第6章 細(xì)胞骨架與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)(辛華)

第六章細(xì)胞骨架與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)

cytoskeletonandcellmotility概述

第一節(jié)微管第二節(jié)微絲

第三節(jié)中間絲第四節(jié)細(xì)胞骨架與疾病

內(nèi)容概述一、細(xì)胞骨架的概念細(xì)胞骨架(cytoskeleton)

是指真核細(xì)胞中與保持細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)有關(guān)的纖維網(wǎng)絡(luò)，包括微管、微絲和中間絲。細(xì)胞骨架

微管（microtubule）25nm

微絲(microfilament)5～7nm

中間絲(intermediate）10nm細(xì)胞骨架立體結(jié)構(gòu)模式圖廣意的概念細(xì)胞質(zhì)骨架細(xì)胞核骨架細(xì)胞外基質(zhì)二、細(xì)胞骨架的功能

1.構(gòu)成細(xì)胞內(nèi)支撐和區(qū)域化的網(wǎng)架

2.參與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸

3.參與細(xì)胞的分裂活動(dòng)

4.參與細(xì)胞內(nèi)信息傳遞細(xì)胞骨架功能示意圖

第一節(jié)微管

一、微管的化學(xué)組成

α微管蛋白、β微管蛋白、γ-微管蛋白

常以αβ微管蛋白異二聚體形式存在

α-微管蛋白

β-微管蛋白1.α和β微管蛋白

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)秋水仙素結(jié)合位a.微管結(jié)構(gòu)模式圖b.微管橫切面C.電鏡圖象2.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)。3.微管的三種存在形式單管微管由13根原絲組成，是胞質(zhì)微管的主要存在形式二聯(lián)管主要分布在纖毛和鞭毛的桿狀部分三聯(lián)管主要分布在中心粒及纖毛和鞭毛的基體中二、微管相關(guān)蛋白

(microtubule-associatedprotein，MAP)

這是一類(lèi)以恒定比例與微管結(jié)合的蛋白，決定不同類(lèi)型微管的獨(dú)特屬性，參與微管的裝配，是維持微管結(jié)構(gòu)和功能的必需成份。MAP-1、MAP-2、Tau主要存在于神經(jīng)元中MAP-4廣泛存在于各種細(xì)胞中種MAP的活性主要通過(guò)蛋白激酶和磷酸酶控制，1．微管相關(guān)蛋白的種類(lèi)和特點(diǎn)微管相關(guān)蛋白MAP-2堿性結(jié)合區(qū)酸性區(qū)域2.微管相關(guān)蛋白的功能（1）調(diào)節(jié)微管裝配（2）增加微管的穩(wěn)定性和強(qiáng)度（3）在細(xì)胞內(nèi)沿微管轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡和顆粒（4）作為細(xì)胞外信號(hào)的靶位點(diǎn)參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

三、微管的組裝和極性組裝過(guò)程分三個(gè)時(shí)期：成核期、聚合期和穩(wěn)定期成核期：先由α和β微管蛋白聚合成一個(gè)短的寡聚體結(jié)構(gòu)，即核心形成；聚合期：微管蛋白聚合速度大于解聚速度，微管延長(zhǎng)；穩(wěn)定期：游離微管蛋白濃度下降，達(dá)到臨界濃度，微管的組裝與去組裝速度相等，微管長(zhǎng)度相對(duì)恒定；（一）微管的體外組裝極性裝配：裝配快的一端（β微管蛋白）為（+）極，裝配慢的一端（α微管蛋白）為（-）極踏車(chē)現(xiàn)象：組裝和去組裝達(dá)到平衡組裝條件：微管蛋白異二聚體達(dá)到臨界濃度、有Mg2+存在，（無(wú)Ca2+）、pH6.9、37℃、異二聚體即組裝成微管，同時(shí)需要由GTP提供能量。微管的體外組裝過(guò)程與踏車(chē)現(xiàn)象模式（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、纖毛和鞭毛的基體微管在中心體部位的成核模型微管在中心體上的聚合A.中心體的無(wú)定形蛋白基質(zhì)中含有γ微管蛋白環(huán),它是微管生長(zhǎng)的起始部位;B.中心體上的γ微管蛋白環(huán);C.中心體與附著其上的微管,負(fù)端被包圍在中心體中,正端游離在細(xì)胞質(zhì)中;（三）微管組裝的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)---非穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)模型該模型認(rèn)為，微管組裝過(guò)程不停地在增長(zhǎng)和縮短兩種狀態(tài)中轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性。微管在體外組裝時(shí)，游離微管蛋白的濃度和GTP水解成GDP的速度決定微管的穩(wěn)定性：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(zhǎng);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，（四）作用于微管的特異性藥物秋水仙素：抑制微管的組裝紫衫酚：阻止微管的去組裝，增強(qiáng)微管穩(wěn)定性秋水仙素與紫衫酚的分子結(jié)構(gòu)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?chē)@細(xì)胞核向外呈放射狀分布，維持細(xì)胞的形態(tài)（二）參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸微管為細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸提供軌道,通過(guò)馬達(dá)蛋白完成物質(zhì)運(yùn)輸任務(wù).1.馬達(dá)蛋白（motorprotein）這是一類(lèi)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)行軌道驅(qū)動(dòng)蛋白：介導(dǎo)沿微管的（-）極向（+）極的運(yùn)輸動(dòng)力蛋白：介導(dǎo)從微管的（+）極向（-）極的運(yùn)輸胞質(zhì)動(dòng)力蛋白與膜泡的附著細(xì)胞中微管介導(dǎo)的物質(zhì)運(yùn)輸（三）維持細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器的空間定位和分布

參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復(fù)合體、紡錘體的定位及分裂期染色體位移、（四）微管參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)

細(xì)胞的變形運(yùn)動(dòng)、纖毛、鞭毛運(yùn)動(dòng)纖毛和鞭毛動(dòng)力微管的滑動(dòng)模型（五）微管參與染色體的運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂（六）微管參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞如hedgehog、JNK、Wnt、ERK及PAK蛋白激酶信號(hào)通路。第二節(jié)微絲一、微絲的結(jié)構(gòu)與肌動(dòng)蛋白

G-肌動(dòng)蛋白（G-actin）純化的肌動(dòng)蛋白單體由單條肽鏈折疊而成，外觀呈啞鈴形，內(nèi)部有ATP（或ADP）結(jié)合位點(diǎn)和一個(gè)二價(jià)陽(yáng)離子Mg2+（或Ca2）結(jié)合位點(diǎn)。F-肌動(dòng)蛋白：每條微絲由2條平行的肌動(dòng)蛋白單鏈以右手螺旋方式相互盤(pán)繞而成，具有極性肌動(dòng)蛋白和微絲的結(jié)構(gòu)模式圖

A.G-肌動(dòng)蛋白三維結(jié)構(gòu);B.F-肌動(dòng)蛋白分子模型;C.F-肌動(dòng)蛋白電鏡照片二、肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白(actin-bindingprotein）

是細(xì)胞內(nèi)存在的一大類(lèi)能與肌動(dòng)蛋白單體或肌動(dòng)蛋白纖維結(jié)合的、能改變其特性的蛋白。按其功能可分為三大類(lèi)：①與F-肌動(dòng)蛋白的聚合有關(guān)的蛋白；②與微絲結(jié)構(gòu)有關(guān)的蛋白；③與微絲收縮有關(guān)的蛋白；肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白功能示意圖

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。（一）微絲的體外組裝過(guò)程分三個(gè)階段：

①成核期②延長(zhǎng)期③穩(wěn)定期①成核期②延長(zhǎng)期③穩(wěn)定期成核因子通過(guò)成核作用來(lái)加速肌動(dòng)蛋白的聚合（二）微絲的體內(nèi)組裝的調(diào)節(jié)

微絲體內(nèi)組裝受一系列肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié)1.微絲成核蛋白（nucleatingprotein）①Arp2/3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。

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(guò)程②成核蛋白formin：?jiǎn)?dòng)細(xì)胞