細(xì)胞骨架(細(xì)胞五)

第七章.細(xì)胞骨架

1.微管及其功能2.微絲與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)3.中間絲4.馬達(dá)蛋白當(dāng)前第1頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞骨架(cytoskeleton):細(xì)胞中由蛋白質(zhì)纖維構(gòu)成

的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。廣義的細(xì)胞骨架應(yīng)包括細(xì)

胞質(zhì)骨架、細(xì)胞膜骨架、核纖層、細(xì)胞

核骨架和細(xì)胞外基質(zhì)等纖維體系。狹義

的細(xì)胞骨架是指細(xì)胞質(zhì)骨架，主要有三

種成分——微絲、微管和中間纖維。細(xì)胞骨架當(dāng)前第2頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第3頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞骨架的研究方法:

透射電鏡術(shù)、免疫熒光顯微鏡術(shù)、激光共聚焦掃描顯微鏡術(shù)和其他分子細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)。當(dāng)前第4頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)第一節(jié)、微管(microtubule,MT)微管Φ外24-26nm,Φ內(nèi)15nm.一.組成:1.微管蛋白:

α-tubulin（450AA）與β-tubulin形成二聚體，可結(jié)合GTP.β-tubulin（455AA）與α-tubulin形成二聚體，可結(jié)合GTP.γ-tubulin（455AA）促進(jìn)微管核心形成,穩(wěn)定負(fù)端.當(dāng)前第5頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)2.微管相關(guān)蛋白(microtubule-associatedprotein,MAP):

依據(jù)電泳條帶不同分為：MAP-1(MAP-1A和MAP-1B主要存在于神經(jīng)元的軸突和樹突，

磷酸化的MAP-1B參與軸突的再生與生長，

MAP-1C為胞質(zhì)動(dòng)力蛋白，為ATPase，沿軸突參與逆向物質(zhì)運(yùn)輸)、MAP-2(存在于神經(jīng)元的胞體和樹突中)、MAP-4(在各類細(xì)胞中穩(wěn)定微管)和Tau(有5種)四種。堿性微管結(jié)合區(qū)酸性區(qū)域Tau蛋白位于神經(jīng)細(xì)胞軸突中，增加組裝起始點(diǎn)，促進(jìn)微管組裝。新發(fā)現(xiàn)的微管相關(guān)蛋白：①正端追蹤蛋白——只出現(xiàn)在生長端；②制止蛋白——制止異二聚體參與組裝；③XMAP215；④katanin;⑤MCAK當(dāng)前第6頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)3.微管結(jié)合蛋白的功能:①.調(diào)節(jié)微管裝配作用(MAP外伸部分磷酸化后失去對(duì)微管的結(jié)合能力,使微管去組裝);②.增加微管的穩(wěn)定性和強(qiáng)度;③.沿微管轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡和顆粒;④.作為細(xì)胞外信號(hào)的靶點(diǎn)參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo).磷酸化的MAP2抑制微管裝配當(dāng)前第7頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)二.結(jié)構(gòu):1.組裝:γ-微管蛋白先成核,穩(wěn)定負(fù)端。微管蛋白αβ異二聚體為基本單位重復(fù)連接形成直線狀的原纖維。秋水仙素和長春堿阻止微管蛋白的聚合。紫杉醇促進(jìn)裝配保持穩(wěn)定。當(dāng)前第8頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)2.結(jié)構(gòu):由13根原纖維圍成中空的管狀結(jié)構(gòu)。

當(dāng)前第9頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)3.類型:單管、二聯(lián)管(兩根單管間共用三根原纖維)和三聯(lián)管。當(dāng)前第10頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)三.功能:1.維持細(xì)胞形態(tài)，參與細(xì)胞器定位和位移；當(dāng)前第11頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)2.參與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)如收縮變形運(yùn)動(dòng)及鞭毛、纖毛的擺動(dòng)；

當(dāng)前第12頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)3.參與細(xì)胞分裂時(shí)染色體的遷移；

當(dāng)前第13頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)4.參與胞內(nèi)大分子顆粒的定向運(yùn)輸和信號(hào)傳遞。當(dāng)前第14頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)四.微管功能異常與疾病:

阿爾茨海默（Alzheimers）病的患者，腦脊液中Tau蛋白明顯增高并伴有腦神經(jīng)元中出現(xiàn)大量扭曲變形的微管。人類不動(dòng)纖毛癥（immotileciliasyndrome）當(dāng)前第15頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)五.微管形成的特殊結(jié)構(gòu):1.中心粒:9束三聯(lián)微管，微管組織中心（MTOC）2.鞭毛和纖毛:“9×2+2”結(jié)構(gòu)，微管蛋白和動(dòng)力蛋白構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)裝置。當(dāng)前第16頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第17頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第18頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)

第二節(jié)、微絲（microfilament,MF）

微絲是直徑為5-7nm蛋白纖維，即肌動(dòng)蛋白絲(actinfilament)或纖維狀肌動(dòng)蛋白(fibrousactin)，基本單位是肌動(dòng)蛋白(actin)。當(dāng)前第19頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)一.組成:1.肌動(dòng)蛋白（globularactin,G-actin）：球形，約含400AA,哺乳動(dòng)物中已發(fā)現(xiàn)6種亞型（異構(gòu)體），為α肌動(dòng)蛋白（四種，分別分布于橫紋肌、心肌、血管及腸壁平滑?。?、β和γ(均分布于所有細(xì)胞，β位于細(xì)胞邊緣，γ與張力纖維有關(guān))等。同一細(xì)胞有兩種或兩種以上亞型，具高度同源性。需Mg2+和K+當(dāng)前第20頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)2.微絲結(jié)合蛋白(microfilament-associatedprotein):約70多種，與肌動(dòng)蛋白結(jié)合形成具有不同功能的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。按其功能可分為三大類:①.與F肌動(dòng)蛋白聚合有關(guān)的蛋白:

如胸腺素(thymosin,阻止肌動(dòng)蛋白聚合)和抑制蛋白(profilins,提高ATP肌動(dòng)蛋白濃度，促進(jìn)肌動(dòng)蛋白聚合);②.與微絲結(jié)構(gòu)有關(guān)的蛋白:如截?cái)嗟鞍谆蚱位鞍?fragmentingprotein,打斷肌動(dòng)蛋白纖維并結(jié)合于其上，阻止actin聚合)和細(xì)絲蛋白(filamin,有兩個(gè)actin結(jié)合位點(diǎn)，可將微絲連接成網(wǎng));③.微絲收縮有關(guān)的蛋白:

肌球蛋白(myosin)、原肌球蛋白(tropomyosin)和肌鈣蛋白(troponin)。當(dāng)前第21頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)cofilinprofilin當(dāng)前第22頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)二.

結(jié)構(gòu):G-actin串聯(lián)形成纖維型肌動(dòng)蛋白(fibrousactin,F-actin)，兩條F-actin纏繞形成雙螺旋，螺距37nm。細(xì)胞松弛素(B和D)可阻止G-actin組裝成F-actin，鬼筆環(huán)肽抑制解聚并促進(jìn)組裝。

當(dāng)前第23頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)三.類型:

1.張力絲—分布于人體皮膚上皮的深層細(xì)胞中;

2.肌絲—分布于肌肉細(xì)胞中，為肌肉收縮單位;

3.神經(jīng)絲—分布于神經(jīng)細(xì)胞的軸突和樹突中。當(dāng)前第24頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)四.功能:1.維持細(xì)胞形態(tài)；當(dāng)前第25頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)2.構(gòu)成細(xì)胞間連接裝置;當(dāng)前第26頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)3.參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)—肌肉收縮、變形運(yùn)動(dòng)、微絨毛的擺動(dòng)和胞質(zhì)分裂;當(dāng)前第27頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)4.參與物質(zhì)運(yùn)輸及細(xì)胞內(nèi)信息傳遞.當(dāng)前第28頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)5.參與受精.當(dāng)前第29頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)五.微絲參與構(gòu)成肌肉收縮單位:

肌動(dòng)蛋白(actin)與原肌球蛋白(tropomyosin,Tm)、肌鈣蛋白(troponin,Tn)共同形成細(xì)絲.肌球蛋白(myosin)串聯(lián)形成粗絲。當(dāng)前第30頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)肌肉收縮的基本單位當(dāng)前第31頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)第三節(jié)、中間纖維(intermediatefilament,IF)

IF為直徑10nm的纖維(一).組成和類型:組成隨類型不同而變化,依組織來源和免疫原性不同分為:

1.Ⅰ型IF(酸性角蛋白)和ⅡIF(中性和堿性角蛋白)

—存在于上皮細(xì)胞或外胚層起源的細(xì)胞中,以異源二聚體組裝;

2.Ⅲ型IF:包括:結(jié)蛋白纖維(成熟肌細(xì)胞中)、波形蛋白纖維(間質(zhì)細(xì)胞和中胚層起源的細(xì)胞中)、神經(jīng)膠質(zhì)纖維(中樞神經(jīng)系統(tǒng)的膠質(zhì)細(xì)胞)、外周蛋白(外周神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元)和微管卷曲蛋白(肌細(xì)胞);

3.Ⅳ型IF:包括神經(jīng)絲蛋白三亞基和α-介連蛋白(中樞神經(jīng)系統(tǒng))

;

4.Ⅴ型IF:包括核纖層蛋白A/C、B1和B2(細(xì)胞核);

5.Ⅵ型IF:包括巢蛋白(神經(jīng)干細(xì)胞)

、synemin和desmuslin(肌肉組織)。

當(dāng)前第32頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)二.結(jié)構(gòu):二聚體→四聚體→原纖維×8→中間纖維中間纖維的構(gòu)成與形態(tài)當(dāng)前第33頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)三.中間纖維結(jié)合蛋白(intermediatefilamentassociatedprotein,IFAP):已知有15種，與膜或其它骨架成分交聯(lián)(如網(wǎng)蛋白、錨蛋白、聚絲蛋白等）或形成連接裝置(參與橋粒和半橋粒形成，如BPAG1、斑珠蛋白、橋粒斑蛋白等)。當(dāng)前第34頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)四.中間纖維的功能:

1.維持細(xì)胞形態(tài)，參與細(xì)胞器在胞內(nèi)的定位;

2.參與細(xì)胞連接;

3.參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo);

4.參與對(duì)mRNA的翻譯;

5.參與細(xì)胞分化。當(dāng)前第35頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)第四節(jié)、馬達(dá)蛋白（motorprotein）

馬達(dá)蛋白也稱分子馬達(dá),可認(rèn)為是微絲微管的從屬蛋白,沿微絲或微管運(yùn)動(dòng),有以下幾種:依賴于微管的驅(qū)動(dòng)蛋白Kinesin沿微管運(yùn)動(dòng)(負(fù)端→正端)依賴于微管的胞質(zhì)型動(dòng)力蛋白Dynein沿微管運(yùn)動(dòng)(正端→負(fù)端)依賴于微絲的肌球蛋白Myosin(已知15種,Ⅱ型的為傳統(tǒng)肌球蛋白)當(dāng)前第36頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第37頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)1.依賴于微管的分子馬達(dá)—驅(qū)動(dòng)蛋白和胞質(zhì)動(dòng)力蛋白沿微管轉(zhuǎn)運(yùn)貨物的分子馬達(dá)蛋白有驅(qū)動(dòng)蛋白(kinesin)和胞質(zhì)動(dòng)力蛋白(cytoplasmicdynein)。⑴.驅(qū)動(dòng)蛋白及其功能:有兩條重鏈和兩條輕鏈，已報(bào)道600余種。當(dāng)前第38頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)胞質(zhì)動(dòng)力蛋白驅(qū)動(dòng)蛋白當(dāng)前第39頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)⑵.驅(qū)動(dòng)蛋白沿微管運(yùn)動(dòng)的分子機(jī)制:一種為步行模型；另一種為尺蠖爬行模型。當(dāng)前第40頁\共有43頁\編于星期四\21點(diǎn)⑶.胞質(zhì)動(dòng)力蛋白及其功能:Moto