第九章細(xì)胞骨架

第九章細(xì)胞骨架第1頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月第2頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月一、微管的組成與極性α、β微管蛋白異二聚體，是微管裝配的基本單位。微管蛋白在生物進(jìn)化中非常穩(wěn)定。第3頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月微管蛋白二聚體具有兩個GTP結(jié)合位點α球蛋白結(jié)合的GTP從不發(fā)生水解或交換。β球蛋白是一種G蛋白，結(jié)合的GTP可發(fā)生水解，結(jié)合的GDP可交換為GTP。第4頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月微管蛋白二聚體線性排列形成一條微管原纖維。微管是由13條原纖維構(gòu)成的中空管狀結(jié)構(gòu)，外徑為24nm，內(nèi)徑15nm。第5頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月

每個裝配單位一端是α微管蛋白，另一端是β微管蛋白。所以原纖維不對稱。第6頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月SingletDoubleABTripletABC細(xì)胞內(nèi)微管的類型單管：13條原纖維組成，細(xì)胞質(zhì)中大部分微管為單管。三聯(lián)管：A與B、B與C各共用三根纖維，主要構(gòu)成中心粒和基體。二聯(lián)管：A管B管共用三根原纖維，主要構(gòu)成鞭毛、纖毛。131313101010第7頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月二、微管的組裝和去組裝（一）微管裝配的過程：成核延伸第一步，兩種微管蛋白形成長度為8nm的二聚體，ɑβ二聚體先沿縱向聚合形成一個短的原纖維；第二步：以原纖維為基礎(chǔ)，經(jīng)側(cè)面增加二聚體成為彎曲的片狀結(jié)構(gòu),至13根原纖維時,即合攏形成一段微管;第三步：新的二聚體不斷加入新生微管的端點,最終微管蛋白與微管達(dá)到平衡。→第8頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）微管裝配的特點1、與GTP結(jié)合的微管蛋白二聚體參與裝配過程；2、裝配形成的微管具有極性，正極為β微管蛋白，負(fù)極為α微管蛋白；3、裝配速度兩極不同，正極快，負(fù)極慢；4、存在踏車現(xiàn)象；第9頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月ThefunctionofGTP-tubulincap第10頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月

MicrotubuledisassemblewhenGDP-tubulinareexposed.第11頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）微管特異性藥物秋水仙素抑制微管裝配，長春花堿具有類似的功能。紫杉醇能促進(jìn)微管的裝配,并使已形成的微管穩(wěn)定。穩(wěn)定性對細(xì)胞是有害的，使細(xì)胞周期停止于有絲分裂期。紫杉醇類化合物在體內(nèi)優(yōu)先殺死腫瘤細(xì)胞，已用于癌癥的化療。微管的組裝與去組裝與溫度有關(guān)第12頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月三、微管組織中心（MTOC）在活細(xì)胞內(nèi)，能夠起始微管的成核，并使之延伸的細(xì)胞結(jié)構(gòu)稱為微管組織中心（microtubulecenter，MTOC）。常見的MTOC：間期細(xì)胞：中心體（動態(tài)微管）；鞭毛、纖毛細(xì)胞：基體（永久性微管）。MTOC決定微管的極性，負(fù)極指向MTOC，正極背向MTOC。第13頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月TheOrientationofMicrotubulesinaCell

第14頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月中心體(centrosome)中心體(centrosome)結(jié)構(gòu)：中心體由兩個相互垂直的中心粒構(gòu)成，周圍是一些無定形物質(zhì)，叫做外中心粒物質(zhì)（PCM）。中心粒(centriole)直徑0.2mm，長0.4mm，由9組間距均勻3聯(lián)微管構(gòu)成，不直接參與微管蛋白的核化，具有召集PCM的作用。第15頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月成核模型γ-微管蛋白在細(xì)胞內(nèi)的含量極微，位于中心體周圍的基質(zhì)中，形成環(huán)形結(jié)構(gòu)為αβ微管蛋白二聚體提供起始裝配位點，所以又叫成核位點。13個γ-微管蛋白在中心體的周圍基質(zhì)中呈螺旋狀排列形成一個開放的環(huán)狀模板，微管組裝時，αβ微管蛋白二聚體有序的加到γ-微管蛋白構(gòu)成的環(huán)上，且γ-微管蛋白只與α微管蛋白結(jié)合。第16頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月微管蛋白在中心體上的聚合第17頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月微管的增長與縮短

紅色箭頭：新的微管不斷生成；藍(lán)色箭頭：舊的微管不斷縮短第18頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月第19頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月基體位于鞭毛和纖毛根部的結(jié)構(gòu)稱為基體。第20頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月纖毛/鞭毛軸絲的結(jié)構(gòu)?？梢娸S心的“9＋2”結(jié)構(gòu)：外周的9組二聯(lián)管（13+10）和2條中央微管（完整微管）。第21頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月四、微管的動力學(xué)性質(zhì)1、微管的動態(tài)不穩(wěn)定性：

在間期細(xì)胞，大部分微管與中心體相連，呈輻射狀向細(xì)胞四周延伸。一些微管向中心體方向縮短，另一些不斷伸長，到達(dá)一定程度又開始縮短或再次伸長，還有一些新的微管從中心體部位產(chǎn)生。進(jìn)入分裂期，細(xì)胞質(zhì)微管幾乎全部解聚，而裝配形成星微管和紡錘體微管。第22頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月四、微管的動力學(xué)性質(zhì)2、微管的穩(wěn)定性差異：

源于中心體的微管時刻處于動態(tài)平衡中，并對各種理化因素和化學(xué)藥物敏感；源于基體的微管，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；神經(jīng)突起內(nèi)的微管，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定第23頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月五、微管結(jié)合蛋白對微管網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)微管結(jié)合蛋白（microtubuleassociatedproteinsMAPs）MAP分子至少包含一個結(jié)合微管的結(jié)構(gòu)域和一個向外突出的結(jié)構(gòu)域。突出部位伸到微管外與其它細(xì)胞組分（如微管束、中間纖維、質(zhì)膜）結(jié)合。第24頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月OrganizationofMTbundlesbyMAPs.SpacingofMTsdependsonMAPsInsectcellexpressingMAP2Insectcellexpressingtau第25頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月MAP的功能使微管相互交聯(lián)成束，也可使微管同質(zhì)膜、微絲和中間纖維交聯(lián)。通過與微管成核點作用促進(jìn)微管的聚合。在細(xì)胞內(nèi)沿微管轉(zhuǎn)運囊泡和顆粒。提高微管的穩(wěn)定性。第26頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月六、微管對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組織作用細(xì)胞形態(tài)的維持作為動態(tài)支架，提供結(jié)構(gòu)支撐，決定細(xì)胞形態(tài)和抵抗細(xì)胞變形。微管從細(xì)胞的核周區(qū)域呈放射狀向外伸展，各條微管逐漸彎曲并與細(xì)胞形狀一致。

大而扁平的培養(yǎng)小鼠細(xì)胞中微管的定位第27頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月大鼠結(jié)腸分泌黏液的

杯狀細(xì)胞的極化結(jié)構(gòu)圖細(xì)胞器的定位和分布細(xì)胞器沿著從頂端到基底端的軸以確定的模式排列物質(zhì)運輸?shù)?8頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月七、細(xì)胞內(nèi)依賴于微管的物質(zhì)運輸細(xì)胞中的馬達(dá)蛋白(motorproteins)將ATP的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，轉(zhuǎn)運與馬達(dá)蛋白結(jié)合的貨物。運輸小泡、分泌顆粒、色素顆粒、線粒體、溶酶體和染色體等單個細(xì)胞含有幾十種不同的馬達(dá)蛋白，分為三大家族：動力蛋白(dyneins)沿微管運動驅(qū)動蛋白(kinesin)沿微管運動肌球蛋白(myosin)沿微絲運動每種馬達(dá)蛋白用于運輸細(xì)胞特定區(qū)域的一類特定物質(zhì)。它們結(jié)合的纖維不同、移動的方向不同、攜帶的“貨物”不同。第29頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月驅(qū)動蛋白沿著微管運輸小泡的示意圖驅(qū)動蛋白負(fù)責(zé)從胞體向軸突末端運輸小泡和細(xì)胞器。由2條重鏈和2條輕鏈組成的四聚體。一對球狀頭部（水解ATP產(chǎn)生能量）與微管結(jié)合。每個頭部與一個頸部、一個桿狀的柄部和一個結(jié)合運載“貨物”的扇形尾部相連。第30頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月動力蛋白兩條相同的重鏈和一些輕鏈及結(jié)合蛋白構(gòu)成(鞭毛二聯(lián)微管外臂的動力蛋白具有三個重鏈)。2個產(chǎn)力的球狀頭部（具有ATP水解酶活性）、1個柄部和基部的許多小亞基。小亞基介導(dǎo)馬達(dá)蛋白與要轉(zhuǎn)運的“貨物”結(jié)合。第31頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月作用主要有：A.在有絲分裂中推動染色體的分離;B.驅(qū)動鞭毛的運動;C.向著微管（-）極運輸小泡，與驅(qū)動蛋白運輸方向相反。動力蛋白第32頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月驅(qū)動蛋白(kinesin):通常朝微管的正極方向運動動力蛋白(dynein)：朝微管的負(fù)極運動在體外培養(yǎng)的非極性細(xì)胞中，驅(qū)動蛋白和動力蛋白介導(dǎo)的小泡和細(xì)胞器運輸?shù)氖疽鈭D。第33頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月紅色：驅(qū)動向外的物質(zhì)運輸；藍(lán)色：驅(qū)動向內(nèi)的物質(zhì)運輸，由軸突頂端攝入的物質(zhì)和蛋白降解產(chǎn)物。第34頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月第35頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月依賴微管物質(zhì)運輸?shù)奶攸c微管在快速運輸中充當(dāng)“軌道”的作用。物質(zhì)沿著單根微管進(jìn)行雙向運輸。不同方向的運輸所需提供動力的蛋白質(zhì)不同。一種是驅(qū)動蛋白，利用ATP水解釋放的能量向微管的(+)極運輸；另一種是胞質(zhì)動力蛋白，它利用ATP水解釋放的能量向微管的(-)極運輸。第36頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月八、纖毛和鞭毛的結(jié)構(gòu)與功能（一）鞭毛和纖毛的結(jié)構(gòu)第37頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月第38頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月纖毛和鞭毛運動的微管滑動模型:①A管上的動力蛋白與相鄰二聯(lián)管B管接觸,使動力蛋白結(jié)合的ATP水解,并釋放出ADP+Pi;②ATP水解改變了動力蛋白頭部的構(gòu)象和角度,使頭部向相鄰二聯(lián)管的正端滑動,使相鄰二連管間產(chǎn)生彎曲力;③新結(jié)合的ATP,促使動力蛋白頭部與B管脫離;④ATP水解使動力蛋白頭部角度復(fù)原,與相鄰二聯(lián)管的B管上的另一位點結(jié)合,開始下一循環(huán)。第39頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月九、紡錘體與染色體運動第40頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞分裂過程中染色體的分離是靠紡錘體的形成、運動和解聚開完成的紡錘體又稱有絲分裂器，它是在有絲分裂期間，從中心粒形成的各種微管：動粒微管、極微管、星微管等九、紡錘體與染色體運動第41頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月第42頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月染色體的運動第43頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月中心體循環(huán)始于G1期，兩個子代中心粒達(dá)到了足夠長度，但仍處于同一中心體，有絲分裂早期，中心體裂開，每對中心粒移向細(xì)胞相反的兩端，然后裝配成有絲分裂器。第44頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月第45頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)中間纖維中間纖維(intermediatefilament,IF)的直徑為10nm左右，介于粗肌絲和細(xì)肌絲之間。IF是最穩(wěn)定的細(xì)胞骨架成分，主要起支撐作用。IF在細(xì)胞中圍繞著細(xì)胞核分布，成束成網(wǎng)，并擴(kuò)展到細(xì)胞質(zhì)膜，與質(zhì)膜相連結(jié)。第46頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月中間纖維是絲狀蛋白多聚體，具有一個由310個氨基酸組成的α螺旋桿狀區(qū)，兩端是非螺旋的頭部和尾部。N端的頭部和C端的尾部高度可變IF的主要區(qū)別取決于頭和尾的長度及氨基酸順序一、IF的主要類型和組成成分第47頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月IF成分復(fù)雜，具有組織特異性。不同類型IF在形態(tài)上相似，而化學(xué)組成有明顯的差別。根據(jù)其組織分布、生化、遺傳及免疫學(xué)標(biāo)準(zhǔn)分為六大類。

角蛋白、結(jié)蛋白、膠質(zhì)原纖維酸性蛋白、波形纖維蛋白、神經(jīng)纖絲蛋白、核纖層蛋白(lamin)。中間纖維蛋白的表達(dá)具有嚴(yán)格的組織特異性。第48頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月中間纖維的類型IF蛋白序列類型主要組織分布酸性角蛋白I上皮中性/堿性角蛋白II上皮波形蛋白III間充質(zhì)細(xì)胞結(jié)蛋白III肌肉外周蛋白膠質(zhì)原纖維酸性蛋白IIIIII外周神經(jīng)元神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞神經(jīng)絲蛋白(NF-L,M,H)IV中樞神經(jīng)元和外周神經(jīng)核纖層蛋白(lamin)(LaminA,B,C)V所有細(xì)胞類型（核被膜）巢蛋白VI多樣的異質(zhì)來源第49頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月角蛋白：人類上皮細(xì)胞有20余種不同的角蛋白，分為α和β兩類。根據(jù)組成氨基酸的不同，也可分為酸性角蛋白(I型)、中性/堿性角蛋白(II型)。通過兩者的異二聚體形成角蛋白纖維結(jié)蛋白（desmin）：又稱骨骼蛋白，存在于肌肉細(xì)胞中，主要功能是為肌球、肌動蛋白絲提供支架

。膠質(zhì)原纖維酸性蛋白：存在于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，主要起支撐作用。波形纖維蛋白：存在于間質(zhì)細(xì)胞及中胚層來源的細(xì)胞。波形蛋白一端與核膜相連，另一端與細(xì)胞表面處的橋?；虬霕蛄Ｏ噙B，將細(xì)胞核和細(xì)胞器維持在特定的空間。第50頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月神經(jīng)纖絲蛋白：由三種分子量不同的多肽組成的異聚體，NF-L、NF-M、NF-H。功能：提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展、防止斷裂。核纖層蛋白：真核細(xì)胞內(nèi)核膜內(nèi)表面連接的一層致密的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。核纖層纖維核纖層冰凍蝕刻電鏡照片核纖層（紅色），核基質(zhì)（綠色）第51頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月二、中間纖維的組裝與表達(dá)第52頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月處于細(xì)胞分裂周期的細(xì)胞內(nèi)，中間纖維網(wǎng)絡(luò)在細(xì)胞分裂前解體，分裂結(jié)束后重新組裝；動態(tài)過程與中間纖維蛋白的磷酸化和去磷酸化有關(guān)；在細(xì)胞分化過程中，細(xì)胞內(nèi)的中間纖維類型隨細(xì)胞的分化過程而發(fā)生變化。第53頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月組裝特點：IF不具有極性；相鄰超螺旋中的α－螺旋是反向平行的；裝配與溫度和蛋白濃度無關(guān)；不需要ATP、GTP或結(jié)合蛋白的輔助。第54頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月三、中間纖維與其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)的關(guān)系

在細(xì)胞內(nèi)形成完整的網(wǎng)狀骨架系統(tǒng)：中間纖維在靠近核區(qū)域多次分支，且與核纖層相連，整個纖維網(wǎng)架穿過胞質(zhì)終止于質(zhì)膜。中間纖維微管成纖維細(xì)胞局部細(xì)胞骨架的冰凍蝕刻電鏡照片（已選擇性去除微絲）第55頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月為細(xì)胞提供機(jī)械支持：細(xì)胞內(nèi)的中間纖維通過橋粒相互連接形成貫穿于整個組織的網(wǎng)絡(luò)，支持該組織并抵抗外界壓力與張力。第56頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月參與細(xì)胞連接：中間纖維通過錨定在橋粒和半橋粒上，把一些器官和皮膚表皮細(xì)胞連接在其他細(xì)胞或固著在基底