng)度沒有改變，這種過程稱為微絲的踏車行為。movie〔3〕微絲結(jié)合蛋白與肌動(dòng)蛋白纖維結(jié)合，調(diào)節(jié)其性質(zhì)和功能，影響微絲長(zhǎng)度，穩(wěn)定性和構(gòu)形。分類：?jiǎn)误w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(jié)合蛋白〔membrane-bindingprotein〕各種微絲結(jié)合蛋白單體隔離蛋白去聚合蛋白膜結(jié)合蛋白末端阻斷蛋白纖維切割蛋白交聯(lián)蛋白肌球蛋白〔myosin〕組成兩條重鏈兩條輕鏈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)兩個(gè)頭部與肌動(dòng)蛋白纖維結(jié)合，水解ATP一個(gè)尾部裝配成粗絲〔4〕微絲的功能〔1〕構(gòu)成細(xì)胞的支架，維持細(xì)胞的形態(tài)細(xì)胞皮質(zhì)〔cellcortex〕也叫肌動(dòng)蛋白皮質(zhì)〔actincortex〕細(xì)胞靠近質(zhì)膜處的一層由微絲和各種微絲結(jié)合蛋白構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)*微穗〔microspike〕內(nèi)含肌動(dòng)蛋白纖維細(xì)胞外表伸展出的細(xì)而堅(jiān)硬的突起，可快速形成和回縮，可作為探針使細(xì)胞感受環(huán)境，更長(zhǎng)的微穗成為絲狀偽足〔filopodium〕神經(jīng)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞片狀偽足〔lamellipodium〕成纖維細(xì)胞lamellipodia1lamellipodia2微絨毛〔microvilli〕是質(zhì)膜頂端外表的指狀形突起。分布：存在于許多動(dòng)物細(xì)胞外表的指狀結(jié)構(gòu)，在上皮細(xì)胞中特別豐富，可增加細(xì)胞外表積。小腸吸收上皮細(xì)胞最多結(jié)構(gòu)組成微絲微絲形成的微絲束構(gòu)成了微絨毛骨架微絲結(jié)合蛋白調(diào)節(jié)長(zhǎng)度保持形狀絨毛蛋白毛緣蛋白肌球蛋白Ⅰ鈣調(diào)蛋白應(yīng)力纖維〔stressfiber〕也叫張力纖維，是真核細(xì)胞中廣泛存在的由微絲束構(gòu)成的較為穩(wěn)定的纖維狀結(jié)構(gòu)，位于細(xì)胞內(nèi)緊鄰質(zhì)膜下方內(nèi)含肌動(dòng)蛋白纖維和肌球蛋白纖維有收縮功能，但不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)維持細(xì)胞的扁平鋪展和特異形狀并賦予細(xì)胞韌性和強(qiáng)度培養(yǎng)的上皮細(xì)胞中的應(yīng)力纖維〔微絲紅色、微管綠色〕〔2〕參與細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂中形成收縮環(huán)〔內(nèi)含肌動(dòng)蛋白纖維和肌球蛋白纖維〕有絲分裂末期，兩個(gè)即將別離的子細(xì)胞內(nèi)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(gè)子細(xì)胞的胞質(zhì)別離，在細(xì)胞松馳素存在的情況下，不能形成胞質(zhì)分裂環(huán)，因此形成雙核細(xì)胞?！?〕參與肌肉收縮肌纖維肌原纖維粗、細(xì)肌絲肌球蛋白肌動(dòng)蛋白原肌球蛋白肌鈣蛋白肌纖維TEM照片Z盤肌肉收縮圖解〔myosin〕〔4〕參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)胞質(zhì)環(huán)流變形運(yùn)動(dòng)吞噬變皺膜運(yùn)動(dòng)細(xì)胞的變形運(yùn)動(dòng)分為四步：①：微絲纖維生長(zhǎng)，使細(xì)胞外表突出，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)胞前方的粘和點(diǎn)。如此不斷循環(huán)，細(xì)胞向前移動(dòng)。阿米巴原蟲、白細(xì)胞、成纖維細(xì)胞都能以這種方式運(yùn)動(dòng)。movie〔5〕參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸〔6〕參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)Rho-GTPase3.藥物對(duì)微絲的作用細(xì)胞松弛素B(cytochalasinB)真菌-生物堿微絲+端結(jié)合鬼筆環(huán)肽(phalloidin)毒蘑菇〔Amanita〕-毒素與聚合的微絲結(jié)合抑制肌動(dòng)蛋白纖維的解聚二、微管的結(jié)構(gòu)與功能1.結(jié)構(gòu)〔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?！钞惗垠w→原絲→微管〔極性結(jié)構(gòu)〕內(nèi)徑：15nmGTPGTP--〉GDP1313+1013+10+10分布真核細(xì)胞中普遍存在〔脊椎動(dòng)物腦組織〕主要位于細(xì)胞質(zhì)中，控制著膜性細(xì)胞器的定位和胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸細(xì)胞特殊結(jié)構(gòu)纖毛、鞭毛、基體、中心體、紡錘體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(zhǎng)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〔游離管蛋白到達(dá)臨界濃度〕B組裝的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)踏車模型非穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)模型〔dynamicinstability〕GTP是調(diào)節(jié)微管體內(nèi)外組裝的主要物質(zhì)GTP-管蛋白對(duì)微管末端的親和力大GDP-管蛋白對(duì)微管末端的親和力小管蛋白濃度C微管組織中心〔MTOC〕微管的聚合從特異性的核心形成位點(diǎn)開始，這些核心形成位點(diǎn)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(xì)胞微管裝配過程中成核中心體〔centrosome〕是動(dòng)物細(xì)胞中決定微管形成的一種細(xì)胞器組成：中心?！瞔entriole〕中心粒旁物質(zhì)〔pericetriolarmaterial〕位置：間期：細(xì)胞核附近有絲分裂期：位于紡錘體的兩極〔3〕微管結(jié)合蛋白與微管結(jié)合，調(diào)節(jié)微管活性的一類蛋白。穩(wěn)定微管調(diào)節(jié)微管特異性調(diào)節(jié)微管與細(xì)胞其他成分的作用MAP-1MAP-2tauMAP-42.微管功能〔1〕維持細(xì)胞的形態(tài)神經(jīng)元細(xì)胞的軸突RBC雙凹盤形〔2〕參與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)纖毛、鞭毛—二聯(lián)管去除細(xì)胞外表異物輸卵維持細(xì)胞自身運(yùn)動(dòng)基體、中心?！?lián)管A纖毛〔cilia〕、鞭毛〔flagella〕組成：質(zhì)膜頂部軸絲—微管及相關(guān)蛋白微管：9組二聯(lián)管+中央微管〔9+2〕相關(guān)蛋白：動(dòng)力蛋白連接蛋白輻射絲基體—纖毛組織中心〔9組三聯(lián)管〕鞭毛的結(jié)構(gòu)

運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生：由微管滑動(dòng)引起化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能〔動(dòng)力蛋白〕滑動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢\(yùn)動(dòng)〔輻射絲，連接蛋白〕B中心?！瞔entriole〕和基體〔basalbody〕組成：9組三聯(lián)管9+0中心粒：成對(duì)存在，互相垂直間期：形成微管，構(gòu)成細(xì)胞骨架系統(tǒng)的主要纖維系統(tǒng)，一方面參與物質(zhì)運(yùn)輸另一方面維持細(xì)胞形狀分裂期：形成紡錘體的兩極，指導(dǎo)有絲分裂進(jìn)行基體是纖毛器的根本結(jié)構(gòu)基體與中心粒具同源性，結(jié)構(gòu)、功能可以互換中心體：中心粒周圍無(wú)定形物質(zhì)

間期：組織胞質(zhì)微管形成分裂期：組織形成紡錘體微管組織中心〔MTOC〕中心體結(jié)構(gòu)模型〔3〕參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸及細(xì)胞器的遷移微管依賴性馬達(dá)蛋白〔motorprotein〕驅(qū)動(dòng)蛋白〔kinesin〕動(dòng)力蛋白〔dynein〕驅(qū)動(dòng)蛋白Kinesin結(jié)構(gòu)：是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。功能：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。大多數(shù)能向著微管〔+〕極運(yùn)輸小泡。動(dòng)力蛋白Dynein結(jié)構(gòu)：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(jié)合蛋白構(gòu)成鞭毛二聯(lián)微管外臂的動(dòng)力蛋白具有三個(gè)重鏈功能：在細(xì)胞分裂中推動(dòng)染色體的別離驅(qū)動(dòng)鞭毛的運(yùn)動(dòng)向著微管〔-〕極運(yùn)輸小泡Moviemovie〔organelle〕〔4〕調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂微管是構(gòu)成有絲分裂器的主要成分動(dòng)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(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)3.藥物對(duì)微管的作用秋水仙素—阻止聚合紫杉醇—促進(jìn)聚合三、中間纖維的結(jié)構(gòu)和功能1.概述形狀：類似編織繩存在部位細(xì)胞核膜下—核纖層細(xì)胞中—圍繞核形成籃筐樣結(jié)構(gòu)特性：穩(wěn)定2.分類根據(jù)亞單位特性分為六大類

*角質(zhì)蛋白

*核纖層蛋白

3.中間纖維蛋白結(jié)構(gòu)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(guān)鍵部位4.中間纖維的組裝組裝：兩個(gè)單體形成雙股超螺旋—二聚體兩個(gè)二聚體形成四聚體—原纖絲兩個(gè)四聚體交錯(cuò)排列—原纖維四個(gè)原纖維互相纏繞—中間纖維單體

超螺旋（平行對(duì)齊）

原纖絲（反向平行）原纖維中間纖維動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)通過特殊氨基酸殘基〔Ser，Thr〕的磷酸化完成5.功能〔1〕為細(xì)胞提供機(jī)械支持〔2〕維持細(xì)胞和組織的完整性細(xì)胞完整性：核纖層核外周組織完整性：細(xì)胞-細(xì)胞細(xì)胞-基質(zhì)〔3〕參與DNA復(fù)制〔4〕與細(xì)胞分化及生存有關(guān)微絲單體：肌動(dòng)蛋白組裝：成核期—三聚體〔限速期〕生長(zhǎng)期—聚合﹥解聚平衡期—聚合=解聚結(jié)合蛋白：肌球蛋白頭部尾部功能：維持細(xì)胞形態(tài)微絨毛(肌動(dòng)蛋白〕微穗(肌動(dòng)蛋白〕應(yīng)力纖維(肌動(dòng)蛋白,肌球蛋白〕肌肉收縮粗肌絲(肌球蛋白〕細(xì)肌絲(肌動(dòng)蛋白〕參與細(xì)胞分裂收縮環(huán)(肌動(dòng)蛋白,肌球蛋白〕參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)參與物質(zhì)運(yùn)輸參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)ATP臨界濃度微管單體：微管蛋白(二聚體)組裝：成核期—寡聚體(限速期〕聚合期—聚合﹥解聚穩(wěn)定期—聚合=解聚結(jié)合蛋白：MAP1,MAP2,tau,MAP4功能：維持細(xì)胞形態(tài)參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)纖毛—二聯(lián)管9+2鞭毛動(dòng)力蛋白