第6章細胞骨架

1、第六章第六章細胞骨架細胞骨架細胞骨架（細胞骨架（Cytoskeleton）廣義的細胞骨架廣義的細胞骨架(cytoskeleton)包括細胞質骨架、包括細胞質骨架、細胞核骨架和細胞膜骨架。細胞核骨架和細胞膜骨架。本章主要介紹細胞質骨架本章主要介紹細胞質骨架v第一節(jié)第一節(jié) 微絲（微絲（microfilament , MF）v第二節(jié)第二節(jié) 微管（微管（microtubule, MT）v第三節(jié)第三節(jié) 中間纖維（中間纖維（intermediate filament, IF）微絲微絲中間纖維中間纖維微管微管vAF 微絲微絲 7nmv由肌動蛋白由肌動蛋白Actin組成的雙股螺旋組成的雙股螺旋v柔軟的柔軟的,

2、呈束狀或網絡狀呈束狀或網絡狀v分布于整個細胞內分布于整個細胞內,集中在細胞膜集中在細胞膜內側內側vIF 中間纖維中間纖維 10nmv由多種蛋白組成由多種蛋白組成v柔軟的柔軟的,呈繩狀呈繩狀v給予細胞機械張力給予細胞機械張力vMT 微管微管 26nmv由微管蛋白由微管蛋白tubulin組成的中空圓組成的中空圓柱體柱體v長、直、堅硬長、直、堅硬v與微管組織中心與微管組織中心 (中心體中心體)相連相連細胞骨架參與各種形式的細胞運動細胞骨架參與各種形式的細胞運動v細胞內物質和細胞器的運動細胞內物質和細胞器的運動v細胞的運動和定位細胞的運動和定位v肌肉收縮肌肉收縮 (心肌心肌, 平滑肌平滑肌, 骨骼肌骨

3、骼肌)v細胞形態(tài)的維持和改變細胞形態(tài)的維持和改變v細胞與其周圍環(huán)境之間的黏附細胞與其周圍環(huán)境之間的黏附v細胞極性的調節(jié)細胞極性的調節(jié)v細胞分裂細胞分裂v對外界機械和化學刺激的反應對外界機械和化學刺激的反應第一節(jié)第一節(jié)微絲微絲(microfilament，actin filament)一一. 微絲的組成及結構微絲的組成及結構 v微絲是由肌動微絲是由肌動蛋白（蛋白（actin）組成的直徑為組成的直徑為7nm 的骨架纖的骨架纖維。維。微絲的化學組成微絲的化學組成肌動蛋白肌動蛋白肌動蛋白單體有肌動蛋白單體有ATP 或或 ADP結合位點結合位點 微絲由兩根原纖絲組成微絲由兩根原纖絲組成, 呈螺旋狀呈螺旋

4、狀肌動蛋白單體肌動蛋白單體肌動蛋白絲（微絲肌動蛋白絲（微絲AF）正極正極負極負極正極正極負極負極Actin的種類的種類共有共有6種種actin v肌動蛋白肌動蛋白 分別為橫紋肌、心肌、血管平滑肌和分別為橫紋肌、心肌、血管平滑肌和腸道平滑肌所特有；腸道平滑肌所特有；v肌動蛋白肌動蛋白v肌動蛋白肌動蛋白 所有肌肉細胞和非肌肉細胞都有所有肌肉細胞和非肌肉細胞都有微絲的結構特點微絲的結構特點肌動蛋白單體具有極性，裝配時呈頭尾相接，肌動蛋白單體具有極性，裝配時呈頭尾相接，故微絲也具有極性，具有踏車現象故微絲也具有極性，具有踏車現象 + actin-ADP actin-ATP 二二. . 微絲的組裝及動力

5、學特征微絲的組裝及動力學特征v 以以3個肌動蛋白單體個肌動蛋白單體為核心為核心v(+) 極裝配比極裝配比() 極快極快核心核心延伸延伸動態(tài)平衡動態(tài)平衡肌動蛋白單體濃度對微絲裝配的影響肌動蛋白單體濃度對微絲裝配的影響臨界濃度臨界濃度(Cc)是肌動蛋白單體與微絲達到動態(tài)平衡時的濃度是肌動蛋白單體與微絲達到動態(tài)平衡時的濃度 肌動蛋白單體濃度大于肌動蛋白單體濃度大于 Cc, 則裝配微絲則裝配微絲肌動蛋白單體濃度小于肌動蛋白單體濃度小于 Cc, 則微絲解聚則微絲解聚踏車行為踏車行為v (+) 極裝配快于極裝配快于 () 極極 Cc（負極（負極) Cc (正極正極)v(+) 極裝配極裝配, () 極極 解

6、聚解聚Cc (正極正極) C Cc （負極（負極)ATPATPATPATPATPATPATPADPADPADPADP踏車行為踏車行為微絲的體內外組裝微絲的體內外組裝v 體外裝配體外裝配組裝組裝：有：有Mg2+和高濃度的和高濃度的Na+、K+陽離子陽離子解聚解聚：有：有Ca2+和低濃度的和低濃度的Na+、K+陽離子陽離子v體內裝配體內裝配 在體內，有些微絲是在體內，有些微絲是永久性的結構永久性的結構，如肌細胞，如肌細胞中的細絲和小腸上皮細胞微絨毛中的微絲等。中的細絲和小腸上皮細胞微絨毛中的微絲等。 有些微絲是有些微絲是暫時性的結構暫時性的結構，如胞質分裂時的收，如胞質分裂時的收縮環(huán)、血小板激活時

7、絲狀突起中的微絲等。通縮環(huán)、血小板激活時絲狀突起中的微絲等。通常微絲是一種動態(tài)結構，不斷進行裝配和解聚。常微絲是一種動態(tài)結構，不斷進行裝配和解聚。血小板的形態(tài)變化血小板的形態(tài)變化A. 細胞處于靜止狀態(tài)細胞處于靜止狀態(tài)B. 細胞固著并伸出偽足細胞固著并伸出偽足C. 細胞處于鋪展狀態(tài)細胞處于鋪展狀態(tài)影響微絲組裝的特異性藥物影響微絲組裝的特異性藥物v細胞松弛素細胞松弛素B：切斷微絲，并結合在微絲：切斷微絲，并結合在微絲末端阻止聚合；末端阻止聚合；v鬼筆環(huán)肽：穩(wěn)定微絲，抑制解聚。鬼筆環(huán)肽：穩(wěn)定微絲，抑制解聚。三三. 微絲結合蛋白微絲結合蛋白微絲結合蛋白有微絲結合蛋白有40多種，功能多樣多種，功能多樣v

8、輔肌動蛋白：輔肌動蛋白：參與微絲與膜的結合參與微絲與膜的結合， 也可橫向連接微絲形成束；也可橫向連接微絲形成束；v紐蛋白：紐蛋白： 介導微絲結合于細胞膜；介導微絲結合于細胞膜；v絨毛蛋白：在微絨毛的發(fā)生中起關鍵作用；絨毛蛋白：在微絨毛的發(fā)生中起關鍵作用；v毛緣蛋白：毛緣蛋白：形成微絲束形成微絲束；v封端蛋白：結合于纖維一端，阻止肌動蛋白單體的增封端蛋白：結合于纖維一端，阻止肌動蛋白單體的增 加或減少；加或減少；v截斷蛋白：低等真核細胞中，截斷蛋白：低等真核細胞中，將微絲切斷將微絲切斷；v肌球蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白：與肌肉收縮有關肌球蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白：與肌肉收縮有關成核蛋白成核蛋白

9、切割蛋白切割蛋白交聯蛋白交聯蛋白封端蛋白封端蛋白馬達蛋白馬達蛋白毛緣蛋白毛緣蛋白微絨毛微絨毛截斷截斷/封端蛋白封端蛋白severing/capping proteins 截斷并封端截斷并封端交聯蛋白交聯蛋白cross-linking proteins bipolar links in filament bundles, e.g., -actinin filamin cross-links in loose networks Cross-linking of actin filaments v微絲通過交聯蛋微絲通過交聯蛋白白, 成為束狀或成為束狀或網狀排列；網狀排列；v交聯蛋白交聯蛋白為二聚為二

10、聚體體, 分別與兩根分別與兩根微絲結合。微絲結合。微絲微絲的束狀或網狀排列的束狀或網狀排列 Arp2/3 actin-ADP actin-ATP v以以Arp2/3 為核心形成為核心形成分支的微絲分支的微絲,呈現網狀呈現網狀分布；分布；v以以formins 為核心形成為核心形成不分支的微絲不分支的微絲,如張力如張力纖維纖維(stress fibers), 微絲平行排列微絲平行排列, 并附著并附著到細胞膜上。到細胞膜上。 formin actin-ADP actin-ATP plasma membrane 微絲結合蛋白的作用微絲結合蛋白的作用v成核，促使微絲裝配成核，促使微絲裝配(ARP2/3)

11、v與肌動蛋白單體結合，阻止或促使微絲與肌動蛋白單體結合，阻止或促使微絲裝配裝配(thymosin, profilin)v與微絲末端結合與微絲末端結合 (CapZ)v交聯作用，使微絲呈束狀或網狀排列交聯作用，使微絲呈束狀或網狀排列 v截斷和封端作用截斷和封端作用(gelsolin, cofilin)v使微絲與細胞膜相連接使微絲與細胞膜相連接(formins) 四四. 微絲的功能微絲的功能v肌肉收縮肌肉收縮v應力纖維應力纖維v細胞皮層細胞皮層v細胞偽足細胞偽足v微絨毛微絨毛v胞質分裂環(huán)胞質分裂環(huán)Three types of muscle肌纖維束肌纖維束肌原纖維肌原纖維肌纖維肌纖維(肌細胞肌細胞)肌

12、節(jié)肌節(jié)肌節(jié)的結構肌節(jié)的結構Z盤盤A區(qū)區(qū)A區(qū)區(qū)H區(qū)區(qū)H區(qū)區(qū)暗帶暗帶明帶明帶Z盤盤Z盤盤肌原纖維的組成成分肌原纖維的組成成分v細絲細絲- 肌動蛋白肌動蛋白 原肌球蛋白原肌球蛋白 肌鈣蛋白肌鈣蛋白 ( TnC、 TnT、 TnI)v 粗絲粗絲- 肌球蛋白肌球蛋白HMM（S1頭部、頭部、S2 桿部）桿部） 肌球蛋白肌球蛋白LMM粗絲的組成成分粗絲的組成成分肌球蛋白肌球蛋白v肌球蛋白由肌球蛋白由2條重鏈條重鏈和和2條輕鏈組成條輕鏈組成v兩股重鏈繞成兩股重鏈繞成螺旋螺旋v經蛋白酶處理，分成經蛋白酶處理，分成重酶解肌球蛋白重酶解肌球蛋白（HMM)和輕酶解肌和輕酶解肌球蛋白球蛋白(LMM)v肌球蛋白頭部肌球蛋

13、白頭部（HMM-S1)具有具有ATP酶活性，能與酶活性，能與Actin結合結合胰蛋白酶處理胰蛋白酶處理木瓜蛋白酶處理木瓜蛋白酶處理頭部頭部桿部桿部粗絲的結構粗絲的結構Functiov肌球蛋白尾尾相對，排列成粗絲；肌球蛋白尾尾相對，排列成粗絲；v肌球蛋白的頭部具有肌球蛋白的頭部具有ATP酶活性酶活性，構成粗絲，構成粗絲的橫橋，與肌動蛋白分子結合。的橫橋，與肌動蛋白分子結合。細絲的組成成分細絲的組成成分v肌動蛋白肌動蛋白 呈微絲結構呈微絲結構v原肌球蛋白原肌球蛋白(Tropomyosin)由兩條平行的多肽鏈形成由兩條平行的多肽鏈形成螺旋，位于肌動蛋白螺旋，位于肌動蛋白絲螺旋結構的溝中。一個原肌球蛋

14、白分子的長度絲螺旋結構的溝中。一個原肌球蛋白分子的長度相當于個肌動蛋白分子。相當于個肌動蛋白分子。v肌鈣蛋白肌鈣蛋白(Troponin)含個亞基，含個亞基，TnC、 TnT、 TnI TnC與與Ca2+結合，結合，TnT與原肌球蛋白結合，與原肌球蛋白結合，TnI抑制肌球蛋白抑制肌球蛋白ATPase的活性的活性細絲的結構細絲的結構 肌肉收縮的滑動機制肌肉收縮的滑動機制 Ca 2+ 誘導肌球蛋白向肌動蛋白的（）極移動誘導肌球蛋白向肌動蛋白的（）極移動肌球蛋白是（肌球蛋白是（+）極方向的馬達蛋白）極方向的馬達蛋白肌球蛋白肌球蛋白肌動蛋白絲肌動蛋白絲 （帶熒光標記）（帶熒光標記）肌肉收縮的機制肌肉收縮

15、的機制與與ATP結合時，結合時，頭部與肌動蛋白頭部與肌動蛋白分離分離 與與ADP結合時，結合時，頭部與肌動蛋白頭部與肌動蛋白結合結合每水解個每水解個ATP，肌球蛋白頭部在細，肌球蛋白頭部在細絲上移動個肌動蛋白分子的距離，絲上移動個肌動蛋白分子的距離，約約3nm 。細胞質細胞質Ca2+ 濃度升高啟動肌肉收縮濃度升高啟動肌肉收縮 肌質網肌質網肌原纖維肌原纖維亮帶亮帶亮帶亮帶暗帶暗帶肌球蛋白肌球蛋白結合位點結合位點肌動蛋白肌動蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白肌鈣蛋白肌鈣蛋白當肌鈣蛋白與當肌鈣蛋白與Ca 2+結合時，與原結合時，與原肌球蛋白的結合就減弱，原肌球肌球蛋白的結合就減弱，原肌球蛋白從提升位置降落到微

16、絲的溝蛋白從提升位置降落到微絲的溝內，暴露出肌動蛋白上與肌球蛋內，暴露出肌動蛋白上與肌球蛋白結合的位點，引起肌肉收縮。白結合的位點，引起肌肉收縮。四四. 微絲的功能微絲的功能v肌肉收縮肌肉收縮v應力纖維應力纖維v細胞皮層細胞皮層v細胞偽足細胞偽足v微絨毛微絨毛v胞質分裂環(huán)胞質分裂環(huán)應力纖維應力纖維(stress fiber)(stress fiber)v應力纖維應力纖維(stress fiber)(stress fiber)又稱為張力纖維；又稱為張力纖維；v由大量反向平行排列的微絲及其結合蛋白組由大量反向平行排列的微絲及其結合蛋白組成；成；v應力纖維通過黏著斑與細胞外基質相連，使應力纖維通過黏

17、著斑與細胞外基質相連，使體外培養(yǎng)的細胞在基質表面鋪展；體外培養(yǎng)的細胞在基質表面鋪展；v應力纖維還在細胞形態(tài)發(fā)生、細胞分化和組應力纖維還在細胞形態(tài)發(fā)生、細胞分化和組織建成等方面具有重要作用?？椊ǔ傻确矫婢哂兄匾饔?。 細胞中的微絲分布狀態(tài)細胞中的微絲分布狀態(tài)反平行束狀分布，起收縮作用反平行束狀分布，起收縮作用 二維網狀分布，起支持作用二維網狀分布，起支持作用平行分布，使細胞膜突起平行分布，使細胞膜突起ABC偽足偽足皮層皮層張力纖維張力纖維四四. 微絲的功能微絲的功能v肌肉收縮肌肉收縮v應力纖維應力纖維v細胞皮層細胞皮層v細胞偽足細胞偽足v微絨毛微絨毛v胞質分裂環(huán)胞質分裂環(huán)細胞皮層和細胞偽足細胞皮

18、層和細胞偽足v細胞皮層細胞皮層(cell cortex)是指細胞膜下一層富是指細胞膜下一層富含微絲的區(qū)域，由微絲結合蛋白將不同方向含微絲的區(qū)域，由微絲結合蛋白將不同方向的微絲交聯形成三維網絡結構，使該區(qū)域的的微絲交聯形成三維網絡結構，使該區(qū)域的細胞質呈凝膠狀，因此皮層又可稱為凝膠層。細胞質呈凝膠狀，因此皮層又可稱為凝膠層。v細胞偽足中充滿著網狀排列或同向平行排列細胞偽足中充滿著網狀排列或同向平行排列的微絲，細胞可以沿著偽足形成的方向前進。的微絲，細胞可以沿著偽足形成的方向前進。 ARP2/3ARP2/3組裝片狀偽足中的微絲網絡組裝片狀偽足中的微絲網絡Arp2/3 以以70度角結合到微絲上度角結

19、合到微絲上, 組裝新的微絲；組裝新的微絲； 產生產生Y形的分支；形的分支；在運動的細胞中在運動的細胞中, 網狀分布的微絲結構產生推力網狀分布的微絲結構產生推力, 推動細胞膜向前移動。推動細胞膜向前移動。微絲推動細胞膜突起運動微絲推動細胞膜突起運動ARP2/3 (orange) 以以70度角組裝新微絲；度角組裝新微絲；微絲延伸微絲延伸, 推動細胞膜向推動細胞膜向前伸出；前伸出；達到穩(wěn)定狀態(tài)后達到穩(wěn)定狀態(tài)后, 微絲被微絲被 帽狀蛋白帽狀蛋白(blue)封端封端, 新新的單體就不能添加上去。的單體就不能添加上去。 微絲中的肌動蛋白呈現微絲中的肌動蛋白呈現ADP結合形式；結合形式；ADP結合形式的肌動

20、蛋結合形式的肌動蛋白易被白易被 cofilin (green)解聚。解聚。四四. 微絲的功能微絲的功能v肌肉收縮肌肉收縮v應力纖維應力纖維v細胞皮層細胞皮層v細胞偽足細胞偽足v微絨毛微絨毛v胞質分裂環(huán)胞質分裂環(huán)第二節(jié)第二節(jié)微管微管(microtubule)一一. 微管的組成及結構微管的組成及結構v微管由微管蛋白微管由微管蛋白(tubulin、)異二聚體裝配而成；異二聚體裝配而成；v微管蛋白二聚體有微管蛋白二聚體有2個個GTP結合位點，二價陽離子結合位點，結合位點，二價陽離子結合位點，1個秋水個秋水仙素、仙素、1個長春花堿和個長春花堿和1個紫杉醇結合位點個紫杉醇結合位點微管蛋白微管蛋白上上的的G

21、TP是不是不能交換的能交換的微管蛋白微管蛋白上上的的GDP能與能與 GTP發(fā)生交發(fā)生交換換微管的結構特點微管的結構特點v異二聚體頭尾相連形成原纖維；異二聚體頭尾相連形成原纖維；v13根原纖維側向連接形成外徑根原纖維側向連接形成外徑2426nm的中空的圓柱體的中空的圓柱體原纖維原纖維原纖維原纖維微管微管微管蛋白微管蛋白、負極（微管蛋白負極（微管蛋白）正極（微管蛋白正極（微管蛋白 ）v細胞內微管呈網狀或束狀分布細胞內微管呈網狀或束狀分布v微管呈現為微管呈現為單管、雙聯管單管、雙聯管（鞭毛、纖毛）和（鞭毛、纖毛）和三聯管三聯管（中心粒、（中心粒、基體）三種形式?；w）三種形式。二二. 微管的組裝及動

22、力學特征微管的組裝及動力學特征v1972年，年，Richard實驗室提出：實驗室提出： 核心（核心（ring）、延伸二步驟組裝過程）、延伸二步驟組裝過程 微管組裝過程微管組裝過程原纖維裝配原纖維裝配核心形成核心形成微管延長微管延長Microtubule Polymerizationv 的排列方式構成了微管的的排列方式構成了微管的極性極性。v微管微管（+）極）極的裝配速度快于的裝配速度快于（）極）極的裝的裝 配速度；配速度；v微管正極發(fā)生裝配使微管延長，而負極發(fā)生微管正極發(fā)生裝配使微管延長，而負極發(fā)生去裝配使微管縮短，這種現象稱為去裝配使微管縮短，這種現象稱為踏車行為踏車行為。微管的裝配特點微管

23、的裝配特點踏車行為踏車行為treadmilling微管的體內外組裝微管的體內外組裝v體外裝配體外裝配聚合：聚合： 微管蛋白濃度微管蛋白濃度1mg/mL、 370C、有、有Mg2+、有、有GTP供應供應 解聚：解聚： 低溫、高壓、高低溫、高壓、高Ca2+v體內裝配體內裝配 微管在體內的裝配和去裝配在時間和空間上是高度有序的。微管在體內的裝配和去裝配在時間和空間上是高度有序的。 細胞內存在一些非常穩(wěn)定的微管結構，如纖毛、鞭毛等，細胞內存在一些非常穩(wěn)定的微管結構，如纖毛、鞭毛等， 也存在也存在微管微管 微管蛋白微管蛋白之間的動態(tài)變化之間的動態(tài)變化微管在細胞內的分布微管在細胞內的分布基體基體中心粒中心

24、粒鞭毛和纖毛鞭毛和纖毛樹突樹突紡錘體紡錘體染色體染色體中心粒中心粒微管的動力學不穩(wěn)定性微管的動力學不穩(wěn)定性將熒光標記的微管將熒光標記的微管蛋白顯微注射到細蛋白顯微注射到細胞內胞內先低溫下解聚細胞先低溫下解聚細胞內存在的微管，然內存在的微管，然后升溫后重新組裝后升溫后重新組裝微管，使熒光標記微管，使熒光標記的微管蛋白摻入微的微管蛋白摻入微管中管中觀察微管的裝配和觀察微管的裝配和去裝配去裝配微管的動力學不穩(wěn)定性微管的動力學不穩(wěn)定性決定微管裝配和解聚的因素決定微管裝配和解聚的因素 微管蛋白的濃度微管蛋白的濃度2. 微管正極的微管正極的“GTP cap”裝配裝配解聚解聚添加結合添加結合GTP的微的微管

25、蛋白管蛋白高濃度的高濃度的結合結合GTP的微管蛋的微管蛋白白低濃度的低濃度的結合結合GTP的微管蛋的微管蛋白白The GTP cap model如果在正極，如果在正極，GTP水解速度大于裝配速度，水解速度大于裝配速度，則失去則失去GTP Cap，微管發(fā)生解聚，微管發(fā)生解聚裝配裝配解聚解聚v臨界濃度臨界濃度(Cc) 是是 微管蛋白二聚體微管蛋白二聚體與微管之間達到動態(tài)平衡時的濃度；與微管之間達到動態(tài)平衡時的濃度；當二聚體濃度低于當二聚體濃度低于臨界濃度臨界濃度, 則微管解聚；則微管解聚；當二聚體濃度高于臨界濃度當二聚體濃度高于臨界濃度, 則組裝微管。則組裝微管。溫度和二聚體濃度對微管裝溫度和二聚

26、體濃度對微管裝配和解聚的影響配和解聚的影響40C370C影響微管組裝的特異性藥物影響微管組裝的特異性藥物v秋水仙素、長春花堿秋水仙素、長春花堿阻止微管裝配阻止微管裝配v紫杉醇紫杉醇阻止微管解聚阻止微管解聚三三. 微管組織中心（微管組織中心（MTOC）v微管在生理狀態(tài)以及實驗處理解聚后重新裝微管在生理狀態(tài)以及實驗處理解聚后重新裝配的發(fā)生處稱為配的發(fā)生處稱為微管組織中心微管組織中心。v 多數微管的一端固著多數微管的一端固著MTOC， 如基體（如基體（basal body）或中心體）或中心體（centrosome），），vMTOC決定微管的極性，決定微管的極性，負極指向負極指向MTOC，正極背向正極

27、背向MTOC中心體（中心體（centrosome）v一個中心體有一個中心體有2個中個中心粒組成心粒組成v2個中心粒互相垂直個中心?；ハ啻怪迸帕信帕衯中心粒有中心粒有9個三聯管個三聯管呈輻射狀排列呈輻射狀排列基體基體中心粒中心粒鞭毛和纖毛鞭毛和纖毛微管組織中心微管組織中心-微管蛋白環(huán)（微管蛋白環(huán)（gamma-tubulin ring）-微管蛋白環(huán)微管蛋白環(huán)四四. . 微管結合蛋白微管結合蛋白v穩(wěn)定微管的空間結構穩(wěn)定微管的空間結構v促使微管蛋白促使微管蛋白/微管的平衡趨于裝配微管的平衡趨于裝配MAP1存在于軸突和樹突存在于軸突和樹突MAP2存在于樹突存在于樹突MAP4廣泛存在于各種細胞中廣泛存在于

28、各種細胞中蛋白存在于軸突蛋白存在于軸突MAP2和和tau構建的微管束結構構建的微管束結構 五五. 微管的功能微管的功能v維持細胞形態(tài)維持細胞形態(tài)v細胞內物質運輸細胞內物質運輸 馬達蛋白：驅動蛋白和動力蛋白馬達蛋白：驅動蛋白和動力蛋白v鞭毛和纖毛運動鞭毛和纖毛運動 9+2結構，結構， 鞭毛滑動機制鞭毛滑動機制v有絲分裂中紡錘體的形成和染色體移動有絲分裂中紡錘體的形成和染色體移動v形成基體和中心體形成基體和中心體細胞內的物質運輸細胞內的物質運輸細胞內的物質運輸需要細胞內的物質運輸需要馬達蛋白馬達蛋白的帶動；的帶動；馬達蛋白有兩種：驅動蛋白和動力蛋白。馬達蛋白有兩種：驅動蛋白和動力蛋白。分散分散聚集

29、聚集驅動蛋白驅動蛋白(Kinesin)的結構和功能的結構和功能驅動蛋白受體驅動蛋白受體驅動蛋白驅動蛋白囊泡囊泡 驅動蛋白二聚體驅動蛋白二聚體頭部結合頭部結合ATP和和MT 尾部結合膜泡或顆粒尾部結合膜泡或顆粒v哺乳動物有約哺乳動物有約45種驅動蛋白；種驅動蛋白；v它們的頭部是相似的馬達結構域，與它們的頭部是相似的馬達結構域，與ATP結合，在微管上移動；結合，在微管上移動；v它們的尾部結構域是不同的，用于帶動不同的物質移動。它們的尾部結構域是不同的，用于帶動不同的物質移動。驅動蛋白（驅動蛋白（Kinesin）水解水解ATP，與微管結合與微管結合與運輸泡結合與運輸泡結合重鏈重鏈輕鏈輕鏈驅動蛋白是正

30、極方向的馬達蛋白驅動蛋白是正極方向的馬達蛋白驅動蛋白驅動蛋白驅動蛋白受體驅動蛋白受體囊泡囊泡馬達蛋白的不同構象馬達蛋白的不同構象與與ATP結合時，兩個頭部均結合在微結合時，兩個頭部均結合在微管上；與管上；與ADP結合時，則一個頭部結結合時，則一個頭部結合在微管上。合在微管上。ATP的水解引起：的水解引起：可逆的構象改變可逆的構象改變 單方向的移動單方向的移動驅動蛋白沿微管運動的分子模型驅動蛋白沿微管運動的分子模型至少有一個頭部結合在微管上；至少有一個頭部結合在微管上；驅動蛋白沿微管長距離移動，不會脫落。驅動蛋白沿微管長距離移動，不會脫落。動力蛋白（動力蛋白（dynein）的結構和功能）的結構和

31、功能動力蛋白由多種蛋白組成動力蛋白由多種蛋白組成 (2-3 個重鏈個重鏈, 多個中等鏈和輕鏈多個中等鏈和輕鏈)動力蛋白的輕鏈通過輔助蛋白動力蛋白的輕鏈通過輔助蛋白, 與膜泡或染色體結合與膜泡或染色體結合v動力蛋白可以將動力蛋白可以將細胞器從細胞邊細胞器從細胞邊緣向細胞中央轉緣向細胞中央轉移移 如：如：ER膜泡、膜泡、 HIV病毒等病毒等動力蛋白是負極動力蛋白是負極方向的馬達蛋白方向的馬達蛋白馬達蛋白調節(jié)細胞內的物質運輸馬達蛋白調節(jié)細胞內的物質運輸 正極方向正極方向 (背離背離MTOC )的運輸由驅動蛋白調節(jié)的運輸由驅動蛋白調節(jié)負極方向負極方向 (朝向朝向 MTOC )的運輸由動力蛋白調節(jié)的運輸

32、由動力蛋白調節(jié)高爾基器高爾基器內質網內質網溶酶體溶酶體線粒體線粒體膜泡膜泡五五. 微管的功能微管的功能v維持細胞形態(tài)維持細胞形態(tài)v細胞內物質運輸細胞內物質運輸 馬達蛋白：驅動蛋白和動力蛋白馬達蛋白：驅動蛋白和動力蛋白v鞭毛和纖毛運動鞭毛和纖毛運動 9+2結構，結構， 鞭毛和纖毛的滑動機制鞭毛和纖毛的滑動機制v有絲分裂中紡錘體的形成和染色體移動有絲分裂中紡錘體的形成和染色體移動v形成基體和中心體形成基體和中心體鞭毛和纖毛的結構鞭毛和纖毛的結構v9個雙聯管和個雙聯管和2個單管個單管v動力蛋白臂和輻條動力蛋白臂和輻條v中央鞘中央鞘vA管動力蛋白頭部與管動力蛋白頭部與B管的接觸促使動力管的接觸促使動力

33、蛋白結合的蛋白結合的ATP水解，產物釋放，同時造成水解，產物釋放，同時造成頭部角度的改變。頭部角度的改變。v新的新的ATP結合使動力蛋白頭部與結合使動力蛋白頭部與B管脫離。管脫離。vATP水解，其釋放的能量使頭部的角度復水解，其釋放的能量使頭部的角度復原。原。v帶有水解產物的動力蛋白頭部與帶有水解產物的動力蛋白頭部與B管上另管上另一位點結合，開始又一次循環(huán)。一位點結合，開始又一次循環(huán)。 微管的功能微管的功能v維持細胞形態(tài)維持細胞形態(tài)v細胞內物質運輸細胞內物質運輸-顆粒和囊泡顆粒和囊泡 驅動蛋白或動力蛋白驅動蛋白或動力蛋白v鞭毛和纖毛運動鞭毛和纖毛運動 9+2結構，結構， 鞭毛滑動機制鞭毛滑動機

34、制v有絲分裂中紡錘體的形成和染色體移動有絲分裂中紡錘體的形成和染色體移動v形成基體和中心體形成基體和中心體紡錘體紡錘體 Mitotic spindle后期后期 姐妹染色單體向兩極移動姐妹染色單體向兩極移動染色體移動染色體移動微管的功能微管的功能v維持細胞形態(tài)維持細胞形態(tài)v細胞內物質運輸細胞內物質運輸-顆粒和囊泡顆粒和囊泡 驅動蛋白或動力蛋白驅動蛋白或動力蛋白v鞭毛和纖毛運動鞭毛和纖毛運動 9+2結構，結構， 鞭毛滑動機制鞭毛滑動機制v有絲分裂中紡錘體的形成和染色體移動有絲分裂中紡錘體的形成和染色體移動v形成基體和中心體形成基體和中心體第三節(jié)第三節(jié)中間纖維中間纖維 （intermediate f

35、ilament）v免疫熒光技術顯示免疫熒光技術顯示 角蛋白角蛋白keratin (red) 和核纖層蛋白和核纖層蛋白 lamin (blue) 組成的中間纖組成的中間纖維在細胞內的分布。維在細胞內的分布。 表皮細胞內的角蛋白纖維表皮細胞內的角蛋白纖維一一. 中間纖維的化學組成中間纖維的化學組成v1965年首次被確認。年首次被確認。IF是一類在形態(tài)上十分相似，是一類在形態(tài)上十分相似，而化學組成上有明顯差異的而化學組成上有明顯差異的10nm纖維。纖維。 v IF的成分比的成分比MT和和MF復雜，按其組織來源和免疫原復雜，按其組織來源和免疫原性可分為性可分為5類：類： 角蛋白纖維角蛋白纖維-存在于上

36、皮細胞存在于上皮細胞 波形纖維波形纖維-存在于中胚層來源的細胞存在于中胚層來源的細胞 結蛋白纖維結蛋白纖維-存在于肌細胞存在于肌細胞 神經元纖維神經元纖維-存在于神經元存在于神經元 神經膠質纖維神經膠質纖維-存在于神經膠質細胞存在于神經膠質細胞vH亞區(qū)亞區(qū):同源區(qū)同源區(qū)vV亞區(qū)亞區(qū):可變區(qū)可變區(qū)vE亞區(qū)亞區(qū):末端區(qū)末端區(qū)中間纖維的結構中間纖維的結構v在中間纖維蛋白分子肽鏈中部有一段約在中間纖維蛋白分子肽鏈中部有一段約310個氨基個氨基酸殘基的酸殘基的螺旋區(qū)（桿部）螺旋區(qū)（桿部）是高度保守的，非螺旋是高度保守的，非螺旋的的頭部（頭部（N端）端）和和尾部（尾部（C端）端）的氨基酸順序和長的氨基酸順

37、序和長度在各類分子中有很大差異。度在各類分子中有很大差異。v 桿狀區(qū)由螺旋桿狀區(qū)由螺旋1和螺旋和螺旋2構成，螺旋構成，螺旋1和螺旋和螺旋2又可又可分為分為A、B兩個亞區(qū)，兩個亞區(qū)，4個螺旋區(qū)之間分別由個螺旋區(qū)之間分別由L1、L2和和L12連接。連接。v 頭部和尾部又可分為不同的亞區(qū)，如頭部和尾部又可分為不同的亞區(qū)，如H亞區(qū)（同源亞區(qū)（同源區(qū)）、區(qū)）、V亞區(qū)（可變區(qū)）、亞區(qū)（可變區(qū)）、E亞區(qū)（末端區(qū)）。亞區(qū)（末端區(qū)）。中間纖維的分類中間纖維的分類v新的分類：新的分類：酸性角蛋白；酸性角蛋白；中性和堿性角中性和堿性角蛋白；蛋白；波形纖維蛋白、結蛋白、膠質纖維波形纖維蛋白、結蛋白、膠質纖維酸性蛋白；

38、酸性蛋白；神經元纖維蛋白，神經元纖維蛋白，核纖層蛋核纖層蛋白。白。v核纖層與中間纖維有許多共同點：核纖層與中間纖維有許多共同點： 均形成均形成10nm纖維；都能抵抗高鹽和非離子去纖維；都能抵抗高鹽和非離子去污劑的抽提；抗體反應相同；蛋白結構相似。污劑的抽提；抗體反應相同；蛋白結構相似。 單體單體二聚體二聚體四聚體四聚體中間纖維中間纖維 (8個四聚體組成）個四聚體組成）二二. 中間纖維的組裝中間纖維的組裝v二聚體：在二聚體：在螺旋區(qū)形成雙股超螺旋。螺旋區(qū)形成雙股超螺旋。v四聚體：四聚體：2個二聚體反向平行、個二聚體反向平行、1/4分子交疊分子交疊排列，排列，四聚體是四聚體是IF解聚的最小單位解聚

39、的最小單位。v8個四聚體裝配成個四聚體裝配成IF。vIF沒有極性，沒有特異性藥物。沒有極性，沒有特異性藥物。v游離單體很少游離單體很少 。三三. 中間纖維結合蛋白中間纖維結合蛋白v約有約有15種種IFAP，功能多樣。，功能多樣。vfilaggrin：使角蛋白纖維形成聚集物：使角蛋白纖維形成聚集物vplectin：在：在IF、MT和和MF之間形成橫橋之間形成橫橋vBPAG1：為橋板蛋白，使：為橋板蛋白，使IF與橋粒連接與橋粒連接vMAP2：參與：參與IF與與MT間的橫橋間的橫橋v錨蛋白：參與錨蛋白：參與IF 與膜的結合與膜的結合中間纖維結合蛋中間纖維結合蛋白白Plectin（green)將將IF(blue)連接到連接到其他細胞骨架成其他細胞骨架成分上，如微管分上，如微管(red)Plectin四四. 中間纖維的功能中間纖維的功能v提供細胞質的機械強度提供細胞質的機械強度v參與細胞連接參與細胞連接v參與核膜的組裝與去組裝參與核膜的組裝與去組裝v中間纖維與細胞分化中間纖維與細胞分化17_05_strengthen_cells.jpg 中間纖維參與細胞連接中間纖維參與細胞連接表皮水皰癥表皮水皰癥角蛋白角蛋白K4和和K14 的突變體具有缺陷