生物細胞學課件文字版：第10章細胞骨架

1、第十章 細胞骨架 2012cytoskeleton本 章 內(nèi) 容前 言第一節(jié) 微絲與細胞運動第二節(jié) 微管及其功能第三節(jié) 中間絲概 述（P264，193）細胞骨架（cytoskeleton）是指真核細胞中的蛋白纖維網(wǎng)架體系。 細胞核骨架 細胞質(zhì)骨架 細胞膜骨架 細胞外基質(zhì)包括三類蛋白質(zhì)纖絲 微絲（microfilament，MF） 微管（microtubule，MT） 中間絲（intemediate filament，IF）成分：微絲、微管和中間絲均由單體蛋白以較弱的非共價鍵結(jié)合在一起，構(gòu)成纖維型多聚體。? 微絲多分布在細胞質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)，確定細胞表面特征，使細胞能夠運動和收縮。? 微管主要分布在核

2、周圍，確定膜性細胞器的位置和作為膜泡運輸?shù)膶?dǎo)軌。? 中間絲分布在整個細胞中，使細胞具有張力和抗剪切力。細胞骨架的特點：第一、 是動態(tài)結(jié)構(gòu)，可以快速裝配、去裝配、再裝配，是高速動態(tài)的組織；第二、功能復(fù)雜。支撐、定位、運動、運輸?shù)?。細胞骨架的功能：支架：維持細胞的形態(tài)，如紅細胞膜骨架；細胞內(nèi)框架：為各種細胞器提供附著位點；運輸軌道：運輸膜泡、細胞器、染色體運動；細胞運動動力：偽足、纖毛、鞭毛運動；參與蛋白質(zhì)翻譯：錨定mRNA翻譯復(fù)合體；參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：參與細胞分裂：核分裂和胞質(zhì)分裂。第一節(jié) 微絲與細胞運動 p265，194 微絲，又稱肌動蛋白絲（actin filament），是指真核細胞中由肌動蛋

3、白（actin）組成的骨架纖維， 直徑7nm。一、微絲的組成及其組裝266，194（一）結(jié)構(gòu)與成分肌動蛋白（actin） 1、形狀、分布： 肌動蛋白單體呈啞鈴形，由375個氨基酸殘基組成，MW4.3104，存在于所有真核細胞中。 肌動蛋白是真核細胞中含量最豐富的蛋白質(zhì)。2、分類 序列高度保守，目前發(fā)現(xiàn)6種： 肌動蛋白 橫紋肌 心肌 血管平滑肌 腸道平滑肌 肌動蛋白 肌動蛋白（二）微絲的組裝及其動力學特征 G-actin形成F-actin（P267，195）1、條件：ATP、Mg2+、高濃度的Na+、K+條件下， G-actin裝配成F-actin 。2、過程：三個階段 成核 快速延長 穩(wěn)定期

4、成核： G-actin形成短的寡聚體；延長：新的G-actin加到微絲末端，使得微絲延伸； 微絲具有極性， (+)極延長的速度要比(-)極快510倍。穩(wěn)定期： G-actin達到臨界濃度，約0.1M。一定條件下，肌動蛋白在(+)端添加，而從(-)端縮短，表現(xiàn)出“踏車”現(xiàn)象。裝配的控制有的微絲是永久性結(jié)構(gòu)；有的微絲是動態(tài)結(jié)構(gòu)，持續(xù)進行裝配和解聚，參與細胞形態(tài)維持和運動。裝配的調(diào)節(jié)因素： 游離G-actin的濃度； 微絲橫向連接成束或者成網(wǎng)的程度； 微絲結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié)。 （三）影響微絲組裝的特異性藥物細胞松弛素（P267,196）（cytochalasin）真菌分泌的生物堿，切斷并結(jié)合于微絲的末端

5、，阻止肌動蛋白亞基的進一步聚合?；罴毎尤爰毎沙谒睾?，肌動蛋白纖維消失，移動、吞噬、胞質(zhì)分裂消失。對微管、肌肉中的肌動蛋白絲無作用。鬼筆環(huán)肽（philloidin）毒蕈產(chǎn)生的雙環(huán)桿肽，是劇毒的生物堿，與微絲（F肌動蛋白）有強親和力，抑制解聚。帶有熒光標記的鬼筆環(huán)肽可以在熒光顯微鏡下顯示細胞中的微絲。二、微絲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)與細胞運動微絲結(jié)合蛋白（miceofilament-associated protein）參與形成微絲纖維高級結(jié)構(gòu)，執(zhí)行不同的功能。種類繁多，目前已經(jīng)分離出100多種。 非肌肉細胞中的微絲結(jié)合蛋白 肌肉收縮系統(tǒng)中的微絲結(jié)合蛋白 （一）非肌肉細胞中的微絲結(jié)合蛋白（P268）種類

6、繁多；功能：涉及微絲的裝配和功能。（二）細胞皮層cell cortex （略）（三）應(yīng)力纖維 （略）（四） 細胞偽足的形成和遷移運動（略）（五）微絨毛（microvilli）微絲束平行排列，無收縮功能。（六）胞質(zhì)分裂環(huán)內(nèi)吞、外排膜泡形狀的變化；細胞分裂末期細胞中部的縊縮胞質(zhì)分裂環(huán)；是非肌肉系統(tǒng)中具有收縮功能的微絲束的代表。三、肌球蛋白分子馬達：分子發(fā)動機P274 ，201 驅(qū)動蛋白、動力蛋白、肌球蛋白 微管結(jié)合 微絲結(jié)合（一）分類肌球蛋白：是ATPase，將化學能（ATP）轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，沿微絲軌道運動；18種。 型參與肌絲滑動；V膜泡運輸；I、VI、IX、X內(nèi)吞及運輸（二）肌球蛋白的結(jié)構(gòu)1、型

7、肌球蛋白（傳統(tǒng)的肌球蛋白）（conventional myosin）結(jié)構(gòu)：由2個重鏈和4個輕鏈組成，包含3個結(jié)構(gòu)域：頭部結(jié)構(gòu)域：最保守，含有與肌動蛋白和ATP結(jié)合的位點，負責產(chǎn)生力；螺旋頸區(qū)：通過鈣調(diào)素（或類似）來調(diào)節(jié)頭部的活性；尾部結(jié)構(gòu)域：決定尾部的結(jié)合對象。（二）非傳統(tǒng)類型的肌球蛋白 I型、V型等肌球蛋白（自學，略）四、肌細胞的收縮運動（一）肌纖維的結(jié)構(gòu)（P276，203） 肌肉 肌纖維束 肌纖維（肌細胞） 肌原纖維肌原纖維（myofibrils）是骨骼肌的收縮單位。肌原纖維由粗肌絲和細肌絲裝配而成； 粗肌絲肌球蛋白細肌絲肌動蛋白（輔以原肌球蛋白和肌鈣蛋白）原肌球蛋白（tropomyosi

8、n，Tm）形態(tài)、分布：由兩條平行的多肽鏈形成螺旋構(gòu)型，位于肌動蛋白螺旋溝內(nèi)，跨度為7個肌動蛋白。功能：調(diào)節(jié)肌動蛋白和肌球蛋白頭部的結(jié)合。肌鈣蛋白（troponin，Tn）含3個亞基： 肌鈣蛋白C（TnC）：與Ca2+結(jié)合 肌鈣蛋白T（TnT）：與原肌球蛋白結(jié)合 肌鈣蛋白 I（TnI）：抑制肌球蛋白 ATPase活性神經(jīng)沖動使肌膜去極化，經(jīng)T小管傳至肌質(zhì)網(wǎng) 肌質(zhì)網(wǎng)去極化后釋放Ca2+到肌漿中 Ca2+與肌鈣蛋白結(jié)合解除原肌球蛋白的抑制作用 肌動蛋白絲與肌球蛋白絲相對滑動 神經(jīng)沖動停止，肌質(zhì)網(wǎng)回收Ca2+ ，收縮停止肌動蛋白絲與肌球蛋白絲相對滑動。肌球蛋白結(jié)合ATP，引起頭部與肌動蛋白纖維分離；A

9、TP水解，引起頭部與肌動蛋白弱結(jié)合；Pi釋放，頭部與肌動蛋白強結(jié)合，頭部向M線方向彎曲，引起細肌絲向M線移動；ADP釋放，ATP結(jié)合上去，頭部與肌動蛋白纖維分離。如此循環(huán)第二節(jié) 微管及其功能 微管（microtubule,MT）P280由微管蛋白（tubulin）裝配成的長管狀結(jié)構(gòu)，外徑24nm，內(nèi)徑15nm。存在于一切真核生物中。一、MT的結(jié)構(gòu)組成、極性1、結(jié)構(gòu)組成微管裝配的單位、形成的異二聚體；、微管蛋白亞基分子在進化上極為穩(wěn)定,并且二者有一定同源性；微管壁由13根原纖維排列構(gòu)成；可以裝配成單管、二聯(lián)管、三聯(lián)管。單管：在低溫、Ca2和秋水仙素作用下容易解聚；雙聯(lián)管：構(gòu)成纖毛和鞭毛，對低溫、

10、Ca2和秋水仙素穩(wěn)定；三聯(lián)管：見于中心粒和基體，對低溫、Ca2和秋水仙素穩(wěn)定；2、微管的極性微管蛋白的添加和釋放主要發(fā)生在（）極，（）極生長速度慢。 (+)極的最外端是球蛋白，(-)極的最外端是球蛋白。二、微管的組裝和去組裝（一）微管的體外裝配和踏車行為、 二聚體 原纖維 13根原纖維片層 合攏成管狀 新二聚體添加到末端微管也具有踏車行為（tread milling）體外微管裝配條件（1）微管蛋白濃度：約1mg/ml；（2）pH6.9；（3）離子：需要Mg2+，Ca2+除去；（4）溫度：高于20裝配，0解聚；（5）GTP體內(nèi)微管裝配動態(tài)大多數(shù)微管處于動態(tài)組裝和去組裝狀態(tài)，間期：微管 微管蛋白亞

11、單位 分裂期：微管 紡錘體細胞中某些微管結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，如纖毛、鞭毛；（二）作用于微管的特異性藥物（P284）秋水仙素（colchicine）生物堿，能與未聚合的微管二聚體結(jié)合，一旦加到微管的末端，就阻止其它微管蛋白的組裝。 低濃度阻斷細胞于中期； 高濃度所有的微管解聚。紫杉醇（taxol）阻止去組裝，從而促進微管的裝配和穩(wěn)定，不會解聚。三、微管組織中心（MTOC）(P285，209)具有起始微管組裝和延伸的細胞結(jié)構(gòu)。動物的MTOC是中心體(centrosome)和基體（basal body）MTOC的主要功能是幫助微管裝配過程中的成核反應(yīng)，微管從MTOC開始生長； MTOC提供了微管的起點和方

12、向性?；w是鞭毛和纖毛的MTOC；植物細胞沒有MTOC。中心體動物細胞中主要的微管組織中心，由一對中心粒組成；基粒位于鞭（纖）毛根部的微管組織中心結(jié)構(gòu)。中心粒和基粒均為微管性結(jié)構(gòu)，由9組三聯(lián)體微管組成，二者同源；可以自我復(fù)制，基粒中含有DNA，可以編碼自身蛋白。四、微管的動力學性質(zhì)（自學）五、微管結(jié)合蛋白對微管結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)（自學）七、細胞內(nèi)依賴于微管的物質(zhì)運輸（P290，213）物質(zhì)從合成部位 功能部位；以神經(jīng)元軸突運輸和魚色素細胞中色素顆粒運輸為例。神經(jīng)元軸突運輸微管可以作為高爾基和其他小泡和顆粒運輸?shù)能壍?，速?微米/秒；雙向性；2種引擎蛋白 驅(qū)動蛋白（向極運輸）、 胞質(zhì)動力蛋白（向極運輸）

13、；八、鞭毛、纖毛的結(jié)構(gòu)和功能（P296，217）鞭毛（flagellae）和纖毛（cilia）是具有運動功能的細胞表面特化結(jié)構(gòu)；都具有“92”排列的微管束結(jié)構(gòu)。九、紡錘體和染色體運動（P299）紡錘體微管的來源：分裂期胞質(zhì)微管網(wǎng)架崩解，微管蛋白重新組裝；紡錘體微管的組成： 動粒微管連接動粒和兩極； 極性微管兩極發(fā)出，在中部交錯； 星體微管構(gòu)成星體染色體運動的分子機制：第三節(jié) 中間絲中間絲（intermediate filament，IF）直徑10nm左右，直徑介于微絲和微管之間；IF是最穩(wěn)定的細胞骨架成分，主要起支撐作用；IF在細胞中圍繞著細胞核分布，成束成網(wǎng)，并擴 展到細胞質(zhì)膜，與質(zhì)膜相連結(jié)。一、IF的類型和組成成分：分為6類具有組織特異性，不同類型細胞含有不同IF。通常一種細胞含有一種中間纖維，少數(shù)含有2種以上。腫