12第十二章 細胞骨架

1、第十二章 細胞骨架（cytoskeletons）細胞骨架概況細胞骨架概念: 為真核細胞胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)構成的纖維系統(tǒng)，對細胞的形態(tài)維持、細胞本 身的運動及細胞內(nèi)部物質(zhì)的運輸有著重要作用。細胞骨架組成：微絲（microfilaments, MF）微管（microtubules, MT）中間絲（intermediate filaments, IF）第一節(jié)微管（microtubule，MT一、微管是由微管蛋白組成的中空小管微管蛋白（tubulin） a,、p亞基微管蛋白異二聚體組成13條具有極性的原絲微管蛋白的級性結構：增長端（快速生長端）縮減端（慢生長端）二、微管結構具備多變性微管的分布式樣在細胞間

2、期和分裂期有明顯的不同微管的抑制劑：秋水仙堿（colchicine）：阻止聚合紫杉醇（taxol）：穩(wěn)定微管，對抗解聚三、微管組織的動力學不穩(wěn)定性不停地解聚和重聚合（一）微管的組裝微管蛋白微管低溫、可以使微管解聚微管成核階段困難: 成核中心位點-種子”（二）微管的極性（ + ）端：即正端或（快）增長端，生長和縮短都快的那端（ -）端：即負端或縮減端，在動物細胞中一般朝向中心體三）微管的動態(tài)不穩(wěn)定性 微管的動態(tài)不穩(wěn)定性對細胞形態(tài)的發(fā)生有重要作用，細胞極性的發(fā)生與微管的定向 生長有關微管的抑制劑 秋水仙素： 可與微管蛋白分子緊緊結合，阻止微管蛋白分子間的聚合 紫杉酚： 可與微管緊緊結合，使之穩(wěn)定均

3、可抑制細胞的有絲分裂四、管蛋白轉譯后的修飾標志微管的“分子鐘”a-管蛋白的修飾：賴氨酸乙?；?C 末端去酪氨酸化微管結合蛋白微管結合蛋白（microtubule-associated proteins, MAPs）腦中主要有兩類：高分子量的：MAPI，MAP2,低分子量的：tau蛋白a-微管蛋白特殊賴氨酸的乙?；蚢-微管蛋白C末端酪氨酸的切除可提供MAPs的特異性 結合位點微管-依賴性動力蛋白：驅(qū)動蛋白、動力蛋白及其功能神經(jīng)軸突的快速運輸：驅(qū)動蛋白（kinesin） 胞質(zhì)動力蛋白（dynein）微管與細胞器在細胞內(nèi)分布的關系密切：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上有驅(qū)動蛋白 高爾基體上有胞質(zhì)動力蛋白六、微管組織中心

4、（MTOC）動物細胞：中心體中心體基質(zhì)中的Y -管蛋白植物細胞：高等植物無中心體,但仍有MTOC霉菌、藻類：紡錘體-極體Y微管蛋白以環(huán)狀結構存在于微管組織中心圍核物質(zhì)（ perinuclear material） 中心體基質(zhì)（centrosome matrix）與微管聚合的起始密切相關Y -管蛋白與a/卩-管蛋白相互作用七、纖毛和鞭毛運動（一）組成與運動功能.組成：真核細胞中微管構成的穩(wěn)定結構結構：質(zhì)膜包圍，軸絲軸絲： 9x2+2,二聯(lián)體側臂（動力蛋白臂）其他結構：連接蛋白，輻條七、纖毛和鞭毛運動.運動功能：軸絲二聯(lián)體之間的相對滑動引起纖毛或鞭毛彎曲動力來源：動力蛋白是一種ATP酶中心體和基體

5、 中心體、中心粒：9x3+0 微管排列 基體： 纖毛和鞭毛根部的結構，與中心粒結構非常相似微管的功能：維持細胞的形態(tài)構成纖毛、鞭毛和中心粒等細胞運動器官，參與細胞運動維持細胞器的位置，參與細胞器的位移參與細胞內(nèi)物質(zhì)運輸參與染色體的運動，調(diào)節(jié)細胞分裂參與細胞內(nèi)信號轉導第二節(jié) 肌動蛋白微絲（actin filament, microfilament, MF）由肌動蛋白組成的緊密螺旋狀纖維，直徑7納米肌動蛋白（actin）：-球狀（G-actin）和纖維狀（F-actin）多基因所編碼，不同的細胞（心肌、骨骼肌、平滑肌、成纖細胞）各不相 同，可分三類：a-肌動蛋白、R-肌動蛋白和Y -肌動蛋白肌動蛋

6、白微絲在細胞內(nèi)形成穩(wěn)定或不穩(wěn)定的結構穩(wěn)定的肌動蛋白微絲：肌節(jié)肌動蛋白微絲是極性結構生長快的正端“禿端”生長慢的負端“指向端”細胞皮層-質(zhì)膜下由微絲構成的動態(tài)網(wǎng)絡-維持細胞形狀和調(diào)控細胞表面運動細胞松弛素處理細胞，皮層破壞，核很容易去掉。二、肌動蛋白微絲的裝配機制肌動蛋白 微絲微絲具有極性,正端聚合速度比負端快10倍肌動蛋白微絲的動態(tài)變化需要ATP水解ATP水解及ATP-ADP置換特點肌動蛋白庫 微絲組裝的動態(tài)調(diào)節(jié) 踏車模型 正端不斷增加肌動蛋白與負端不斷丟失肌動蛋白保持等速 動力不穩(wěn)定模型 與微管組裝原理一致，微絲的長度呈動力學不穩(wěn)定狀態(tài) 微絲穩(wěn)定及解聚藥物的作用細胞松弛素(cytochals

7、in)：結合正端，抑制聚合鬼筆環(huán)肽(phalloidin)：穩(wěn)定微絲，對抗解聚 細胞內(nèi)小分子蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)肌動蛋白的聚合肌動蛋白-單體-結合蛋白胸腺素(thymosin)：抑制微絲聚合機制：覆蓋單體分子抑制 ATP-ADP 置換前纖維蛋白：促進肌動蛋白聚合機制：感受細胞外刺激 促進 ADP-ATP 置換3其它：肌動蛋白解聚因子(ADF)微刺及片狀偽足是從細胞表面伸出的含肌動蛋白的膜突起片狀偽足( lamellipodia)微刺或絲狀偽足(filopodia)二者都是由局部肌動蛋白在質(zhì)膜內(nèi)面皮層的聚合 運動細胞的前沿是肌動蛋白 聚合的成核區(qū)運動前沿質(zhì)膜啟動微絲聚合的模式：微絲正端插在質(zhì)膜內(nèi)，通過踏水

8、車機制增長和解聚推動前沿向前不插在質(zhì)膜，短微絲在前沿形成，另一些向后移再解聚 肌動蛋白微絲動態(tài)變化的信號通路三、微絲結合蛋白( ABPs，actin binding proteins)微絲結合蛋白結構類型廣泛，以不同方式調(diào)節(jié)微絲的特性和功能最重要的微絲結合蛋白多存在于細胞的最外周區(qū)血影蛋白(spectrin)與ankyrin結合肌動蛋白形成膜-附著骨架交聯(lián)蛋白(cross-linking protein)調(diào)節(jié)肌動蛋白的組裝形式捆綁蛋白；成膠性蛋白凝溶膠蛋白(gelsolin )可被Ca2+激活而切斷微絲肌球蛋白(myosin)是唯一已知的動力蛋白(一)血影蛋白和ankyrin結合肌動蛋白形成膜

9、覆著骨架血影蛋白（spectrin）四聚體與肌動蛋白微絲連接血影蛋白通過ankyrin橋與跨膜載體蛋白band 3相連它們在成熟RBC中構成了支持質(zhì)膜的細胞骨架網(wǎng)的結構模式（二）交聯(lián)蛋白調(diào)節(jié)肌動蛋白的組裝形式動物細胞皮層肌動蛋白微絲三類組裝形式：平行束、收縮束、膠體樣網(wǎng)架交聯(lián)蛋白（cross-linking proteins）分類：（ 1 ）捆綁蛋白（ bundling proteins）毛緣蛋白（fimbrin） a-輔肌動蛋白（a -actinin）（2）成膠性蛋白（gel-forming proteins） 細絲蛋白（ filamin）（三）凝溶膠蛋白被Ca2+激活而切斷微絲凝溶膠蛋白活

10、化切斷微絲（gelsosin）覆蓋微絲破壞微絲交聯(lián)網(wǎng)胞質(zhì)局部液態(tài)化胞質(zhì)液流/細胞收縮（四）肌球蛋白是肌動蛋白微絲的唯一已知動力蛋白，在真核細胞中有許多肌球蛋白家族成員肌球蛋白家族能水解 ATP（1）肌球蛋白-II含有兩條重鏈和四條輕鏈（2）頭部由輕鏈和重鏈N-端組成，有ATPase活性（3）尾部由重鏈C-端組成，形成雙股螺旋肌球蛋白能使分子聚合成雙桿狀四、細胞內(nèi)微絲收縮結構（一）收縮環(huán)（contractile ring）-非肌肉細胞內(nèi)的瞬時性肌肉樣結構（二）應力纖維（stress fibers）-由微絲與肌球蛋白II組裝的另一種不穩(wěn)定性收縮束（三）粘著帶（adhesion belt）-非肌肉細

11、胞的一種相對穩(wěn)定的結構五、微絲的相關結構及功能（一）焦點接觸是細胞附著結構焦點接觸由細胞外基質(zhì)成分、跨膜連接蛋白和細胞內(nèi)粘著斑組成，內(nèi)與肌動蛋白微絲相連整合蛋白、粘著斑蛋白talin、vinculin蛋白、a -actinin、應力纖維肌動蛋白微絲3焦點接觸作用：機械、信號轉導（src家族）（二）微絨毛的特化微絲束1.微絨毛核心由肌動蛋白-捆綁蛋白捆綁成束，后者包括fimbrin和最重要的vilin（絨毛蛋白） 2微絨毛基部微絲束與質(zhì)膜間有側橋連接，內(nèi)含肌球蛋白-I微絨毛基部的質(zhì)膜皮層區(qū)成為終末網(wǎng)（terminal web），含 spectrin 網(wǎng)和中間絲 肌肉是以肌動蛋白為基礎的運動器（一

12、）骨骼肌由許多單核成肌細胞融合而成1.骨骼肌肌纖維肌原纖維肌小節(jié)肌節(jié)：為橫紋肌的基本結構和功能單位 明帶，暗帶，Z線(盤) 細肌絲 粗肌絲肌肉收縮滑動學說收縮時暗帶(粗肌絲所在)長度不變, 明帶縮短細肌絲和粗肌絲之間相互滑動的結果收縮的能量來自橫橋水解ATP所釋放 的化學能肌肉收縮的調(diào)節(jié)肌漿網(wǎng)為特殊的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，是一種儲鈣結構T 管系統(tǒng)終末池肌鈣蛋白(troponin)有T、I、C三個亞基Interaction of myosin and actin心肌的肌絲裝配與骨骼肌相同1相同點:有橫紋，通過動作電位-肌漿網(wǎng)-Ca-troponin-tropo 肌球蛋白復合體2不同點:單個核的細胞閏盤(i n

13、tercalated discs)3閏盤功能:橋粒連接;執(zhí)行Z線連接功能；允許動作電位迅速擴散平滑肌為最原始的肌肉形式不同點:1.平滑肌無橫紋，有致密斑2收縮的控制：肌球蛋白輕鏈的磷酸化微絲的功能構成細胞的支架，維持細胞的形態(tài)作為肌纖維的組成成分，參與肌肉收縮參與細胞分裂參與細胞運動參與細胞內(nèi)物質(zhì)運輸參與細胞內(nèi)信號轉導第三節(jié)中間絲(intermediate filament， IF)中等纖維(中間纖維)直徑 10nm 的纖維( 10nm 纖維)是一多基因家族編碼的多種異源性纖維狀蛋白組成，至少包括50種中間絲是絲狀蛋白多聚體1.基本結構:頭、尾和桿狀區(qū)頭、尾:大小和組成變化大桿狀區(qū):保守,是七位復件的 螺旋雙體分子,形成同向的雙股螺旋二聚體兩個二聚體異向、交錯排列形成無極性的四聚體 中間絲的分類I、II型：角蛋白(K, keratin)上皮組織III型：波形纖維蛋白類，包括波形纖維蛋白(V, vimentin)：間質(zhì)細胞結蛋白 ( D， desmin) 肌肉細胞膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)膠質(zhì)細胞IV型：神經(jīng)絲蛋白(NF)三個肽V 型：核層蛋白( lamin)， A、 B、 CVI型：融合蛋白、平行蛋白、巢素蛋白未歸類： phakini