第八章-細(xì)胞骨架

第八章細(xì)胞骨架

細(xì)胞骨架cytoskelton：是由位于細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核的蛋白質(zhì)纖維組成的網(wǎng)架系統(tǒng)。細(xì)胞骨架微管微絲中等纖維微梁網(wǎng)絡(luò)線粒體核糖體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細(xì)胞核骨架、細(xì)胞質(zhì)骨架、細(xì)胞膜骨架、細(xì)胞外基質(zhì)光鏡下顯示細(xì)胞骨架：紅色熒光顯示微絲

黃色顯示微管

蘭色顯示細(xì)胞核

光鏡下細(xì)胞骨架：黃色熒光顯示微管

光鏡下顯示細(xì)胞骨架：紅色顯示微絲，綠色顯示微管

15nm第一節(jié)微管一.微管（microtuble)的形態(tài)結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成微管的形態(tài)結(jié)構(gòu)：

24-26nm5-9nm12345678910111213微管橫斷面中空的圓柱狀結(jié)構(gòu)。橫斷面上看：它是由13根原纖維縱向圍繞而成。微管的化學(xué)組成：

微管蛋白(55KD450aa)

微管蛋白(55KD550aa)異二聚體

2個(gè)鳥(niǎo)嘌呤核苷酸(GTP)結(jié)合位點(diǎn)?？膳c秋水仙素、長(zhǎng)春花堿結(jié)合。微管蛋白12345678910111213單管

AB二聯(lián)管

微管蛋白

微管蛋白異二聚體聚合首尾相連原纖維

ABC三聯(lián)管微管（13）12345678910111213微管橫斷面

NucleusandMicrotubles細(xì)胞核(蘭色),微管網(wǎng)(淺蘭色)Theextensivedistributionofmicrotubulescanreallybeappreciatedinthelightmicroscopeafterimmunolabelingfortubulinwithfluorescein-labeledantibodies.Thismicrographshowscellsinculturelabeledfortubulin.Thelabelingissofine,thesmallmicrotubulescanbedelineated.ThiselectronmicrographshowsmicrotubulesincrosssectionwiththeMAPbridge.Thearrowspointtobridgesbetweenmicrotubules.ThestarpointstoaMAPbridgetothevesicle.Insummary,MAPsacceleratepolymerization,serveas"motors"forvesiclesandgranules,andessentiallycontrolcellcompartmentation.

二.微管的組裝1972年—Weisenberg—小鼠—分離微管蛋白—體外組裝

+-

踏車(chē)

微管的體外組裝微管的體內(nèi)組裝

微管的體內(nèi)組裝除遵循體外裝配的規(guī)律外，還受?chē)?yán)格的時(shí)間和空間的控制。時(shí)間控制：細(xì)胞生命活動(dòng)的特殊時(shí)刻。（紡錘絲微管的聚合與解聚發(fā)生在細(xì)胞分裂期）?？墒芴厥庖蛩氐挠绊懀耗承┨厥獾鞍踪|(zhì)、Ca2+濃度等。空間控制1.微管裝配的特殊始發(fā)區(qū)域的影響（微管組織中心：著絲點(diǎn)、中心體）。2.微管的定向、延長(zhǎng)和排列及與細(xì)胞其它成分的連接等。三.微管的結(jié)合蛋白微管微管蛋白類(lèi)型IMAPs微管結(jié)合蛋白微管關(guān)聯(lián)蛋白（MAPs）微管聚合蛋白（Tua）MAP1AMAP1B類(lèi)型IIMAPsMAP2MAP41.堿性的微管結(jié)合結(jié)構(gòu)域2.酸性的突出結(jié)構(gòu)域作用：1.抵抗解聚、穩(wěn)定微管、在體外加速微管蛋白聚合。

2.調(diào)節(jié)微管與其他細(xì)胞成分的相互關(guān)系。四.微管的功能微管的功能1.構(gòu)成細(xì)胞的支架2.參與物質(zhì)的運(yùn)輸3.參與細(xì)胞器的運(yùn)動(dòng)第二節(jié)微絲一.微絲(microfilament)的形態(tài)與組分成分：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-actin)-肌動(dòng)蛋白(肌細(xì)胞)-肌動(dòng)蛋白(非肌細(xì)胞)-肌動(dòng)蛋白(非肌細(xì)胞)形態(tài)分布：是一類(lèi)由蛋白纖維組成的實(shí)心纖維細(xì)絲。

6-7nm，長(zhǎng)短不一。在細(xì)胞中：微絲可成束、成網(wǎng)或纖維狀分散分布。在肌肉細(xì)胞中占細(xì)胞總蛋白的10%，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，組成了肌細(xì)胞的收縮單位，在非肌肉細(xì)胞中，分布均散，結(jié)構(gòu)與微管一樣不穩(wěn)定。肌動(dòng)蛋白

純化肌動(dòng)蛋白是一個(gè)由375個(gè)氨基酸組成的單鏈多肽，分子量45KD，稱(chēng)為球形-肌動(dòng)蛋白。有三個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，其中之一為ATP結(jié)合位點(diǎn)，另外兩個(gè)為微絲結(jié)合蛋白的結(jié)合位點(diǎn)。微絲是由球形-肌動(dòng)蛋白形成的聚合體，也稱(chēng)纖維狀-肌動(dòng)蛋白（F-actin）。微絲的結(jié)構(gòu)也具有極性，有正負(fù)極之分。微絲的結(jié)合蛋白微絲結(jié)合蛋白的種類(lèi)要比微管結(jié)合蛋白的種類(lèi)多，且功能復(fù)雜。目前在肌肉細(xì)胞和非肌細(xì)胞中已經(jīng)分離出了100多種不同類(lèi)型的微絲結(jié)合蛋白。㈠單體隔離蛋白㈡交聯(lián)蛋白㈢末端阻斷蛋白㈣纖維切割蛋白㈤肌動(dòng)蛋白纖維去聚合蛋白㈥膜結(jié)合蛋白微絲結(jié)合蛋白的作用方式二.微絲的組裝G-actinF-actin+-

踏車(chē)Mg+

高Na+K+ATPCa+低Na+K+微絲的組裝過(guò)程分三個(gè)步驟：即成核期、生長(zhǎng)或延長(zhǎng)期、平衡期。成核期與微管不同，微絲的成核作用是發(fā)生在質(zhì)膜上，這一過(guò)程還受到細(xì)胞外部信號(hào)的調(diào)節(jié)。微絲組裝的動(dòng)力來(lái)自于ATP。影響微絲聚合與解聚的特異性藥物與離子：細(xì)胞松弛素：特異性的破壞微絲組裝。鬼筆環(huán)肽：穩(wěn)定微絲、促進(jìn)微絲聚合。在含：ATP和Ca2+、低濃度的單價(jià)離子(Na+、K+等)溶液中微絲趨向解聚

G-actin

在含：Mg2+和高濃度的Na+、K+離子溶液中微絲趨向聚合（G-actin—F-actin）。三.肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白動(dòng)物細(xì)胞中主要的肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白類(lèi)型功能調(diào)節(jié)蛋白1.原肌球蛋白與肌動(dòng)蛋白相連，調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白的結(jié)合。2.鈣調(diào)蛋白與Ca2+結(jié)合，活化肌球蛋白輕鏈激酶連接蛋白1.-輔肌動(dòng)蛋白參與微絲與質(zhì)膜的結(jié)合2.紐帶蛋白肌動(dòng)蛋白纖維端點(diǎn)與細(xì)胞膜之間結(jié)合的中介交聯(lián)蛋白1.毛緣蛋白使纖維狀多聚體肌動(dòng)蛋白平行連接成束2.細(xì)絲蛋白與F-actin結(jié)合，使之形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)3.血影蛋白與錨蛋白結(jié)合，并與肌動(dòng)蛋白交聯(lián)4.錨定蛋白血影蛋白與膜上的帶III蛋白相連的中介間隔蛋白抑制蛋白結(jié)合于G-actin單體，可逆性抑制微絲聚合切斷和封端蛋白1.凝溶膠蛋白和絨毛蛋白低Ca2+促進(jìn)微絲裝配成核心，高Ca2+將微絲切成片段2.封端蛋白結(jié)合于微絲（+）端，阻止G-actin加上或脫落肌鈣蛋白原肌球蛋白單體四.微絲的功能微絲的功能1.肌肉收縮功能3.微絲與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)2.微絲的支撐功能㈠構(gòu)成細(xì)胞的支架微絲不能單獨(dú)發(fā)揮作用，必須在形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或成束狀結(jié)構(gòu)時(shí)才能發(fā)揮作用。

微絨毛的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征：微絨毛是細(xì)胞表面的一種特化結(jié)構(gòu)，其核心是由20-30個(gè)同向平行的微絲組成束狀結(jié)構(gòu)其中有微絲結(jié)合蛋白絨毛蛋白和毛緣蛋白。另外還有肌球蛋白-1和鈣調(diào)蛋白將微絲與絨毛處的質(zhì)膜相連。正是由于微絲及其結(jié)合蛋白的存在，才使得微絨毛的形狀得以維持。㈡參與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)細(xì)胞整體的移動(dòng)和位置改變主要是在微絲的作用下完成的，如變形蟲(chóng)、巨噬細(xì)胞和白細(xì)胞以及器官發(fā)生時(shí)的胚胎細(xì)胞等。㈢參與細(xì)胞分裂在有絲分裂的末期，細(xì)胞膜沿赤道面向內(nèi)收縮，這一過(guò)程主要是在由微絲組成的收縮環(huán)的作用下完成的。㈣參與肌肉收縮肌肉細(xì)胞的收縮與微絲關(guān)系非常密切。骨骼肌收縮的基本結(jié)構(gòu)單位——肌小節(jié)：肌小節(jié)的主要成分是肌原纖維，電鏡下可見(jiàn)肌原纖維由粗肌絲和細(xì)肌絲組成。粗肌絲的成分是肌球蛋白，細(xì)肌絲主要成分是肌動(dòng)蛋白，并輔以原肌球蛋白和肌鈣蛋白，組成肌動(dòng)蛋白絲。肌小節(jié)圖解：肌球蛋白（myosin）屬于馬達(dá)蛋白，可利用ATP產(chǎn)生機(jī)械能，趨向微絲的（+）極運(yùn)動(dòng)，最早發(fā)現(xiàn)于肌肉組織(myosinII)，1970s后逐漸發(fā)現(xiàn)許多非肌細(xì)胞的myosin，目前已知的有15種類(lèi)型（myosinI-XV）。

MyosinII是構(gòu)成肌纖維的主要成分之一。由兩個(gè)重鏈和4個(gè)輕鏈組成，重鏈形成一個(gè)雙股α螺旋，一半呈桿狀，另一半與輕鏈一起折疊成兩個(gè)球形區(qū)域，位于分子一端，球形的頭部具有ATP酶活性原肌球蛋白原肌球蛋白（tropomyosin.Tm）分子量64KD，是由兩條平行的多肽鏈扭成螺旋，每個(gè)Tm的長(zhǎng)度相當(dāng)于7個(gè)肌動(dòng)蛋白，呈長(zhǎng)桿狀。原肌球蛋白與肌動(dòng)蛋白結(jié)合，位于肌動(dòng)蛋白雙螺旋的溝中，主要作用是加強(qiáng)和穩(wěn)定肌動(dòng)蛋白絲，抑制肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白結(jié)合肌鈣蛋白肌鈣蛋白（troponin,Tn），分子量80KD，含三個(gè)亞基，肌鈣蛋白C特異地與鈣結(jié)合，肌鈣蛋白T與原肌球蛋白有高度親和力，肌鈣蛋白I抑制肌球蛋白的ATP酶活性，細(xì)肌絲中每隔40nm就有一個(gè)肌鈣蛋白復(fù)合體肌肉收縮的原理——滑動(dòng)絲模型：肌肉的收縮是由于粗肌絲（肌球蛋白）與細(xì)肌絲之間相互滑動(dòng)的結(jié)果，粗肌絲上伸出的橫橋與相鄰細(xì)肌絲連接，在肌細(xì)胞收縮時(shí)橫橋可推動(dòng)肌動(dòng)蛋白（細(xì)絲）與粗絲（肌球蛋白）的滑行。

肌細(xì)胞的收縮可分五個(gè)步驟：⑴接合，⑵釋放，⑶直立，⑷力產(chǎn)生，⑸重新結(jié)合。㈤參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸㈥參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞第三節(jié)中等纖維intermediatefilament,IF

直徑介與微管與微絲之間，故得名中等纖維（中間纖維IF）

8——10nm。IF結(jié)構(gòu)穩(wěn)定：既不受秋水仙素也不受細(xì)胞松弛素B影響，并且也沒(méi)有極性。一.中等纖維的類(lèi)型中等纖維蛋白的類(lèi)型和分布順序類(lèi)型名稱(chēng)分子量(kD)多肽數(shù)組織分布

I酸性角蛋白40-5715上皮細(xì)胞

II堿性角蛋白53-6715上皮細(xì)胞

III結(jié)蛋白531肌細(xì)胞膠質(zhì)纖維酸性蛋白501膠質(zhì)細(xì)胞和星形細(xì)胞波形蛋白571間充質(zhì)細(xì)胞外周蛋白571神經(jīng)元IV神經(jīng)纖維蛋白62-1103成熟的外周和中樞神經(jīng)元Internexin661發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)V核纖層蛋白A.B.C60-703真核細(xì)胞VI巢蛋白nestin2401中樞神經(jīng)系統(tǒng)干細(xì)胞角蛋白Keratin波形蛋白二.中等纖維的分子結(jié)構(gòu)中等纖維的基本組成單位——中等纖維單體中等纖維單體共同結(jié)構(gòu)域-螺旋桿狀區(qū)非螺旋區(qū)：310個(gè)氨基酸殘基(I-IV型和VI型IF)或356個(gè)氨基酸殘基(V型IF)組成。頭部（N-端）尾部（C-端）L1連接區(qū)L12連接區(qū)L2連接區(qū)8-14816-17頭部（可變）（N-端）N-端C-端1A-螺旋1B-螺旋2A-螺旋2B-螺旋351019121COOHCOOHNH2NH2尾部（可變）（C-端）桿狀區(qū)（保守）三.中等纖維的組裝單體二聚體超螺旋COOH單體NH2COOHCOOH二聚體NH2NH2COOHCOOHNH2NH2四聚體NH2NH2COOHCOOH四聚體原絲八聚體中等纖維原絲八聚體原纖維中等纖維中等纖維裝配的特點(diǎn)：1.四聚體及八聚體（原纖維）的組裝是反向平行排列，兩端對(duì)稱(chēng)，故中等纖維無(wú)極性。2.中等纖維遵循半分子長(zhǎng)度交錯(cuò)的原則進(jìn)行組裝。3.中等纖維的體外組裝既不需要其它蛋白質(zhì)參與，也不需要核苷酸的或結(jié)合蛋白的輔助。4.中等纖維在體內(nèi)組裝時(shí)，中等纖維蛋白絕大部分已裝配成中等纖維，幾乎不存在相應(yīng)的可溶性蛋白，而微管或微絲組裝時(shí)只有30%的蛋白分子處于組裝狀態(tài)。四.中等纖維的功能1.骨架功能2.信息傳遞功能中等纖維的功能㈠在細(xì)胞內(nèi)形成一個(gè)完整的網(wǎng)狀骨架系統(tǒng)㈡為細(xì)胞提供機(jī)械強(qiáng)度㈢參與細(xì)胞連接㈣參與細(xì)胞內(nèi)信息傳遞及物質(zhì)運(yùn)輸㈤維持細(xì)胞核膜穩(wěn)定，染色體和紡錘體空間定向㈥參與細(xì)胞分化，DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄三種細(xì)胞骨架的比較第四節(jié)細(xì)胞核骨架細(xì)胞核骨架：是存在于真核細(xì)胞細(xì)胞核內(nèi)的以蛋白質(zhì)成分為主的纖維網(wǎng)架體系。廣義：核基質(zhì)、核纖層、核孔復(fù)合體狹義：核基質(zhì)，既：細(xì)胞核內(nèi)除核膜、核纖層、染色質(zhì)、核仁、核孔復(fù)合體以外的纖維蛋白成分為主的纖維網(wǎng)架體系。細(xì)胞核骨架一、形態(tài)結(jié)構(gòu)二、成分核骨架蛋白、核骨架結(jié)合蛋白、少量RNA、少量DNA400多種核骨架蛋白各種類(lèi)型的細(xì)胞共有的與細(xì)胞類(lèi)型及分化程度相關(guān)的1、核骨架蛋白

核骨架蛋白與富含AT的DNA序列即核骨架結(jié)合序列（matrinassociationregion,MAR)結(jié)合，又稱(chēng)為MAR結(jié)合蛋白，通常與DNA放射環(huán)兩端的MARDNA序列結(jié)合，將其錨定在核骨架上，DNA形成放射環(huán)。以鑒定的MAR結(jié)合蛋白種類(lèi)特點(diǎn)(1)DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶II是間期細(xì)胞核骨架和分裂期染色體骨架的重要成分之一（2）核基質(zhì)蛋白有DEFG4等，定位于核基質(zhì)，且呈現(xiàn)纖維顆粒樣分布， 很可能是核基質(zhì)上DNA—LOOP的結(jié)合蛋白（3）N2+蛋白蛋白是S。（一種釀酒用的酵母）的基因編碼的蛋白，相 對(duì)分子質(zhì)量為76X103。Nuc2+基因在有絲分裂染色體分離 過(guò)程中的起重要作用，Nuc2+蛋白存在于核基質(zhì)以及染色 體支架組分當(dāng)中，而且與富含AT的DNA序列有特異的親 和性。 （4）ARBP能夠特異地與MAR序列結(jié)合，而且在各種此組織中廣泛存 在，不具有組織特異性。（5）著絲粒縊痕結(jié)合蛋白是酵母中發(fā)現(xiàn)的與自動(dòng)復(fù)制序列結(jié)合的蛋白。（6）組蛋白H1與基因靜息及維持染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)（7）HMG1,2轉(zhuǎn)錄因子，識(shí)別富含AT的十字形結(jié)構(gòu)，（8）核纖層蛋白A，B定位于核周，與MARDNA結(jié)合，將染色質(zhì)錨定于核纖層。（9）支架附著因子A體外實(shí)驗(yàn)中與裸露DNA形成放射環(huán)結(jié)構(gòu)。（10）SATB1AT特異性MAR結(jié)合蛋白，與球蛋白3`增強(qiáng)子結(jié)合。（11）SP120相對(duì)分子質(zhì)量為120X103的蛋白與IGKMAR結(jié)合。（12）核仁蛋白與RNA或富含T的單鏈DNA結(jié)合，調(diào)控RRNA的轉(zhuǎn)錄和核糖 體的裝配。2、核骨架結(jié)合蛋白種類(lèi)特點(diǎn)（1）轉(zhuǎn)錄因子具有嚴(yán)格的DNA序列特異性腺病毒E1A蛋白腺病毒的轉(zhuǎn)錄因子與復(fù)制因子，與核骨架結(jié)合NF—1（核因子—1）與H5增強(qiáng)子結(jié)合，抗0.25mol/L硫酸銨或2mol/LNaCl抽提，見(jiàn) 于成熟紅細(xì)胞，肝細(xì)胞核基質(zhì)SV—40T抗原復(fù)制起始因子和解旋酶，病毒復(fù)制起始時(shí)錨定于核骨架。艾滋病毒Tat蛋白將病毒基因組錨定于核骨架上。（2）酶組蛋白乙?；负徒M蛋白去乙酰化酶雞未成熟紅細(xì)胞中60%~70%酶活性位于核骨架上，調(diào)節(jié)活性染 色質(zhì)與核骨架的結(jié)合狀態(tài)DNA聚合酶

及

定位于核骨架，與DNA合成及修復(fù)有關(guān)。多ADP—核糖聚合酶不同細(xì)胞中5%~26%酶活性與核骨架有關(guān)，DNA鏈斷裂激活PARP酪蛋白激酶（3）受體研究發(fā)現(xiàn)，許多細(xì)胞核內(nèi)激素受體是核骨架結(jié)合蛋白腎上腺皮質(zhì)激素受體雄激素受體甲狀腺素受體（4）供體視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白與E2F,C—Myc,Cyclin相互作用，調(diào)節(jié)基因表達(dá)和Gys的轉(zhuǎn)變， G1早期高度磷酸化的RP蛋白結(jié)合于核骨架，腫瘤細(xì)胞中突變的 RP蛋白不與核骨架結(jié)合前列腺素受體結(jié)合蛋白1和2肝細(xì)胞核骨架中含量豐富，參與癌基因c-myc和c-jun的調(diào)節(jié)。4、核骨架與染色體構(gòu)建3、其它（1）B23:核仁中40K蛋白，與核糖體裝配和rRNA加工有關(guān)（2）肌動(dòng)蛋白：有報(bào)道在核骨架蛋白中發(fā)現(xiàn)肌動(dòng)蛋白三、功能1、核骨架與DNA復(fù)