醫(yī)學(xué)細胞-24學(xué)時李2011.3改第七章

第一節(jié)概述第七章細胞骨架一、細胞骨架的組成

細胞骨架(cytoskeleton)是細胞內(nèi)以蛋白纖維為主要成分的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由微管(microtubule,MT)、微絲

(microfilament,MF)和中間纖維(intermediatefilament,IF)組成。它們由許多不同的蛋白質(zhì)亞基裝配成纖維狀結(jié)構(gòu)，并根據(jù)細胞不同的功能狀態(tài)，改變其排列、分布方式，相互交叉貫穿在整個細胞中。微絲微管中間纖維二、細胞骨架的功能（一）構(gòu)成細胞內(nèi)支撐和區(qū)域化的網(wǎng)架（二）參與細胞的運動和細胞內(nèi)物質(zhì)運輸（三）參與細胞的分裂活動（四）參與細胞內(nèi)信息傳遞三、細胞骨架的研究方法（一）電子顯微鏡技術(shù)（二）免疫熒光顯微鏡技術(shù)（三）活細胞熒光顯微成像技術(shù)第二節(jié)微管Microtubule,MT一、微管的結(jié)構(gòu)與微管蛋白二、微管結(jié)合蛋白三、微管的組裝和極性四、微管的功能一、微管的結(jié)構(gòu)與微管蛋白1、微管的形態(tài)結(jié)構(gòu)微管呈中空的管狀結(jié)構(gòu)，外徑24nm，內(nèi)徑15nm。微管的圓柱狀結(jié)構(gòu)由13條原纖維縱行螺旋排列構(gòu)成。Afluorescentlystainedimageofculturedepithelialcellsshowingthenucleus(yellow)andmicrotubules(red)2、微管的化學(xué)組成微管蛋白(tubulin)--80%

微管結(jié)合蛋白--20%

α-微管蛋白β-微管蛋白微管相關(guān)蛋白(microtubule-associatedproteins,MAPs)

微管聚合蛋白(Tau蛋白/ζ蛋白）微管蛋白(tubulin)αβGDP結(jié)合位點GTP結(jié)合位點微管蛋白常以異二聚體（α微管蛋白+β微管蛋白）的形式存在，也是微管組裝的基本結(jié)構(gòu)單位。不可交換位點，GTP不會被水解?？山粨Q位點，組裝前GTP，組裝后GDP。α+βαβ二聚體αβ+αβ+…+αβ多聚體原纖維13條原纖維微管壁γ微管蛋白含量不足微管蛋白的1%定位于微管組織中心(MTOC)對微管的形成、數(shù)量和位置，以及極性的確定和細胞分裂起重要作用3、微管的類型singletdoublettriplet大多數(shù)微管鞭毛，纖毛中心體，基體二、微管結(jié)合蛋白一般由兩個區(qū)域組成：

堿性微管結(jié)合區(qū)

酸性區(qū)域，伸出突起與微管結(jié)合，并與微管蛋白共同組成微管系統(tǒng)。

主要功能：①參與、促進微管裝配②維持微管穩(wěn)定③成為交聯(lián)橋把微管連在一起在細胞中微管是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)，微管與微管蛋白單體之間存在可逆的動態(tài)平衡。

微管的自我裝配是一種高度有序的生命活動過程，按照特定的方式組裝和去組裝，并受到嚴格的控制。

三個時期：

成核期（延遲期）、聚合期（延長期）、穩(wěn)定期三、微管的組裝和極性（一）微管的體外裝配：

極性裝配:13條原纖維（一段微管）二聚體

片狀或環(huán)狀核心

延長在（＋）極端發(fā)生裝配使微管伸長在（－）極端發(fā)生去組裝使微管縮短異二聚體首尾相接，組裝成的微管具有極性；一端是α微管蛋白（—），另一端是β微管蛋白（+）。踏車行為（二）微管的體內(nèi)裝配：微管組織中心（microtubuleorganizingcenter,MTOC

）：活細胞內(nèi)微管組裝時總是以某部位為中心開始聚集，這個中心稱為微管組織中心,包括中心體、基體。為微管裝配提供始發(fā)區(qū)域，控制著細胞質(zhì)中微管的數(shù)量、位置及方向。

裝配過程及極性規(guī)律同體外組裝。中心體中心體(centrosome)=2個垂直的中心粒+周圍物質(zhì)動物細胞內(nèi)微管起始的主要位點，通常位于整個微管網(wǎng)絡(luò)的中心，參與有絲分裂。中心粒結(jié)構(gòu)每個中心粒由9組三聯(lián)體微管斜向排列呈風(fēng)車狀包圍而成，為(9×3＋0)結(jié)構(gòu)。MTarenucleatedbyaproteincomplexcontaining-tubulin。成核模型纖毛和鞭毛9組二聯(lián)管+一對中央單管，（9×2+2）結(jié)構(gòu)。鞭毛與纖毛軸絲以基體為MTOC組裝而成，基體結(jié)構(gòu)同中心粒。（三）作用于微管的特異性藥物秋水仙素、長春花堿等抑制微管的組裝秋水仙素與β微管蛋白結(jié)合后，抑制GTP的水解，從而抑制微管的組裝。紫杉醇促進微管的組裝并穩(wěn)定已組裝的微管（一）構(gòu)成細胞的支架，維持細胞形態(tài)；四、微管的功能（二）參與細胞內(nèi)物質(zhì)運輸；四、微管的功能馬達蛋白（motorprotein）能沿著細胞骨架鋪就的“軌道”運動的蛋白，靠水解ATP提供能量，把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，介導(dǎo)細胞內(nèi)物質(zhì)沿細胞骨架的運輸。

肌球蛋白（myosin）——與微絲有關(guān)的運動驅(qū)動蛋白（kinesin）和動力蛋白（dynein）

——與微管有關(guān)的運動

胞質(zhì)驅(qū)動蛋白：2條重鏈和2條輕鏈，頭部水解ATP沿微管朝（+）端移動，尾部攜帶膜泡。（a）胞質(zhì)動力蛋白(dynein)結(jié)構(gòu)，（b）驅(qū)動蛋白（kinesin）和動力蛋白（dynein）介導(dǎo)的胞內(nèi)物質(zhì)運輸（c）驅(qū)動蛋白和動力蛋白介導(dǎo)的胞內(nèi)物質(zhì)運輸和細胞器移動驅(qū)動蛋白沿微管朝（+）端移動，動力蛋白沿微管朝（-）端移動。四、微管的功能（三）維持細胞內(nèi)細胞器的空間定位和分布；四、微管的功能（四）參與細胞運動；

鞭毛和纖毛運動的機制（9組二聯(lián)管圍繞一對單管）9×2+2“微管滑動假說”:每組二聯(lián)管的A管伸出動力蛋白臂指向B管，水解ATP釋放能量，促使動力蛋白沿相鄰的B管朝（-）端移動，結(jié)果B管被撥向（+）端，從而引起二聯(lián)管之間相互滑動。四、微管的功能（五）參與染色體的運動，調(diào)節(jié)細胞分裂中心體發(fā)出的微管有三種:

動粒微管極微管星體微管

后期A：動粒微管解聚縮短，拉動染色體移向兩級。后期B：極微管滑動、延長，推動兩極更加遠離。（微管馬達蛋白參與）四、微管的功能（六）參與細胞內(nèi)信號傳遞信號分子可直接與微管作用或通過馬達蛋白和支架蛋白與微管作用。第三節(jié)微絲Microfilament,MF（a）微絨毛；(b)細胞質(zhì)中的收縮束；（c）運動細胞前緣的鞘和指；(d)細胞分裂時的收縮環(huán)。普遍存在于真核細胞中，由肌動蛋白組成的骨架纖維，直徑為7nm，成束、網(wǎng)狀或散在分布于細胞質(zhì)中。細胞的肌肉系統(tǒng)一、微絲的結(jié)構(gòu)與肌動蛋白由兩條線性排列的肌動蛋白(actin)鏈組成的實心螺旋狀纖維,又稱肌動蛋白纖維(actinfilament)。Actin首尾即正端負端相連，微絲具有極性。微絲的分子組成

肌動蛋白(actin)

肌動蛋白結(jié)合蛋白

肌動蛋白actin兩種存在形式：單體為球形肌動蛋白，稱G-actin(globularactin)；多聚體為纖維狀肌動蛋白，稱F-actin(fibrousactin)。每個actin單體，外觀呈碟狀，中央有一裂口。有ATP（組裝前）、ADP（組裝后）和肌球蛋白結(jié)合位點。二、肌動蛋白結(jié)合蛋白與肌動蛋白纖維結(jié)合，調(diào)節(jié)不同功能，已知的微絲結(jié)合蛋白有100多種。三大類：與F-肌動蛋白的聚合有關(guān)的蛋白與微絲結(jié)構(gòu)有關(guān)的蛋白，如截斷蛋白。與微絲收縮有關(guān)的蛋白，如肌球蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白。

肌動蛋白結(jié)合蛋白（見圖2-7-17）如2、單體隔離蛋白，3、末端阻斷蛋白，5、去聚合蛋白，

6、交聯(lián)蛋白，7、顯微切割蛋白，8、膜結(jié)合蛋白原肌球蛋白和肌鈣蛋白在橫紋肌細肌絲中與肌動蛋白的結(jié)合示三、微絲的組裝體外：肌動蛋白可以在適宜條件下裝配。胞內(nèi)：依其功能的改變而發(fā)生動態(tài)變化，受不同物質(zhì)調(diào)控，有踏車行為。（一）肌動蛋白纖維組裝過程：成核期、（生長期）延長期、（穩(wěn)定期）平衡期（二）影響微絲組裝的藥物細胞松馳素B切斷微絲，并抑制微絲組裝。鬼筆環(huán)肽抑制微絲解聚，使微絲穩(wěn)定。四、微絲的功能

（一）構(gòu)成細胞的支架，維持細胞的形態(tài)四、微絲的功能（二）微絲參與細胞的運動成纖維細胞的變形運動①線狀足或片狀足（肌動蛋白組裝）②粘著斑③回縮（肌動蛋白去組裝）微絲通過與肌球蛋白的相互作用，參與細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸。肌球蛋白頭部水解ATP沿微絲朝（+）端移動，尾部攜帶膜泡。四、微絲的功能（三）微絲參與細胞質(zhì)的分裂

胞質(zhì)分裂（有絲分裂后末期）：

微絲收縮環(huán)肌球蛋白參與微絲片段相互滑動插攏，收縮環(huán)縮小細胞凹陷產(chǎn)生分裂溝并最終分離四、微絲的功能（四）微絲參與受精作用肌動蛋白（+）端聚合→頂體突起伸長四、微絲的功能（五）微絲參與細胞內(nèi)信息傳遞細胞外的某些信號分子與細胞膜上的受體結(jié)合，可觸發(fā)膜下肌動蛋白的結(jié)構(gòu)變化，從而啟動細胞內(nèi)激酶變化的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。主要參與Rho(Rashomology)蛋白家族有關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。四、微絲的功能（六）微絲參與肌肉收縮“滑動絲模型”橫紋肌肌原纖維粗絲肌球蛋白絲細絲肌動蛋白絲肌肉收縮時粗絲橫橋拉動細絲朝中央移動，肌節(jié)縮短。肌球蛋白（myosin）結(jié)合肌動蛋白和ATP，水解ATP產(chǎn)生動力結(jié)合鈣調(diào)素等輕鏈，調(diào)節(jié)頭部活性決定肌球蛋白是單體或二聚體，是否與膜結(jié)合肌球蛋白II：2條重鏈+4條輕鏈肌球蛋白頭部結(jié)合在微絲上→水解１分子ATP→朝向微絲（＋）端移動２個肌動蛋白亞基距離→肌球蛋白朝微絲（＋）端移動或微絲被撥動向（－）端移動（粗絲）肌球蛋白頭部水解ATP，撥動肌動蛋白纖維（細絲），使微絲向負端移動。第四節(jié)中間纖維(intermediatefilament)

中間纖維，是由不同的蛋白質(zhì)組成的空心纖維結(jié)構(gòu)，直徑10nm，介于微管和微絲之間，故名。主要起支撐作用。一、中間纖維的結(jié)構(gòu)和中間纖維蛋白中間纖維蛋白分子，線性蛋白，已發(fā)現(xiàn)60多種。共同的結(jié)構(gòu)特點：中間是α螺旋桿狀區(qū)，兩端是非螺旋化的頭部（N端）、尾部（C端）構(gòu)成。桿狀區(qū)是高度保守的，頭部和尾部的氨基序列在不同類型的中間纖維中變化較大。不同來源的組織細胞類型表達不同類型的中間纖維蛋白見表2-7-2，6大主要類型：I：如酸性角蛋白——表皮細胞II：如中性、堿性角蛋白——表皮細胞III：如波形纖維蛋白、結(jié)蛋白IV：如神經(jīng)絲蛋白——神經(jīng)元V：如核纖層蛋白VI：如巢蛋白二、IF的結(jié)合蛋白中間纖維的結(jié)合蛋白（intermediatefilamentassociatedprotein，IFAP）的功能是使中間纖維交聯(lián)成束、成網(wǎng)，并把中間纖維交聯(lián)到質(zhì)膜或其它骨架成分上，已知的IFAPs約15種左右，分別與特定的中間纖維結(jié)合。IFAPs的共同特點是：①具有中間纖維特異性。②表達有細胞專一性。③不同的IFAP可存在于同一細胞中與不同的中間纖維組織狀態(tài)相聯(lián)系。④在細胞中某些IFAP的表達與細胞的功能和發(fā)育狀態(tài)有關(guān)。三、中間纖維的組裝及其調(diào)節(jié)四、中間纖維的功能（一）構(gòu)成細胞完整的支撐網(wǎng)架系統(tǒng)四、中間纖維的功能（二）為細胞提供機械強度支持在受到較大的變形力時，不易斷裂。四、中間纖維的功能（三）參與細胞的分化中間纖維的表達和發(fā)布具有嚴格的組織特異性四、中間纖維的功能（四）參與細胞內(nèi)信息傳遞如中間纖維水解產(chǎn)物進入核內(nèi)，通過與組蛋白和DNA的作用來調(diào)節(jié)復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。微絲微管中間纖維單體肌動蛋白微絲結(jié)合蛋白微管蛋白微管相關(guān)蛋白角蛋白、波形蛋白等結(jié)合核苷酸ATPGTP無纖維直徑～7nm～25nm～10nm結(jié)構(gòu)實心雙鏈螺旋空心