第七章-細(xì)胞骨架

第七章細(xì)胞骨架細(xì)胞骨架(Cytoskeleton)是指存在于真核細(xì)胞中的蛋白纖維網(wǎng)架體系。有狹義和廣義兩種概念在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中包括微絲、微管和中間纖維構(gòu)成細(xì)胞質(zhì)骨架。廣義的細(xì)胞骨架還包括核骨架（nucleoskeleton）、核纖層（nuclearlamina）和細(xì)胞外基質(zhì)（extracellularmatrix），形成貫穿于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞外的一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。細(xì)胞質(zhì)骨架核骨架1第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)骨架●微絲(microfilament,MF)●微管（microtubules）●中間纖維（intermediatefilament,IF)●細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)與功能總結(jié)2第二節(jié)細(xì)胞核骨架●核基質(zhì)(NuclearMatrix)●染色體骨架●核纖層(NuclearLamina)3一、微絲(microfilament,MF)微絲又稱肌動蛋白纖維(actinfilament),是指真核細(xì)胞中由肌動蛋白(actin)組成、直徑為7nm的骨架纖維。成分：肌動蛋白(actin)是微絲的結(jié)構(gòu)成分，外觀呈啞鈴狀,這種actin又叫G-actin，將G-actin形成的微絲又稱為F-actin。裝配微絲特異性藥物：細(xì)胞松弛素(cytochalasins)和鬼筆環(huán)肽(philloidin微絲結(jié)合蛋白微絲功能4裝配MF是由G-actin單體形成的多聚體，肌動蛋白單體具有極性,裝配時呈頭尾相接,故微絲具有極性，既正極與負(fù)極之別。體外實驗表明，MF正極與負(fù)極都能生長，生長快的一端為正極，慢的一端為負(fù)極；去裝配時，負(fù)極比正極快。由于G-actin在正極端裝配，負(fù)極去裝配，從而表現(xiàn)為踏車行為。MF動態(tài)變化與細(xì)胞生理功能變化相適應(yīng)。在體內(nèi),有些微絲是永久性的結(jié)構(gòu),有些微絲是暫時性的結(jié)構(gòu)。5微絲結(jié)合蛋白整個骨架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能在很大程度上受到不同的細(xì)胞骨架結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié)。actin單體結(jié)合蛋白微絲結(jié)合蛋白微絲結(jié)合蛋白將微絲組織成以下三種主要形式：Parallelbundle:MF同向平行排列，主要發(fā)現(xiàn)于微絨毛與絲狀偽足。Contractilebundle:MF反向平行排列，主要發(fā)現(xiàn)于應(yīng)力纖維和有絲分裂收縮環(huán)。Gel-likenetwork:細(xì)胞皮層(cellcortex)中微絲排列形式，MF相互交錯排列。

6微絲功能維持細(xì)胞形態(tài)，賦予質(zhì)膜機械強度細(xì)胞運動：成纖維細(xì)胞爬行與微絲裝配和解聚相關(guān)微絨毛(microvillus)：

是腸上皮細(xì)胞的指狀突起，用以增加腸上皮細(xì)胞表面積，以利于營養(yǎng)的快速吸收。應(yīng)力纖維(stressfiber)：在形成粘合斑的質(zhì)膜下，微絲緊密平行排列成束，形成應(yīng)力纖維,具有收縮功能。參與胞質(zhì)分裂：收縮環(huán)由大量反向平行排列的微絲組成，其收縮機制是肌動蛋白和肌球蛋白相對滑動。肌肉收縮(musclecontraction)7肌肉收縮(musclecontraction)肌肉可看作一種特別富含細(xì)胞骨架的效力非常高的能量轉(zhuǎn)換器，它直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。肌肉的細(xì)微結(jié)構(gòu)(以骨骼肌為例)肌小節(jié)的組成肌肉收縮系統(tǒng)中的有關(guān)蛋白肌肉收縮的滑動模型8肌肉收縮系統(tǒng)中的有關(guān)蛋白①肌球蛋白(myosin)：其頭部具ATP酶活力,沿微絲從負(fù)極到正極進行運動。主要分布于肌細(xì)胞，有兩個球形頭部結(jié)構(gòu)域(具有ATPase活性)和尾部鏈,多個Myosin尾部相互纏繞，形成myosinfilament,即粗肌絲。②原肌球蛋白(tropomyosin,Tm)：由兩條平行的多肽鏈形成α-螺旋構(gòu)型,位于肌動蛋白螺旋溝內(nèi),結(jié)合于細(xì)絲,調(diào)節(jié)肌動蛋白與肌球蛋白頭部的結(jié)合。③肌鈣蛋白(Troponin,Tn)：為復(fù)合物，包括三個亞基：TnC(Ca2+敏感性蛋白)能特異與Ca2+結(jié)合;TnT(與原肌球蛋白結(jié)合);TnI(抑制肌球蛋白ATPase活性)9二．微管（Microtubules）微管結(jié)構(gòu)與組成：主要成分為微管蛋白（tubulin），分為兩種：α微管蛋白和β微管蛋白，二者組成異二聚體。異二聚體是構(gòu)成微管的基本亞單位。微管可裝配成單管,二聯(lián)管(纖毛和鞭毛中),三聯(lián)管(中心粒和基體中)。裝配：α-微管蛋白和β-微管蛋白形成αβ二聚體,αβ二聚體先形成環(huán)狀核心,經(jīng)過側(cè)面增加二聚體而擴展為螺旋帶,αβ二聚體平行于長軸重復(fù)排列形成原纖維(protofilament)。當(dāng)螺旋帶加寬至13根原纖維時,即合攏形成一段微管。所有的微管都有確定的極性；微管裝配是一個動態(tài)不穩(wěn)定過程。微管特異性藥物：秋水仙素(colchicine)和紫杉酚(taxol)微管組織中心(MTOC)微管結(jié)合蛋白(MAP)微管功能10微管組織中心(MTOC)概念：微管在生理狀態(tài)或?qū)嶒炋幚斫饩酆笾匦卵b配的發(fā)生處稱為微管組織中心(microtubuleorganizingcenter,MTOC)。常見微管組織中心間期細(xì)胞MTOC：中心體(動態(tài)微管)分裂細(xì)胞MTOC：有絲分裂紡錘體極(動態(tài)微管)鞭毛纖毛細(xì)胞MTOC：基體(永久性結(jié)構(gòu))

中心體(centrosome)基體(basalbody)：位于鞭毛和纖毛根部的類似結(jié)構(gòu)稱為基體（basalbody）11微管結(jié)合蛋白

(MicrotubuleAssociatedProtein,MAP)微管結(jié)合蛋白的功能：調(diào)節(jié)微管裝配增加微管的穩(wěn)定性和強度作為細(xì)胞外信號的靶點參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)12微管功能維持細(xì)胞形態(tài)用秋水仙素處理細(xì)胞破壞微管,導(dǎo)致細(xì)胞變圓,說明微管對維持細(xì)胞的不對稱形狀是重要的。對于細(xì)胞突起部分,如纖毛、鞭毛、軸突的形成和維持,微管亦起關(guān)鍵作用。細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運輸細(xì)胞器的定位鞭毛(flagella)運動和纖毛(cilia)運動纖毛與鞭毛的結(jié)構(gòu)纖毛運動機制紡錘體與染色體運動13細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運輸真核細(xì)胞內(nèi)部是高度區(qū)域化的體系,細(xì)胞中合成的物質(zhì)、一些細(xì)胞器等必須經(jīng)過細(xì)胞內(nèi)運輸過程。這種運輸過程與細(xì)胞骨架體系中的微管及其Motorprotein有關(guān)。Motorproteins胞質(zhì)中微管motorprotein分為兩大類：驅(qū)動蛋白(kinesin):通常朝微管的正極方向運動動力蛋白(cytoplasmicdynein)：朝微管的負(fù)極運動神經(jīng)元軸突運輸色素顆粒的運輸14三、中間纖維（intermediatefilament,IF)10nm纖維，因其直徑介于肌粗絲和細(xì)絲之間,故被命名為中間纖維。IF幾乎分布于所有動物細(xì)胞，往往形成一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，特別是在需要承受機械壓力的細(xì)胞中含量相當(dāng)豐富。如上皮細(xì)胞中。除了胞質(zhì)中，在內(nèi)核膜下的核纖層也屬于IF。中間纖維的裝配中間纖維的成分與分布：具有組織特異性。IF在形態(tài)上相似，而化學(xué)組成有明顯的差別。中間纖維的功能15中間纖維的裝配中間纖維裝配過程

IF裝配與MF,MT裝配相比，有以下幾個特點：IF裝配的單體是纖維狀蛋白(MF,MT的單體呈球形)；反向平行的四聚體導(dǎo)致IF不具有極性；IF在體外裝配時不需要核苷酸或結(jié)合蛋白的輔助，在體內(nèi)裝配后，細(xì)胞中幾乎不存在IF單體。16中間纖維分類與分布上皮細(xì)胞角蛋白核纖層蛋白巢蛋白神經(jīng)絲蛋白外周蛋白膠質(zhì)纖維酸性蛋白結(jié)蛋白波形蛋白肌細(xì)胞星形膠質(zhì)細(xì)胞外周神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元中胚層細(xì)胞17中間纖維的功能增強細(xì)胞抗機械壓力的能力角蛋白纖維參與橋粒的形成和維持結(jié)蛋白纖維是肌肉Z盤的重要結(jié)構(gòu)組分，對于維持肌肉細(xì)胞的收縮裝置起重要作用參與傳遞細(xì)胞內(nèi)機械的或分子的信息中間纖維與mRNA的運輸有關(guān)18一、核基質(zhì)(NuclearMatrix)

核骨架：狹義：指核內(nèi)以纖維蛋白成分為主的纖維網(wǎng)架體系。廣義：包括核基質(zhì)、核纖層和核孔復(fù)合體。形態(tài)結(jié)構(gòu)成分核骨架不象胞質(zhì)骨架那樣由非常專一的蛋白成分組成,核骨架的成分比較復(fù)雜,主要成分是核骨架蛋白及核骨架結(jié)合蛋白,并含有少量RNA。核骨架結(jié)合序列DNA序列中的核骨架結(jié)合序列(matrixassociatedregion,MAR)DNA通過與核骨架蛋白的結(jié)合，將DNA放射環(huán)錨定在核骨架上；核骨架結(jié)合序列作為許多功能性基因調(diào)控蛋白的結(jié)合位點。功能19功能核骨架與DNA復(fù)制：核骨架是DNA復(fù)制的空間支架。核骨架與基因表達大量研究工作表明真核細(xì)胞中RNA的轉(zhuǎn)錄和加工均與核骨架有關(guān)。具有轉(zhuǎn)錄活性的基因是結(jié)合在核骨架上的;RNA聚合酶在核骨架上具有結(jié)合位點。核骨架與染色體構(gòu)建20二、染色體骨架染色體骨架/放射環(huán)模型21三、核纖層(NuclearLamina)核纖層分布與形態(tài)結(jié)構(gòu)位于細(xì)胞核內(nèi)層核膜下的纖維蛋白片層或纖維網(wǎng)絡(luò)。切面呈片層，整體呈球狀網(wǎng)絡(luò)。成分——核纖層蛋白(Lamin)A、B、C核纖層在細(xì)胞周期中的變化A型核纖層蛋白在組裝核纖層時通過蛋白水解失去C端。核膜崩解,核纖層解聚時,A型核纖層蛋白以可溶性單體形式彌散到胞質(zhì)中。B型核纖層蛋白則與核膜小泡保持結(jié)合狀態(tài),當(dāng)核膜重現(xiàn)時,在染色體周圍重裝配,形成子細(xì)胞的核纖層。功能：為核膜及染色質(zhì)提供了結(jié)構(gòu)支架22232425262728表10-1：微絲結(jié)合蛋白29毛緣蛋白絨毛蛋白肌球蛋白-1