大學細胞生物學課件第七章細胞骨架

1、第七章第七章 細胞骨架細胞骨架 cytoskeleton 細胞骨架真核細胞中細胞骨架真核細胞中由微管、微絲和中間由微管、微絲和中間纖維構成的相互作用纖維構成的相互作用的網絡。的網絡。 廣義的細胞骨架包括核廣義的細胞骨架包括核骨架、核纖層和細胞外骨架、核纖層和細胞外基質，形成貫穿于細胞基質，形成貫穿于細胞核、細胞質、細胞外的核、細胞質、細胞外的一體化網絡結構。一體化網絡結構。 細胞骨架真核細胞中細胞骨架真核細胞中由微管、微絲和中間由微管、微絲和中間纖維構成的相互作用纖維構成的相互作用的網絡。的網絡。 廣義的細胞骨架包括廣義的細胞骨架包括核骨架、核纖層和細核骨架、核纖層和細胞外基質，形成貫穿胞外基

2、質，形成貫穿于細胞核、細胞質、于細胞核、細胞質、細胞外的一體化網絡細胞外的一體化網絡結構。結構。 微管主要分布在核周圍，呈放射狀向胞質四周擴散。微管主要分布在核周圍，呈放射狀向胞質四周擴散。 微絲主要分布在細胞質膜的內側。微絲主要分布在細胞質膜的內側。 中間纖維分布在整個細胞中。中間纖維分布在整個細胞中。 microtubulemicrofilamentintermediate filament第一節(jié)第一節(jié) 微微 管管上世紀上世紀50年代，首次在超薄切片中觀年代，首次在超薄切片中觀察到微管察到微管(microtubule ) 。(a) 腦細胞微管的電鏡照片腦細胞微管的電鏡照片(b) 微管橫截面

3、的電鏡照片微管橫截面的電鏡照片 (c) 微管縱切面模式圖微管縱切面模式圖一、微管的結構與組成一、微管的結構與組成 微管的外徑微管的外徑24nm，管壁厚度約，管壁厚度約5nm，跨越細胞，跨越細胞的整個長度或寬度。的整個長度或寬度。 管壁由縱向排列的管壁由縱向排列的13條原纖維構成。條原纖維構成。 原纖維原纖維由由 , 微管蛋白球狀亞基組成的異微管蛋白球狀亞基組成的異二聚體二聚體裝配而成。裝配而成。每個裝配單位一端是每個裝配單位一端是微管蛋白，另一端是微管蛋白，另一端是微管蛋白。微管蛋白。所以原纖維不對稱。所以原纖維不對稱。微管在細胞中的存在形式微管在細胞中的存在形式單管：細胞質微管，單管：細胞質

4、微管，結構不穩(wěn)定。結構不穩(wěn)定。三聯管：三聯管：13+10+10存在于中心粒、基體，存在于中心粒、基體，結構結構穩(wěn)定。穩(wěn)定。131310131010二聯管：二聯管：13+10見于特化的細胞結構見于特化的細胞結構纖毛和鞭毛的軸絲內。纖毛和鞭毛的軸絲內。結構比較穩(wěn)定。結構比較穩(wěn)定。二、微管結合蛋白二、微管結合蛋白 微管結合蛋白微管結合蛋白( microtubule associated protein, map ) 結合在微管表面的一種輔助蛋白結合在微管表面的一種輔助蛋白 (accessory proteins)，提高微管的穩(wěn)定性；改變其剛性或影響組裝速率；介導提高微管的穩(wěn)定性；改變其剛性或影響組裝

5、速率；介導微管與其他細胞器的連接。微管與其他細胞器的連接。 map 具有兩個結構域具有兩個結構域 ( domain ) 一個結構域結合到微管蛋白側面，加速微管的成核。一個結構域結合到微管蛋白側面，加速微管的成核。 另一個結構域從微管蛋白表面向外延伸，與其他骨架纖維連接。另一個結構域從微管蛋白表面向外延伸，與其他骨架纖維連接。 map1, map2, tau 只存在于神經元細胞。只存在于神經元細胞。 map4 廣泛分布在哺乳動物非神經元細胞中。廣泛分布在哺乳動物非神經元細胞中。*結構域蛋白質中在結構和功能上相對獨立的區(qū)域。神經細胞中的神經細胞中的maps map2 有有3個微管蛋白結個微管蛋白結

6、合位點，彼此分開，與微合位點，彼此分開，與微管壁的管壁的3個不同微管蛋白個不同微管蛋白亞基結合。亞基結合。 map2 的尾部向外伸出，的尾部向外伸出，擁有較長的突出結構域，擁有較長的突出結構域，以便與其他骨架纖維相互以便與其他骨架纖維相互作用。作用。 突出結構域的長度決定微管突出結構域的長度決定微管束中微管的間距。束中微管的間距。突出結構域突出結構域神經細胞中的神經細胞中的 maps map2 有有3個微管蛋白結合個微管蛋白結合位點，彼此分開，與微管壁位點，彼此分開，與微管壁的的3個不同微管蛋白亞基結個不同微管蛋白亞基結合。合。 map2 的尾部向外伸出，擁的尾部向外伸出，擁有較長的突出結構域

7、，以便有較長的突出結構域，以便與其他骨架纖維相互作用。與其他骨架纖維相互作用。 tau 擁有較短的突出結構域。擁有較短的突出結構域。 細胞過量表達細胞過量表達map2, tau map2 過量表達的細胞，保持過量表達的細胞，保持有較寬空間的微管束。有較寬空間的微管束。 tau 過量表達，形成包裹得更過量表達，形成包裹得更緊密的微管束。緊密的微管束。三、微管的裝配與動力學三、微管的裝配與動力學 微管在正常情況下裝配和去裝配，以適應細胞在不微管在正常情況下裝配和去裝配，以適應細胞在不同時間的變化需要。同時間的變化需要。 微管的裝配分為三個時期微管的裝配分為三個時期 成核期成核期 ( nucleat

8、ion phase ) , 微管蛋白聚合，形成一個短的寡聚體微管蛋白聚合，形成一個短的寡聚體/ /核心。核心。 聚合期聚合期( polymerization phase ) , 微管蛋白異二聚體不斷加到微管正端，使微管延長。微管蛋白異二聚體不斷加到微管正端，使微管延長。 穩(wěn)定期穩(wěn)定期( steady state phase ) 游離微管蛋白水平下降，裝配與去裝配達到動態(tài)平衡。游離微管蛋白水平下降，裝配與去裝配達到動態(tài)平衡。（一）微管裝配的起始點是（一）微管裝配的起始點是微管組織中心微管組織中心 在體內，微管的成核和組織在體內，微管的成核和組織過程與一些特異的結構相關，過程與一些特異的結構相關，

9、這些結構被稱為微管組織中這些結構被稱為微管組織中心心 ( microtubule-organizing center, mtoc ) 。 mtoc 是微管裝配的起始點是微管裝配的起始點控制微管的數目、極性控制微管的數目、極性控制組成微管壁的原纖維數目控制組成微管壁的原纖維數目控制微管組裝的時間和地點控制微管組裝的時間和地點 常見微管組織中心常見微管組織中心 間期細胞：中心體（動態(tài)間期細胞：中心體（動態(tài)微管）微管） 鞭毛、纖毛細胞：基體鞭毛、纖毛細胞：基體 ，永久性結構永久性結構中心體中心體 (centrosome) 在動物細胞中，細胞骨架微在動物細胞中，細胞骨架微管一般與中心體結合，組成管一般

10、與中心體結合，組成一個復合結構。一個復合結構。 含有含有2個桶狀的中心粒個桶狀的中心粒 由由9組三聯管構成組三聯管構成 成對的中心粒垂直排列，成對的中心粒垂直排列，包埋在中心粒旁物質包埋在中心粒旁物質( pericentriolar material, pcm )中。中。經過復制的經過復制的2對中心粒對中心粒微管的成核作用微管的成核作用 -環(huán)形蛋白復合體環(huán)形蛋白復合體 (- tubulin ring complex,-turc ) 螺旋化排列的螺旋化排列的13個個微管蛋白亞微管蛋白亞基組成一個開放的環(huán)狀模板，基組成一個開放的環(huán)狀模板，在在模板上第一列模板上第一列微管蛋白二聚體微管蛋白二聚體組裝

11、形成組裝形成-turc，與微管具有相，與微管具有相同直徑。同直徑。 纖維性的中心粒旁物質含有纖維性的中心粒旁物質含有50拷貝以上的拷貝以上的-turc 中心體是微管成核的位點。中心體是微管成核的位點。-turc 由由mtoc提供的物提供的物質固定其位置，從而決定微管的極性。負端與中心體結質固定其位置，從而決定微管的極性。負端與中心體結合，正端遠離中心體。合，正端遠離中心體。nucleating sites(-tubulin ring complexes)pair of centriolesmicrotubules growing form -tubulin ring complexes of

12、the centrosome (a)(b)微管生長時，正端以開口片狀存在，微管生長時，正端以開口片狀存在，結合結合gtp的二聚體添加其上。的二聚體添加其上。 快速生長階段，微管蛋白二聚體添快速生長階段，微管蛋白二聚體添加速率快于微管蛋白上加速率快于微管蛋白上gtp水解的水解的速率。微管末端形成速率。微管末端形成gtp帽，有利帽，有利于添加更多的亞基使微管生長。但于添加更多的亞基使微管生長。但帶有開放末端的微管會產生自發(fā)反帶有開放末端的微管會產生自發(fā)反應，導致管口閉合。應，導致管口閉合。管口閉合，迫使結合的管口閉合，迫使結合的gtp水解，水解，改變微管蛋白二聚體的構像。改變微管蛋白二聚體的構像。

13、 當原纖維向外翻卷并發(fā)生級聯去組當原纖維向外翻卷并發(fā)生級聯去組裝時，裝時，gtp水解形成的張力被釋放。水解形成的張力被釋放。（三）（三） 微管的體外裝配微管的體外裝配 微管的體外裝配條件微管的體外裝配條件 微管蛋白濃度微管蛋白濃度：1mg/ml 最適最適 ph：6.9 最適溫度：最適溫度：37，低溫微管解聚，低溫微管解聚 離子：加入離子：加入 mg2+ 、除去、除去 ca2+ gtp 提供能量提供能量 在一定條件下，微管在正端裝配使微管延長，在在一定條件下，微管在正端裝配使微管延長，在負端去裝配使微管縮短。當微管兩端的裝配和去負端去裝配使微管縮短。當微管兩端的裝配和去裝配達到平衡，其長度相對恒

14、定不變時，該現象裝配達到平衡，其長度相對恒定不變時，該現象被稱為被稱為“踏車踏車” ( tread milling ) 。在試管中組裝的微管在試管中組裝的微管11根原纖絲（四）影響微管組裝和去組裝的因素（四）影響微管組裝和去組裝的因素 對活細胞進行各種處理可使細胞骨架微管去組裝，但不對活細胞進行各種處理可使細胞骨架微管去組裝，但不破壞其它細胞結構。破壞其它細胞結構。 低溫、流體靜力學壓力、升高的鈣離子濃度低溫、流體靜力學壓力、升高的鈣離子濃度 微管特異性藥物微管特異性藥物 秋水仙素、長春花堿、長春新堿和秋水仙素、長春花堿、長春新堿和紫杉醇紫杉醇 秋水仙素，最重要的微管工具藥物。秋水仙素，最重要

15、的微管工具藥物。 秋水仙素結合和穩(wěn)定微管蛋白，阻止微管蛋白聚合，引起微管秋水仙素結合和穩(wěn)定微管蛋白，阻止微管蛋白聚合，引起微管去組裝。去組裝。 長春花堿和長春新堿則結合微管蛋白異二聚體，抑制微長春花堿和長春新堿則結合微管蛋白異二聚體，抑制微管的聚合。管的聚合。 細胞周期特異性抗腫瘤藥，作用于細胞周期特異性抗腫瘤藥，作用于g1 , s & m。阻斷增殖細胞。阻斷增殖細胞紡錘體的形成，使有絲分裂停止于中期。紡錘體的形成，使有絲分裂停止于中期。2021-11-1319 紫杉醇紫杉醇 ( taxol ) 促進微管的裝配，并使已形成的微管穩(wěn)定。紫杉醇所致促進微管的裝配，并使已形成的微管穩(wěn)定。紫杉

16、醇所致的微管穩(wěn)定性對細胞是的微管穩(wěn)定性對細胞是有害的有害的，使細胞周期停止于有絲，使細胞周期停止于有絲分裂期。分裂期。 紫杉醇類化合物在體內優(yōu)先殺死腫瘤細胞，已用于紫杉醇類化合物在體內優(yōu)先殺死腫瘤細胞，已用于癌癥的化療。癌癥的化療。四、微管的功能四、微管的功能 （一）支持和維持細胞（一）支持和維持細胞的形態(tài)的形態(tài) 作為動態(tài)支架，提供作為動態(tài)支架，提供結構支撐，決定細胞結構支撐，決定細胞形態(tài)和抵抗細胞變形。形態(tài)和抵抗細胞變形。 微管從細胞的核周區(qū)微管從細胞的核周區(qū)域呈放射狀向外伸展，域呈放射狀向外伸展，各條微管逐漸彎曲并各條微管逐漸彎曲并與細胞形狀一致。與細胞形狀一致。 大而扁平的培養(yǎng)小鼠細胞中

17、微管的定位大而扁平的培養(yǎng)小鼠細胞中微管的定位（二）（二） 參與中心粒、纖毛和鞭毛的形成參與中心粒、纖毛和鞭毛的形成纖毛纖毛/鞭毛軸絲的結構。鞭毛軸絲的結構。可見軸心的可見軸心的 “92” 結構：結構：外周的外周的9組二聯管組二聯管（13+10）和）和2條中央微管（完整微管）。條中央微管（完整微管）。精子軸絲動力蛋白（以區(qū)別于胞質動力蛋白）缺陷將導致不育。精子軸絲動力蛋白（以區(qū)別于胞質動力蛋白）缺陷將導致不育。動力蛋白臂動力蛋白臂ab（三）參與細胞內的物質運輸（三）參與細胞內的物質運輸 細胞中的馬達蛋白細胞中的馬達蛋白(motor proteins)將將 atp 的化學能轉的化學能轉變?yōu)闄C械能，

18、轉運與馬達蛋白結合的貨物。變?yōu)闄C械能，轉運與馬達蛋白結合的貨物。 運輸小泡、分泌顆粒、色素顆粒、線粒體、溶酶體和染色體等運輸小泡、分泌顆粒、色素顆粒、線粒體、溶酶體和染色體等 單個細胞含有幾十種不同的馬達蛋白，分為三大家族：單個細胞含有幾十種不同的馬達蛋白，分為三大家族： 動力蛋白動力蛋白( dyneins ) 沿微管運動沿微管運動 驅動蛋白驅動蛋白( kinesin ) 沿微管運動沿微管運動 肌球蛋白肌球蛋白( myosin ) 沿微絲運動沿微絲運動 每種馬達蛋白用于運輸細胞特定區(qū)域的一類特定物質。每種馬達蛋白用于運輸細胞特定區(qū)域的一類特定物質。 它們結合的纖維不同、移動的方向不同、攜帶的它

19、們結合的纖維不同、移動的方向不同、攜帶的“貨物貨物”不同。不同。1. 動力蛋白動力蛋白(a)由由2個產力的球狀頭部個產力的球狀頭部（具有（具有 atp 水解酶活水解酶活性）、性）、1個柄部和基部個柄部和基部的許多小亞基組成。小的許多小亞基組成。小亞基介導馬達蛋白與要亞基介導馬達蛋白與要轉運的轉運的“貨物貨物” 結合。結合。2. 驅動蛋白驅動蛋白 負責從胞體向軸突末端負責從胞體向軸突末端運輸小泡和細胞器。運輸小泡和細胞器。 由由2條重鏈和條重鏈和2條輕鏈組條輕鏈組成的四聚體。成的四聚體。 一對球狀頭部（水解一對球狀頭部（水解 atp 產生能量）與微管產生能量）與微管結合。每個頭部與一個結合。每個

20、頭部與一個頸部、一個桿狀的柄部頸部、一個桿狀的柄部和一個結合運載和一個結合運載“貨物貨物”的扇形尾部相連。的扇形尾部相連。驅動蛋白沿著微管運輸小泡的示意圖驅動蛋白沿著微管運輸小泡的示意圖在體外培養(yǎng)的非極性細胞中，驅在體外培養(yǎng)的非極性細胞中，驅動蛋白和動力蛋白介導的小泡和動蛋白和動力蛋白介導的小泡和細胞器運輸的示意圖。細胞器運輸的示意圖。（四）維持細胞內細胞器的定位（四）維持細胞內細胞器的定位 大鼠結腸分泌黏液的杯狀細大鼠結腸分泌黏液的杯狀細胞的極化結構圖胞的極化結構圖 細胞器沿著從頂端到基底端細胞器沿著從頂端到基底端的軸以確定的模式排列的軸以確定的模式排列 正常細胞高爾基體（綠色）定位在核周圍

21、。正常細胞高爾基體（綠色）定位在核周圍。 用秋水仙素處理細胞，微管（橙色）解聚，高爾基體用秋水仙素處理細胞，微管（橙色）解聚，高爾基體分散在整個胞質中。分散在整個胞質中。5. 細胞分裂裝置的必要組分細胞分裂裝置的必要組分 構成有絲分裂器，介導染色體運動。構成有絲分裂器，介導染色體運動。第二節(jié)第二節(jié) 微絲微絲 (microfilament, mf) 又稱肌動蛋白絲又稱肌動蛋白絲(actin filament) 細胞的許多運動都依賴微絲的存在細胞的許多運動都依賴微絲的存在 肌肉收縮肌肉收縮 非肌肉收縮與運動非肌肉收縮與運動 細胞分裂細胞分裂 巨噬細胞的吞噬活動巨噬細胞的吞噬活動 微絨毛微絨毛一、肌

22、動蛋白與微絲的結構一、肌動蛋白與微絲的結構 微絲是由肌動蛋白單體（常稱作微絲是由肌動蛋白單體（常稱作g-肌動蛋白）組成的多聚體，直肌動蛋白）組成的多聚體，直徑約徑約8nm。 肌動蛋白單體由肌動蛋白單體由2個亞基構成，個亞基構成，每一亞基含有每一亞基含有375個氨基酸殘基。個氨基酸殘基。 肌動蛋白單體有肌動蛋白單體有 atp adp、mg2+和和k+ na+以及肌球蛋白的結以及肌球蛋白的結合位點。合位點。肌動蛋白纖維的冷凍蝕刻電鏡照片肌動蛋白纖維的冷凍蝕刻電鏡照片雙股螺旋結構雙股螺旋結構一、肌動蛋白與微絲的結構一、肌動蛋白與微絲的結構 每個肌動蛋白亞基都有極性，并且肌動蛋白纖維中所有每個肌動蛋白

23、亞基都有極性，并且肌動蛋白纖維中所有的亞基均指向同一方向，所以整條微絲都有極性。的亞基均指向同一方向，所以整條微絲都有極性。二、微絲結合蛋白及其功能二、微絲結合蛋白及其功能 決定細胞內微絲的組織決定細胞內微絲的組織與行為與行為 右圖，運動的成纖維細右圖，運動的成纖維細胞的前導邊緣電鏡照片，胞的前導邊緣電鏡照片，顯示高度致密的肌動蛋顯示高度致密的肌動蛋白纖維組織成兩種不同白纖維組織成兩種不同的排列。的排列。 什么因素控制肌動蛋白什么因素控制肌動蛋白纖維的組裝速率、數量、纖維的組裝速率、數量、長度和空間分布？長度和空間分布？微絲平行排列成束微絲平行排列成束微絲以不同方向微絲以不同方向交聯成網交聯成

24、網單體隔離單體隔離封端加帽封端加帽單體成核單體成核單體單體交聯交聯單體聚合單體聚合交聯交聯解聚解聚纖維切割纖維切割膜結合膜結合（一）單體（一）單體-隔離蛋白隔離蛋白(monomer-sequestering protein)1. 胸腺素胸腺素 結合結合g-actin，阻止，阻止g-actin聚合。聚合。 維持非肌肉細胞中肌動蛋白單體以較高的濃度維持非肌肉細胞中肌動蛋白單體以較高的濃度( 50200mol / l )存在。維持單體庫的穩(wěn)定。存在。維持單體庫的穩(wěn)定。2. 抑制蛋白抑制蛋白 不抑制聚合，而是在去除加帽蛋白后，促進生不抑制聚合，而是在去除加帽蛋白后，促進生長中的微絲正端添加結合抑制蛋白

25、的肌動蛋白長中的微絲正端添加結合抑制蛋白的肌動蛋白單體，在細胞運動過程中促進肌動蛋白聚合。單體，在細胞運動過程中促進肌動蛋白聚合。（二）交聯蛋白（二）交聯蛋白(cross-linking protein) 改變微絲群體的三維結構。改變微絲群體的三維結構。 交聯蛋白有交聯蛋白有2個或個或2個以上個以上與肌動蛋白結合的位點，與肌動蛋白結合的位點，能夠將兩個或兩個以上分能夠將兩個或兩個以上分離的肌動蛋白纖維交聯在離的肌動蛋白纖維交聯在一起。一起。 細絲蛋白細絲蛋白 絨毛蛋白絨毛蛋白 絲束蛋白絲束蛋白細絲蛋白細絲蛋白 呈細長柔軟的呈細長柔軟的桿狀桿狀，促進形成近似正交相促進形成近似正交相互關系的纖維松

26、散網互關系的纖維松散網絡。絡。 含該網絡的胞質區(qū)具含該網絡的胞質區(qū)具有彈性凝膠特性，能有彈性凝膠特性，能抵抗局部的機械壓力。抵抗局部的機械壓力。成束蛋白成束蛋白 絲束蛋白絲束蛋白和和絨毛蛋絨毛蛋白白呈球狀呈球狀，促進肌，促進肌動蛋白纖維束動蛋白纖維束緊密緊密地平行排列。地平行排列。 上皮細胞的上皮細胞的微絨微絨毛毛、內耳受體細內耳受體細胞胞突出的毛發(fā)狀突出的毛發(fā)狀的的靜纖毛靜纖毛。端帽端帽絲束蛋白絲束蛋白絨毛蛋白絨毛蛋白肌球蛋白肌球蛋白纖維正端纖維正端微絨毛微絨毛輔肌蛋白和絲束蛋白輔肌蛋白和絲束蛋白成束蛋白成束蛋白（三）封端（加帽）蛋白（三）封端（加帽）蛋白end-blocking(cappi

27、ng) protein 與微絲的某一端結合形成帽，調節(jié)肌動蛋白纖維與微絲的某一端結合形成帽，調節(jié)肌動蛋白纖維的長度。的長度。 在纖維快速增長的正端加帽，則另一端解聚，導致纖在纖維快速增長的正端加帽，則另一端解聚，導致纖維去組裝。維去組裝。 橫紋肌的細絲由橫紋肌的細絲由 cap z 在其在其 z 線的正端加帽，其線的正端加帽，其負端則由負端則由原肌球調節(jié)蛋白原肌球調節(jié)蛋白加帽。加帽。（四）纖維（四）纖維-切割蛋白切割蛋白(filament-severing protein) 與與已有纖維的側面結合，已有纖維的側面結合，并將其一分為二。由于并將其一分為二。由于纖維長度縮短，胞質黏纖維長度縮短，胞質

28、黏度下降。度下降。 切割蛋白能產生游離的切割蛋白能產生游離的正端，促進肌動蛋白單正端，促進肌動蛋白單體的滲入，或為切割產體的滲入，或為切割產生的片段加帽。生的片段加帽。凝溶膠轉換蛋白凝溶膠轉換蛋白切割、加帽切割、加帽（五）肌動蛋白纖維（五）肌動蛋白纖維-解聚蛋白解聚蛋白(actin filament-depolymerizing protein) 與微絲負端結合，促進微絲解聚成肌動蛋白單體。與微絲負端結合，促進微絲解聚成肌動蛋白單體。 結合在肌動蛋白微絲上，使之輕微扭曲結合在肌動蛋白微絲上，使之輕微扭曲變緊變緊，易碎易碎、易易切割切割。拆卸細胞的衰老纖維。拆卸細胞的衰老纖維。絲切蛋白絲切蛋白（

29、六）膜結合蛋白（六）膜結合蛋白(membrane-binding protein) 非肌肉細胞的收縮裝置大部分位于細胞質膜下方。非肌肉細胞的收縮裝置大部分位于細胞質膜下方。 通過與外周膜蛋白連接，將微絲間接連在質膜上，通過與外周膜蛋白連接，將微絲間接連在質膜上，產生細胞運動或移動。產生細胞運動或移動。 收縮蛋白產生的力作用于質膜上使之外凸收縮蛋白產生的力作用于質膜上使之外凸/內凹。內凹。 細胞移動過程中細胞移動過程中 吞噬作用或胞質分裂過程中吞噬作用或胞質分裂過程中紅細胞膜骨架紅細胞膜骨架人紅細胞質膜的內表面觀模型，顯示人紅細胞質膜的內表面觀模型，顯示出包埋在脂雙層中的整合蛋白和形成出包埋在脂

30、雙層中的整合蛋白和形成膜內表面骨架的外周蛋白的排列。膜內表面骨架的外周蛋白的排列。三、微絲的裝配機制三、微絲的裝配機制 非肌肉細胞中，微絲是一種動態(tài)結構。非肌肉細胞中，微絲是一種動態(tài)結構。 g-actin 滲入微絲前，先結合滲入微絲前，先結合1分子分子atp；快速組；快速組裝肌動蛋白纖維時，其末端含有裝肌動蛋白纖維時，其末端含有actin-atp 帽，帽，阻止纖維去組裝，有利于連續(xù)組裝；阻止纖維去組裝，有利于連續(xù)組裝；atp水解，水解，減弱微絲單體間的結合力，微絲解聚。減弱微絲單體間的結合力，微絲解聚。（一）微絲的組裝過程分為成核、聚合和穩(wěn)（一）微絲的組裝過程分為成核、聚合和穩(wěn)定三個階段定三個

31、階段肌動蛋白微絲體外組裝的三個時期 成核期成核期/延遲期延遲期 成核作用發(fā)生在質膜下，由成核作用發(fā)生在質膜下，由 arp2/3 復合物催化，復合物催化，是微絲組裝的限是微絲組裝的限速過程，剛形成的二聚體易水解，形成三聚體核心才穩(wěn)定；速過程，剛形成的二聚體易水解，形成三聚體核心才穩(wěn)定； 聚合期聚合期 球狀肌動蛋白快速地在核心兩端聚合；正端是快速增長端，負端是球狀肌動蛋白快速地在核心兩端聚合；正端是快速增長端，負端是緩慢增長端。一端添加單體的速率是另一端的緩慢增長端。一端添加單體的速率是另一端的510倍；倍； 平衡期平衡期 肌動蛋白肌動蛋白-atp 亞基傾向于添加到纖維的正端，而肌動蛋白亞基傾向于

32、添加到纖維的正端，而肌動蛋白-adp 傾向于離開纖維的負端；聚合與解聚達到動態(tài)平衡。傾向于離開纖維的負端；聚合與解聚達到動態(tài)平衡。三、微絲的裝配機制三、微絲的裝配機制（二）微絲組裝的踏車模型和非穩(wěn)態(tài)動力學模型（二）微絲組裝的踏車模型和非穩(wěn)態(tài)動力學模型 體外實驗中，體外實驗中，肌動蛋白肌動蛋白-atp 亞基添加到纖維的正端，亞基添加到纖維的正端，而肌動蛋白而肌動蛋白-adp 離開纖維的負端。微絲兩端聚合與解離開纖維的負端。微絲兩端聚合與解聚達到平衡，各個單體沿著肌動蛋白纖維長度的移動聚達到平衡，各個單體沿著肌動蛋白纖維長度的移動稱為踏車稱為踏車(tread-milling)。肌動蛋白的體外裝配肌

33、動蛋白的體外裝配（三）影響微絲組裝的因素（三）影響微絲組裝的因素 肌動蛋白單體的臨界濃度肌動蛋白單體的臨界濃度 atp 離子濃度離子濃度 有有 mg2+存在，存在，na+, k+溶液中，溶液中，g-actin 組裝成微絲。組裝成微絲。 有有 ca2+存在，存在，na+, k+溶液中，微絲解聚成溶液中，微絲解聚成 g-actin。 藥物藥物 細胞松弛素細胞松弛素b ( cytochalasin b ) 從霉菌細胞中提取的化合物，與微絲的從霉菌細胞中提取的化合物，與微絲的正端結正端結合合，阻止肌動蛋白聚合，破壞微絲的三維網絡。，阻止肌動蛋白聚合，破壞微絲的三維網絡。 鬼筆環(huán)肽鬼筆環(huán)肽 ( phal

34、loidin ) 從有毒蘑菇中提取的化合物，從有毒蘑菇中提取的化合物，結合并穩(wěn)定微絲，結合并穩(wěn)定微絲，使肌動蛋白纖維網絡使肌動蛋白纖維網絡聚合增強聚合增強。 當細胞暴露于這類化合物時，微絲介導的活動當細胞暴露于這類化合物時，微絲介導的活動迅速停止。迅速停止。 細胞移動、吞噬活動、胞質分裂細胞移動、吞噬活動、胞質分裂四、微絲的功能四、微絲的功能構成細胞支架并維持細胞的形態(tài)構成細胞支架并維持細胞的形態(tài)參與細胞運動參與細胞運動細胞分裂細胞分裂肌肉收縮肌肉收縮細胞物質運輸細胞物質運輸細胞內信號傳遞細胞內信號傳遞（一）構成細胞支架并維持細胞的形態(tài)（一）構成細胞支架并維持細胞的形態(tài) 每根每根微絨毛微絨毛含

35、有含有25根微絲，通過絨毛蛋白和絲束蛋白根微絲，通過絨毛蛋白和絲束蛋白將微絲交聯成束，使其保持高度有序的排列。將微絲交聯成束，使其保持高度有序的排列。（二）參與細胞運動（二）參與細胞運動 巨噬細胞、白細胞含有豐富的微絲，通過與微巨噬細胞、白細胞含有豐富的微絲，通過與微絲結合蛋白的相互作用，使細胞表面形成凸起，絲結合蛋白的相互作用，使細胞表面形成凸起，如絲足、片足。如絲足、片足。（三）（三） 參與細胞分裂參與細胞分裂 有絲分裂后、末有絲分裂后、末期，質膜下的微期，質膜下的微絲在肌球蛋白的絲在肌球蛋白的作用下，形成帶作用下，形成帶狀束狀束收縮環(huán)，收縮環(huán)，導致細胞一分為導致細胞一分為二。二。 （四）

36、參與肌肉收縮（四）參與肌肉收縮 肌細胞（纖維）由肌細胞（纖維）由數百個肌原纖維組數百個肌原纖維組成。成。 每根肌原纖維由細每根肌原纖維由細肌絲和粗肌絲重疊肌絲和粗肌絲重疊而形成。而形成。 骨胳肌收縮的基骨胳肌收縮的基本結構單位本結構單位肌小節(jié)肌小節(jié)骨骼肌骨骼肌肌束肌束肌纖維肌纖維細胞核細胞核肌鞘肌鞘肌原纖維肌原纖維肌節(jié)肌節(jié)肌球蛋白肌球蛋白分子結構分子結構頭頭頸頸尾尾由一對重鏈和兩對輕鏈組成：由一對重鏈和兩對輕鏈組成：成對的重鏈由一個桿狀尾部和一對球狀頭部組成，成對的重鏈由一個桿狀尾部和一對球狀頭部組成，尾部的兩條多肽鏈部分互相纏繞形成卷曲螺旋。尾部的兩條多肽鏈部分互相纏繞形成卷曲螺旋。每根粗絲

37、由幾百個肌球蛋白每根粗絲由幾百個肌球蛋白(myosin)分子組成。分子組成。粗肌絲和細肌絲粗肌絲和細肌絲肌動蛋白肌動蛋白 肌鈣蛋白肌鈣蛋白 原肌球蛋白原肌球蛋白粗絲的中央由肌球蛋白分子相對的尾部組成。粗絲的中央由肌球蛋白分子相對的尾部組成。由于組成粗絲的肌球蛋白分子的交錯位置，由于組成粗絲的肌球蛋白分子的交錯位置，肌球蛋白的頭部在每根粗絲的末端突出。肌球蛋白的頭部在每根粗絲的末端突出。在肌肉收縮過程中肌節(jié)的縮短在肌肉收縮過程中肌節(jié)的縮短 i 帶僅含細肌絲；帶僅含細肌絲；h 區(qū)區(qū)只含粗肌絲；只含粗肌絲；h 區(qū)兩側區(qū)兩側的的 a 帶代表重疊區(qū)域，帶代表重疊區(qū)域，含有粗肌絲和細肌絲。含有粗肌絲和細肌

38、絲。 肌節(jié)在肌肉松弛與收縮狀肌節(jié)在肌肉松弛與收縮狀態(tài)中的差別。態(tài)中的差別。 在收縮過程中，肌球蛋在收縮過程中，肌球蛋白交聯橋與周圍的細肌白交聯橋與周圍的細肌絲接觸，細肌絲被迫向絲接觸，細肌絲被迫向肌節(jié)中央滑動。肌節(jié)中央滑動。 交聯橋非同步活動，以致交聯橋非同步活動，以致在任意時刻都只有一部分在任意時刻都只有一部分處于活動狀態(tài)。處于活動狀態(tài)。在肌肉收縮過程中肌節(jié)的縮短在肌肉收縮過程中肌節(jié)的縮短 松弛和收縮的肌節(jié)松弛和收縮的肌節(jié)縱切面的電鏡照片?？v切面的電鏡照片。 顯示由于細肌絲向顯示由于細肌絲向肌節(jié)中央滑動，使肌節(jié)中央滑動，使h 區(qū)消失。區(qū)消失。肌肉收縮的分子基礎肌肉收縮的分子基礎 +-+-（五

39、）參與細胞內的物質運（五）參與細胞內的物質運輸輸肌球蛋白肌球蛋白va驅動蛋白驅動蛋白色素顆粒色素顆粒微管微管微絲微絲（六）細胞內信號傳遞（六）細胞內信號傳遞 細胞表面的受體受到外界信號作用，誘導細胞細胞表面的受體受到外界信號作用，誘導細胞質膜下的肌動蛋白結構改變，從而啟動胞內激質膜下的肌動蛋白結構改變，從而啟動胞內激酶變化的信號傳導過程。酶變化的信號傳導過程。第三節(jié)第三節(jié) 中中 間間 纖纖 維維 ( intermediate filament, if ) 直徑約直徑約10nm的實心纖維。的實心纖維。 存在于細胞質和細胞核。存在于細胞質和細胞核。 是最堅韌持久的細胞骨架成是最堅韌持久的細胞骨架成

40、分。分。一、中間纖維的結構和類型一、中間纖維的結構和類型（一）中間纖維是絲狀蛋白多聚體（一）中間纖維是絲狀蛋白多聚體 具有一個由具有一個由310個氨基酸組成的個氨基酸組成的螺旋桿狀區(qū)螺旋桿狀區(qū)，兩端是非兩端是非螺旋的頭部和尾部螺旋的頭部和尾部。 桿狀區(qū)桿狀區(qū)在長度和氨基酸序列上在長度和氨基酸序列上非常保守非常保守，是結構的是結構的關鍵區(qū)域關鍵區(qū)域。 包含包含4段具有段具有7個氨基酸一組的個氨基酸一組的螺旋區(qū)，螺旋區(qū)，4個螺旋區(qū)被個螺旋區(qū)被3個短個短小的間隔區(qū)所連接。小的間隔區(qū)所連接。l1l12 l21a1b2a2b n 端的頭部和端的頭部和 c 端的尾部高度可變端的尾部高度可變 if 的主要的

41、主要區(qū)別區(qū)別取決于取決于頭和尾的長度及氨基頭和尾的長度及氨基酸順序酸順序 具有不同的氨基酸序列和化學性質具有不同的氨基酸序列和化學性質 2個多肽的個多肽的螺旋桿狀區(qū)以卷曲螺旋形式互相纏螺旋桿狀區(qū)以卷曲螺旋形式互相纏繞，形成約繞，形成約45nm的繩狀二聚體。的繩狀二聚體。（一）中間纖維是絲狀蛋白多聚體（一）中間纖維是絲狀蛋白多聚體一、中間纖維的結構和類型一、中間纖維的結構和類型（二）（二）中間纖維蛋白的類型和分布中間纖維蛋白的類型和分布 if 是一類形態(tài)上非常相似，而化學組成上有是一類形態(tài)上非常相似，而化學組成上有明顯差異的蛋白質。明顯差異的蛋白質。根據其組織分布、生化、根據其組織分布、生化、遺

42、傳及免疫學標準分為六大類。遺傳及免疫學標準分為六大類。 角蛋白角蛋白 結蛋白結蛋白 膠質原纖維酸性蛋白膠質原纖維酸性蛋白 波形纖維蛋白波形纖維蛋白 神經纖絲蛋白神經纖絲蛋白 核纖層蛋白核纖層蛋白( lamin )中間纖維的類型中間纖維的類型if蛋白蛋白序列類型序列類型 主要組織分布主要組織分布酸性角蛋白酸性角蛋白i 上皮上皮 中性中性/堿性角蛋白堿性角蛋白ii 上皮上皮 波形蛋白波形蛋白 iii 間充質細胞間充質細胞結蛋白結蛋白 iii 肌肉肌肉外周蛋白外周蛋白膠質原纖維酸性蛋白膠質原纖維酸性蛋白iiiiii外周神經元外周神經元神經膠質細胞神經膠質細胞 神經絲蛋白神經絲蛋白(nf-l, m,

43、h)iv 中樞神經元和外周神經中樞神經元和外周神經核纖層蛋白核纖層蛋白 (lamin) (lamin a,b,c)v 所有細胞類型（核被膜）所有細胞類型（核被膜） nestinvi 神經干細胞神經干細胞1. 角蛋白角蛋白 人類上皮細胞有人類上皮細胞有20余種不同的角蛋白，分為余種不同的角蛋白，分為和和兩類兩類 角蛋白又稱胞質角蛋白，分布于體表、體腔的上角蛋白又稱胞質角蛋白，分布于體表、體腔的上皮細胞中。皮細胞中。 角蛋白為頭發(fā)、指甲等堅韌結構所具有。角蛋白為頭發(fā)、指甲等堅韌結構所具有。 根據組成氨基酸的不同，也可分為根據組成氨基酸的不同，也可分為 酸性角蛋白酸性角蛋白(i型型) 中性中性/堿性

44、角蛋白堿性角蛋白(ii型型)2. 波形纖維蛋白波形纖維蛋白 存在于間充質細胞及中胚層來源的細胞。存在于間充質細胞及中胚層來源的細胞。 波形蛋白一端與核膜相連，另一端與細胞表面波形蛋白一端與核膜相連，另一端與細胞表面處的橋?；虬霕蛄Ｏ噙B，將細胞核和細胞器維處的橋?；虬霕蛄Ｏ噙B，將細胞核和細胞器維持在特定的空間。持在特定的空間。3. 結蛋白結蛋白 存在于肌肉細胞，又稱骨骼蛋白。存在于肌肉細胞，又稱骨骼蛋白。 主要功能主要功能: 使肌纖維連在一起。使肌纖維連在一起。4. 膠質原纖維酸性蛋白膠質原纖維酸性蛋白 存在于星形神經膠質細胞和周圍神經的許旺細存在于星形神經膠質細胞和周圍神經的許旺細胞，主要起支

45、撐作用。胞，主要起支撐作用。5.神經絲蛋白神經絲蛋白 由三種分子量不同的多肽組成的異聚體。由三種分子量不同的多肽組成的異聚體。 nf-l ( low,6070kd ) nf-m ( medium ,105110kd ) nf-h ( heavy,135150kd ) 功能：提供彈性使神經纖維易于伸展、防止斷裂。功能：提供彈性使神經纖維易于伸展、防止斷裂。核纖層核纖層(nuclear lamina) 真核細胞內核膜內表面連接的一層致密的纖維網絡結構。真核細胞內核膜內表面連接的一層致密的纖維網絡結構。 培養(yǎng)的人細胞的細胞核，用熒光標記抗體染色顯示核纖培養(yǎng)的人細胞的細胞核，用熒光標記抗體染色顯示核纖

46、層（紅色），核基質被染成綠色。層（紅色），核基質被染成綠色。核基質核基質核纖層纖維核纖層纖維核纖層冰凍蝕刻電鏡照片核纖層冰凍蝕刻電鏡照片二、中間纖維的裝配二、中間纖維的裝配和調節(jié)和調節(jié)三、中間纖維的功能三、中間纖維的功能（一）（一） 在細胞內形成完整的網狀骨架系統(tǒng)在細胞內形成完整的網狀骨架系統(tǒng)（二）（二） 為細胞提供機械支持為細胞提供機械支持（三）（三） 參與細胞連接參與細胞連接（四）（四） 參與細胞內信息傳遞及物質運輸參與細胞內信息傳遞及物質運輸（五）（五） 維持細胞核膜穩(wěn)定維持細胞核膜穩(wěn)定（六）（六） 參與細胞分化參與細胞分化（一）（一） 在細胞內形成完整的在細胞內形成完整的網狀骨架系統(tǒng)網

47、狀骨架系統(tǒng) 中間纖維在靠近核區(qū)域多次分支，且與核纖層相中間纖維在靠近核區(qū)域多次分支，且與核纖層相連，整個纖維網架穿過胞質終止于質膜。連，整個纖維網架穿過胞質終止于質膜。細胞骨架成分通過細胞骨架成分通過蛋白交聯橋蛋白交聯橋相互連接相互連接 成纖維細胞局部細胞骨架的冰凍蝕刻電鏡照片成纖維細胞局部細胞骨架的冰凍蝕刻電鏡照片（已選擇性去除微絲）。（已選擇性去除微絲）。 通過由纖維網狀蛋白組成的細長束狀通過由纖維網狀蛋白組成的細長束狀交聯橋交聯橋可可見見中間纖維中間纖維與與微管微管連接。連接。中間纖維中間纖維微管微管（二）（二） 為細胞提供機械支持為細胞提供機械支持 細胞內的中間纖維通過橋粒相互連接形成

48、貫穿于整個細胞內的中間纖維通過橋粒相互連接形成貫穿于整個組織的網絡，支持該組織并抵抗外界壓力與張力。組織的網絡，支持該組織并抵抗外界壓力與張力。 上皮細胞中是角蛋白中間纖維。上皮細胞中是角蛋白中間纖維。 心肌細胞中是結蛋白中間纖維心肌細胞中是結蛋白中間纖維 大腦表皮細胞中為波形中間纖維大腦表皮細胞中為波形中間纖維（三）（三） 參與細胞連接參與細胞連接 中間纖維通過錨定在橋粒中間纖維通過錨定在橋粒和半橋粒上，把一些器官和半橋粒上，把一些器官和皮膚表皮細胞連接在其和皮膚表皮細胞連接在其他細胞或固著在基底膜上。他細胞或固著在基底膜上。 橋粒介導細胞橋粒介導細胞-細胞的黏著細胞的黏著 半橋粒介導細胞半

49、橋粒介導細胞-細胞外基細胞外基質的黏著質的黏著（四）（四）參與細胞內信息傳遞及物質運輸參與細胞內信息傳遞及物質運輸 中間纖維連接質膜及胞外基質，并與核中間纖維連接質膜及胞外基質，并與核纖層相連，形成一個跨膜的信息通道。纖層相連，形成一個跨膜的信息通道。 胞質胞質 mrna 錨定于中間纖維，可能與錨定于中間纖維，可能與 mrna的運輸、定位有關。的運輸、定位有關。（五）（五）維持細胞核膜穩(wěn)定維持細胞核膜穩(wěn)定 核纖層為核被膜提供機械支持，維持細核纖層為核被膜提供機械支持，維持細胞核的形態(tài)。胞核的形態(tài)。（六）（六）參與細胞分化參與細胞分化 不同的中間不同的中間纖維纖維蛋白在各類組織中有特異的表達，蛋

50、白在各類組織中有特異的表達，表明中間表明中間纖維纖維與細胞的分化有密切關系與細胞的分化有密切關系。 胚胎細胞能根據其發(fā)育的方向調節(jié)中間纖維基因的表達。胚胎細胞能根據其發(fā)育的方向調節(jié)中間纖維基因的表達。 小鼠胚胎發(fā)育初期，胚胎細胞表達角蛋白；到第小鼠胚胎發(fā)育初期，胚胎細胞表達角蛋白；到第89d,將要發(fā)育為間葉組織的細胞中，角蛋白表達下降將要發(fā)育為間葉組織的細胞中，角蛋白表達下降并停止，同時出現波形纖維蛋白的表達。并停止，同時出現波形纖維蛋白的表達。 神經外胚層發(fā)育中，首先出現角蛋白的表達，第神經外胚層發(fā)育中，首先出現角蛋白的表達，第11d左右，角蛋白表達停止，波形纖維蛋白出現。左右，角蛋白表達停

51、止，波形纖維蛋白出現。第四節(jié)第四節(jié) 細胞運動細胞運動 高等脊椎動物中的許多活動都需要細胞運高等脊椎動物中的許多活動都需要細胞運動動 傷口愈合傷口愈合預防感染預防感染血液凝固血液凝固早期胚胎細胞的遷移早期胚胎細胞的遷移一、微管與細胞運動一、微管與細胞運動 細胞通過鞭毛和纖毛運動細胞通過鞭毛和纖毛運動 鞭毛：精子的尾部。鞭毛沿長度方向波動，推鞭毛：精子的尾部。鞭毛沿長度方向波動，推動細胞在液體中穿行。動細胞在液體中穿行。 運動機制：略運動機制：略 下圖，海膽精子鞭毛的波形運動下圖，海膽精子鞭毛的波形運動 右圖右圖 纖毛的擊打。纖毛的擊打。 纖毛擊打的不同階段。纖毛擊打的不同階段。 纖毛以時間波方式

52、擊打。纖毛以時間波方式擊打。 在此過程中，同一排的在此過程中，同一排的纖毛處于擊打周期的同纖毛處于擊打周期的同一階段，而相鄰各排的一階段，而相鄰各排的纖毛則處于周期的不同纖毛則處于周期的不同階段。階段。二、微絲與細胞運動二、微絲與細胞運動 細胞運動與其它運動（如步細胞運動與其它運動（如步行）有共同特征。行）有共同特征。 在培養(yǎng)皿表面蠕動的小鼠成在培養(yǎng)皿表面蠕動的小鼠成纖維細胞的掃描電鏡照片。纖維細胞的掃描電鏡照片。 細胞的前緣分散成扁平的片狀細胞的前緣分散成扁平的片狀足。足。 細胞在基質上爬行時發(fā)生的細胞在基質上爬行時發(fā)生的重復的活動順序。重復的活動順序。tailleadingarp2/3復合

53、物復合物 arp 代表代表肌動蛋白相關蛋白肌動蛋白相關蛋白(actin - related protein)是一種蛋白復合物，在體內外都能使肌動蛋白是一種蛋白復合物，在體內外都能使肌動蛋白纖維成核。纖維成核。 arp2/3 復合物由復合物由 arp2 和和 arp3 組成，形成添加肌組成，形成添加肌動蛋白單體的模板。動蛋白單體的模板。 arp2/3復合物使肌動蛋白纖維在負端成核，在正端復合物使肌動蛋白纖維在負端成核，在正端快速延伸?？焖傺由?。肌動蛋白纖維成網肌動蛋白纖維成網 arp2/3 復合物以復合物以70 結合在先存的肌動蛋白纖維上，成結合在先存的肌動蛋白纖維上，成核，形成新的纖維再成網。核，形成新的纖維再成網。非肌肉細胞定向運動的推測機制非肌肉細胞定向運動的推測機制第五節(jié)第五節(jié) 細胞骨架與疾?。裕┘毎羌芘c疾?。裕?/p>