細(xì)胞生物學(xué)微管微絲演示課件

1、1,A fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucleus (yellow) and microtubules (red),二微 管（Microtubules）,2,微管是直徑為2426nm的中空?qǐng)A柱體。外徑平均為24nm, 內(nèi)徑為15nm。微管的長(zhǎng)度變化不定,微管壁大約厚5nm，微管通常是直的,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)。,3,微管結(jié)構(gòu)與組成,，微管蛋白二聚體是微管裝配的基本單位。,4,5,單管：由13根原纖維組成，是細(xì)胞

2、質(zhì)中常見的形式，其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易受環(huán)境因素而降解。 二聯(lián)管：由A，B兩根單管組成，主要分布于纖毛、鞭毛內(nèi)。 三聯(lián)管：由A，B，C三根單管組成，主要分布于中心粒及鞭毛和纖毛的基體中。,微管在細(xì)胞中的三種存在形式,6,在同一根微管的13條原纖維中, 所有二聚體的取向都是相同的, 所以微管的兩端是不等價(jià)的, 這就是微管的極性。極性的另一層涵義是兩端的組裝速度是不同的, 正端生長(zhǎng)得快, 負(fù)端則慢, 同樣, 如果微管去組裝也是正端快負(fù)端慢.,微管的極性,7,首先,-微管蛋白形成二聚體, 平行于長(zhǎng)軸重復(fù)排列形成原纖維,進(jìn)一步經(jīng)過側(cè)面增加二聚體而擴(kuò)展為螺旋帶, 當(dāng)螺旋帶加寬至13根原纖維時(shí),即合攏形成一段微

3、管。然后在端部不斷添加二聚體使微管延長(zhǎng)。,微管裝配過程,8,微管的聚合與解聚,除了特化細(xì)胞的微管外，大多數(shù)細(xì)胞質(zhì)微管都是不穩(wěn)定的，能夠很快地聚合和解聚。,9,影響微管穩(wěn)定的因素,造成微管不穩(wěn)定性的因素很多，包括壓力、溫度(最適溫度37)、pH(最適pH=6.9)、微管蛋白臨界濃度.,10,即微管的總長(zhǎng)度不變，但結(jié)合上的二聚體從(+)端不斷向(-)端推移, 最后到達(dá)負(fù)端。踏車現(xiàn)象實(shí)際上是微管組裝后處于動(dòng)態(tài)平衡現(xiàn)象。,踏車現(xiàn)象(treadmilling),11,三、微管組織中心microtubule organizing center, MTOCs,微管在生理狀態(tài)或?qū)嶒?yàn)處理解聚后重新裝配的發(fā)生處稱

4、為微管組織中心。微管組裝的起始點(diǎn),位于細(xì)胞核的附近，在細(xì)胞有絲分裂時(shí)位于細(xì)胞的兩級(jí)。,The centrosome is the major MTOC of animal cells,12,MTOCs為微管提供了生長(zhǎng)的起點(diǎn)，靠近MTOCs的一端由于生長(zhǎng)慢而稱之為負(fù)端, 遠(yuǎn)離MTOCs一端的微管生長(zhǎng)速度快, 稱為正端。,13,中心體上生成微管的示意圖,14,動(dòng)物細(xì)胞中的微管組織中心是中心體，包括兩個(gè)中心粒和中心粒旁物質(zhì),15,16,基體：纖毛和鞭毛的微管組織中心，只含有一個(gè)中心粒。,其他類型的微管組織中心,其它類型的細(xì)胞具有不同類型的MTOCs，如真菌的細(xì)胞有初級(jí)MTOCs,稱為紡錘極體。 植物

5、細(xì)胞既沒有中心體，又沒有中心粒，所以植物細(xì)胞的MOTC是細(xì)胞核外被表面的成膜體。,17,MAP分子至少包含一個(gè)結(jié)合微管的結(jié)構(gòu)域和一個(gè)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。 主要功能：促進(jìn)微管組裝。增加微管穩(wěn)定性。促進(jìn)微管聚集成束。,微管結(jié)合蛋白(microtubule-associaded protein MAP),18,影響微管組裝的特異性藥物,秋水仙素(colchicine),19,20,微管不能收縮，有一定的強(qiáng)度，是支撐和維持細(xì)胞形狀的主要物質(zhì)。,四、微管的主要功能,1 、支持和維持細(xì)胞的形態(tài),21,2、細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸,作為胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)穆奋墶?

6、22,涉及兩大類馬達(dá)蛋白：驅(qū)動(dòng)蛋白kinesin，動(dòng)力蛋白dyenin，均需ATP供能。,23,驅(qū)動(dòng)蛋白Kinesin，是由兩條輕鏈和兩條重鏈構(gòu)成的四聚體，外觀具有兩個(gè)球形的頭、一個(gè)螺旋狀的桿和兩個(gè)扇子狀的尾。,24,通過結(jié)合和水解ATP，導(dǎo)致頸部發(fā)生構(gòu)象改變，使兩個(gè)頭部交替與微管結(jié)合，從而沿微管向著微管（+）極 “行走” 。據(jù)估計(jì)哺乳動(dòng)物中類似于kinesin的蛋白超過50余種。,25,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(xì)胞分裂中推動(dòng)染色體的分離、驅(qū)動(dòng)鞭毛的運(yùn)動(dòng)、向著微管（-）極運(yùn)輸小泡。,26,Kinesin和Dynein介導(dǎo)的細(xì)胞

7、內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸模型,27,3、染色體運(yùn)動(dòng)形成紡錘體在細(xì)胞分裂中牽引染色體到達(dá)分裂極。,28,29,4 組成纖毛和鞭毛的軸絲(axoneme),纖毛與鞭毛：都細(xì)胞表面的運(yùn)動(dòng)器官，二者結(jié)構(gòu)基本相同，在電鏡下都可見9+2的結(jié)構(gòu)。,30,31,A管對(duì)著相鄰的B管伸出兩條動(dòng)力蛋白臂，并向鞭毛中央發(fā)出一條輻。,32,33,纖毛和鞭毛的運(yùn)動(dòng)機(jī)制微管滑動(dòng)模型 纖毛和鞭毛的運(yùn)動(dòng)是依靠動(dòng)力蛋白水解ATP，使相鄰的二聯(lián)微管相互滑動(dòng),34,第三節(jié) 中間纖維 intermediate filaments,中間纖維是細(xì)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, 故稱為中間纖維。由于其直徑約為10nm, 故

8、又稱10nm 纖維。 中間纖維是一種堅(jiān)韌的、耐久的蛋白質(zhì)纖維。它相對(duì)較為穩(wěn)定, 既不受細(xì)胞松弛素影響也不受秋水仙素的影響。,35,IFs are the most abundant and stable components of the cytoskeleton,36,三、中間纖維的類型,（一）成分 IF是一類形態(tài)上非常相似，而化學(xué)組成上有明顯差異的蛋白質(zhì)，成分比微絲和微管都復(fù)雜， 可根據(jù)組織來(lái)源的免疫原性分為5類： 角蛋白纖維（上皮細(xì)胞） 結(jié)蛋白纖維（肌細(xì)胞） 神經(jīng)膠質(zhì)纖維（神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞） 波形纖維（間質(zhì)細(xì)胞） 神經(jīng)元纖絲(神經(jīng)元) 此外細(xì)胞核中的核纖層蛋白也是一種中間纖維。,37,根據(jù)中

9、間纖維氨基酸序列的相似性，可分為六種類型,38,中間纖維蛋白分子由螺旋桿狀區(qū)，以及兩端非螺旋化的球形頭（N端）尾（C端）部構(gòu)成。,（一）結(jié)構(gòu),310 amino acids long,39,裝配過程：,兩個(gè)單體形成超螺旋二聚體（角蛋白為異二聚體）； 兩個(gè)二聚體反向平行組裝成四聚體； 四聚體組成原纖維； 4or8根原纖維組成中間纖維。,40,中間纖維形成的模型,41,中間纖維的結(jié)合蛋白已報(bào)道有15種左右，分別與特定的中間纖維結(jié)合。如：flanggrin使角蛋白交聯(lián)成束；Plectin將波形蛋白纖維與微管交聯(lián)在一起；Ankyrin 把結(jié)蛋白纖維與質(zhì)膜連在一起等。 功能： 使中間纖維交聯(lián)成束、成網(wǎng)，

10、 把中間纖維交聯(lián)到質(zhì)膜或其它骨架成分上,三、IF的結(jié)合蛋白 （intermediate filament associated protein，IFAP）,42,Electron micrographs of two types of intermediate filaments in cells of the nervous system.(A) Freeze-etch image of neurofilaments in a nerve cell axon, showing the extensive cross-linking through protein cross-bridges . (B) Freeze-etch image of glial filaments in glial cells illustrating that these filaments are smooth and have few cross-bridges.,43,44,為細(xì)胞提供機(jī)械強(qiáng)度支持,中間纖維功能：,培養(yǎng)的表皮細(xì)胞中角蛋白纖維網(wǎng)絡(luò),45