第7章 細胞骨架課件

第七章細胞骨架第7章細胞骨架細胞骨架(Cytoskeleton)是指存在于真核細胞中的蛋白纖維網(wǎng)架體系有狹義（胞質(zhì)骨架）和廣義（還包括核、膜骨架與胞外基質(zhì)）兩種概念第7章細胞骨架第7章細胞骨架一、微絲微絲(microfilament,MF)又稱肌動蛋白纖維(actinfilament),是指真核細胞中由肌動蛋白(actin)組成、直徑為7nm的骨架纖維。肌動蛋白(actin)是微絲的結(jié)構(gòu)成分,外觀呈啞鈴狀,這種actin又叫G-actin，將G-actin形成的微絲又稱為F-actin肌動蛋白單體具有極性，裝配時呈頭尾相接,故微絲具有極性，有正極與負極之別。第7章細胞骨架第7章細胞骨架微絲結(jié)合蛋白actin單體結(jié)合蛋白這些小分子蛋白與actin單體結(jié)合，阻止其添加到微絲末端，當(dāng)細胞需要單體時才釋放，主要用于actin裝配的調(diào)節(jié)，如profilin等。微絲結(jié)合蛋白微絲結(jié)合蛋白將微絲組織成不同的結(jié)構(gòu)形式第7章細胞骨架微絲特異性藥物細胞松弛素(cytochalasins)：可以切斷微絲，并結(jié)合在微絲正極阻抑肌動蛋白聚合,因而導(dǎo)致微絲解聚。鬼筆環(huán)肽(philloidin)：與微絲側(cè)面結(jié)合,防止MF解聚。第7章細胞骨架微絲功能維持細胞形態(tài)，賦予質(zhì)膜機械強度細胞運動微絨毛(microvillus)應(yīng)力纖維(stressfiber)參與胞質(zhì)分裂肌肉收縮(musclecontraction)第7章細胞骨架二、微管微管結(jié)構(gòu)與組成微管（Microtubules）是由微管蛋白（tubulin）二聚體裝配成的長管狀細胞器結(jié)構(gòu)α-微管蛋白和β-微管蛋白形成αβ二聚體,αβ二聚體平行于長軸重復(fù)排列形成原纖維(protofilament)。經(jīng)過側(cè)面增加二聚體而擴展為螺旋帶,當(dāng)螺旋帶加寬至13根原纖維時,即合攏形成一段微管。所有的微管都有確定的極性外徑24nm，內(nèi)徑15nm微管可裝配成單管,二聯(lián)管(纖毛和鞭毛中),三聯(lián)管(中心粒和基體中)。第7章細胞骨架第7章細胞骨架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)。紫杉酚(taxol)能促進微管的裝配,并使已形成的微管穩(wěn)定。第7章細胞骨架可能決定了微管結(jié)構(gòu)和功能的差異微管相關(guān)蛋白(MicrotubuleAssociatedProtein,MAP)第7章細胞骨架微管功能維持細胞形態(tài)用秋水仙素處理細胞破壞微管,導(dǎo)致細胞變圓。纖毛、鞭毛、軸突的形成和維持細胞內(nèi)物質(zhì)的運輸細胞器的定位鞭毛(flagella)運動和纖毛(cilia)運動紡錘體與染色體運動第7章細胞骨架三、中間纖維10nm纖維,因其直徑介于肌粗絲和細絲之間,故被命名為中間纖維（intermediatefilament,IF)。IF幾乎分布于所有動物細胞，往往形成一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，特別是在需要承受機械壓力的細胞中含量相當(dāng)豐富,如上皮細胞中。第7章細胞骨架

Thedomainorganizationofintermediatefilamentproteinmonomers.

Mostintermediatefilamentproteinsshareasimilarroddomainthatisusuallyabout310aminoacidslongandformsanextendedalphahelix.Theamino-terminalandcarboxyl-terminaldomainsarenon-alpha-helicalandvarygreatlyinsizeandsequenceindifferentintermediatefilaments.中間纖維蛋白單體呈纖維狀第7章細胞骨架中間纖維的裝配中間纖維裝配過程IF裝配與MF,MT裝配相比，反向平行的四聚體導(dǎo)致IF不具有極性第7章細胞骨架中間纖維的成分與分布IF成分比MF,MT復(fù)雜，IF在形態(tài)上相似，而化學(xué)組成有明顯的差別。中間纖維蛋白的表達具有嚴(yán)格的組織特異性（作為細胞特異性檢測的marker）第7章細胞骨架IF的結(jié)合蛋白IFAP功能：使中間纖維交聯(lián)成束、成網(wǎng)，把中間纖維交聯(lián)到質(zhì)膜或其它骨架成分上已知的IFAPs約15種左右，具有中間纖維類型特異性，分別與特定的中間纖維結(jié)合，如：flanggrin(角蛋白聚集)、Plectin（幾種纖維間橫橋）、Ankyrin（錨蛋白，與膜結(jié)合）第7章細胞骨架中間纖維的功能增強細胞抗機械壓力的能力

角蛋白纖維參與橋粒的形成和維持結(jié)蛋白（desmin）纖維是肌肉Z盤的重要結(jié)構(gòu)組分，對于維持肌肉細胞的收縮裝置起重要作用神經(jīng)元纖維在神經(jīng)細胞軸突運輸中起作用參與傳遞細胞內(nèi)機械的或分子的信息中間纖維與mRNA的運輸有關(guān)第7章細胞骨架胞質(zhì)骨架三種組分的比較第7章細胞骨架思考題：1、概念：細胞骨架2、三種胞質(zhì)骨架的單體及裝配特點、特異性藥物3、胞質(zhì)骨架的功能（特別是微絲的收縮和微管的細胞內(nèi)物質(zhì)運輸）。第7章細胞骨架第7章細胞骨架第7章細胞骨架第7章細胞骨架成纖維細胞爬行與微絲裝配和解聚相關(guān)第7章細胞骨架Achardetal.3proposethat,afteraprimerhasbeencapturedatasurface,branchesforminalldirections.Outward-facingbranchesgrowuntilcapped.Forward-facingbranchesstall,escapeandeventuallygrowtangentially.Tangentialfilamentsactasprimersforexplosiveactin-networkgrowth.Cappedpartsofthenetworkconstitutethedeadzone,whereastheactivepolymerizingzoneisconstrainedtothesurface.____Nature

464,365-366(18March2010)|doi:10.1038/464365a;Publishedonline17March2010:Cellbiology:

Actinfilamentsupagainstawall第7章細胞骨架微絨毛(microvillus)是腸上皮細胞的指狀突起，用以增加腸上皮細胞表面積，以利于營養(yǎng)的快速吸收。第7章細胞骨架應(yīng)力纖維（stressfiber）:廣泛存在于真核細胞。成分：肌動蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和

-輔肌動蛋白。介導(dǎo)細胞間或細胞與基質(zhì)表面的粘著。（細胞貼壁與粘著斑的形成相關(guān)，在形成黏著斑的質(zhì)膜下，微絲緊密平行排列成束，形成應(yīng)力纖維,具有收縮功能。）第7章細胞骨架Focaladhesions.(A)Intheseimmunofluorescencemicrographs,cellsinculturehavebeenlabeledwithantibodiesagainstbothactin(green)andtheintracellularanchorproteinvinculin(red).Notethatvinculinislocatedatfocaladhesions,whichisalsowherebundlesofactinfilamentsterminateattheplasmamembrane.(B)Someoftheproteinsthatformfocaladhesions.Thetransmembraneadhesionproteinisanintegrinheterodimer,composedofanαandaβsubunit.Itsextracellulardomainsbindtocomponentsoftheextracellularmatrix,whilethecytoplasmictailoftheβsubunitbindsindirectlytoactinfilamentsviaseveralintracellularanchorproteins.粘著斑（focaladhesion)第7章細胞骨架收縮環(huán)由大量反向平行排列的微絲組成，其收縮機制是肌動蛋白和肌球蛋白相對滑動。第7章細胞骨架

肌肉收縮(musclecontraction)肌肉的細微結(jié)構(gòu)(以骨骼肌為例)肌小節(jié)的組成肌肉收縮系統(tǒng)中的有關(guān)蛋白由神經(jīng)沖動誘發(fā)的肌肉收縮基本過程第7章細胞骨架肌纖維Myofibril肌原纖維Sarcomere肌節(jié)第7章細胞骨架第7章細胞骨架肌肉收縮系統(tǒng)中的有關(guān)蛋白肌球蛋白(myosin)：所有actin-dependentmotorproteins都屬于該家族，其頭部具ATP酶活力,沿微絲從負極到正極進行運動。MyosinⅡ主要分布于肌細胞，有兩個球形頭部結(jié)構(gòu)域和尾部鏈，多個Myosin尾部相互纏繞形成myosinfilament,即粗肌絲微絲:細絲原肌球蛋白(tropomyosin,Tm)：由兩條平行的多肽鏈形成α-螺旋構(gòu)型，位于肌動蛋白螺旋溝內(nèi)，結(jié)合于細絲，調(diào)節(jié)肌動蛋白與肌球蛋白頭部的結(jié)合。肌鈣蛋白(Troponin,Tn)：為復(fù)合物，包括三個亞基：TnC(Ca2+敏感性蛋白)，能特異與Ca2+結(jié)合；TnT(與原肌球蛋白結(jié)合)；TnI(抑制肌球蛋白ATPase活性)第7章細胞骨架第7章細胞骨架第7章細胞骨架由神經(jīng)沖動誘發(fā)的肌肉收縮基本過程動作電位的產(chǎn)生Ca2+的釋放原肌球蛋白位移肌動蛋白絲與肌球蛋白絲的相對滑動Ca2+的回收第7章細胞骨架細胞內(nèi)物質(zhì)的運輸真核細胞內(nèi)部是高度區(qū)域化的體系,細胞中合成的物質(zhì)、一些細胞器等必須經(jīng)過細胞內(nèi)運輸過程。這種運輸過程與細胞骨架體系中的微管及其Motorprotein有關(guān)。目前已鑒定的Motorproteins多達數(shù)十種。根據(jù)其結(jié)合的骨架纖維以及運動方向和攜帶的轉(zhuǎn)運物不同而分為不同類型。胞質(zhì)中微管motorprotein分為兩大類：驅(qū)動蛋白(kinesin):通常朝微管的正極方向運動動力蛋白(cytoplasmicdynein)：朝微管的負極運動Kinesin與Dynein的分子結(jié)構(gòu)第7章細胞骨架第7章細胞骨架深綠：微管淺蘭：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)黃色：高爾基體上圖：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：微管抗體染色第7章細胞骨架鞭毛(flagella)運動和纖毛(cilia)運動鞭毛中的微管為9+2結(jié)構(gòu)。二聯(lián)微管A管由13條原纖維組成，B管由10條原纖維組成。