細(xì)胞骨架翟中和細(xì)胞生物學(xué)

關(guān)于細(xì)胞骨架翟中和細(xì)胞生物學(xué)第一節(jié)細(xì)胞骨架的概述◆細(xì)胞骨架概念

細(xì)胞骨架是指存在于真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中的蛋白纖維網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系?！粲歇M義和廣義兩種涵義第2頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞骨架狹義:廣義細(xì)胞質(zhì)骨架微絲微管中間纖維細(xì)胞核骨架細(xì)胞質(zhì)骨架細(xì)胞膜骨架細(xì)胞外基質(zhì)第3頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天◆細(xì)胞骨架主要功能的概述

作為動(dòng)態(tài)的支架，提供結(jié)構(gòu)支撐以決定細(xì)胞形狀和抵抗細(xì)胞變形。

作為在細(xì)胞內(nèi)定位各種細(xì)胞器的內(nèi)部框架。

作為高速公路網(wǎng)指導(dǎo)物質(zhì)與細(xì)胞器在細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。

作為產(chǎn)生力的裝置，將細(xì)胞從一個(gè)地方移至到另一個(gè)地方。

作為錨定mRNA并促進(jìn)其翻譯成多肽的位點(diǎn)。

作為細(xì)胞分裂的必要組分。第4頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)細(xì)胞骨架的組成

●微絲

(microfilament,MF)●微管（microtubules,MT）●中間纖維

(intermediatefilament,IF)第5頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天

一、微絲(microfilament,MF)●微絲的概念●成分與形態(tài)結(jié)構(gòu)●微絲的組裝及動(dòng)力學(xué)特性●影響微絲組裝的特異性藥物●微絲結(jié)合蛋白●微絲的功能第6頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天（一）微絲的概念又稱肌動(dòng)蛋白絲(actinfilament)或纖維狀肌動(dòng)蛋白（F-actin）,是指真核細(xì)胞中由肌動(dòng)蛋白單體組成的直徑為7nm的骨架纖維。在細(xì)胞內(nèi)與幾乎所有形式的運(yùn)動(dòng)相關(guān)。第7頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）成分與形態(tài)結(jié)構(gòu)◆成分

肌動(dòng)蛋白(actin)是微絲的主要結(jié)構(gòu)成分。細(xì)胞內(nèi)存在形式：肌動(dòng)蛋白單體（球狀肌動(dòng)蛋白，G-actin）和由單體組裝而成的纖維狀肌動(dòng)蛋白。◆形態(tài)結(jié)構(gòu)肌動(dòng)蛋白單體外觀呈碟狀結(jié)構(gòu)，中央有一個(gè)裂口，裂口內(nèi)部有ATP結(jié)合位點(diǎn)和Mg2+結(jié)合位點(diǎn)。(書(shū)P266頁(yè)圖9-3)

近年來(lái)認(rèn)為微絲是由一條肌動(dòng)蛋白單體鏈形成的螺旋，每個(gè)肌動(dòng)蛋白單體周圍都有四個(gè)單體，呈上、下各一個(gè)，另外兩個(gè)位于一側(cè)排列。第8頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天

(三）微絲的組裝及動(dòng)力學(xué)特性◆微絲是由肌動(dòng)蛋白單體形成的多聚體，肌動(dòng)蛋白單體具有極性，組裝時(shí)呈頭尾相接，故微絲具有極性，既正極與負(fù)極之別?！粑⒔z的極性有裂口的一端——負(fù)極無(wú)裂口的一端——正極第9頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天

◆影響組裝/去組裝的因素：溶液中所含肌動(dòng)蛋白單體的狀態(tài)（結(jié)合ATP或ADP）離子的種類及濃度等?！羧芤褐蠧a2+濃度適當(dāng)，Na+、K+濃度很低：微絲趨向解聚成G-actin。溶液中含有ATP、Mg2+及Na+、K+濃度較高：G-actin趨向組裝成F-actin。溶液中攜帶ATP的G-actin處于臨界濃度時(shí)：組裝與去組裝達(dá)到平衡狀態(tài)。第一階段：成核反應(yīng)

形成至少2-3個(gè)肌動(dòng)蛋白單體組成的寡聚體。第二階段：纖維的延長(zhǎng)肌動(dòng)蛋白具有ATP酶活性，在微絲組裝之前肌動(dòng)蛋白單體必須與ATP結(jié)合。微絲的組裝過(guò)程第10頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天◆微絲的組裝的動(dòng)力學(xué)特性

體外實(shí)驗(yàn)表明，組裝時(shí)，（肌動(dòng)蛋白-ATP亞基）正極比負(fù)極快；去組裝時(shí)，（肌動(dòng)蛋白-ADP亞基）負(fù)極比正極快。由于肌動(dòng)蛋白-ATP亞基在微絲正極不斷添加而延長(zhǎng)，而肌動(dòng)蛋白-ADP亞基在微絲負(fù)極去組裝而縮短，從而表現(xiàn)為踏車行為。第11頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天（四）影響微絲組裝的特異性藥物◆細(xì)胞松弛素(cytochalasins)：可以切斷微絲,并結(jié)合在微絲末端阻抑肌動(dòng)蛋白聚合,但對(duì)微絲解聚沒(méi)有明顯影響。（破壞微絲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并阻止細(xì)胞運(yùn)動(dòng)）◆鬼筆環(huán)肽(philloidin)：與微絲表面結(jié)合,不與肌動(dòng)蛋白單體結(jié)合，抑制微絲解聚。（可使微絲保持穩(wěn)定狀態(tài)）◆影響微絲組裝動(dòng)態(tài)性的藥物對(duì)細(xì)胞都有毒害，說(shuō)明微絲功能的發(fā)揮依賴于微絲與肌動(dòng)蛋白單體之間的動(dòng)態(tài)平衡。這種動(dòng)態(tài)平衡受肌動(dòng)蛋白單體濃度和微絲結(jié)合蛋白的影響。第12頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（五）微絲結(jié)合蛋白◆微絲網(wǎng)絡(luò)

肌動(dòng)蛋白纖維：組裝成不同的微絲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，參與細(xì)胞內(nèi)各種生命活動(dòng)。

微絲結(jié)合蛋白：參與形成微絲纖維高級(jí)結(jié)構(gòu)，對(duì)肌動(dòng)蛋白纖維的動(dòng)態(tài)組裝有調(diào)節(jié)作用。

◆微絲結(jié)合蛋白對(duì)肌動(dòng)蛋白組裝的調(diào)節(jié)

可溶性肌動(dòng)蛋白的存在狀態(tài)

微絲結(jié)合蛋白的種類及其存在狀態(tài)第13頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（五）微絲結(jié)合蛋白

◆微絲結(jié)合蛋白類型

1、肌肉收縮系統(tǒng)中的有關(guān)蛋白肌球蛋白：約占肌肉總蛋白的一半，含4條多肽鏈（2條輕鏈、2條重鏈），兩股重鏈盤繞成雙股α螺旋，長(zhǎng)約140nm,直徑2nm。

功能：細(xì)胞骨架和膜細(xì)胞的相互作用，如膜泡運(yùn)輸?shù)取?/p>

原肌球蛋白：在肌肉中占總蛋白的5%~10%，分子長(zhǎng)度為40nm，由兩條平行的多肽鏈形成α螺旋構(gòu)型。

功能：原肌球蛋白結(jié)合于細(xì)肌絲，調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白頭部的結(jié)合。

第14頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（五）微絲結(jié)合蛋白◆微絲結(jié)合蛋白類型

1、肌肉收縮系統(tǒng)中的有關(guān)蛋白

肌鈣蛋白（Tn）：含有3個(gè)亞基：Tn-C特異與Ca2+結(jié)合；Tn-T與原肌球蛋白有高度親和力；Tn-I抑制肌球蛋白ATPase的活性。

其他相關(guān)蛋白：

CapZ

將肌動(dòng)蛋白纖維錨定于質(zhì)膜的蛋白：α輔肌動(dòng)蛋白（α–actinin)

紐蛋白(vinculin)

肌聯(lián)蛋白(connectin)

肌小節(jié)中起結(jié)構(gòu)作用的蛋白：伴肌動(dòng)蛋白(nebulin

肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白(dystrophin)第15頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（五）微絲結(jié)合蛋白◆微絲結(jié)合蛋白類型

2、非肌肉細(xì)胞中的微絲結(jié)合蛋白

非肌肉細(xì)胞中亦存在肌球蛋白、原肌球蛋白、α輔肌動(dòng)蛋白等，不存在肌鈣蛋白。

近年來(lái)在非肌肉細(xì)胞中分離鑒定了幾十種微絲結(jié)合蛋白，與微絲組裝及功能有密切關(guān)系。第16頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天（六）微絲的功能◆維持細(xì)胞形態(tài)，賦予質(zhì)膜機(jī)械強(qiáng)度◆肌肉收縮(musclecontraction)◆微絨毛(microvillus)◆應(yīng)力纖維(stressfiber)◆細(xì)胞皮層◆胞質(zhì)分裂環(huán)第17頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天

微絲遍及胞質(zhì)各處，集中分布于質(zhì)膜下，和其結(jié)合蛋白形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，維持細(xì)胞形狀和賦予質(zhì)膜機(jī)械強(qiáng)度。1、維持細(xì)胞形態(tài)，賦予質(zhì)膜機(jī)械強(qiáng)度第18頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、肌肉收縮(musclecontraction)

肌肉可看作一種特別富含細(xì)胞骨架的效力非常高的能量轉(zhuǎn)換器，它直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。

◆肌肉的細(xì)微結(jié)構(gòu)(以骨骼肌為例)

肌肉收縮系由肌動(dòng)蛋白絲與肌球蛋白絲的相對(duì)滑動(dòng)所致：

肌球蛋白與肌動(dòng)蛋白結(jié)合——肌球蛋白頭部朝肌球蛋白細(xì)絲彎曲——肌球蛋白頭部與ATP結(jié)合——與肌動(dòng)蛋白分開(kāi)——肌球蛋白釋放恢復(fù)原來(lái)構(gòu)型——造成細(xì)絲與粗絲間的滑動(dòng)（表現(xiàn)ATP水解和肌肉收縮）。第19頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天肌肉的細(xì)微結(jié)構(gòu)(以骨骼肌為例)肌原纖維（收縮單位）

粗肌絲：肌球蛋白（主）細(xì)肌絲肌動(dòng)蛋白（主）原肌球蛋白肌鈣蛋白（輔）第20頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天小腸上皮細(xì)胞微絨毛的軸心微絲是非肌肉細(xì)胞中高度有序微絲束的代表，微絲呈同向平行排布?！舫煞州S心微絲束不含肌球蛋白、原肌球蛋白和α輔肌動(dòng)蛋白因而無(wú)收縮功能?！艄δ芪⒔q毛中心的微絲束起維持微絨毛形狀的作用。

3、微絨毛(microvillus)第21頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天體外培養(yǎng)細(xì)胞在基質(zhì)表面鋪展時(shí)，常在細(xì)胞質(zhì)膜的特定區(qū)域與基質(zhì)之間形成緊密黏附的黏著斑。在緊貼黏著斑的細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)側(cè)有大量的微絲緊密排列成束，這種微絲束稱為應(yīng)力纖維。是真核細(xì)胞內(nèi)廣泛存在的微絲束結(jié)構(gòu)?！舫煞治⒔z、肌球蛋白Ⅱ、原肌球蛋白、細(xì)絲蛋白和

-輔肌動(dòng)蛋白?！糇饔?/p>

⑴、介導(dǎo)細(xì)胞間或細(xì)胞與基質(zhì)表面的粘著。⑵、微絲緊密平行排列成束，形成應(yīng)力纖維,具有收縮功能。⑶、可能在細(xì)胞形態(tài)發(fā)生、細(xì)胞分化和組織的形成等方面具有重要作用。

4、應(yīng)力纖維（stressfiber）第22頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天

細(xì)胞內(nèi)大部分微絲都集中在緊貼細(xì)胞質(zhì)膜的細(xì)胞質(zhì)區(qū)域，并由微絲結(jié)合蛋白交聯(lián)成凝膠狀三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該區(qū)域通常稱為細(xì)胞皮層。

◆細(xì)胞質(zhì)運(yùn)動(dòng)

胞質(zhì)環(huán)流

穿梭運(yùn)動(dòng)◆細(xì)胞移動(dòng)

變形運(yùn)動(dòng)

變皺膜運(yùn)動(dòng)

形態(tài)發(fā)生運(yùn)動(dòng)

以上運(yùn)動(dòng)都與皮層內(nèi)肌動(dòng)蛋白的溶膠態(tài)或凝膠態(tài)轉(zhuǎn)化相關(guān)。

5、細(xì)胞皮層第23頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天

胞質(zhì)分裂環(huán):是有絲分裂末期在兩個(gè)即將分裂的子細(xì)胞之間產(chǎn)生一個(gè)對(duì)細(xì)胞質(zhì)起收縮作用的環(huán)?！魰r(shí)期

在動(dòng)物細(xì)胞和低等植物細(xì)胞有絲分裂的末期，發(fā)生的縊縮型胞質(zhì)分裂。

◆組成

收縮環(huán)由大量反向平行排列，但由極性方向不同的微絲組成。◆機(jī)制

其收縮機(jī)制是肌動(dòng)蛋白絲和肌球蛋白之間的相對(duì)滑動(dòng)。

6、胞質(zhì)分裂環(huán)第24頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、微管（Microtubules，MT）●微管結(jié)構(gòu)與組成●微管的類型●組裝●微管特異性藥物●微管結(jié)合蛋白(MAP)●微管功能微管：在真核細(xì)胞質(zhì)中，由微管蛋白構(gòu)成的，可形成紡錘體、中心體及細(xì)胞特化結(jié)構(gòu)鞭毛和纖毛的結(jié)構(gòu)。第25頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天（一）微管結(jié)構(gòu)與組成◆微管的組成成分：由微管蛋白亞基組裝而成。

α-微管蛋白：450aaβ-微管蛋白：455aa◆微管組裝的基本單位微管蛋白異二聚體◆2個(gè)鳥(niǎo)嘌呤核苷酸結(jié)合位點(diǎn)

α-微管蛋白有一個(gè)GTP結(jié)合位點(diǎn)（不可交換位點(diǎn)，N位點(diǎn)）結(jié)合在該位點(diǎn)的GTP不被水解，且不可交換。

β-微管蛋白有一個(gè)GTP結(jié)合位點(diǎn)（可交換位點(diǎn)，E位點(diǎn)）該GTP在組裝成多聚體之后，被水解成GDP。去組裝后，β-微管蛋白上的GDP可以被細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的GTP替換，再參與微管組裝。球狀蛋白第26頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天◆微管的形態(tài)結(jié)構(gòu)

微管是中空的管狀結(jié)構(gòu)。電子顯微鏡微管橫截面上有13個(gè)球形蛋白亞基。負(fù)染或原子力顯微鏡微管壁是由αβ-微管蛋白二聚體縱向排列而成的原纖絲構(gòu)成，13根原纖絲合攏后構(gòu)成微管管壁。第27頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天◆微管的極性

微管組裝的基本結(jié)構(gòu)單位是由αβ-微管蛋白組成的二聚體，每一根原纖絲都是由二聚體有規(guī)律排列而成。原纖絲：某一端都是α-微管蛋白，另一端都是β-微管蛋白——微管在結(jié)構(gòu)上成極性狀態(tài)。結(jié)構(gòu)上的不對(duì)稱導(dǎo)致微管組裝時(shí)微管蛋白二聚體在兩端聚合速度上的差異，組裝較快的一端稱為正極，另一端稱為負(fù)極。第28頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（二）微管的類型◆單管（singlet)

細(xì)胞質(zhì)微管，由13根原纖絲集合而成。

◆二聯(lián)管（doublet)

纖毛或鞭毛軸絲微管，運(yùn)動(dòng)性微管。

A管：13根原纖絲

B管：14根原纖絲，有三條與A管共用

◆三聯(lián)管(triplet)

中心體或基體的微管

A管：13根原纖維

B管：14根原纖維，有三條與A管共用

C管：14根原纖維，有三條與B管共用第29頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天

(三）微管的組裝◆微管組織中心◆組裝方式◆微管組裝的動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性第30頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、微管組織中心(MTOC)◆微管組織中心概念◆常見(jiàn)微管組織中心第31頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天在活細(xì)胞內(nèi)，能夠起始微管的成核作用，并使之延伸的細(xì)胞結(jié)構(gòu)稱為微管組織中心。(microtubuleorganizingcenter,MTOC)微管組織中心概念第32頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天常見(jiàn)微管組織中心◆間期細(xì)胞MTOC：

中心體(動(dòng)態(tài)微管)

◆分裂細(xì)胞MTOC：

有絲分裂紡錘體

(動(dòng)態(tài)微管)

◆鞭毛纖毛細(xì)胞MTOC：

基體(永久性結(jié)構(gòu))

◆高等植物細(xì)胞MTOC：間期細(xì)胞核的周圍

第33頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天◆一些微管蛋白二聚體首先縱向聚合形成短的絲狀結(jié)構(gòu)，即成核反應(yīng)?！敉ㄟ^(guò)兩端以及側(cè)面增加二聚體而擴(kuò)展成片狀?！舢?dāng)片狀聚合物加寬至13根原纖絲時(shí),即合攏形成一段微管?！粜碌奈⒐芏垠w不斷組裝到這段微管兩端，使之延長(zhǎng)，微管蛋白與微管達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。組裝方式(成核和延伸)第34頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天◆微管組裝的動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性(dynamicinstability)

是指在細(xì)胞內(nèi)的同一區(qū)域中生長(zhǎng)的微管與縮短的微管同時(shí)存在,而且一條特定的微管在生長(zhǎng)項(xiàng)與縮短項(xiàng)之間交替切換的現(xiàn)象?！魟?dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性產(chǎn)生的原因：

微管末端具GTP帽(取決于攜帶GTP的αβ-微管蛋白濃度),微管將穩(wěn)定延伸;反之,無(wú)GTP帽則微管解聚。

◆踏車現(xiàn)象：在同一根微管上?？砂l(fā)現(xiàn)其正極端因組裝而延長(zhǎng)，負(fù)極端因去組裝而縮短，當(dāng)一端組裝的速度和另一端解聚的速度相同時(shí)，微管的長(zhǎng)度保持穩(wěn)定，即踏車行為。第35頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天（四）微管特異性藥物◆秋水仙素(colchicine)阻斷微管蛋白組裝成微管，可破壞紡錘體結(jié)構(gòu)?！糇仙即?taxol)能促進(jìn)微管的組裝,并使已形成的微管穩(wěn)定。為行使正常的微管功能,微管動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性(動(dòng)態(tài)的組裝和解聚）是其功能正常發(fā)揮的基礎(chǔ)。第36頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天微管結(jié)合蛋白(MicrotubuleAssociatedProtein,MAP)根據(jù)MAPs在電泳時(shí)所顯現(xiàn)的條帶的不同，一次命名為MAP1、MAP2、MAP3、MAP4、tau蛋白等。tau蛋白：見(jiàn)于神經(jīng)軸突中，具有熱穩(wěn)定性。其功能是加速微管蛋白的聚合，形成18nm臂，橫向連接相鄰微管以穩(wěn)定微管。MAP2：具熱穩(wěn)定性，見(jiàn)于神經(jīng)元胞體和樹(shù)突內(nèi)，在微管間及微管與中間纖維間形成橫橋，能使微管成束。第37頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天

6、微管功能◆維持細(xì)胞形狀◆參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸◆鞭毛(flagella)運(yùn)動(dòng)和纖毛(cilia)運(yùn)動(dòng)◆參與紡錘體形成和染色體運(yùn)動(dòng)第38頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天維持細(xì)胞形狀◆用秋水仙素處理細(xì)胞破壞微管,導(dǎo)致細(xì)胞變圓,說(shuō)明微管對(duì)維持細(xì)胞的不對(duì)稱形狀是重要的?！魧?duì)于動(dòng)物細(xì)胞突起部分,如纖毛、鞭毛、神經(jīng)細(xì)胞的軸突、太陽(yáng)蟲(chóng)目原生生物的偽足的形成和維持,微管起關(guān)鍵作用。第39頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸

真核細(xì)胞內(nèi)部是高度區(qū)域化的體系,細(xì)胞中合成的物質(zhì)、一些細(xì)胞器等必須經(jīng)過(guò)細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸過(guò)程。這種運(yùn)輸過(guò)程與細(xì)胞骨架體系中的微管（MT）及其分子馬達(dá)（MolecularMotor）有關(guān)。

◆微管提供了運(yùn)輸?shù)能壍?/p>

◆分子馬達(dá)提供了動(dòng)力

◆神經(jīng)元軸突運(yùn)輸

◆色素顆粒的運(yùn)輸?shù)?0頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天分子馬達(dá)的類型及功能

分子馬達(dá)既能與微管結(jié)合，又能與膜泡特異性結(jié)合。這些能利用水解ATP將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，有規(guī)則地沿微管運(yùn)輸貨物的分子馬達(dá)主要有驅(qū)動(dòng)蛋白和胞質(zhì)動(dòng)力蛋白。

驅(qū)動(dòng)蛋白(kinesin):在魷魚(yú)神經(jīng)元巨大軸突內(nèi)發(fā)現(xiàn)。

運(yùn)動(dòng)方式：運(yùn)載膜性細(xì)胞器沿微管向軸突末梢移動(dòng)。

組成：兩條重鏈和兩條輕鏈組成。

結(jié)構(gòu)：長(zhǎng)80nm的桿狀結(jié)構(gòu)，頭部一端有兩個(gè)呈球狀的馬達(dá)區(qū)域，直徑約10nm，另一端是重鏈和輕鏈組成的扇形尾端，中間是重鏈組成的桿狀區(qū)。球狀的頭部具有ATP結(jié)合部位和微管結(jié)合部位。（書(shū)P292頁(yè)圖9-25）

運(yùn)輸方向：馬達(dá)結(jié)構(gòu)域在重鏈的N端或中部——負(fù)極向正極馬達(dá)結(jié)構(gòu)域在重鏈的C端——正極向負(fù)極第41頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天

驅(qū)動(dòng)蛋白馬達(dá)結(jié)構(gòu)域具有兩個(gè)重要的功能位點(diǎn)，其一是ATP結(jié)合位點(diǎn)，其二是微管結(jié)合位點(diǎn)。關(guān)于驅(qū)動(dòng)蛋白沿微管運(yùn)動(dòng)的分子模型有兩種：步行模型：驅(qū)動(dòng)蛋白的兩個(gè)球狀頭部交替向前，每水解一個(gè)ATP分子，落在后面的那個(gè)馬達(dá)結(jié)構(gòu)域?qū)⒁苿?dòng)兩倍的距離，及16nm。而原來(lái)的那個(gè)頭部則在下一個(gè)循環(huán)時(shí)再向前移動(dòng)?！俺唧丁迸佬心Ｐ停候?qū)動(dòng)蛋白兩個(gè)頭部中的一個(gè)始終向前，另一個(gè)永遠(yuǎn)在后，每步移動(dòng)8nm。驅(qū)動(dòng)蛋白沿微管運(yùn)動(dòng)的分子機(jī)制第42頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天

驅(qū)動(dòng)蛋白沿微管運(yùn)動(dòng)的分子機(jī)制涉及兩個(gè)馬達(dá)結(jié)構(gòu)域與ATP結(jié)合、水解ATP、釋放ADP以及與自身構(gòu)象變化相偶聯(lián)等一系列過(guò)程。驅(qū)動(dòng)蛋白沿微管運(yùn)動(dòng)的分子機(jī)制第43頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天

引發(fā)驅(qū)動(dòng)蛋白分子沿微管持續(xù)向前移動(dòng)的原因有兩個(gè)：在每個(gè)驅(qū)動(dòng)蛋白分子中兩個(gè)馬達(dá)結(jié)構(gòu)域的化學(xué)-機(jī)械循環(huán)時(shí)互相協(xié)調(diào)的，因此在一個(gè)馬達(dá)結(jié)構(gòu)域還沒(méi)有與微管結(jié)合之前，另一個(gè)馬達(dá)結(jié)構(gòu)域不會(huì)從微管上游離下來(lái)，從而保證了步行的連續(xù)性，即馬達(dá)分子和所運(yùn)送的“貨物”或細(xì)胞器不會(huì)脫離微管。驅(qū)動(dòng)蛋白分子能沿微管持續(xù)移動(dòng)的原因是它的馬達(dá)結(jié)構(gòu)域在ATPase循環(huán)的大部分時(shí)間都與微管緊密結(jié)合。驅(qū)動(dòng)蛋白沿微管運(yùn)動(dòng)的分子機(jī)制第44頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天分子馬達(dá)的類型及功能

胞質(zhì)動(dòng)力蛋白(cytoplasmicdynein)：纖毛和鞭毛內(nèi)發(fā)現(xiàn)（軸絲動(dòng)力蛋白）。是已知馬達(dá)蛋白中最大、移動(dòng)速度最快的成員。

組成：2條或3條重鏈、多條輕鏈和一些多肽鏈組成。

結(jié)構(gòu)：重鏈約含4600個(gè)氨基酸殘基，含有ATP結(jié)合部位和微管結(jié)合部位。馬達(dá)結(jié)構(gòu)域位于重鏈C端，軸絲動(dòng)力蛋白有3個(gè)馬達(dá)結(jié)構(gòu)域，胞質(zhì)動(dòng)力蛋白有2個(gè)馬達(dá)結(jié)構(gòu)域（負(fù)責(zé)將ATP儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，并介導(dǎo)沿微管的運(yùn)動(dòng)）。

功能：與細(xì)胞內(nèi)介導(dǎo)沿微管從正極端向負(fù)極端的膜泡運(yùn)輸以及有絲分裂紡錘體動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)相關(guān)。

第45頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天神經(jīng)元軸突運(yùn)輸?shù)念愋偷?6頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天色素顆粒的運(yùn)輸許多兩棲類的皮膚和魚(yú)類的鱗片中含有特化的色素細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)色素顆粒實(shí)際上是沿微管而轉(zhuǎn)運(yùn)的。第47頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天鞭毛(flagella)運(yùn)動(dòng)和纖毛(cilia)運(yùn)動(dòng)◆纖毛與鞭毛的結(jié)構(gòu)是細(xì)胞質(zhì)膜所包被的細(xì)長(zhǎng)突起，內(nèi)部是由微管構(gòu)成的軸絲結(jié)構(gòu)?！?+2”排列結(jié)構(gòu)：9個(gè)二聯(lián)體微管、2根中央鞘所包圍的單體微管。外圍二聯(lián)體微管：A管(完全微管，由13個(gè)球形亞基環(huán)繞而成)

B管（不完全微管，由10個(gè)亞基構(gòu)成，另3個(gè)亞基與

A管共用）中央微管：均為完全單體微管?！衾w毛或鞭毛的運(yùn)動(dòng)機(jī)制

滑動(dòng)學(xué)說(shuō)：由軸絲動(dòng)力蛋白所介導(dǎo)的相鄰二聯(lián)體微管間相互滑動(dòng)所致?；瑒?dòng)學(xué)說(shuō)過(guò)程圖示第48頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天纖毛或鞭毛運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相鄰二聯(lián)體微管的滑動(dòng)模型A管動(dòng)力蛋白頭部與B管的接觸促使動(dòng)力蛋白結(jié)合的ATP水解，產(chǎn)物釋放，造成頭部角度的改變。新的ATP結(jié)合使動(dòng)力蛋白頭部與B管脫離。ATP水解，其釋放的能量使頭部的角度復(fù)原。帶有水解產(chǎn)物的動(dòng)力蛋白頭部與B管上另一位點(diǎn)結(jié)合，開(kāi)始又一次循環(huán)。第49頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天紡錘體和染色體運(yùn)動(dòng)間期進(jìn)入有絲分裂期：

間期細(xì)胞微管網(wǎng)絡(luò)解聚為游離的αβ-微管蛋白二聚體，再重組裝形成紡錘體，介導(dǎo)染色體的運(yùn)動(dòng)。

分裂末期：紡錘體微管解聚，又重組裝形成胞質(zhì)微管網(wǎng)絡(luò)。第50頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天三中間纖維(intermediatefilament,IF)●中間纖維的概念●中間纖維的類型與分布●中間纖維蛋白的結(jié)構(gòu)特征●中間纖維的組裝●中間纖維的功能第51頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天中間纖維的概念◆20世紀(jì)60年代中期，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)10nm繩索狀纖維,因其直徑介于肌粗絲和細(xì)絲之間,故被命名為中間纖維（又稱中間絲）。◆中間纖維幾乎分布于所有動(dòng)物細(xì)胞，往往形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，特別是在需要承受機(jī)械壓力的細(xì)胞中含量相當(dāng)豐富。第52頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天中間纖維的類型與分布

◆

中間纖維成分比微絲和微管復(fù)雜，中間纖維在形態(tài)上相似，而化學(xué)組成有明顯的差別。不同組織來(lái)源的細(xì)胞表達(dá)不同類型的中間絲蛋白。

◆根據(jù)中間纖維蛋白氨基酸序列、基因結(jié)構(gòu)、組裝特性以及在發(fā)育過(guò)程的組織特異性表達(dá)模式等，可以將中間纖維分為6種主要類型。第53頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天中間纖維分類與分布在上皮細(xì)胞內(nèi)以異源二聚體的形式參與中間絲組裝Ⅲ型中間絲：通常在各自的細(xì)胞內(nèi)形成同源多聚體Ⅳ型中間絲：在波形蛋白和巢蛋白表達(dá)一定時(shí)間后開(kāi)始表達(dá)，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)存在的中間絲網(wǎng)絡(luò)Ⅴ型中間絲：蛋白B在所有細(xì)胞中均表達(dá)，蛋白A只在原腸胚形成后分化的細(xì)胞中表達(dá)Ⅵ型中間絲“孤兒”型中間絲第54頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天在人類基因組中至少包含67種不同的中間絲蛋白基因，組成了人類基因組中最大的基因家族之一。中間纖維蛋白的表達(dá)與分布具有嚴(yán)格的組織特異性。因此，中間纖維蛋白是區(qū)分細(xì)胞類型的身份證。

第55頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天中間纖維蛋白的結(jié)構(gòu)特征中間纖維蛋白分子非螺旋化區(qū)α-螺旋區(qū)（310AA）頭部（N端）尾部（C端）H亞區(qū)；同源區(qū)V亞區(qū)：可變區(qū)E亞區(qū)：末端區(qū)螺旋1(22nm)螺旋2(22nm)1A亞區(qū)1B亞區(qū)2A亞區(qū)2B亞區(qū)L1：連接1A和1BL12：連接1A和2BL2：連接2A和2B第56頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天中間纖維的組裝◆中間纖維組裝與微管和微絲組裝相比，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

中間纖維組裝的單體是纖維狀蛋白；

反向平行的四聚體導(dǎo)致中間纖維不具有極性；

中間纖維在組裝過(guò)程中不需要ATP或GTP的輔助。

細(xì)胞內(nèi)新的中間纖維蛋白可以通過(guò)交換的方式摻入到原來(lái)的纖維中去。◆中間纖維組裝過(guò)程

第57頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天中間纖維的組裝過(guò)程兩個(gè)單體的桿狀區(qū)以平行排列的方式形成雙股螺旋的二聚體。兩個(gè)二聚體以反向平行和半分子交錯(cuò)形式組裝成四聚體。四聚體首尾相連形成原纖維。8根原纖維構(gòu)成圓柱狀的10nm纖維，形成中間絲。第58頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天中間纖維的功能◆中間纖維發(fā)揮功能具有時(shí)空特異性◆中間纖維提供細(xì)胞的機(jī)械強(qiáng)度作用◆中間纖維維持細(xì)胞和組織完整性的作用

◆物質(zhì)運(yùn)輸和信息傳遞作用

在細(xì)胞質(zhì)中與微管、微絲共同完成物質(zhì)的運(yùn)輸，在細(xì)胞核內(nèi)，與DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄有關(guān)。◆中間纖維與細(xì)胞分化及細(xì)胞生存有關(guān)

第59頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)細(xì)胞核骨架●細(xì)胞核骨架的概念●核基質(zhì)(NuclearMatrix)●染色體骨架●核纖層(NuclearLamina)第60頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞核骨架概念細(xì)胞核骨架：存在于真核細(xì)胞核內(nèi)的以蛋白成分為主的纖維網(wǎng)架體系。狹義：指核內(nèi)基質(zhì)，即細(xì)胞核內(nèi)除核膜、核纖層、染色質(zhì)、核仁和核孔復(fù)合體以外的以纖維蛋白成分為主的纖維網(wǎng)架體系；廣義：包括核基質(zhì)、核纖層和核孔復(fù)合體。第61頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天核基質(zhì)(NuclearMatrix)●形態(tài)結(jié)構(gòu)●成分●核骨架結(jié)合序列●功能第62頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天形態(tài)結(jié)構(gòu)◆研究核骨架的分級(jí)抽提方法 非離子去垢劑溶解膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng),胞質(zhì)中可溶性成分隨之流失;再用Tween-40（聚氧乙烯山梨糖醇酐單棕櫚酸酯）和脫氧膽酸鈉處理,胞質(zhì)中的微管、微絲與一些蛋白結(jié)構(gòu)被溶去,胞質(zhì)中只有中間纖維網(wǎng)能完好存留;然后用核酸酶與0.25mol/L硫酸銨處理,染色質(zhì)中DNA、RNA和組蛋白被抽提,最終核內(nèi)呈現(xiàn)一個(gè)精細(xì)發(fā)達(dá)的核骨架網(wǎng)絡(luò),結(jié)合非樹(shù)脂包埋-去包埋劑電鏡制樣方法,可清晰地顯示核骨架-核纖層-中間纖維結(jié)構(gòu)體系。第63頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天成 分 核骨架不象胞質(zhì)骨架那樣由非常專一的蛋白成分組成,核骨架的成分比較復(fù)雜,主要成分是核骨架蛋白及核骨架結(jié)合蛋白,并含有少量RNA?！艉斯羌艿鞍住艄羌芙Y(jié)合蛋白◆其它第64頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天核骨架結(jié)合序列◆

DNA序列中的核骨架結(jié)合序列(MAR)

這部分DNA與核骨架蛋白的結(jié)合不為高鹽溶液抽提所破壞,在基因表達(dá)調(diào)控中起作用?！艉斯羌芙Y(jié)合序列的基本特征第65頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天核骨架結(jié)合序列的基本特征·富含AT·富含DNA解旋元件(DNAunwindingelements)·富含反向重復(fù)序列(InvertedRepeats)

·含有轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)第66頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天功 能

◆核骨架與DNA復(fù)制核骨架是DNA復(fù)制的空間支架。 ◆核骨架與基因表達(dá) 大量研究工作表明真核細(xì)胞中RNA的轉(zhuǎn)錄和加工均與核骨架有關(guān)。具有轉(zhuǎn)錄活性的基因是結(jié)合在核骨架上的，RNA聚合酶在核骨架上具有結(jié)合位點(diǎn)?！艉斯羌芘c病毒復(fù)制◆核骨架與染色體構(gòu)建第67頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、染色體骨架●染色體支架：指染色體中由非組蛋白構(gòu)成的結(jié)構(gòu)支架。

●染色體骨架的真實(shí)性◆銀染法能選擇性地顯示染色體軸結(jié)構(gòu)◆DNA酶和RNA酶處理或用0.4mol/LH2SO4處理去除組蛋白,對(duì)染色體軸沒(méi)有影響,用胰蛋白酶消化則染色體軸破壞,說(shuō)明染色體軸是非組蛋白性的?！羧旧w骨架/放射環(huán)模型在分子水平上得到兩個(gè)直接證據(jù)第68頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、核纖層(NuclearLamina)●核纖層：是位于細(xì)胞核內(nèi)層核膜下的纖維蛋白片層或纖維網(wǎng)絡(luò)。核纖層與中間纖維、核骨架相互連接，形成貫穿于細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的骨架結(jié)構(gòu)體系。

●核纖層分布與形態(tài)結(jié)構(gòu)：纖維縱橫排列整齊，呈正交狀編織成網(wǎng)絡(luò)，整體觀呈球狀或籠狀網(wǎng)絡(luò)，切面觀為片層結(jié)構(gòu)?！癯煞帧死w層由核纖層蛋白(lamin)構(gòu)成?！窈死w層蛋白的分子結(jié)構(gòu)及其與中間纖維蛋白的關(guān)系 ●核纖層在細(xì)胞周期中的變化第69頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天成分——核纖層蛋白(Lamin)◆哺乳動(dòng)物和鳥(niǎo)類細(xì)胞中有核纖層蛋白A、核纖層蛋白B、核纖層蛋白C核纖層蛋白在序列上有很高的同源性。

近年來(lái)證實(shí)核纖層蛋白A與C是同一基因的不同加工產(chǎn)物，因此又將核纖層蛋白分為兩類：

A型核纖層蛋白：包括核纖層蛋白A和CB型核纖層蛋白第70頁(yè),共79頁(yè)，2024年2月25日，星期天核纖層蛋白的分子結(jié)構(gòu)及其與中間纖維蛋白的關(guān)系◆核纖層與中間纖維之間的共同點(diǎn)1.兩者均形成10nm纖維;2.兩者均能抵抗高鹽和非離子去垢劑的抽提;3.某些抗中間纖維蛋白的抗體能與核纖層發(fā)生交叉反應(yīng)；4.核纖層A和核纖層C的cDNA克隆推導(dǎo)出核纖層蛋白的氨基酸順序與中間纖維蛋白高度保守的α-螺旋區(qū)有很強(qiáng)的同源性,說(shuō)明核纖層蛋白是中間纖維蛋白.5.兩者在結(jié)構(gòu)上有密切的聯(lián)系，核纖層稱為核骨架和中間纖維之間的橋梁。第71頁(yè),共79頁(yè)，