第八章細(xì)胞骨架

第八章細(xì)胞骨架第1頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三第九章細(xì)胞骨架(cytoskeleton)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)胞骨架：是指真核細(xì)胞特有

的蛋白纖維網(wǎng)架體系。第2頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三廣義上，細(xì)胞骨架各級(jí)成分可概括如下:細(xì)胞質(zhì)骨架微管微絲纖維蛋白細(xì)胞外基質(zhì)多糖細(xì)胞核骨架核基質(zhì)核纖層-核孔復(fù)合體體系核仁、染色體骨架細(xì)胞骨架細(xì)胞膜骨架原肌球蛋白、錨蛋白血影蛋白、肌動(dòng)蛋白（狹義上）中間纖維細(xì)胞骨架第3頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三一、微管的形態(tài)結(jié)構(gòu)

與化學(xué)組成中空的圓柱狀結(jié)構(gòu)由13根原纖維縱向螺旋排列15nm24-26nm5-9nm12345678910111213微管橫斷面

第一節(jié)微管1、微管的形態(tài)結(jié)構(gòu)異二聚體第4頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三a.微管結(jié)構(gòu)模式圖b.微管橫切面C.電鏡圖象第5頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三①α-微管蛋白異二聚體

②β-微管蛋白(80～95％)

微管裝配的基本單位

③γ-微管蛋白(1％)(微管組織中心，MTOC)2.化學(xué)組成在α微管蛋白和β微管蛋上各有一個(gè)GTP結(jié)合位點(diǎn)（Mg2+、Ca2+）結(jié)合位點(diǎn)和一個(gè)秋水仙素和長春花堿結(jié)合位點(diǎn)第6頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三γ微管蛋白環(huán)狀復(fù)合物（γ-TuRC）由γ微管蛋白和一些其他相關(guān)蛋白構(gòu)成，是微管的一種高效的集結(jié)結(jié)構(gòu)，在中心體中是微管裝配的起始結(jié)構(gòu)。第7頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三3.微管的三種存在形式(1)單管（13）細(xì)胞質(zhì)中的主要存在形式

不穩(wěn)定(2)二聯(lián)管（A、B23）主要分布于纖毛和鞭毛

穩(wěn)定(3)三聯(lián)管（A、B、C33）主要分布于中心粒和鞭毛、纖毛的基體中

穩(wěn)定12345678910111213A

B

ABC第8頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三二、微管結(jié)合蛋白

作為輔助蛋白，不構(gòu)成微管壁，而是結(jié)合在微管表面。微管結(jié)合蛋白堿性結(jié)合區(qū)酸性區(qū)域微管相關(guān)蛋白MAP-2第9頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三三、微管的組裝和極性原纖維的裝配αβ微管蛋白異二聚體頭尾相接形成原絲片狀結(jié)構(gòu)的形成原絲向兩側(cè)擴(kuò)展微管的形成13根原絲合攏成一段微管1.延遲期/成核期2.聚合期3.穩(wěn)定期微管的延伸微管的組裝與去組裝速度相等第10頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三8nm的αβ異二聚體先形成原纖維(protofilament)，經(jīng)過側(cè)面擴(kuò)展為片層，至13根原纖維時(shí)合攏形成一段微管。新的二聚體再不斷加到微管使之延長。異二聚體原絲(protofilament)13根原絲排列成微管第11頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三

+-

踏車

體外組裝極性裝配：β微管蛋白為（+）極，α微管蛋白為（-）極踏車現(xiàn)象：組裝和去組裝達(dá)到平衡第12頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三組裝條件：微管蛋白異二聚體達(dá)到臨界濃度、有Mg2+（無Ca2+）、pH6.9、37℃、GTP。（一）微管的體外組裝第13頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)GTP微管蛋白異二聚體添加到微管正極（+）組裝速度大于GDP的水解速度時(shí),形成GTP帽,微管延長;當(dāng)GTP的微管蛋白聚合速度小于GTP的水解速度，GTP帽不斷縮小暴露出GDP微管蛋白，并迅速脫落,使微管縮短，導(dǎo)致微管結(jié)構(gòu)上的不穩(wěn)定，第14頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三（二）微管的體內(nèi)裝配微管組織中心（microtubuleorganizingcenter，MTOC）在空間上為微管裝配提供始發(fā)區(qū)域，控制著細(xì)胞質(zhì)中微管的數(shù)量、位置及方向。包括:中心體、纖毛和鞭毛的基體中心體無定形基質(zhì)中含γ微管蛋白環(huán)第15頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三常見微管組織中心間期細(xì)胞MTOC：中心體

(動(dòng)態(tài)微管)

分裂細(xì)胞MTOC：有絲分裂

紡錘體極(動(dòng)態(tài)微管)

鞭毛纖毛MTOC：基體

(永久性結(jié)構(gòu))第16頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三GTP濃度、壓力、溫度、酸堿度、離子濃度、微管蛋白臨界濃度、藥物（三）.影響微管裝配的因素1.紫杉醇:與微管結(jié)合，阻止解聚，加速聚合2.秋水仙素：結(jié)合游離微管蛋白，無法聚合，引起解聚3.長春花堿：結(jié)合微管蛋白異二聚體，阻止聚合第17頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三長春花紅豆杉紅豆杉,又名紫杉,在我國為一級(jí)保護(hù)植物紫杉醇是從紅豆杉屬植物中分離純化得到的天然抗腫瘤藥物?，F(xiàn)在國際市場上1公斤紫杉醇的最低價(jià)格是26.5萬美元。每提取1公斤紫杉醇就要活剝10噸樹皮第18頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三四、微管的功能（一）構(gòu)成細(xì)胞的支架并維持細(xì)胞的形態(tài)微管圍繞細(xì)胞核向外呈放射狀分布，維持細(xì)胞的形態(tài)第19頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三（二）參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸1.馬達(dá)蛋白（motorprotein）這是一類利用ATP水解產(chǎn)生的能量驅(qū)動(dòng)自身攜帶運(yùn)載物沿著微管或肌動(dòng)蛋白絲運(yùn)動(dòng)的蛋白質(zhì)?？煞譃槿齻€(gè)不同的家族：

驅(qū)動(dòng)蛋白（kinesin）動(dòng)力蛋白（dynein）

肌球蛋白（myosin）微管作為運(yùn)行軌道肌動(dòng)蛋白纖維作為運(yùn)行軌道第20頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸合成部位行使功能的部位

分泌細(xì)胞中分泌顆粒的運(yùn)輸色素細(xì)胞的色素顆粒的運(yùn)輸細(xì)胞器的定向運(yùn)送

神經(jīng)細(xì)胞中的軸質(zhì)運(yùn)輸沿微管運(yùn)送神經(jīng)細(xì)胞的軸質(zhì)運(yùn)輸?shù)?1頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三細(xì)胞中微管介導(dǎo)的物質(zhì)運(yùn)輸?shù)?2頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三作為色素顆粒運(yùn)輸軌道第23頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三（三）維持細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器的空間定位和分布

第24頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三（四）構(gòu)成纖毛、鞭毛和中心粒的主要骨架纖毛與鞭毛的結(jié)構(gòu)：

1.纖毛本體：細(xì)胞表面突出部分，92+22.基體：質(zhì)膜下圓筒結(jié)構(gòu)，93+0第25頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三纖毛本體纖毛的整體結(jié)構(gòu)基體纖毛小根纖毛本體基體纖毛小根:由細(xì)胞表面向外伸出的細(xì)柱狀突起。:纖毛基部質(zhì)膜下的圓筒狀結(jié)構(gòu)。:基體發(fā)出的微細(xì)原纖維，尖端集中形成一圓錐形束，止于細(xì)胞核的一側(cè)。第26頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三纖毛本體質(zhì)膜軸絲動(dòng)力蛋白ABABABABABABABABABC2C19×2+2二聯(lián)體微管中央微管中央鞘（內(nèi)鞘）外臂內(nèi)臂BA輻條頭輻條管間連接絲第27頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三纖毛本體基體（9X3+0）纖毛小根橫紋有ATP酶的活性即可固定纖毛，又有收縮功能。第28頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三第29頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三(五).參與染色體的運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂（六）微管參與信號(hào)傳導(dǎo)信號(hào)分子通過直接與微管作用或通過馬達(dá)蛋白或通過一些支架蛋白來與微管作用第30頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)微絲一、肌動(dòng)蛋白與微絲的結(jié)構(gòu)肌動(dòng)蛋白的結(jié)構(gòu)由375個(gè)氨基酸組成的單鏈多肽，外觀呈啞鈴形，具有Mg2+（或Ca2）、ATP（或ADP）和肌球蛋白結(jié)合位點(diǎn)。第31頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三存在方式：球狀肌動(dòng)蛋白（肌動(dòng)蛋白單體，G-actin）纖維狀肌動(dòng)蛋白（肌動(dòng)蛋白聚合體，F(xiàn)-actin）第32頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三微絲是由雙股肌動(dòng)蛋白絲以右手螺旋排列成的纖維，肌動(dòng)蛋白單體間以同樣的方式結(jié)合，肌動(dòng)蛋白單體都有極性，因此，微絲也有極性第33頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三二、微絲結(jié)合蛋白具有兩個(gè)和多個(gè)actin結(jié)合位點(diǎn)，能同時(shí)結(jié)合多條微絲，將多條微絲橫連成束或成網(wǎng)根據(jù)其功能可分為以下三類:(1)橫連蛋白:

(cross-linkingprotein)能結(jié)合到微絲的一端，對(duì)微絲的長度和裝卸具有調(diào)節(jié)作用(2)戴帽蛋白:(cappingprotein)能與肌動(dòng)蛋白單體結(jié)合,具有抑制G-肌動(dòng)蛋白裝配成F-肌動(dòng)蛋白、進(jìn)而調(diào)節(jié)G-肌動(dòng)蛋白和F-肌動(dòng)蛋白之間的動(dòng)態(tài)平衡的作用(3)單體穩(wěn)定蛋白:(monomerstablizingprotein)第34頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三第35頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三

三、微絲的組裝

當(dāng)溶液中含有ATP、Mg2+以及較高濃度的K+或Na+時(shí)，G-肌動(dòng)蛋白可自組裝成F-肌動(dòng)蛋白；

當(dāng)溶液中含有適當(dāng)濃度的Ca2+以及低濃度的Na+、K+時(shí)，肌動(dòng)蛋白纖維趨向于解聚成肌動(dòng)蛋白單體。第36頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三（一）體外組裝：①成核期②延長期③穩(wěn)定期①成核期②延長期③穩(wěn)定期第37頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三（二）微絲的體內(nèi)組裝的調(diào)節(jié)

1.體內(nèi)組裝受肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié)微絲成核蛋白（nucleatingprotein）Arp2/3復(fù)合物：促使形成微絲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由Arp2、Arp3和其他5種附屬蛋白組成，具有與微管成核時(shí)γ-TuRC相似的作用，是微絲組裝的起始復(fù)合物。第38頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三

微絲裝配的成核作用及微絲網(wǎng)絡(luò)的形成A.纖絲狀肌動(dòng)蛋白纖維的成核作用；B.微絲成網(wǎng)過程第39頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三踏車2.肌動(dòng)蛋白臨界濃度

肌動(dòng)蛋白濃度與微絲聚合的速度成正比，能使微絲裝配的最低肌動(dòng)蛋白濃度稱為臨界濃度。一般負(fù)端的臨界濃度高于正端。第40頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三（三）影響微絲組裝的因素

(2)鬼筆環(huán)肽(phalloidin)(1)細(xì)胞松弛素與微絲具有強(qiáng)烈的親合作用,可緊密地結(jié)合在微絲上，因而能抑制微絲的解聚從而穩(wěn)定微絲。通過切斷微絲并結(jié)合在微絲的正端,抑制其組裝，從而導(dǎo)致微絲解聚。第41頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三四、微絲的功能：

1.構(gòu)成細(xì)胞支架，維持細(xì)胞形態(tài)（支撐功能）（致密細(xì)胞質(zhì)）第42頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三2.微絲與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)變形蟲的胞質(zhì)運(yùn)動(dòng)胞吞、胞吐作用等。第43頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三2.微絲參與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)

變形運(yùn)動(dòng)、胞質(zhì)環(huán)流、細(xì)胞的內(nèi)吞和外吐等

細(xì)胞變形運(yùn)動(dòng)：①肌動(dòng)蛋白的聚合形成偽足②偽足與基質(zhì)之間行成新的錨定點(diǎn)；③以附著點(diǎn)為支點(diǎn)向前移動(dòng)（肌動(dòng)蛋白纖維的解聚）。第44頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三3.參與細(xì)胞分裂第45頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三4.微絲參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸肌球蛋白（myosin）的馬達(dá)蛋白家族它們以微絲作為運(yùn)輸軌道參與物質(zhì)運(yùn)輸活動(dòng)。第46頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三5.參與肌肉收縮第47頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三肌絲滑動(dòng)機(jī)制第48頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三6.參與細(xì)胞內(nèi)信息傳遞細(xì)胞外的某些信號(hào)分子與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，可觸發(fā)膜下肌動(dòng)蛋白的結(jié)構(gòu)變化，從而啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)激酶變化的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。第49頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三

第三節(jié).中間纖維.一.（N-端）（C-端）第50頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三二.中間纖維的類型類型分布細(xì)胞角質(zhì)蛋白上皮細(xì)胞（頭發(fā)、指甲等)結(jié)蛋白肌肉細(xì)胞Ⅲ波形蛋白成纖維細(xì)胞、白細(xì)胞膠質(zhì)原纖維酸性蛋白神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和許旺細(xì)胞Ⅴ核纖層蛋白核骨架Ⅵ巢蛋白腦神經(jīng)干細(xì)胞第51頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三三、中間纖維結(jié)合蛋白(intermediatefilamentassociatedprotein，IFAP)

使中間纖維之間交聯(lián)成束、成網(wǎng)，并把中間纖維交聯(lián)到質(zhì)膜或其他骨架成分上。IFAP與微管、微絲不同，沒有發(fā)現(xiàn)切割蛋白、加帽蛋白和馬達(dá)蛋白等成分第52頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三原絲（四聚體）原絲×2=8聚體結(jié)構(gòu)單元4聚體×8=中間纖維四.中間纖維的組裝第53頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三五.中間纖維的功能在胞質(zhì)中形成精細(xì)發(fā)達(dá)的纖維網(wǎng)絡(luò)外與細(xì)胞膜及胞外的ECM相連中間與微管、微絲和細(xì)胞器相連內(nèi)與細(xì)胞核內(nèi)的核纖層相連第54頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三（一）參與構(gòu)成細(xì)胞完整的支撐網(wǎng)架系統(tǒng)

1.參與構(gòu)成細(xì)胞完整的支撐網(wǎng)架系統(tǒng)2.參與細(xì)胞核的形態(tài)支持和定位、相鄰細(xì)胞之間、細(xì)胞與基膜之間連接結(jié)構(gòu)的形成，第55頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三

（二）為細(xì)胞提供機(jī)械支持

第56頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三（三）參與細(xì)胞的分化1.不同類型的IF嚴(yán)格地分布在不同類型的細(xì)胞中，具有組織細(xì)胞的特異性。2.發(fā)育不同階段的細(xì)胞，會(huì)表達(dá)不同類型的中間纖維，是細(xì)胞分化的標(biāo)志。（四）參與細(xì)胞內(nèi)信息傳遞中間纖維與DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和mRNA的運(yùn)輸有關(guān)，胞質(zhì)mRNA錨定于中間纖維，可能對(duì)其在細(xì)胞內(nèi)的定位及是否翻譯起重要作用。第57頁，共65頁，2023年，2月20日，星期三細(xì)胞骨架的分布

微絲主要分布在質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)和核膜的內(nèi)側(cè),確定細(xì)胞表面特征，使細(xì)胞能夠運(yùn)動(dòng)和收縮。微管主要分布在核周圍,并呈放射狀向胞質(zhì)四周擴(kuò)散,確定膜性細(xì)胞器的位置和作為膜泡運(yùn)輸?shù)膶?dǎo)軌。中間纖維則分布在整個(gè)細(xì)胞中,使細(xì)胞具有抗機(jī)械壓力的能力。第58頁，共65