細(xì)胞分子生物學(xué)11PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1成分3.中間纖維（intemediate filament）使細(xì)胞具有張力和抗剪切力。1.微絲（microfilament）確定細(xì)胞表面特征，使細(xì)胞能夠運(yùn)動(dòng)和收縮。2.微管（microtubule）確定膜性細(xì)胞器的位置和作為膜泡運(yùn)輸?shù)膶?dǎo)軌。細(xì)胞質(zhì)骨架4.核基質(zhì)5.染色體支架6.核纖層細(xì)胞核骨架第1頁(yè)/共57頁(yè)肌動(dòng)蛋白纖維肌動(dòng)蛋白纖維中間纖維中間纖維微管微管馬達(dá)蛋白馬達(dá)蛋白馬達(dá)蛋白馬達(dá)蛋白上皮細(xì)胞上皮細(xì)胞中間纖維中間纖維微管微管神經(jīng)細(xì)胞神經(jīng)細(xì)胞馬達(dá)蛋白馬達(dá)蛋白分裂細(xì)胞分裂細(xì)胞微管微管肌動(dòng)蛋白纖維肌動(dòng)蛋白纖維結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)和支撐細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸收縮和運(yùn)動(dòng)收縮和運(yùn)動(dòng)空間組織結(jié)構(gòu)空間組織結(jié)

2、構(gòu)肌動(dòng)蛋白纖維肌動(dòng)蛋白纖維（A A）（B B）（C C）細(xì)胞骨架的基本類型與主要功能示意圖 第2頁(yè)/共57頁(yè)第一節(jié) 細(xì)胞質(zhì)骨架 一. 微絲 二. 微管 三. 中間纖維第3頁(yè)/共57頁(yè)一、 微絲 (microfilament , MF)又稱肌動(dòng)蛋白纖維（actin filament）或纖維形肌動(dòng)蛋白（Factin），是由球形肌動(dòng)蛋白（G-actin）單體形成的多聚體，直徑約7nm的骨架纖維 。第4頁(yè)/共57頁(yè)傳統(tǒng)模型：微絲是由兩條肌動(dòng)蛋白單鏈螺旋盤繞形成的纖維傳統(tǒng)模型：微絲是由兩條肌動(dòng)蛋白單鏈螺旋盤繞形成的纖維新興模型：微絲是由一條肌動(dòng)蛋白單體鏈形成的螺旋，新興模型：微絲是由一條肌動(dòng)蛋白單體鏈形

3、成的螺旋，每個(gè)肌動(dòng)蛋白單體周圍都有每個(gè)肌動(dòng)蛋白單體周圍都有4 4個(gè)亞單位，呈上下及兩側(cè)排列個(gè)亞單位，呈上下及兩側(cè)排列第5頁(yè)/共57頁(yè)(一)、分子結(jié)構(gòu)1.肌動(dòng)蛋白的分類：肌動(dòng)蛋白：有4種，分別為橫紋肌、心肌、血管平滑肌和腸道平滑肌所特有；肌動(dòng)蛋白和肌動(dòng)蛋白：見(jiàn)于所有肌肉細(xì)胞和非肌肉細(xì)胞胞質(zhì)中。2.形狀：actin單體外觀呈啞鈴形，稱球形肌動(dòng)蛋白G-actin；多聚體稱為纖維形肌動(dòng)蛋白F-actin。3.變異：actin在進(jìn)化上高度保守，酵母和兔子肌肉的肌動(dòng)蛋白有88%的同源性。第6頁(yè)/共57頁(yè) 條件：ATP、適宜的溫度、存在Ca2+、K+和Mg2+離子。解聚：在含有ATP和Ca2+以及低濃度的N

4、a+ 、K+等陽(yáng)離子溶液中，趨于解離成G-action。聚合：在Mg2+和高濃度的Na+ 、K+溶液誘導(dǎo)下， G-action裝配為纖維狀肌動(dòng)蛋白，新的Gaction加到微絲末端，使微絲延伸。(二)、微絲的裝配第7頁(yè)/共57頁(yè) 過(guò)程：2-3個(gè)actin聚集成一個(gè)核心（核化）；ATP-actin分子向核心兩端加合。微絲具有極性，ATP-actin加到(+)極的速度要比加到(-)極的速度快5-10倍。溶液中ATP-肌動(dòng)蛋白的濃度處于臨界濃度時(shí)，ATP-肌動(dòng)蛋白在(+)端添加，而從(-)端分離，表現(xiàn)出 “踏車”現(xiàn)象 （Tread milling)。(二)、微絲的裝配第8頁(yè)/共57頁(yè)“踏車”現(xiàn)象 （T

5、readmilling)第9頁(yè)/共57頁(yè)細(xì)胞中大多數(shù)微絲結(jié)構(gòu)處于動(dòng)態(tài)的組裝和去組裝過(guò)程中，并通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)其功能。細(xì)胞松弛素（cytochalasin）可切斷微絲纖維，并結(jié)合在微絲末端抑制肌動(dòng)蛋白加合到微絲纖維上，特異性的抑制微絲功能。鬼筆環(huán)肽（phalloidin）與微絲能夠特異性的結(jié)合，使微絲纖維穩(wěn)定而抑制其解聚。熒光標(biāo)記的鬼筆環(huán)肽可特異性的顯示微絲。第10頁(yè)/共57頁(yè)（三）、微絲結(jié)合蛋白v1 1肌肉收縮系統(tǒng)中的有關(guān)蛋白：肌肉收縮系統(tǒng)中的有關(guān)蛋白：肌球蛋白肌球蛋白(myosin)(myosin)：約占肌肉總蛋白：約占肌肉總蛋白50%50%，含，含有有4 4條多肽鏈（條多肽鏈（2 2條重鏈

6、，條重鏈，2 2條輕鏈），兩股重條輕鏈），兩股重鏈盤繞成雙股鏈盤繞成雙股螺旋。肌球蛋白頭部具螺旋。肌球蛋白頭部具ATPATP酶酶活力，構(gòu)成粗絲的橫橋，是與肌動(dòng)蛋白分子結(jié)活力，構(gòu)成粗絲的橫橋，是與肌動(dòng)蛋白分子結(jié)合的位置。合的位置。第11頁(yè)/共57頁(yè)頭頭部部頸頸部部尾尾部部調(diào)節(jié)輕鏈調(diào)節(jié)輕鏈基本輕鏈基本輕鏈肌球蛋白肌球蛋白II第12頁(yè)/共57頁(yè)（三）、微絲結(jié)合蛋白v1 1肌肉收縮系統(tǒng)中的有關(guān)蛋白：肌肉收縮系統(tǒng)中的有關(guān)蛋白：原肌球蛋白原肌球蛋白（tropomyosintropomyosin，TmTm）：在肌肉中占蛋白）：在肌肉中占蛋白的的5-10%5-10%，由兩條平行的多肽鏈形成，由兩條平行的多肽鏈

7、形成螺旋構(gòu)型螺旋構(gòu)型, ,位于位于肌動(dòng)蛋白螺旋溝內(nèi)。原肌球蛋白結(jié)合于細(xì)肌絲，調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白螺旋溝內(nèi)。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結(jié)合。肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白頭部結(jié)合。肌鈣蛋白肌鈣蛋白（troponintroponin，TnTn）：含）：含3 3個(gè)亞基，肌鈣蛋白個(gè)亞基，肌鈣蛋白C C（Tn-CTn-C）特異與）特異與CaCa2+2+結(jié)合；肌鈣蛋白結(jié)合；肌鈣蛋白T T（Tn-TTn-T）與原?。┡c原肌球蛋白有高度親和力；肌鈣蛋白球蛋白有高度親和力；肌鈣蛋白I I（Tn-ITn-I）抑制肌球）抑制肌球蛋白蛋白ATPaseATPase的活性。的活性。第13頁(yè)/共57頁(yè) 肌球蛋白，肌動(dòng)蛋

8、白和肌鈣蛋白（Tropomyosin, actin and troponin）肌動(dòng)蛋白肌動(dòng)蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白CaCa2+2+結(jié)合位結(jié)合位點(diǎn)點(diǎn)肌鈣蛋白復(fù)合體肌鈣蛋白復(fù)合體肌球蛋白結(jié)合位肌球蛋白結(jié)合位點(diǎn)點(diǎn)第14頁(yè)/共57頁(yè)v2非肌肉細(xì)胞中的微絲結(jié)合蛋白：沒(méi)有肌鈣蛋白，但存有肌球蛋白、原肌球蛋白、輔肌動(dòng)蛋白微絲結(jié)合蛋白：與微絲裝配及其功能有密切關(guān)系（三）、微絲結(jié)合蛋白第15頁(yè)/共57頁(yè)蛋白蛋白相對(duì)分子質(zhì)量相對(duì)分子質(zhì)量/10/103 3功能功能110K110K蛋白蛋白110110肌球蛋白，從肌動(dòng)蛋白纖維肌球蛋白，從肌動(dòng)蛋白纖維側(cè)向連接微絨毛細(xì)胞膜，在側(cè)向連接微絨毛細(xì)胞膜，在運(yùn)動(dòng)細(xì)胞的前沿產(chǎn)生動(dòng)力

9、。運(yùn)動(dòng)細(xì)胞的前沿產(chǎn)生動(dòng)力。輔肌動(dòng)蛋白輔肌動(dòng)蛋白200參與微絲與膜的結(jié)合，可橫參與微絲與膜的結(jié)合，可橫向連接微絲形成束，在肌節(jié)向連接微絲形成束，在肌節(jié)中具結(jié)構(gòu)作用中具結(jié)構(gòu)作用。鈣調(diào)蛋白低CaCa2+2+條件下與原肌球蛋白條件下與原肌球蛋白及肌動(dòng)蛋白結(jié)合，阻止肌球及肌動(dòng)蛋白結(jié)合，阻止肌球蛋白的結(jié)合。蛋白的結(jié)合。細(xì)絲蛋白細(xì)絲蛋白兩個(gè)兩個(gè)270270亞基亞基橫向連接相鄰微絲，形橫向連接相鄰微絲，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)見(jiàn) p323第16頁(yè)/共57頁(yè)（四）、微絲性細(xì)胞骨架的功能1.1.肌肉收縮肌肉收縮2.2.微絨毛微絨毛3.3.應(yīng)力纖維應(yīng)力纖維4.4.溶膠層和阿米巴運(yùn)動(dòng)溶膠層和阿米巴運(yùn)動(dòng)5.5.

10、胞質(zhì)分裂環(huán)胞質(zhì)分裂環(huán)第17頁(yè)/共57頁(yè)v 1.肌細(xì)胞的組成：由肌原纖維組成，肌原纖維包括粗肌絲和細(xì)肌絲，粗肌絲主要成分是肌球蛋白，細(xì)肌絲的主要成分是肌動(dòng)蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白。v 2.肌肉收縮：由肌動(dòng)蛋白絲與肌球蛋白絲的相對(duì)滑動(dòng)所致。v 3.肌肉收縮的基本單位：肌小節(jié)（sarcomere）。肌小節(jié)是相鄰兩Z線間的單位。主要結(jié)構(gòu)有：A帶（暗帶）：為粗肌絲所在。H區(qū)：A帶中央色淺部份，此處只有粗肌絲。I帶（明帶）：只含細(xì)肌絲部分。Z線：細(xì)肌絲一端游離，一端附于Z線 。功能I.肌肉收縮第18頁(yè)/共57頁(yè)第19頁(yè)/共57頁(yè)肌小節(jié)第20頁(yè)/共57頁(yè)v 4.肌肉收縮的過(guò)程： 動(dòng)作電位的產(chǎn)生，肌肉細(xì)胞膜

11、去極化； 鈣離子釋放； 原肌球蛋白位移； 肌動(dòng)蛋白絲與肌球蛋白絲的相對(duì)滑動(dòng)。 功能I.肌肉收縮第21頁(yè)/共57頁(yè)肌動(dòng)蛋白肌動(dòng)蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白CaCa2+2+結(jié)合位結(jié)合位點(diǎn)點(diǎn)肌鈣蛋白復(fù)合體肌鈣蛋白復(fù)合體肌球蛋白結(jié)合位肌球蛋白結(jié)合位點(diǎn)點(diǎn)動(dòng)作電位的產(chǎn)生，肌肉細(xì)胞膜去極化；鈣離子釋放；原肌球蛋白位移；第22頁(yè)/共57頁(yè)肌球蛋白頭部肌球蛋白頭部肌動(dòng)蛋白肌動(dòng)蛋白肌球蛋白纖維肌球蛋白纖維肌球蛋白頭部解離肌球蛋白頭部解離（1）結(jié)合）結(jié)合ATP（2）ATP水解水解頭部彎曲，結(jié)頭部彎曲，結(jié)合新的肌動(dòng)蛋合新的肌動(dòng)蛋白亞單位白亞單位肌動(dòng)蛋白絲與肌球蛋白絲的相對(duì)滑動(dòng)。（1）肌球蛋白結(jié)合ATP，引起頭部與肌動(dòng)蛋白

12、纖維分離；（2）ATP水解，引起頭部與肌動(dòng)蛋白弱結(jié)合；第23頁(yè)/共57頁(yè)（2）ATP水解頭部彎曲，結(jié)合新的肌動(dòng)蛋白亞單位（3）Pi釋放頭部彎曲，扭向纖維（4）ADP釋放(3)Pi釋放，頭部與肌動(dòng)蛋白強(qiáng)結(jié)合，頭部向M線方向彎曲，引起細(xì)肌絲向M線移動(dòng)；(4)ADP釋放ATP結(jié)合上去，頭部與肌動(dòng)蛋白纖維分離。如此循環(huán) 第24頁(yè)/共57頁(yè)功能II形成微絨毛v 1.代表：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。v 2.成分：不含肌球蛋白、原肌球蛋白和輔肌動(dòng)蛋白；含有微絲結(jié)合蛋白等。v 3.功能：起維持微絨毛形狀的作用，無(wú)收縮功能。第25頁(yè)/共57頁(yè)功能III形成應(yīng)力纖維v 1.代表

13、：是真核細(xì)胞中廣泛存在的微絲束結(jié)構(gòu)。v 2.成分：含肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和輔肌動(dòng)蛋白等。v 3.功能：結(jié)構(gòu)類似肌原纖維，使細(xì)胞具有抗剪切力；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。第26頁(yè)/共57頁(yè)培養(yǎng)的上皮細(xì)胞中的應(yīng)力纖維（微絲紅色、微管綠色）第27頁(yè)/共57頁(yè)功能IV細(xì)胞的變形運(yùn)動(dòng) (溶膠層和阿米巴運(yùn)動(dòng))v 1.溶膠層：細(xì)胞膜下的一層富含肌動(dòng)蛋白纖維的區(qū)域。這些肌動(dòng)蛋白纖維平行于質(zhì)膜排列，并與膜連接，形成纖維網(wǎng)格。v 2.功能：為細(xì)胞提供強(qiáng)度和韌性，維持細(xì)胞形狀。細(xì)胞的多種運(yùn)動(dòng)，如胞質(zhì)環(huán)流、阿米巴運(yùn)動(dòng)、變皺膜運(yùn)動(dòng)及吞噬都與肌動(dòng)蛋白的溶膠與凝膠及其相互轉(zhuǎn)化有關(guān)。v

14、3.抑制劑：細(xì)胞松弛素第28頁(yè)/共57頁(yè)功能V形成胞質(zhì)分裂環(huán)v 1.定義：有絲分裂末期，兩個(gè)即將分裂的子細(xì)胞之間產(chǎn)生的一個(gè)收縮環(huán)。v 2.成分：由大量平行排列的微絲組成，由分裂末期胞質(zhì)中的肌動(dòng)蛋白裝配而成。收縮環(huán)是非肌肉細(xì)胞中具有收縮功能的微絲束的典型代表。v 3.功能：使兩子細(xì)胞被分開(kāi)。第29頁(yè)/共57頁(yè)第30頁(yè)/共57頁(yè)二、 微管 (microtubule , MT)微管在胞質(zhì)中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，作為運(yùn)輸路軌并起支撐作用。微管是由微管蛋白組成的管狀結(jié)構(gòu)，對(duì)低溫、高壓和秋水仙素敏感。第31頁(yè)/共57頁(yè)上皮細(xì)胞中的微管（紅色）和細(xì)胞核（黃色）第32頁(yè)/共57頁(yè)原纖維原纖維微管蛋白二聚體微管蛋白二聚

15、體第33頁(yè)/共57頁(yè)（一）、分子結(jié)構(gòu)1.形態(tài)：微管是由13條原纖維構(gòu)成的中空管狀結(jié)構(gòu)，外徑24 nm，內(nèi)徑15 nm。2.成分：每一條原纖維由微管蛋白二聚體線性排列而成。微管蛋白二聚體由結(jié)構(gòu)相似的和球蛋白構(gòu)成。第34頁(yè)/共57頁(yè)第35頁(yè)/共57頁(yè)3.裝配：微管具有極性，(+)極生長(zhǎng)速度快，(-)極生長(zhǎng)速度慢。(+)極的最外端是球蛋白，(-)極的最外端是球蛋白。微管和微絲一樣具有踏車行為。微管形成的有些結(jié)構(gòu)是比較穩(wěn)定，是由于微管結(jié)合蛋白的作用和酶修飾的原因。如軸突、纖毛、鞭毛。大多數(shù)微管處于動(dòng)態(tài)組裝和去組裝狀態(tài)（如紡錘體）。秋水仙素、長(zhǎng)春花堿抑制微管裝配。紫杉酚和重水（D2O)能促進(jìn)微管的裝配,

16、 并使已形成的微管穩(wěn)定。第36頁(yè)/共57頁(yè)微管兩端具微管兩端具有有GTP帽，帽，將持續(xù)裝配。將持續(xù)裝配。第37頁(yè)/共57頁(yè)微管兩端具有GDP帽，則解聚。第38頁(yè)/共57頁(yè)（二）、微管結(jié)合蛋白（ microtubule associated proteins MAPs）MAP分子至少包含一個(gè)結(jié)合微管的結(jié)構(gòu)域和一個(gè)向外突出的結(jié)構(gòu)域。突出部位伸到微管外與其它細(xì)胞組分（如微管束、中間纖維、質(zhì)膜）結(jié)合。主要功能：促進(jìn)微管組裝。增加微管穩(wěn)定性。促進(jìn)微管聚集成束。第39頁(yè)/共57頁(yè)（三）、微管組織中心（microtubule organizing center, MTOCs）是微管進(jìn)行組裝的區(qū)域，都具有微管

17、球蛋白 ，如：中心體、鞭毛基體。第40頁(yè)/共57頁(yè)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)，叫做外中心粒物質(zhì)（PCM）。中心粒由9組3聯(lián)微管構(gòu)成，具有召集PCM的作用。MTOC處微管蛋白以環(huán)狀的球蛋白復(fù)合體為模板核化、先組裝出（-）極，然后開(kāi)始生長(zhǎng)。提純的微管，在微酸性環(huán)境，適宜的溫度，存在GTP、Mg2+和去除Ca2+的條件下能自發(fā)的組裝成11條原纖維的微管。第41頁(yè)/共57頁(yè)微管在細(xì)胞的定位 第42頁(yè)/共57頁(yè)（四）、微管的功能1、支架作用,維持細(xì)胞形態(tài)第43頁(yè)/共57頁(yè)2、細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸是胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)穆奋?。涉及兩大類馬達(dá)蛋白：驅(qū)動(dòng)蛋白kinesin，動(dòng)力蛋白dyenin，均需

18、ATP供能。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 ，能向著微管（+）極運(yùn)輸小泡 。第44頁(yè)/共57頁(yè)3、鞭毛和纖毛的運(yùn)動(dòng)纖毛與鞭毛是相似的兩種細(xì)胞外長(zhǎng)物，前者較短。結(jié)構(gòu)：由基體和鞭桿兩部分構(gòu)成。纖毛中的微管為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。A管向相鄰B管伸出兩條動(dòng)力蛋白臂，并向纖毛中央發(fā)出一條輻。基體的微管組成為9+0。鞭毛運(yùn)動(dòng)原理：動(dòng)力蛋白臂的dynein水解ATP作功，使相鄰的二聯(lián)微管相互滑動(dòng)。第45頁(yè)/共57頁(yè)第46頁(yè)/共57頁(yè)第47頁(yè)/共57頁(yè)第48頁(yè)/共57頁(yè)4、形成紡錘體 在細(xì)胞分裂中牽引染色體到達(dá)分裂極。第49頁(yè)/共57頁(yè)三、中間纖維（intermediate filaments，IF）直徑10nm左右，介于微絲和微管之間，故名。IF是最穩(wěn)定的細(xì)胞骨架成分，主要起支撐作用。IF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)。第50頁(yè)/共57頁(yè)分為5類：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。（一）、類 型第51頁(yè)/共57頁(yè)(二)、結(jié)構(gòu)與裝配 1.結(jié)構(gòu)由螺旋化桿狀區(qū)，以及兩端非螺旋化的球形頭（N端）尾（C端）