第九章 細胞骨架課件

第九章細胞骨架(Cytoskeleton)第九章細胞骨架◆狹義的概念:指細胞質(zhì)骨架：包括微絲、微管和中間絲?！魪V義的概念：細胞質(zhì)骨架、細胞核骨架、細胞膜骨架、細胞外基質(zhì)細胞骨架第九章細胞骨架狹義的概念：是細胞內(nèi)以蛋白質(zhì)纖維為主要成分的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),主要由微絲、微管、和中間絲三類蛋白纖維構(gòu)成。細胞骨架是一種高度動態(tài)的結(jié)構(gòu)體系，對于維持細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)的有序性，以及在細胞運動、物質(zhì)運輸、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞和細胞分化等方面起重要作用。

細胞骨架(Cytoskeleton)第九章細胞骨架細胞骨架的組成和分布◆微絲（肌動蛋白絲）主要分布在細胞質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)和細胞核膜的內(nèi)側(cè)；◆微管主要分布在核周圍,并呈放射狀向胞質(zhì)四周擴散；◆中間絲則分布在整個細胞中。第九章細胞骨架●微絲(microfilament,MF)●微管（microtubule）●中間絲（intermediatefilament,IF)第九章細胞骨架第一節(jié)微絲與細胞運動

又稱肌動蛋白纖維(actinfilament),是由兩條線性排列的肌動蛋白鏈形成的螺旋、直徑為7nm的骨架纖維。第九章細胞骨架

微絲分布

微絨毛細胞質(zhì)中的張力纖維運動細胞偽足微絲束細胞分裂時的胞質(zhì)分裂環(huán)第九章細胞骨架存在方式微絲主要是由肌動蛋白(actin)組成的。單體呈啞鈴形，游離球狀肌動蛋白（G-actin)纖維狀肌動蛋白(F-actin)肌動蛋白在進化過程中高度保守微絲在細胞中通常成束存在，這種成束的肌動蛋白纖維比單個的肌動蛋白纖維的強度大。第九章細胞骨架

微絲的組成及其組裝由肌動蛋白組成，根據(jù)等電點分3類：

α-actin分布于肌細胞

β-actin和γ-actin分布于所有細胞單體稱G-actin；多聚體稱F-actin結(jié)構(gòu)高度保守，酵母和兔子actin有88%的同源性需要翻譯后修飾，如N-端乙?；蚪M氨酸殘基的甲基化第九章細胞骨架單體G-肌動蛋白纖維狀F-肌動蛋白第九章細胞骨架

成核

延伸

穩(wěn)定狀態(tài)（平衡狀態(tài)）微絲的裝配過程條件：ATP、適宜溫度、K+和Mg2+。過程：2-3個actin聚集成核心（成核或核化）；ATP-actin分子向核心兩端加合（延伸）。具有極性，ATP-actin加到+極的速度快于-極5-10倍，臨界狀態(tài)下、可在+端添加，而在-端分離，組裝和去組裝達到平衡狀態(tài)，稱“踏車”現(xiàn)象（穩(wěn)定、平衡狀態(tài)）。第九章細胞骨架微絲的裝配第九章細胞骨架◆G-肌動蛋白臨界濃度◆離子的影響

●在含有ATP和Mg2+,以及很低的Na+、K+

等陽離子的溶液中,微絲趨向于解聚成G-肌動蛋白?！裨贛g2+和高濃度K+或Na+的誘導下,G-肌動蛋白則裝配成纖維狀肌動蛋白。影響裝配的因素ATP是調(diào)節(jié)的主要因素：

ATP-肌動蛋白對微絲末端親和性高

ADP-肌動蛋白對微絲末端親和性低

ATP-肌動蛋白濃度與聚合速度成正比第九章細胞骨架

◆極性◆踏車現(xiàn)象(treadmilling)◆微絲的動態(tài)平衡微絲的動態(tài)性質(zhì)第九章細胞骨架微絲的踏車現(xiàn)象正極負極第九章細胞骨架◆細胞松弛素(cytochalasins)是第一個用于研究細胞骨架的藥物，它是真菌分泌的生物堿?？汕袛辔⒔z纖維，并結(jié)合在微絲的正極，阻斷亞基的進一步聚合?？商禺愋缘囊种莆⒔z的功能，破壞微絲的三維網(wǎng)絡(luò)?？稍鰪娔さ牧鲃印⑵茐陌|(zhì)環(huán)流?！艄砉P環(huán)肽(phalloidin)一種毒性菇類中分離的劇毒生物堿，它同細胞松弛素的作用相反，與微絲結(jié)合,抑制微絲的解聚。用熒光標記的鬼筆環(huán)肽對細胞進行染色可以在熒光顯微鏡下觀察微絲在細胞中的分布

作用于微絲的藥物

影響微絲裝配動態(tài)性的藥物對細胞都有毒害，說明微絲功能的發(fā)揮依賴于微絲與肌動蛋白單體庫間的動態(tài)平衡。這種動態(tài)平衡受actin單體濃度和微絲結(jié)合蛋白的影響。第九章細胞骨架

微絲的功能◆維持細胞形態(tài)，賦予質(zhì)膜機械強度◆細胞運動◆胞質(zhì)環(huán)流◆微絨毛◆應(yīng)力纖維(stressfiber)◆參與胞質(zhì)分裂◆肌肉收縮(musclecontraction)第九章細胞骨架第九章細胞骨架第九章細胞骨架下列物質(zhì)中,(

)抑制微絲的解聚。秋水仙堿紫衫酚鬼筆環(huán)肽細胞松弛素B

√第九章細胞骨架在下列四種藥物中,哪一種作用于聚合的微絲?

a.細胞松弛素Bb.秋水仙素c.紫杉醇d.鬼筆環(huán)肽√第九章細胞骨架肌球蛋白：依賴于微絲的分子馬達分子馬達（molecularmotor)定義P274①在一次機械活動的循環(huán)中，分子馬達與軌道的結(jié)合點結(jié)合

②在力的驅(qū)動下，分子馬達進行機械運動

③分子馬達與結(jié)合點脫離

④分子馬達回到原來的位置；開始新的循環(huán)。

第九章細胞骨架肌球蛋白myosin定義：是一種分子馬達，微絲是肌球蛋白運行的軌道；也是ATPase,通過ATP的水解導致構(gòu)型的變化從而在微絲上移動。

第九章細胞骨架肌球蛋白的運動機理所有肌球蛋白的頭部都能在微絲上行走，盡管它們的尾部結(jié)合點是不同的。目前較為公認的滑動模型，認為單個ATP分子的水解同肌球蛋白運動的一次循環(huán)相偶聯(lián)。該模型的核心是肌球蛋白的頭部隨著ATP的結(jié)合和水解不斷產(chǎn)生構(gòu)型的變化，從而引起在微絲上的移動。第九章細胞骨架組成微絲最主要的成份是（）A、肌動蛋白B、肌球蛋白C、分子馬達D、驅(qū)動蛋白√第九章細胞骨架

第二節(jié)微管及其功能一微管的結(jié)構(gòu)組成與極性◆微管是中空的管狀結(jié)構(gòu)◆外徑為24nm◆內(nèi)徑為15nm◆微管的長度變化不定第九章細胞骨架

細胞內(nèi)微管呈網(wǎng)狀和束狀分布,并能與其他蛋白共同組裝成紡錘體、基粒、中心粒、纖毛、鞭毛、軸突、神經(jīng)管等結(jié)構(gòu)。

微管分布第九章細胞骨架

微管的基本構(gòu)件——

微管蛋白(tubulin)

微管是以微管蛋白異源二聚體為基本構(gòu)件，螺旋盤繞形成的在每根微管中二聚體頭尾相接,形成細長的原纖絲(原纖維，protofilament)13條原纖維縱向排列組成微管的管壁

第九章細胞骨架微管的結(jié)構(gòu)和亞基組成

第九章細胞骨架

微管的結(jié)構(gòu)第九章細胞骨架◆微管蛋白類型：◆α-微管蛋白和β-微管蛋白形成長度為8nm的異源二聚體◆每一個微管蛋白二聚體有兩個GTP結(jié)合位點●α亞基GTP結(jié)合位點為不可交換位點(nonexchangeablesite)?！瘭聛喕鵊TP結(jié)合點是可交換位點(exchangeablesite)。微管蛋白(tubulin)第九章細胞骨架微管蛋白結(jié)合位點GTP結(jié)合位點二價陽離子結(jié)合位點秋水仙素結(jié)合位點長春花堿結(jié)合位點第九章細胞骨架

微管的類型P282第九章細胞骨架由二聯(lián)體微管構(gòu)成的結(jié)構(gòu)是（）A、纖毛的軸絲B、紡錘體C、中心粒D．微絨毛√第九章細胞骨架二微管的組裝和去組裝微管的體外組裝1972年，RichardWeisenberg首次在體外組裝微管獲得成功。他將腦的勻漿物置于37℃，然后添加Mg2+,GTP和EGTA(EGTA是Ca2+

的螯合劑，抑制聚合作用)。他發(fā)現(xiàn)，只要降低或提高反應(yīng)溫度就可以使微管去組裝和重組裝。通過體外組裝實驗，還發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)系統(tǒng)中添加微管碎片能夠加速微管的組裝，加入的微管碎片起著“種子”的作用。第九章細胞骨架

◆原纖維裝配

◆片狀結(jié)構(gòu)的形成

◆微管的形成◆GTP帽(GTPCap)

微管的裝配第九章細胞骨架微管的裝配過程第九章細胞骨架◆造成微管不穩(wěn)定性的因素很多，包括GTP、壓力、溫度(最適溫度37℃)、pH(最適pH=6.9)、微管蛋白臨界濃度。影響微管裝配的因素第九章細胞骨架影響微管穩(wěn)定的因素第九章細胞骨架三微管組織中心P285

(microtubuleorganizingcenter,MTOC)定義：在活細胞內(nèi)，能夠起始微管的成核作用，并使之延伸的細胞結(jié)構(gòu)成為微管組織中心。第九章細胞骨架微管從微管組織中心（中心體）向外生長

第九章細胞骨架

微管組織中心第九章細胞骨架微管組織中心的作用主要作用是幫助大多數(shù)細胞質(zhì)微管組裝過程中的成核反應(yīng)，微管從MTOC開始生長。還決定了微管的方向性?？拷麺TOC的一端由于生長慢而稱之為負端(minusend),遠離MTOCs一端的微管生長速度快,被稱為正端(plusend),所以(+)端指向細胞質(zhì)基質(zhì)，常?？拷毎|(zhì)膜。在有絲分裂的極性細胞中，紡錘體微管的(-)端指向一極，而(+)端指向中心，通常是紡錘體的(+)端同染色體接觸。第九章細胞骨架中心體(centrosome)定義：中心體是動物細胞中決定微管形成的一種細胞器(微管組織中心),包括一對相互垂直的中心粒和中心粒周質(zhì)基質(zhì)。在細胞間期,位于細胞核的附近,在有絲分裂期,位于紡錘體的兩極。第九章細胞骨架中心粒一對中心粒，每個中心粒都是由9個三聯(lián)管組成，外面還有中心粒周質(zhì)基質(zhì)。微管從中心粒上開始形成。

第九章細胞骨架

四微管的動力學微管裝配的動力學現(xiàn)象◆踏車現(xiàn)象(treadmilling)

又稱輪回現(xiàn)象,是微管組裝后處于動態(tài)平衡的一種現(xiàn)象?！魟討B(tài)不穩(wěn)定性(dynamicinstability)

微管隨反應(yīng)體系中游離αβ二聚體的濃度變化而發(fā)生的生長狀態(tài)和縮短狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。第九章細胞骨架踏車行為微管的總長度不變

第九章細胞骨架微管動態(tài)不穩(wěn)定性生長或縮短

第九章細胞骨架作用于微管的特異性藥物秋水仙素(colchicine)，與微管蛋白亞基結(jié)合，阻斷微管蛋白組裝成微管，可破壞紡錘體結(jié)構(gòu)。用低濃度的秋水仙素處理細胞,將細胞阻斷在中期。紫杉醇(taxol)，只結(jié)合到聚合的微管上,不與未聚合的微管蛋白二聚體反應(yīng),因此可以阻止微管的去組裝，維持微管的穩(wěn)定。細胞接觸紫杉醇后會在細胞內(nèi)積累大量的微管，干擾細胞的各種功能,阻斷了細胞的正常分裂。第九章細胞骨架秋水仙素是研究細胞有絲分裂的一種有效試劑，作用機理是(

)。a.抑制了核膜的形成b.抑制了紡錘體的形成c.抑制了微絲的形成d.抑制了中等纖維的形成

√第九章細胞骨架以下促進微管聚合的藥物是(

)。a.長春新堿b.細胞松弛素Bc.鬼筆環(huán)肽d.紫杉醇

√第九章細胞骨架

微管的功能◆A支架作用，維持細胞形態(tài)◆B細胞內(nèi)物質(zhì)的運輸◆C細胞器的定位◆D鞭毛運動和纖毛（9+2）運動◆E紡錘體與染色體運動第九章細胞骨架A.維持細胞形態(tài)第九章細胞骨架B.細胞內(nèi)物質(zhì)運輸

馬達蛋白（Motorproteins）驅(qū)動蛋白（kinesin）：向微管正極移動貨物.細胞質(zhì)動力蛋白（cytoplasmicdynein）:向微管負極移動貨物.魚類表皮細胞中色素分子的運動第九章細胞骨架微管馬達蛋白（P291）

（A）驅(qū)動蛋白和動力蛋白：由兩個相同的重鏈加上幾個較小的輕鏈組成的復(fù)合物。每個重鏈形成一個球形頭部，與微管相互作用。

（B）（C）動力蛋白和驅(qū)動蛋白的冰凍蝕刻電鏡照片第九章細胞骨架分子馬達既能與微管結(jié)合，又能與膜泡特異性結(jié)合，利用水解ATP將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，有規(guī)則的沿微管運輸貨物。驅(qū)動蛋白，利用ATP水解釋放的能量向微管的(+)極運輸動力蛋白，它利用ATP水解釋放的能量向微管的(-)極運輸?shù)诰耪录毎羌懿煌膭恿Φ鞍籽刂⒐芟虿煌姆较蜻\輸貨物第九章細胞骨架第九章細胞骨架色素顆粒的運輸?shù)诰耪录毎羌苌仡w粒的運輸?shù)诰耪录毎羌艿诰耪录毎羌艿诰耪录毎羌蹸.細胞器的定位第九章細胞骨架D.纖毛和鞭毛的運動第九章細胞骨架鞭毛和纖毛運動

鞭毛和纖毛是細胞表面的特化結(jié)構(gòu)，具運動功能。

鞭毛和纖毛的結(jié)構(gòu)第九章細胞骨架圖9-30第九章細胞骨架第九章細胞骨架第九章細胞骨架滑動模型第九章細胞骨架E.紡錘體和染色體的移動第九章細胞骨架第九章細胞骨架第九章細胞骨架第九章細胞骨架第九章細胞骨架第九章細胞骨架如果用干擾微管的藥物，如秋水仙素，處理細胞,會發(fā)生什么樣的影響?a.細胞的形態(tài)發(fā)生極大改變b.有絲分裂和減數(shù)分裂都不能發(fā)生c.細胞器在細胞內(nèi)的定位發(fā)生紊亂d.上述情況都有可能

√第九章細胞骨架

第三節(jié)中間絲

（intermediatefilament,IF)◆中間絲是細胞的第三種骨架成分，由于這種纖維的平均直徑介于微管和微絲之間,故稱為中間絲。由于其直徑約為10nm,故又稱10nm纖維。微管與微絲都是由球形蛋白裝配起來的，而中間纖維則是由長的、桿狀的蛋白裝配的?！?/p>

IF幾乎分布于所有動物細胞，往往形成一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，特別是在需要承受機械壓力的細胞中含量相當豐富，如上皮細胞中。除了胞質(zhì)中，在內(nèi)核膜下的核纖層也屬于IF。第九章細胞骨架第九章細胞骨架與微管和微絲相比,中間絲在結(jié)構(gòu)和功能上至少有三方面的差異?！?中間絲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,即使用含有去垢劑和高鹽溶液抽提細胞,中間絲仍然保持完整無缺?！?/p>

2中間絲直徑是10nm,微管的直徑是24nm,微絲的直徑是7nm。形態(tài)上,微管是由αβ微管蛋白二聚體組裝成的中空管狀,微絲是由球形亞基裝配成的α螺旋纖維,而中間絲的亞基是α-螺旋桿狀裝配成似桿狀的結(jié)構(gòu)?！?/p>

3中間絲的亞基并不與核苷酸結(jié)合,而微管的亞基與GTP或GDP結(jié)合。微絲的亞基則與ATP或ADP結(jié)合,但是對于中間絲裝配的細節(jié)尚不清楚。第九章細胞骨架中間絲的裝配◆IF裝配與MF,MT裝配相比，有以下幾個特點：IF裝配的單體是纖維狀蛋白(MF,MT的單體呈球形)；反向平行的四聚體導致IF不具有極性；IF在體外裝配時不需要核苷酸或結(jié)合蛋白的輔助，在體內(nèi)裝配后，細胞中幾乎不存在IF單體(但IF的存在形式也可以受到細胞調(diào)節(jié)，如核纖層的裝配與解聚)。第九章