細胞骨架課件

第九章細胞骨架10細胞骨架細胞骨架(cytoskeleton)是指真核細胞中的蛋白纖維網(wǎng)架體系細胞質(zhì)骨架，包括微絲、微管和中間纖維10細胞骨架

第一節(jié)微絲(MF)

微絲由肌動蛋白組成、直徑為7nm,呈雙股螺旋狀的骨架纖維。UsingATP,G-actinpolymerizestoformMF(F-actin)

10細胞骨架球形肌動蛋白(G-actin)是微絲的結(jié)構(gòu)成分，外觀呈啞鈴狀。內(nèi)部有ATP結(jié)合位點和Mg離子結(jié)合位點。由G-actin形成的多聚體(微絲)也稱為纖維形肌動蛋白(F-actin)10細胞骨架

一、微絲的裝配1裝配過程成核反應(yīng)-多聚體組裝-纖維的延伸。肌動蛋白單體具有極性，裝配時呈頭尾相接，故微絲具有極性，既正極與負極。G-actin具有ATP酶活性，結(jié)合ATP趨向組裝，結(jié)合ADP傾向從微絲上解聚下來。10細胞骨架2MF體內(nèi)裝配時，呈現(xiàn)出動態(tài)不穩(wěn)定性，主要取決于：①F-actin結(jié)合的ATP水解

速度②游離的G-actin單體濃度

③Ca離子和Mg離子等離子濃度。10細胞骨架3一定條件下，G-actin在正極端裝配、負極去裝配，從而表現(xiàn)為踏車現(xiàn)象(treadmilling)10細胞骨架4MF動態(tài)變化與細胞生理功能變化相適應(yīng)①有些微絲是永久性的結(jié)構(gòu)，如肌肉中的細絲、小腸上皮細胞微絨毛中的軸心微絲等；②有些微絲是暫時性的結(jié)構(gòu)，如胞質(zhì)分裂環(huán)中的微絲10細胞骨架二、微絲特異性藥物1細胞松弛素(cytochalasins)，可以切斷微絲，并結(jié)合在微絲正極阻抑肌動蛋白聚合，破壞微絲的三維網(wǎng)絡(luò)。2鬼筆環(huán)肽(philloidin)與微絲側(cè)面結(jié)合，防止MF解聚.從而破壞微絲的聚合和解聚的動態(tài)平衡。10細胞骨架

三、微絲結(jié)合蛋白

1單體隔離蛋白與G-actin結(jié)合后抑制它們的聚

合，維持高濃度的單體。決定著肌動蛋白是趨于聚合還是解聚。10細胞骨架

2交聯(lián)蛋白(cross-linkingprotein),使肌動蛋白纖維形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。10細胞骨架3膜結(jié)合蛋白非肌細胞質(zhì)膜下方產(chǎn)生收縮的機器，由收縮蛋白作用于質(zhì)膜產(chǎn)生的力引起質(zhì)膜向內(nèi)或向外移動（吞噬作用和胞質(zhì)分裂）。4末端阻斷蛋白通過與肌動蛋白纖維的一端或兩端結(jié)合調(diào)節(jié)肌動蛋白纖維的長度（加帽蛋白）10細胞骨架5纖維切割蛋白同肌動蛋白纖維結(jié)合并將其一分為二，控制肌動蛋白纖維的長度，降低黏度。6肌動蛋白纖維去聚合蛋白將肌動蛋白纖維快速去聚合形成G-actin，存在于肌動蛋白絲骨架快速變化的部位。10細胞骨架10細胞骨架7發(fā)動機蛋白，如肌球蛋白（為肌肉收縮和胞質(zhì)分裂提供力，膜泡運輸?shù)龋?0細胞骨架

四、微絲的功能

1溶膠層和阿米巴運動：微絲遍及胞質(zhì)各處，集中分布于質(zhì)膜下，和其結(jié)合蛋白形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(溶膠)，維持細胞形狀和賦予質(zhì)膜機械強度。10細胞骨架2微絨毛(microvillus)微絲束同向平行排布，下端終止于端網(wǎng)結(jié)構(gòu)，維持微絨毛形狀，無收縮功能。10細胞骨架3應(yīng)力纖維(stressfiber)廣泛存在于真核細胞，由大量平行排列的微絲組成，介導(dǎo)細胞間或細胞與基質(zhì)表面的粘著，可能在細胞形態(tài)發(fā)生、細胞分化和組織形成等方面具有重要作用。10細胞骨架4胞質(zhì)分裂環(huán)：由大量平行排列的微絲組成，分裂末期胞質(zhì)中的肌動蛋白能迅速裝配成收縮環(huán)并進一步收縮(肌動蛋白與肌球蛋白的相對滑動)，使兩個子細胞分開；胞質(zhì)分裂后，收縮環(huán)迅速去裝配10細胞骨架5肌肉收縮1）骨骼肌的超微結(jié)構(gòu)骨骼肌

↓

肌細胞

(肌纖維）

↓

肌原纖維

↓

肌小節(jié)10細胞骨架肌小節(jié)包括粗肌絲即肌球蛋白(myosin)、細肌絲即肌動蛋白，肌動蛋白的正極端錨定在Z線上10細胞骨架2）肌肉收縮中的有關(guān)微絲結(jié)合蛋白①肌球蛋白(myosin)，主要分布于肌細胞，有兩個

球形頭部結(jié)構(gòu)域

(具有ATPase活性)

和尾部鏈，多個尾部相互纏繞，形成粗肌絲

沿微絲從負極到正

極進行運動。10細胞骨架

②原肌球蛋白(Tm)由兩條平行的多肽鏈形成α-螺旋構(gòu)型，位于肌動蛋白螺旋溝內(nèi)，Tm結(jié)合于細肌絲，調(diào)節(jié)肌動蛋白與肌球蛋白頭部的結(jié)合③肌鈣蛋白(Tn)為復(fù)合物，包括三個亞基：Tn-C(Ca2+敏感性蛋白)能特異與Ca2+結(jié)合，Tn-T與原肌球蛋白結(jié)合；Tn-I抑制肌球蛋白ATPase活性。10細胞骨架

由肌動蛋白絲與肌球蛋白絲的相對滑動所致3）神經(jīng)沖動誘發(fā)的肌肉收縮的基本過程10細胞骨架①動作電位的產(chǎn)生，神經(jīng)沖動經(jīng)軸突傳到神經(jīng)肌肉，肌肉細胞膜去極化，經(jīng)T小管傳至肌質(zhì)網(wǎng)；②Ca2+的釋放，肌質(zhì)網(wǎng)去極化后釋放Ca2+至肌漿中，閾濃度為10-6mol/L；③原肌球蛋白位移，Ca2+與Tn-C結(jié)合，引起構(gòu)象變化，Tn-C與Tn-I、Tn-T結(jié)合力增強，Tn-I與肌動蛋白結(jié)合力削弱而脫離；同時Tn-T使原肌球蛋白移動到肌動蛋白雙螺旋溝的深處，消除肌動蛋白與肌球蛋白結(jié)合的障礙；10細胞骨架

④肌動蛋白絲與肌球蛋白絲的相對滑動：

⑤Ca2+的回收，到達肌肉細胞的一系列沖動一經(jīng)停止，肌質(zhì)網(wǎng)就通過主動運輸重吸收Ca2+，于是收縮周期停止。10細胞骨架胞質(zhì)環(huán)流(cytoplasmicstreamting)是菌類、藻類和高等植物細胞中非常活躍的運動現(xiàn)象。胞質(zhì)環(huán)流是由肌動蛋白和肌球蛋白相互作用引起的。能夠不斷地分配各種營養(yǎng)物和代謝物，使它們在細胞內(nèi)均勻分布10細胞骨架

第二節(jié)微管

(microtubule)

微管是由微管蛋白(tubulin)裝配而成的長管狀細胞器結(jié)構(gòu)，平均外徑24nm，內(nèi)徑15nm

微管壁由13根原纖維排列構(gòu)成，原纖維由α微管蛋白和β微管蛋白交替排列而成10細胞骨架α微管蛋白和β微管蛋白有GTP結(jié)合位點，結(jié)合α微管蛋白的GTP不會被水解，而結(jié)合β微管蛋白參與組裝成微管后被水解成GDP10細胞骨架

一、形態(tài)

1微管可裝配成單管、二聯(lián)管(纖毛和鞭毛中)、三聯(lián)管(中心粒和基體中)，在細胞中呈網(wǎng)狀或束狀分布，

10細胞骨架

二、裝配1裝配過程

α微管蛋白和β微管蛋白形成長度為8nm的αβ異二聚體，二聚體先沿縱向聚合形成一個短的原纖維，再經(jīng)過側(cè)面增加而擴展為彎曲的片狀結(jié)構(gòu)，至13根原纖維時合攏形成一段微管，新的二聚體再不斷加到微管的端點使之延長。10細胞骨架10細胞骨架

2微管具有極性，延長主要依靠正極裝配GTP微管蛋白，微管兩端具GTP帽則繼續(xù)裝配，具GDP帽則解聚，存在踏車現(xiàn)象。

10細胞骨架3微管組織中心(MTOC)是微管進行組裝的區(qū)域，動物細胞的MTOC為中心體，決定微管極性。植物細胞的MTOC是細胞核外

被表面的成膜體。還有位于纖毛和鞭毛基部的基體等10細胞骨架

三、微管結(jié)合蛋白、特異性藥物

1微管結(jié)合蛋白(MAP)

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。

MAP的主要功能：①促進微管聚集成束；②增加微管穩(wěn)定性或強度；③促進微管組裝10細胞骨架

2微管特異性藥物

①秋水仙素(colchicine)，與微管蛋白結(jié)合

后裝配到微管末端，阻斷微管蛋白裝配成微管，可破壞紡錘體結(jié)構(gòu)

②紫杉酚(taxol)，能促進微管的裝配，并

使已形成的微管穩(wěn)定10細胞骨架四、微管的功能1維持細胞形態(tài)，用秋水仙素處理細胞破壞微管，導(dǎo)致細胞變圓，說明微管對維持細胞的不對稱形狀是重要的10細胞骨架2細胞運輸，微管起細胞內(nèi)物質(zhì)運輸?shù)穆奋壸饔?，與微管結(jié)合而起運輸作用的馬達蛋白有兩大類：

驅(qū)動蛋白(kinesin)

動力蛋白(dynein)，兩者均需ATP提供能量10細胞骨架Kinesin發(fā)現(xiàn)于1985年，是由兩條輕鏈和兩條重鏈構(gòu)成的四聚體，能向著微管（+）極運輸小泡。Kinesinwalkalongmicrotubuletowardsplusend10細胞骨架Dynein發(fā)現(xiàn)于1963年，由兩條相同的重鏈和一些種類繁多的輕鏈以及結(jié)合蛋白構(gòu)成。作用：在細胞分裂中推動染色體的分離、驅(qū)動鞭毛的運動、向著微管（-）極運輸小泡。

10細胞骨架3纖毛和鞭毛的運動

纖毛和鞭毛都含有由微管相互連接形成的骨架，即軸絲。

9＋2結(jié)構(gòu)：

微管蛋白二聚體

動力臂蛋白

微管連接蛋白

放射輻條

內(nèi)鞘10細胞骨架

纖毛和鞭毛的運動——滑動學說

10細胞骨架4紡錘體和染色體運動

細胞從間期進入分裂期時，微管解聚為微管蛋白，經(jīng)重裝配形成紡錘體，介導(dǎo)染色體的運動；分裂末期，紡錘體微管解聚為微管蛋白，經(jīng)重裝配形成胞質(zhì)微管網(wǎng)。10細胞骨架5微管組織中心（中心體和基體）中心體(centrosome)由一對相互垂直的中心粒及周圍基質(zhì)構(gòu)成；位于鞭毛和纖毛根部的類似結(jié)構(gòu)(單個)稱為基體或基粒。10細胞骨架

一、形態(tài)、結(jié)構(gòu)與組成中間纖維(IF)直徑10nm左右，介于微絲(7nm)和微管(24nm)之間，中間纖維是最穩(wěn)定的細胞骨架成分，圍繞著細胞核分布，成束成網(wǎng)，并擴展到細胞質(zhì)膜，與質(zhì)膜相連結(jié)，主要起支撐作用。

第三節(jié)中間纖維

10細胞骨架中間纖維蛋白分子由一個α螺旋桿狀區(qū)以及兩端非螺旋化的球形頭部(N端)、尾部(C端)構(gòu)成。10細胞骨架二、中間纖維——裝配①兩條中間纖維多肽鏈形成超螺旋二聚體(dimer)②兩個二聚體反向(或順向)平行以半交疊方式構(gòu)成四聚體(tetramer)，可能是中間纖維解聚的最小亞單位③四聚體首尾相連形成原纖維(protofilament)④8根原纖維構(gòu)成直徑10

nm圓柱狀的纖維

10細胞骨架三、分類可分為5類①角蛋白纖維②波形纖維③結(jié)蛋白纖維④神經(jīng)元纖維⑤神經(jīng)膠質(zhì)纖維10細胞骨架角蛋白keratin

為表皮細胞特有，具有α和β兩類，β角蛋白存在于細胞中，α角蛋白形成頭發(fā)、指甲等堅韌結(jié)構(gòu)。結(jié)蛋白desmin

又稱骨骼蛋白skeletin，存在于肌肉細胞中，主要功能是使肌纖維連在一起。10細胞骨架膠質(zhì)原纖維酸性蛋白

存在于星形神經(jīng)膠質(zhì)細胞和許旺細胞。起支撐作用。波形纖維蛋白vimentin

存在于中胚層來源的細胞中。神經(jīng)纖絲蛋白neurofilamentprotein

提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展和防止斷裂。10細胞骨架功能：使中間纖維交聯(lián)成束、成網(wǎng)，把中間纖維交聯(lián)到質(zhì)膜或其它骨架成分上已知的IFAPs約15種左右，分別與特定的中間纖維結(jié)合，如：flanggrin、Plectin、Ankyrin特點：具有細胞特異性四、IF的結(jié)合蛋白IFAP10細胞骨架

一般認為在細胞質(zhì)中起支架作用，并與細胞核定位有關(guān)

有以下幾方面：

增強細胞抗機械壓力的能力

角蛋白纖維參與橋粒的形成

結(jié)蛋白纖維是肌肉Z盤的重要結(jié)構(gòu)

組分神