第十章 細胞骨架與細胞運動

1、第十章第十章 細胞骨架細胞骨架(Cytoskeleton)細胞骨架的組成和功能細胞骨架的組成和功能微管微管微絲微絲中間纖維中間纖維概念概念細胞骨架：是指存在細胞骨架：是指存在于真核細胞中的蛋白于真核細胞中的蛋白纖維網(wǎng)架體系。纖維網(wǎng)架體系。 有狹義和廣義兩種概有狹義和廣義兩種概念：念： 狹義的指細胞質(zhì)骨狹義的指細胞質(zhì)骨架，包括微絲、微管架，包括微絲、微管和中間纖維。和中間纖維。廣義的包括細廣義的包括細胞核骨架、細胞胞核骨架、細胞質(zhì)骨架、細胞膜質(zhì)骨架、細胞膜骨架和細胞外基骨架和細胞外基質(zhì)。質(zhì)。 分布分布微管主要分布在核周圍微管主要分布在核周圍, 并呈并呈放射狀向胞質(zhì)四周擴散。放射狀向胞質(zhì)四周擴散。

2、微絲主要分布在細胞質(zhì)膜的內(nèi)微絲主要分布在細胞質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)。側(cè)。中間纖維則分布在整個細胞中。中間纖維則分布在整個細胞中。10.1 細胞骨架細胞骨架(cytoskeleton)的組成和功能的組成和功能10.1.1 細胞骨架的組成和分布細胞骨架的組成和分布 組成組成微管、微絲（肌動蛋白纖維）和中間纖維。微管、微絲（肌動蛋白纖維）和中間纖維。10.1.2 細胞骨架的功能細胞骨架的功能 作為支架作為支架(scaffold) 在細胞內(nèi)形成一個框架在細胞內(nèi)形成一個框架(framework)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 為細胞器的運動和細胞內(nèi)物質(zhì)運輸提供機械支持為細胞器的運動和細胞內(nèi)物質(zhì)運輸提供機械支持 為細胞從一個位置向另一位置

3、移動，纖毛和鞭毛為細胞從一個位置向另一位置移動，纖毛和鞭毛 為信使為信使RNA提供錨定位點，促進提供錨定位點，促進mRNA翻譯成多肽翻譯成多肽 參與細胞的信號傳導(dǎo)參與細胞的信號傳導(dǎo) 是細胞分裂的機器，核分裂和胞質(zhì)分裂是細胞分裂的機器，核分裂和胞質(zhì)分裂 熒光顯微鏡在細胞骨架研究中的應(yīng)用熒光顯微鏡在細胞骨架研究中的應(yīng)用 電視顯微鏡電視顯微鏡(video microscopy) 電子顯微技術(shù)的應(yīng)用電子顯微技術(shù)的應(yīng)用10.1.3 細胞骨架的研究方法細胞骨架的研究方法相同細胞中微管、微絲和中間纖維的熒光定位相同細胞中微管、微絲和中間纖維的熒光定位 用電視顯微鏡觀察到的用電視顯微鏡觀察到的微管發(fā)動機的運動

4、示意圖微管發(fā)動機的運動示意圖 細胞骨架的電子顯微鏡檢查細胞骨架的電子顯微鏡檢查 10.2 微微 管（管（Microtubules）10.2.1 微管結(jié)構(gòu)和類型微管結(jié)構(gòu)和類型（一）成分：（一）成分：，微管蛋白微管蛋白，其二聚體是微管裝配的基本，其二聚體是微管裝配的基本單位，單位， ，微管蛋白都長微管蛋白都長4nm,二聚體為二聚體為8nm。兩個兩個GTPGTP結(jié)合位點：結(jié)合位點： 上的上的GTPGTP是不能水解是不能水解結(jié)合的結(jié)合的GTPGTP水解成水解成GDPGDP（二）形態(tài)：（二）形態(tài)：長管狀結(jié)長管狀結(jié)構(gòu)，外徑構(gòu)，外徑24nm，內(nèi)徑，內(nèi)徑15nm，其壁包括，其壁包括13條原條原纖維。纖維。（三

5、）類型：（三）類型：單管：又稱單體單管：又稱單體二聯(lián)管：又稱雙聯(lián)體二聯(lián)管：又稱雙聯(lián)體(纖毛和鞭毛中纖毛和鞭毛中)三聯(lián)管：稱三聯(lián)體三聯(lián)管：稱三聯(lián)體(中心粒和基體中中心粒和基體中)10.2.2 微管裝配的動力學(xué)微管裝配的動力學(xué)微管裝配的起點：微管組織中心微管裝配的起點：微管組織中心概念概念:存在于細胞質(zhì)中決定微管在生理狀態(tài)或?qū)嶒炋幚斫饩鄞嬖谟诩毎|(zhì)中決定微管在生理狀態(tài)或?qū)嶒炋幚斫饩?后重新組裝的結(jié)構(gòu)叫微管組織中心。后重新組裝的結(jié)構(gòu)叫微管組織中心。微管從微管組織中心向微管從微管組織中心向外生長外生長常見微管組織常見微管組織中心：中心：間期細胞間期細胞MTOC： 中心體中心體(動態(tài)動態(tài)微管微管)分裂細

6、胞分裂細胞MTOC：有絲分裂紡有絲分裂紡錘體極錘體極 (動態(tài)微動態(tài)微管）管）鞭毛纖毛細胞鞭毛纖毛細胞MTOC：基體基體(永久永久性結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu))中心粒結(jié)構(gòu)中心粒結(jié)構(gòu) MTOCs與微管的方向與微管的方向 靠近靠近MTOCs的一端由于生長慢而的一端由于生長慢而稱之為稱之為負端負端(minus end) 遠離遠離MTOCs一端的微管生長速度一端的微管生長速度快快, 被稱為被稱為正端正端(plus end) 微管蛋白的作用：微管蛋白的作用：-微管蛋白和微管蛋白和-微管蛋白形成微管蛋白形成二聚體。二聚體。二聚體平行于長軸重復(fù)排列形成原纖維。二聚體平行于長軸重復(fù)排列形成原纖維。進一步經(jīng)過側(cè)面增加二聚體而擴展

7、為螺旋帶進一步經(jīng)過側(cè)面增加二聚體而擴展為螺旋帶, 當螺旋帶加寬當螺旋帶加寬至至13根原纖維時根原纖維時,即合攏形成一段微管。即合攏形成一段微管。然后在端部不斷添加二聚體使微管延長。然后在端部不斷添加二聚體使微管延長。 微管裝配過程微管裝配過程微管的極性微管的極性 裝配裝配的方向性，的方向性，有有“頭頭”、“尾尾”之分。之分。 生長生長速度的快慢速度的快慢 正端生長得快正端生長得快, 負端負端則慢則慢, 同樣同樣, 如果微如果微管去組裝也是正端管去組裝也是正端快負端慢?？熵摱寺?。 1972年，年，Weisenberg首次首次體外組裝體外組裝, 組裝的組裝的 基本條件基本條件: Mg2+、GTP和

8、和EGTA和適當?shù)暮瓦m當?shù)臏囟?。溫度?造成微管不穩(wěn)定性的因素造成微管不穩(wěn)定性的因素GTP濃度、壓力、溫度濃度、壓力、溫度(最適溫最適溫度度37)、pH(最適最適pH=6.9)、微管蛋白臨界濃度微管蛋白臨界濃度(critical concentration)、藥物等、藥物等( 圖圖)。 影響微管組裝和去組裝的因素影響微管組裝和去組裝的因素影響微管穩(wěn)定性的藥物影響微管穩(wěn)定性的藥物秋水仙素秋水仙素(colchicine)：秋水仙素同未聚合的微管蛋：秋水仙素同未聚合的微管蛋白二聚體結(jié)合白二聚體結(jié)合, 形成的復(fù)合物可以阻止微管的成核反應(yīng)，形成的復(fù)合物可以阻止微管的成核反應(yīng)，阻止微管聚合。阻止微管聚合。

9、 紫杉酚紫杉酚(taxol)：紫杉醇只結(jié)合到聚合的微管上：紫杉醇只結(jié)合到聚合的微管上, 維持維持了微管的穩(wěn)定，阻止微管解聚。了微管的穩(wěn)定，阻止微管解聚。 踏車現(xiàn)象踏車現(xiàn)象(treadmilling) 又稱輪回現(xiàn)象又稱輪回現(xiàn)象,是微管組裝是微管組裝后處于動態(tài)平衡的一種現(xiàn)象。后處于動態(tài)平衡的一種現(xiàn)象。即微管的總長度不變，但結(jié)即微管的總長度不變，但結(jié)合上的二聚體從合上的二聚體從(+)端不斷向端不斷向(-)端推移端推移, 最后到達負端最后到達負端(受受各種物質(zhì)濃度和生理狀態(tài)的各種物質(zhì)濃度和生理狀態(tài)的影響影響)。微管組裝的動力學(xué)現(xiàn)象微管組裝的動力學(xué)現(xiàn)象:微管隨反應(yīng)體系中游微管隨反應(yīng)體系中游離離二聚體的濃

10、度二聚體的濃度變化而發(fā)生的變化而發(fā)生的生長狀生長狀態(tài)態(tài)和和縮短狀態(tài)縮短狀態(tài)的轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變動態(tài)不穩(wěn)定性動態(tài)不穩(wěn)定性(dynamic instability)10.2.3 微管結(jié)合蛋白微管結(jié)合蛋白(microtubule-associated proteins, MAPs)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量(kDa)來源來源MAP350神經(jīng)組織神經(jīng)組織MAP1B(MPA5) 325神經(jīng)組織神經(jīng)組織MAP，MPA2B270神經(jīng)組織神經(jīng)組織MAP70神經(jīng)組織神經(jīng)組織Tau 蛋白蛋白50-65神經(jīng)組織神經(jīng)組織MAP4200廣泛存在廣泛存在MAP3180廣泛存在廣泛存在發(fā)動蛋白發(fā)動蛋白(dynamin)1

11、00神經(jīng)組織神經(jīng)組織 微管結(jié)合蛋白的種類和微管結(jié)合蛋白的種類和結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點MAPs家族：具有兩個結(jié)構(gòu)家族：具有兩個結(jié)構(gòu)域域, 一個是堿性的微管蛋白一個是堿性的微管蛋白結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合結(jié)構(gòu)域, 另一個是酸性另一個是酸性的外伸的結(jié)構(gòu)域。的外伸的結(jié)構(gòu)域。使微管相互交聯(lián)形成束狀結(jié)構(gòu)，也可以使微管同使微管相互交聯(lián)形成束狀結(jié)構(gòu)，也可以使微管同其它細胞結(jié)構(gòu)交聯(lián)其它細胞結(jié)構(gòu)交聯(lián), 這些結(jié)構(gòu)包括質(zhì)膜、微絲和中間這些結(jié)構(gòu)包括質(zhì)膜、微絲和中間纖維等；纖維等；通過與微管成核點的作用促進微管的聚合；通過與微管成核點的作用促進微管的聚合；在細胞內(nèi)沿微管轉(zhuǎn)運囊泡和顆粒，因為一些在細胞內(nèi)沿微管轉(zhuǎn)運囊泡和顆粒，因為一些分子分

12、子發(fā)動機發(fā)動機能夠同微管結(jié)合轉(zhuǎn)運細胞內(nèi)的物質(zhì)；能夠同微管結(jié)合轉(zhuǎn)運細胞內(nèi)的物質(zhì)；提高微管的穩(wěn)定性提高微管的穩(wěn)定性 。 MAPs的功能的功能概念：概念：細胞內(nèi)有一類蛋白質(zhì)能夠用細胞內(nèi)有一類蛋白質(zhì)能夠用ATP供能供能,產(chǎn)生推動力，產(chǎn)生推動力，進行細胞內(nèi)進行細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸?shù)奈镔|(zhì)運輸，這種蛋白分子稱為分子發(fā)動機或發(fā)動機蛋白，這種蛋白分子稱為分子發(fā)動機或發(fā)動機蛋白(motor proteins)。10.2.4 分子發(fā)動機分子發(fā)動機(molecular motor)機械發(fā)動機機械發(fā)動機發(fā)動機蛋白發(fā)動機蛋白分子發(fā)動機移動的主要特點分子發(fā)動機移動的主要特點 第一：運輸是單方向的，一種發(fā)動機只能引導(dǎo)一個方向的運

13、輸?shù)谝唬哼\輸是單方向的，一種發(fā)動機只能引導(dǎo)一個方向的運輸發(fā)動機蛋白單向運輸發(fā)動機蛋白單向運輸?shù)诙哼\輸是逐步進行而非連續(xù)進的：第二：運輸是逐步進行而非連續(xù)進的：能源是能源是ATP通過構(gòu)像的變化才能完成行進的動作通過構(gòu)像的變化才能完成行進的動作分子發(fā)動機的類型分子發(fā)動機的類型 驅(qū)動蛋白驅(qū)動蛋白(kinesins)家族：家族： To move along microtubules 動力蛋白動力蛋白(dyneins)家族家族:To move along microtubules肌球蛋白肌球蛋白(myosins)家族家族: To move along microfilaments 分子結(jié)構(gòu)：四聚體，兩

14、條重鏈（球形的頭部，分子結(jié)構(gòu)：四聚體，兩條重鏈（球形的頭部，ATP結(jié)合位點，供能，結(jié)合位點，供能，稱為稱為“引擎引擎”）和）和2條輕鏈（構(gòu)成扇形的尾部，貨物結(jié)合位點）條輕鏈（構(gòu)成扇形的尾部，貨物結(jié)合位點） 運輸方向：從微管的運輸方向：從微管的(-)端移向微管的端移向微管的(+)端端 運輸速度：驅(qū)動蛋白每跨一步的長度為運輸速度：驅(qū)動蛋白每跨一步的長度為8nm,正好是一個正好是一個微管二微管二聚體的長度。速度高時可達每秒聚體的長度。速度高時可達每秒900nm驅(qū)動蛋白驅(qū)動蛋白(kinesins)的結(jié)構(gòu)和功能：的結(jié)構(gòu)和功能：胞質(zhì)動力蛋白是一個巨胞質(zhì)動力蛋白是一個巨大的分子大的分子包括兩條重鏈和幾條輕包

15、括兩條重鏈和幾條輕鏈鏈沿微管的正端（沿微管的正端（+）向負）向負端（端（-）移動）移動功能功能 參與細胞分裂參與細胞分裂 運輸小泡和各種膜結(jié)合運輸小泡和各種膜結(jié)合細胞器細胞器胞質(zhì)動力蛋白胞質(zhì)動力蛋白 驅(qū)動蛋白與動力蛋白驅(qū)動蛋白與動力蛋白10.2.5 微管的功能：微管的功能：支架作用細胞內(nèi)物質(zhì)的運輸支架作用細胞內(nèi)物質(zhì)的運輸鞭毛鞭毛(flagella)運動和纖毛運動和纖毛(cilia)運動紡錘體與染色體運動運動紡錘體與染色體運動1 1、支架作用支架作用培養(yǎng)的動物細胞中的微管培養(yǎng)的動物細胞中的微管2、細胞內(nèi)物質(zhì)的運輸：、細胞內(nèi)物質(zhì)的運輸：神經(jīng)元軸突的運輸神經(jīng)元軸突的運輸順向運輸：從細順向運輸：從細胞

16、體到軸突和軸胞體到軸突和軸突末梢，靠驅(qū)動突末梢，靠驅(qū)動蛋白，如分泌泡蛋白，如分泌泡和神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)遞質(zhì)逆向運輸：從軸逆向運輸：從軸突和軸突末梢到突和軸突末梢到細胞體到，靠動細胞體到，靠動力蛋白，如內(nèi)吞力蛋白，如內(nèi)吞泡和營養(yǎng)物質(zhì)泡和營養(yǎng)物質(zhì)3、色素顆粒的運輸：微管依賴性的色素顆粒的運輸：微管依賴性的魚的色素細胞中色素分子的分散與聚集魚的色素細胞中色素分子的分散與聚集 MTOC（）位于高爾基體附近，向外發(fā)（）位于高爾基體附近，向外發(fā)射（射（+）。）。COP被膜小泡：需要胞質(zhì)動力蛋白被膜小泡：需要胞質(zhì)動力蛋白COP被膜小泡：需要胞質(zhì)驅(qū)動蛋白被膜小泡：需要胞質(zhì)驅(qū)動蛋白披網(wǎng)格蛋白小泡：需要胞質(zhì)驅(qū)動蛋白運

17、輸披網(wǎng)格蛋白小泡：需要胞質(zhì)驅(qū)動蛋白運輸細胞中微管介導(dǎo)的細胞中微管介導(dǎo)的物質(zhì)運輸：物質(zhì)運輸： 包括胞質(zhì)驅(qū)動蛋包括胞質(zhì)驅(qū)動蛋白（到白（到+）：主要）：主要運輸小泡運輸小泡紡錘體驅(qū)動蛋白紡錘體驅(qū)動蛋白（到（到+）：運輸紡）：運輸紡錘體和星微管、中錘體和星微管、中心粒和動粒心粒和動粒胞質(zhì)動力蛋白（胞質(zhì)動力蛋白（+到到 ） ：運輸小泡：運輸小泡和動粒和動粒軸絲動力蛋白（軸絲動力蛋白（+到到 ） ：鞭毛和纖：鞭毛和纖毛中的單管的運動毛中的單管的運動4 4、鞭毛鞭毛(flagella)和纖毛和纖毛(cilia)運動運動功能：功能： 使細胞錨定在某使細胞錨定在某一個地方不易移動一個地方不易移動使細胞在液體介使

18、細胞在液體介質(zhì)中運動質(zhì)中運動鞭毛鞭毛：長而細，長：長而細，長150微米，以波浪式擺動微米，以波浪式擺動纖毛纖毛：短而粗，：短而粗，5-10微米，運動復(fù)雜無規(guī)則微米，運動復(fù)雜無規(guī)則典型的真核細胞的纖毛或鞭毛結(jié)構(gòu)組成典型的真核細胞的纖毛或鞭毛結(jié)構(gòu)組成微管組成的軸絲結(jié)構(gòu)：微管組成的軸絲結(jié)構(gòu)：9組（二聯(lián)管）組（二聯(lián)管）+ 2個（中央單管）圍成個（中央單管）圍成9+2的微管形式的微管形式其中其中9組二聯(lián)管中每組由靠內(nèi)的組二聯(lián)管中每組由靠內(nèi)的A管和靠管和靠外的外的B管組成，管組成，A管上有管上有2個動力蛋白臂個動力蛋白臂鞭毛和纖毛的運動機制：微管滑動模型鞭毛和纖毛的運動機制：微管滑動模型由軸絲中微管蛋白動

19、力臂相互滑動引起的由軸絲中微管蛋白動力臂相互滑動引起的彎曲運動彎曲運動動力蛋白頭部與相鄰二聯(lián)管的動力蛋白頭部與相鄰二聯(lián)管的B管接觸，管接觸，通過動力蛋白水解通過動力蛋白水解ATP產(chǎn)生產(chǎn)生A管與管與B管的相管的相互滑動互滑動基體與纖毛基體與纖毛/鞭毛軸絲鞭毛軸絲中心體：中心體：9組三聯(lián)管組三聯(lián)管紡錘體與染色體運動紡錘體與染色體運動有絲分裂的中期：染有絲分裂的中期：染色體要排列在赤道板色體要排列在赤道板上上有絲分裂后期：染色有絲分裂后期：染色單體要均分到細胞的單體要均分到細胞的兩極兩極依賴于紡錘體微管的依賴于紡錘體微管的裝配和解聚而實現(xiàn)裝配和解聚而實現(xiàn)紡錘體微管的變化必紡錘體微管的變化必須依靠分子

20、發(fā)動機須依靠分子發(fā)動機10.3 微絲微絲(microfilament)微絲的形態(tài)和組成微絲的形態(tài)和組成微絲的裝配動力學(xué)微絲的裝配動力學(xué)微絲結(jié)合蛋白微絲結(jié)合蛋白肌細胞：特化的肌收縮功能肌細胞：特化的肌收縮功能肌動蛋白和肌球蛋白在非肌細胞中的作用肌動蛋白和肌球蛋白在非肌細胞中的作用概念：又稱肌動蛋白纖維概念：又稱肌動蛋白纖維(actin filament), (actin filament), 是指真核細胞中是指真核細胞中由肌動蛋白由肌動蛋白(actin)(actin)組成、直徑為組成、直徑為7-97-9nm的的骨架纖維骨架纖維。10.3.1 微絲的形態(tài)和組成微絲的形態(tài)和組成 微絲的存在方式與分布

21、微絲的存在方式與分布 存在方式：由存在方式：由肌動蛋白肌動蛋白(actin)組成的組成的 分布：肌細胞分布：肌細胞, 如橫紋肌和心肌細胞，以及非肌細胞中如橫紋肌和心肌細胞，以及非肌細胞中 微絲的結(jié)構(gòu)單位微絲的結(jié)構(gòu)單位: 肌動蛋白肌動蛋白肌動蛋白肌動蛋白(actin) 肌動蛋白以肌動蛋白以兩種形式存在：兩種形式存在：單體和多聚體。單體和多聚體。 單體的肌單體的肌動蛋白是由一動蛋白是由一條多肽鏈構(gòu)成條多肽鏈構(gòu)成的球形分子的球形分子, 又稱球狀肌動又稱球狀肌動蛋白蛋白(globular actin, G-actin)， 多聚體形成多聚體形成肌動蛋白絲肌動蛋白絲, 稱為纖維狀肌稱為纖維狀肌動蛋白動蛋白

22、(fibros actin, F-actin)。 10.3.2 微絲的裝配動力學(xué)微絲的裝配動力學(xué) MF是由是由G-actin單體形成的單體形成的多聚體多聚體，肌動蛋白單體具有極性，肌動蛋白單體具有極性, 裝配時呈裝配時呈頭尾相接頭尾相接, 故微絲具有極性，即故微絲具有極性，即正極與負極正極與負極之別之別。球形肌動蛋白由兩個裂球形肌動蛋白由兩個裂片構(gòu)成，中間有片構(gòu)成，中間有ATP結(jié)合結(jié)合位點位點肌動蛋白存在形式：肌動蛋白存在形式：ATP-G肌動蛋白、肌動蛋白、ADP-G肌動蛋白、肌動蛋白、 ATP- F肌動蛋肌動蛋白、白、ADP-F肌動蛋白肌動蛋白 肌動蛋白纖維的裝配過程肌動蛋白纖維的裝配過程成

23、核作用成核作用(nucleation), G-肌動肌動蛋白慢慢地聚合形成短的、不穩(wěn)蛋白慢慢地聚合形成短的、不穩(wěn)定的寡聚體，該過程較慢。定的寡聚體，該過程較慢。快速延長階段快速延長階段穩(wěn)定期穩(wěn)定期(steady state) 影響裝配的因素影響裝配的因素G-肌動蛋白臨界濃度的肌動蛋白臨界濃度的影響；影響；一些離子濃度的影響。一些離子濃度的影響。如如Mg2+、 K+、Na+ 裝 配 的 踏 車 現(xiàn) 象裝 配 的 踏 車 現(xiàn) 象(treadmilling) 在微絲裝配時在微絲裝配時,若若G-肌動蛋肌動蛋白分子添加到白分子添加到F-肌動蛋白肌動蛋白絲上的速率正好等于絲上的速率正好等于G-肌肌動蛋白分子

24、從動蛋白分子從F-肌動蛋白肌動蛋白上失去的速率時上失去的速率時, 微絲凈微絲凈長度沒有改變長度沒有改變, 這種過程這種過程稱為肌動蛋白的踏車現(xiàn)象。稱為肌動蛋白的踏車現(xiàn)象。微絲特異性藥物微絲特異性藥物細胞松弛素細胞松弛素(cytochalasins)：可以切：可以切斷微絲斷微絲,并結(jié)合在微絲正極并結(jié)合在微絲正極阻抑肌動蛋白聚合阻抑肌動蛋白聚合,因而因而導(dǎo)導(dǎo)致微絲解聚致微絲解聚。將其加到活。將其加到活細胞中，導(dǎo)致細胞移動、細胞中，導(dǎo)致細胞移動、吞噬、胞質(zhì)分裂癱瘓。吞噬、胞質(zhì)分裂癱瘓。鬼筆環(huán)肽鬼筆環(huán)肽(philloidin)：與微絲側(cè)面結(jié)合與微絲側(cè)面結(jié)合,防止防止MF解聚。解聚。10.3.3 微絲結(jié)

25、合蛋白微絲結(jié)合蛋白(actin-binding proteins)抑制聚合抑制聚合交聯(lián)蛋白其交聯(lián)蛋白其抗壓作用抗壓作用末端阻斷蛋白阻末端阻斷蛋白阻止微絲的生長止微絲的生長 肌球蛋白的類型肌球蛋白的類型已鑒定了三種主要類型肌已鑒定了三種主要類型肌球蛋白球蛋白: 肌球蛋白肌球蛋白 肌球蛋白肌球蛋白 肌球蛋白肌球蛋白 肌球蛋白肌球蛋白(myosin) 第第三類分子發(fā)動機，以微絲三類分子發(fā)動機，以微絲作為運行軌道，從微絲的作為運行軌道，從微絲的-端移向端移向+端端肌球蛋白的結(jié)構(gòu)：肌球蛋白的結(jié)構(gòu)：由一個重鏈和幾個輕鏈組成，并組成三個結(jié)構(gòu)域由一個重鏈和幾個輕鏈組成，并組成三個結(jié)構(gòu)域 頭部：含有與肌動蛋白、

26、頭部：含有與肌動蛋白、ATP結(jié)合的位點，具結(jié)合的位點，具ATPase活性，負責(zé)產(chǎn)生力活性，負責(zé)產(chǎn)生力頸部：頸部通過同鈣調(diào)素或類似鈣調(diào)素的調(diào)節(jié)輕鏈亞基的結(jié)合來調(diào)節(jié)頭部頸部：頸部通過同鈣調(diào)素或類似鈣調(diào)素的調(diào)節(jié)輕鏈亞基的結(jié)合來調(diào)節(jié)頭部的活性。的活性。 尾部：含有決定尾部是否同膜結(jié)合還是同其它的尾部結(jié)合的位點尾部：含有決定尾部是否同膜結(jié)合還是同其它的尾部結(jié)合的位點Myosin 兩個球形頭兩個球形頭部和一個長桿部和一個長桿尾部尾部兩條相同的兩條相同的重鏈和四條輕重鏈和四條輕鏈鏈用凝乳蛋白用凝乳蛋白酶處理，尾部酶處理，尾部發(fā)生斷裂發(fā)生斷裂肌球蛋白的功能：不同種類肌球蛋白的特殊功能由肌球蛋白的功能：不同種類

27、肌球蛋白的特殊功能由它們的尾部決定：它們的尾部決定： 肌球蛋白肌球蛋白:參與肌收參與肌收縮和胞質(zhì)分裂，縮和胞質(zhì)分裂，為肌為肌肉收縮和胞質(zhì)分裂提肉收縮和胞質(zhì)分裂提供力；供力；肌球蛋白肌球蛋白:運輸作用運輸作用肌球蛋白肌球蛋白:運輸作用運輸作用肌球蛋白肌球蛋白和和的尾部具有與膜結(jié)合的功能，推測能進行膜泡的尾部具有與膜結(jié)合的功能，推測能進行膜泡的運輸。所以其主要涉及細胞骨架與膜之間的相互作用。的運輸。所以其主要涉及細胞骨架與膜之間的相互作用。 肌球蛋白的運動機理：水解肌球蛋白的運動機理：水解ATP的滑動模型的滑動模型 骨骼肌細胞的基本結(jié)構(gòu)骨骼肌細胞的基本結(jié)構(gòu) 肌原纖維的結(jié)構(gòu)肌原纖維的結(jié)構(gòu) 肌收縮的滑

28、動絲模型肌收縮的滑動絲模型 (sliding filament model)及分子基礎(chǔ)及分子基礎(chǔ) Ca2+離子在肌收縮中的作用離子在肌收縮中的作用10.3.4 肌細胞肌細胞: 特化的肌收縮功能特化的肌收縮功能 骨骼肌細胞的基本結(jié)構(gòu)骨骼肌細胞的基本結(jié)構(gòu) 肌纖維肌纖維(myofibers) 肌原纖維肌原纖維(myofibril) 肌節(jié)肌節(jié)(sarcomere)肌細胞的結(jié)構(gòu)肌細胞的結(jié)構(gòu) 肌原纖維的結(jié)構(gòu)肌原纖維的結(jié)構(gòu)肌動蛋白肌動蛋白細肌絲細肌絲 肌收縮的滑動絲模型及分子基礎(chǔ)肌收縮的滑動絲模型及分子基礎(chǔ)肌收縮時肌節(jié)的收縮肌收縮時肌節(jié)的收縮 原肌球蛋白的抑制作用原肌球蛋白的抑制作用 Ca2+離子對肌收縮的

29、調(diào)節(jié)作用離子對肌收縮的調(diào)節(jié)作用 Ca2+離子濃度調(diào)節(jié)離子濃度調(diào)節(jié):肌收縮與神經(jīng)興奮相偶聯(lián)肌收縮與神經(jīng)興奮相偶聯(lián) Ca2+離子在肌收縮中的作用離子在肌收縮中的作用細肌絲的組成細肌絲的組成: 肌動蛋白：占肌動蛋白：占25% 原肌球蛋白（原肌球蛋白（Tm）：不速之客）：不速之客 肌鈣蛋白肌鈣蛋白(Tn)肌鈣蛋白肌鈣蛋白 (Troponin, Tn)為復(fù)合物，包括三個亞基：為復(fù)合物，包括三個亞基：TnC(Ca2+敏感性蛋白亞基敏感性蛋白亞基) 能特異與能特異與Ca2+結(jié)合結(jié)合; TnT(與原肌球蛋白結(jié)合與原肌球蛋白結(jié)合); TnI(抑制肌動蛋白和肌球蛋白的結(jié)合抑制肌動蛋白和肌球蛋白的結(jié)合)原肌球蛋白原

30、肌球蛋白(tropomyosin, Tm):由兩條平行的多肽鏈由兩條平行的多肽鏈形成形成-螺旋構(gòu)型螺旋構(gòu)型,位于肌動蛋白螺旋溝內(nèi)位于肌動蛋白螺旋溝內(nèi), 與與細肌絲的肌細肌絲的肌動蛋白結(jié)合動蛋白結(jié)合 作用：調(diào)節(jié)肌動蛋白與肌球蛋白頭部的結(jié)合。作用：調(diào)節(jié)肌動蛋白與肌球蛋白頭部的結(jié)合。Ca2+在調(diào)節(jié)肌鈣蛋白中胡作用：在調(diào)節(jié)肌鈣蛋白中胡作用：由神經(jīng)沖動誘發(fā)的肌肉收縮由神經(jīng)沖動誘發(fā)的肌肉收縮基本過程基本過程動作電位的產(chǎn)生：神經(jīng)細胞產(chǎn)生動作電位，促使肌細胞質(zhì)膜去極化，并形成動作電位的產(chǎn)生：神經(jīng)細胞產(chǎn)生動作電位，促使肌細胞質(zhì)膜去極化，并形成T T形形小管，小管，T T管末端靠近肌質(zhì)網(wǎng)。管末端靠近肌質(zhì)網(wǎng)。 Ca

31、Ca2+2+的釋放：的釋放： T T管末端靠近肌質(zhì)網(wǎng)管末端靠近肌質(zhì)網(wǎng)促發(fā)肌質(zhì)網(wǎng)上促發(fā)肌質(zhì)網(wǎng)上CaCa2+2+通道釋放出通道釋放出CaCa2+2+。原肌球蛋白位移：原肌球蛋白位移： CaCa2+2+濃度增加，與肌鈣蛋白結(jié)合，改變肌鈣蛋白的構(gòu)型，從而濃度增加，與肌鈣蛋白結(jié)合，改變肌鈣蛋白的構(gòu)型，從而帶動原肌球蛋白移位，解除原肌球蛋白對肌動蛋白的抑制作用，露出肌動蛋白與帶動原肌球蛋白移位，解除原肌球蛋白對肌動蛋白的抑制作用，露出肌動蛋白與肌球蛋白結(jié)合的位點。肌球蛋白結(jié)合的位點。 肌動蛋白絲與肌球蛋白絲的相對滑動：肌動蛋白與肌球蛋白結(jié)合產(chǎn)生交聯(lián)橋，在肌動蛋白絲與肌球蛋白絲的相對滑動：肌動蛋白與肌球蛋白

32、結(jié)合產(chǎn)生交聯(lián)橋，在ATPATP供能的條件下產(chǎn)生肌收縮供能的條件下產(chǎn)生肌收縮。 Ca2+的回收：一旦神經(jīng)沖動消失，的回收：一旦神經(jīng)沖動消失， Ca2+被鈣泵泵回到肌質(zhì)網(wǎng)儲存，肌肉舒張。被鈣泵泵回到肌質(zhì)網(wǎng)儲存，肌肉舒張。肌質(zhì)網(wǎng)對骨骼肌胞質(zhì)溶膠中肌質(zhì)網(wǎng)對骨骼肌胞質(zhì)溶膠中Ca2+離子濃度的調(diào)節(jié)作用離子濃度的調(diào)節(jié)作用10.3.5 肌動蛋白和肌球蛋白在非肌細胞中的作用肌動蛋白和肌球蛋白在非肌細胞中的作用 粘著斑和微絨毛中的束狀肌動蛋白纖維粘著斑和微絨毛中的束狀肌動蛋白纖維 細胞內(nèi)運輸作用細胞內(nèi)運輸作用 胞質(zhì)環(huán)流胞質(zhì)環(huán)流 細胞運動細胞運動 參與胞質(zhì)分裂參與胞質(zhì)分裂 肌動蛋白纖維對細胞形態(tài)的影響肌動蛋白纖維對

33、細胞形態(tài)的影響 微絲參與胞吞與分泌微絲參與胞吞與分泌 限制膜蛋白的移動限制膜蛋白的移動微絨毛微絨毛(microvillus):是腸上皮細胞的指狀突是腸上皮細胞的指狀突起，用以增加腸上皮細胞起，用以增加腸上皮細胞表面積，以利于營養(yǎng)的快表面積，以利于營養(yǎng)的快速吸收。速吸收。 粘著斑和微絨毛中的束狀肌動蛋白纖粘著斑和微絨毛中的束狀肌動蛋白纖維維應(yīng)力纖維（應(yīng)力纖維（stress fiber） 廣泛存在于真核細胞。微絲緊密平行排列成束，形廣泛存在于真核細胞。微絲緊密平行排列成束，形成應(yīng)力纖維成應(yīng)力纖維,具有收縮功能。具有收縮功能。 成分：肌動蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和成分：肌動蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋

34、白和 -輔輔肌動蛋白。介導(dǎo)細胞間或細胞與基質(zhì)表面的粘著肌動蛋白。介導(dǎo)細胞間或細胞與基質(zhì)表面的粘著。細胞內(nèi)的運輸細胞內(nèi)的運輸肌球蛋白的功能肌球蛋白的功能通過肌球蛋通過肌球蛋白白進行物進行物質(zhì)運輸：質(zhì)運輸：小泡的運輸小泡的運輸微絲的運輸微絲的運輸胞質(zhì)環(huán)流：胞質(zhì)環(huán)流：植物細胞的胞質(zhì)環(huán)流植物細胞的胞質(zhì)環(huán)流胞質(zhì)環(huán)流：菌類、藻胞質(zhì)環(huán)流：菌類、藻類和高等植物中非常類和高等植物中非?；钴S的運動現(xiàn)象。活躍的運動現(xiàn)象。由肌動蛋白和肌球蛋由肌動蛋白和肌球蛋白的運動介導(dǎo)。白的運動介導(dǎo)。變形運動（變形蟲式運動）：變形運動（變形蟲式運動）：單細胞移動單細胞移動細胞運動細胞運動細胞爬行：細胞爬行：參與胞質(zhì)分裂參與胞質(zhì)分裂收

35、縮環(huán)收縮環(huán):由大量反向平行排列由大量反向平行排列的微絲組成，其收縮機制是肌的微絲組成，其收縮機制是肌動蛋白和肌球蛋白相對滑動動蛋白和肌球蛋白相對滑動。 肌動蛋白纖維對細胞形態(tài)的影響肌動蛋白纖維對細胞形態(tài)的影響 限制膜蛋白的移動限制膜蛋白的移動10.4 中間纖維（中間纖維（intermediate filament,IF) 中間纖維的結(jié)構(gòu)和類型中間纖維的結(jié)構(gòu)和類型 中間纖維的裝配中間纖維的裝配 中間纖維的功能中間纖維的功能中間纖維的結(jié)構(gòu)和類型中間纖維的結(jié)構(gòu)和類型又稱為又稱為10nm纖維，是由長的、桿狀蛋白質(zhì)裝配而來。纖維，是由長的、桿狀蛋白質(zhì)裝配而來。是一種堅韌的，耐久的蛋白質(zhì)纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。是一種堅韌的，耐久的蛋白質(zhì)纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)：中間是結(jié)構(gòu)：中間是螺旋區(qū)，兩端是螺旋區(qū)，兩端是N端和端和C端，單體能形成端，單體能形成 同源二聚體纖維同源二聚體纖維脊椎動物細胞中中間纖維蛋白的主要類型脊椎動物細胞中中間纖維蛋白的主要類型類型類型舉舉 例例細胞內(nèi)分布細胞內(nèi)分布型型酸性角蛋白酸性角蛋白(acidic keratins)表皮細胞表