細(xì)胞骨架、細(xì)胞連接

1、第十二章 細(xì)胞骨架 cytoskeleton概述概念：由微管(microtubule)、微絲(microfilament)、中間纖維(intermediate filament)構(gòu)成的蛋白質(zhì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。保持細(xì)胞的形狀結(jié)構(gòu)、參與細(xì)胞的運(yùn)動、分裂等。組成/分類：微管（MT） 20-30 nm 微絲（MF） 5-6 nm 中間纖維（IF） 7-11nm 各種纖維均由單體/亞單位聚合形成含量：細(xì)胞總蛋白的 10-30%特點：真核細(xì)胞特有，進(jìn)化上高度保守功能：幾乎參與一切重要的生命活動：細(xì)胞、細(xì)胞核的形態(tài)；細(xì)胞器的定位；細(xì)胞運(yùn)動；細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)運(yùn)輸；細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；細(xì)胞分裂與分化；肌肉收縮第一節(jié) 微 管 主

2、要由、微管蛋白構(gòu)成的中空小管，具有極性，在細(xì)胞中以三種不同的形式存在，行使維系細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)、細(xì)胞器位置、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)茸饔谩Ｒ弧?化學(xué)組成與形態(tài)結(jié)構(gòu)1. 化學(xué)組成：微管蛋白（tubulin）、微管蛋白主要成分，含有GTP/GDP、二價陽離子結(jié)合位點等 微管蛋白微管組織中心（MTOC）中2. 結(jié)構(gòu)：、微管蛋白構(gòu)成異二聚體微管基本結(jié)構(gòu) 具有極性的中空小管：增長速度快的一端為正端，另一端為負(fù)端3. 存在形式：單微管細(xì)胞質(zhì)中，不穩(wěn)定二聯(lián)微管、三聯(lián)微管纖毛、鞭毛、中心體中，較穩(wěn)定二、 微管結(jié)合蛋白（MAP）1. 分類：MAP-1、MAP-2、MAP-4、tau 馬達(dá)蛋白（motor protein）2. 功

3、能：與微管結(jié)合，調(diào)節(jié)微管裝配，穩(wěn)定微管結(jié)構(gòu)，參與物質(zhì)運(yùn)輸和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等三、 組裝動態(tài)調(diào)節(jié)：非穩(wěn)態(tài)動力學(xué)模型（主） GTP、微管蛋白濃度為主要因素 GTP-微管蛋白對微管末端的親和力大 GDP-微管蛋白對微管末端的親和力小組裝過程：成核期（延遲期）：寡聚體核心片狀帶微管限速期聚合期（延長期）：聚合速度大于解聚速度穩(wěn)定期：聚合與解聚速度相等（一） 體外組裝1. 主要條件：GTP、微管蛋白濃度2. 其他條件：Ca2+、Mg2+、pH值、溫度3. 體外組裝：異二聚體核心形成微管聚合（GTP-微管蛋白亞基，防止解聚）微管解聚（GDP-微管蛋白亞基，趨于解聚） 異二聚體亞單位重復(fù)排列具有極性，微管結(jié)構(gòu)也具有

4、極性（二） 體內(nèi)裝配1. 成核：MTOC部位：中心體形成-TuRC（微管蛋白環(huán)形復(fù)合體），促進(jìn)微管核心形成纖毛、鞭毛的基體功能：細(xì)胞內(nèi)微管聚合時，核心形成位點2. 極性：負(fù)端：MTOC，即起始端正端：背向MTOC（三） 影響組裝的因素1. GTP、微管蛋白濃度；溫度、pH值、離子濃度等2. 藥物：紫杉醇（taxol）防止解聚 秋水仙素（colchicine）、秋水仙胺（colcemid）抑制聚合 長春新堿（vincristine）、長春花堿抑制聚合四、 功能1. 維持細(xì)胞形態(tài)2. 形成特化結(jié)構(gòu)中心體、纖毛、鞭毛（1） 中心體：由中心粒及中心粒旁物質(zhì)構(gòu)成；中心粒為一對9組三聯(lián)微管（9+0型）功能

5、：MTOC（形成胞質(zhì)微管、紡錘體），維持細(xì)胞形狀，參與物質(zhì)運(yùn)輸 （2）纖毛、鞭毛： 化學(xué)組成：微管（單、二聯(lián)微管）結(jié)構(gòu)：9+2型中央微管（兩條單微管，基體無中央微管）、周圍微管（9組二聯(lián)微管）、中央鞘； 連接蛋白、動力蛋白臂（有ATP酶活性）、輻條等功能：運(yùn)動纖毛短而多，規(guī)律運(yùn)動；鞭毛長而少，擺動 清除細(xì)胞表面異物、輸卵（纖毛）3. 參與物質(zhì)運(yùn)輸馬達(dá)蛋白（motor protein），可分為動力蛋白（dynein）和驅(qū)動蛋白（kinesin）。均含有兩個ATP結(jié)合頭部（有ATP酶活性）、一個尾部。動力蛋白沿微管由正端向負(fù)端移動，為鞭毛、纖毛運(yùn)動提供動力驅(qū)動蛋白沿微管由負(fù)端向正端移動4. 維持細(xì)

6、胞器的定位、分布5. 參與染色體運(yùn)動，調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂紡錘體6. 參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)第二節(jié) 微 絲又稱肌動蛋白纖維，是由肌動蛋白構(gòu)成的纖維狀細(xì)絲，具有極性，維系細(xì)胞形態(tài)、參與物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞形態(tài)改變等。一、 化學(xué)組成與形態(tài)結(jié)構(gòu)1. 化學(xué)成分：肌動蛋白（actin）兩個結(jié)構(gòu)域，含有ATP/ADP、二價陽離子結(jié)合位點2. 存在形式：單體：球形肌動蛋白（G-肌動蛋白）多聚體：纖維狀肌動蛋白（F-肌動蛋白）3. 結(jié)構(gòu)：由G-肌動蛋白單體構(gòu)成雙股螺旋、可彎曲的蛋白纖維，可聚集成束，或成立體網(wǎng)絡(luò) 具有極性：生長快的一端為正端，另一端為負(fù)端二、 微絲結(jié)合蛋白1. 分類：單體隔離蛋白抑制聚合交聯(lián)蛋白形成網(wǎng)絡(luò)末端阻斷蛋白調(diào)

7、節(jié)微絲長度纖維切割蛋白調(diào)節(jié)微絲長度肌動蛋白纖維去聚合蛋白促進(jìn)解聚膜結(jié)合蛋白調(diào)節(jié)質(zhì)膜移動2. 功能：輔助微絲的組裝，影響其構(gòu)型三、 組裝1. 動態(tài)調(diào)節(jié)：踏車模型（主） ATP、肌動蛋白濃度是調(diào)節(jié)的主要因素 ATP-肌動蛋白 對微絲末端親和性高聚合 ADT-肌動蛋白 對微絲末端親和性低解聚2. 組裝過程：成核期（延遲期）G-肌動蛋白聚合成三聚體，即核心，為限速期 生長期（延長期）G-肌動蛋白在核心兩端聚合，聚合速度快于解聚 平衡期聚合速度等于解聚3. 影響因素：（1） 主要因素：ATP、G-肌動蛋白、離子濃度（Mg2+、K+、Ca2+）等（2） 藥物：細(xì)胞松弛素B（cytochalsin B）抑制

8、聚合，作用可逆 鬼筆環(huán)肽（phalloidin）抑制解聚四、 功能1. 維持細(xì)胞形態(tài)細(xì)胞皮層位于細(xì)胞膜下的由微絲及微絲結(jié)合蛋白構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，維持細(xì)胞形態(tài)微穗、絲狀偽足、片狀偽足特化結(jié)構(gòu)：微絨毛絨毛蛋白、毛緣蛋白、肌球蛋白I、鈣調(diào)蛋白、微絲結(jié)合蛋白等，增強(qiáng)吸收功能應(yīng)力纖維*細(xì)胞膜下方，與細(xì)胞長軸一致的微絲束，維持細(xì)胞形狀等2. 參與細(xì)胞運(yùn)動偽足3. 參與細(xì)胞分裂收縮環(huán)*4. 參與肌肉收縮肌小節(jié)結(jié)構(gòu)：粗肌絲、細(xì)肌絲； 粗肌絲由肌球蛋白II（myosin II）構(gòu)成；肌球蛋白II：主要分布于肌細(xì)胞；含有兩個球形頭部 (具有ATPase活性)和一個尾部鏈 尾部相互纏繞，形成粗肌絲 細(xì)肌絲由原肌球蛋白

9、、肌動蛋白、肌鈣蛋白構(gòu)成原肌球蛋白(tropomyosin)由兩條平行的多肽鏈形成-螺旋,位于肌動蛋白螺旋溝內(nèi),結(jié)合于細(xì)絲, 調(diào)節(jié)肌動蛋白與肌球蛋白頭部的結(jié)合。 肌鈣蛋白 (Troponin,)為復(fù)合物，包括三個亞基，能特異與Ca2+、原肌球蛋白結(jié)合; 可抑制肌球蛋白ATPase活性) 功能：肌收縮的基本結(jié)構(gòu)單位肌收縮：肌球蛋白II的頭部與相鄰細(xì)肌絲結(jié)合并發(fā)生構(gòu)象變化。 步驟：接合釋放直立力產(chǎn)生重新接合5. 參與物質(zhì)運(yùn)輸6. 參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)五、 微絲收縮結(jié)構(gòu)1. 收縮環(huán)：結(jié)構(gòu)組成：肌動蛋白、肌球蛋白II構(gòu)成腰帶狀束，為臨時性結(jié)構(gòu)依賴于Ca2+、ATP，可被細(xì)胞松弛素B抑制功能：胞質(zhì)分裂2. 應(yīng)力

10、纖維：結(jié)構(gòu)組成：肌動蛋白、輔肌球蛋白構(gòu)成束狀結(jié)構(gòu)，沿細(xì)胞長軸排列功能：維持細(xì)胞形態(tài)、胚胎發(fā)育、創(chuàng)傷修復(fù)等3. 粘合帶：結(jié)構(gòu)組成：跨膜蛋白、胞內(nèi)附著蛋白、微絲束（肌動蛋白、肌球蛋白II）依賴于ATP功能：細(xì)胞連接、胚胎發(fā)育第三節(jié) 中 間 纖 維 又稱中間絲，是穩(wěn)定的細(xì)胞骨架成分。一、 化學(xué)組成與形態(tài)結(jié)構(gòu)1. 化學(xué)組成：中間纖維蛋白（絲狀蛋白） 具有桿狀區(qū)（螺旋）和頭部（N端）、尾部（C端）桿狀區(qū)為保守區(qū)，含有七位復(fù)件，是形成螺旋的關(guān)鍵部位頭、尾部為高度可變區(qū)2. 結(jié)構(gòu)：由中間纖維蛋白構(gòu)成的纖維狀多聚體，不具有極性二、 組裝與調(diào)節(jié)1. 組裝：中間纖維蛋白單體二聚體有極性四聚體不具有極性中間纖維不具

11、有極性，由32條單體構(gòu)成2. 調(diào)節(jié)：絲氨酸、蘇氨酸磷酸化：磷酸化則趨于去組裝；去磷酸化則趨于組裝三、 類型組織分布具有特異性：角蛋白上皮細(xì)胞波形蛋白間充質(zhì)來源的細(xì)胞結(jié)蛋白肌細(xì)胞核纖層蛋白細(xì)胞核神經(jīng)絲蛋白神經(jīng)細(xì)胞巢蛋白神經(jīng)干細(xì)胞四、 功能1. 構(gòu)成細(xì)胞網(wǎng)架結(jié)構(gòu)細(xì)胞、細(xì)胞核2. 提供機(jī)械強(qiáng)度支持3. 參與細(xì)胞連接4. 參與物質(zhì)運(yùn)輸、信息傳遞5. 參與細(xì)胞分化第四節(jié) 相關(guān)疾病腫瘤微管、微絲組裝異常Alzheimers diseases 阿爾茨海默病微管組裝異常單純性皰性表皮松解癥中間纖維角蛋白CK14基因突變，蛋白表達(dá)異常細(xì)胞骨架比較：項目微管微絲中間纖維化學(xué)組成、微管蛋白G-肌動蛋白中間纖維蛋白結(jié)

12、構(gòu)特點中空管狀纖維雙股螺旋束32條單體構(gòu)成的多級螺旋極性有有四聚體結(jié)構(gòu)以上無結(jié)合蛋白有有無分布近細(xì)胞核質(zhì)膜內(nèi)側(cè)細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核組裝非穩(wěn)態(tài)動力模型成核期、聚合期、穩(wěn)定期踏車模型成核期、生長期、平衡期單體二聚體四聚體纖維調(diào)節(jié)因素GTP、微管蛋白離子濃度、溫度等ATP、肌動蛋白離子濃度絲、蘇氨酸磷酸化藥物紫杉醇、秋水仙素、長春新堿等細(xì)胞松弛素B、鬼筆環(huán)肽等無特化結(jié)構(gòu)中心體、鞭毛、纖毛紡錘體應(yīng)力纖維、細(xì)胞皮層、偽足收縮環(huán)、微絨毛核纖層*功能維持細(xì)胞形態(tài)維持細(xì)胞器定位形成中心體、鞭毛、纖毛參與物質(zhì)運(yùn)輸參與細(xì)胞分裂參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)維持細(xì)胞形態(tài)參與細(xì)胞運(yùn)動參與肌肉收縮參與細(xì)胞分裂參與物質(zhì)運(yùn)輸參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)維持細(xì)胞、

13、細(xì)胞核形態(tài)參與細(xì)胞連接參與物質(zhì)運(yùn)輸、信息傳遞參與細(xì)胞分化提供機(jī)械支持第七章 細(xì)胞連接與細(xì)胞粘連 cell junction and cell adhesion第一節(jié) 細(xì)胞連接細(xì)胞連接：相鄰細(xì)胞局部質(zhì)膜及細(xì)胞間隙所形成的特化結(jié)構(gòu)。分類：封閉連接、錨定連接、通訊連接類型名稱主要特征主要分布封閉連接封閉連接形成封閉索上皮組織錨定連接細(xì)胞骨架參與1. 粘著連接微絲參與粘著帶/粘合帶細(xì)胞與細(xì)胞之間上皮組織粘著斑/粘合斑細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）上皮細(xì)胞基底部2. 橋粒連接中間纖維參與橋粒/點狀橋粒細(xì)胞與細(xì)胞之間心肌、上皮組織半橋粒細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）上皮細(xì)胞基底部通訊連接連接結(jié)構(gòu)介導(dǎo)細(xì)胞通訊1.

14、間隙連接由連接小體介導(dǎo)大多數(shù)動物組織中2. 化學(xué)突觸神經(jīng)突觸通訊連接神經(jīng)細(xì)胞間和神經(jīng)-肌肉間3. 胞間連絲植物細(xì)胞通訊連接僅存在于植物細(xì)胞一、 封閉連接（緊密連接）1. 分布：廣泛存在于上皮細(xì)胞2. 存在部位：上皮細(xì)胞頂端側(cè)壁3. 結(jié)構(gòu)：由跨膜蛋白形成封閉索 跨膜蛋白包括封閉蛋白（occludin）、封閉連接蛋白（claudin）4. 功能：（1）封閉 阻止物質(zhì)自由通過細(xì)胞間隙，保證物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的方向性防止轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的擴(kuò)散 （2）屏障 （3）機(jī)械支持5. 調(diào)節(jié)：Ca2+、生理環(huán)境、生理需要二、 錨定連接分布：廣泛存在于各種組織結(jié)構(gòu)：細(xì)胞骨架、跨膜糖蛋白/跨膜連接蛋白、胞內(nèi)附著蛋白功能：抗機(jī)械張力作用

15、強(qiáng)調(diào)節(jié)：依賴于Ca2+類型：（見表）錨定連接的分類和結(jié)構(gòu)組成錨定連接跨膜糖蛋白胞外配體胞內(nèi)附著蛋白細(xì)胞骨架細(xì)胞與細(xì)胞粘著帶鈣粘素（E-鈣粘素）相鄰細(xì)胞的鈣粘素、和連環(huán)蛋白、粘著斑蛋白，-輔肌動蛋白微絲橋粒鈣粘素（橋粒芯蛋白，橋粒膠蛋白）相鄰細(xì)胞的鈣粘素連環(huán)蛋白、橋粒斑蛋白中間纖維細(xì)胞與ECM粘著斑整合素ECM中的纖粘連蛋白踝蛋白、粘著斑蛋白、-輔肌動蛋白等微絲半橋粒整合素（64）ECM中的層粘連蛋白網(wǎng)蛋白中間纖維（一） 粘合帶/粘著帶（adhesion belt, zonula adherens）1. 存在部位：上皮細(xì)胞側(cè)面，緊密連接下方2. 結(jié)構(gòu)： 跨膜糖蛋白鈣粘素（cadherin） 胞內(nèi)

16、附著蛋白連環(huán)蛋白（catenin）、粘著斑蛋白（vinculin） 細(xì)胞骨架微絲3. 功能：細(xì)胞連接抗機(jī)械拉力維持、調(diào)節(jié)細(xì)胞形態(tài)，傳遞細(xì)胞收縮力4. 調(diào)節(jié)：Ca2+（二） 粘合斑/粘著斑（adhesion plaque, focal contact）1. 存在部位：上皮細(xì)胞基底面2. 結(jié)構(gòu)： 跨膜糖蛋白整合素（integrin） 胞內(nèi)附著蛋白踝蛋白（talin）、粘著斑蛋白（vinculin） 細(xì)胞骨架微絲3. 功能：與ECM貼附，參與細(xì)胞遷移、貼壁鋪展、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)4. 調(diào)節(jié)：Ca2+（三） 點狀橋粒/橋粒(desmosome)1. 存在部位：上皮細(xì)胞側(cè)面、粘合帶下方，心肌細(xì)胞閏盤2. 結(jié)構(gòu)：

17、跨膜糖蛋白鈣粘素（橋粒芯蛋白（desmoglein、橋粒膠蛋白（desmocollin） 胞內(nèi)附著蛋白橋粒斑珠蛋白（plackoglobin）、橋粒斑蛋白（desmoplackin）等 形成胞質(zhì)斑（cytoplasmic plaque）結(jié)構(gòu)細(xì)胞骨架中間纖維4. 功能：細(xì)胞連接抗機(jī)械拉力作用非常強(qiáng) 維持細(xì)胞形態(tài)4. 調(diào)節(jié)：Ca2+ 可被胰蛋白酶、膠原酶、透明質(zhì)酸酶、Ca2+螯合劑等破壞5. 疾病：天皰瘡（pemphigus），自身免疫異常使橋粒結(jié)構(gòu)破壞（四） 半橋粒(hemidesmosome)1. 存在部位：上皮細(xì)胞基底面2. 結(jié)構(gòu)： 跨膜糖蛋白整合素胞內(nèi)附著蛋白網(wǎng)蛋白 形成胞質(zhì)斑結(jié)構(gòu) 細(xì)胞骨

18、架中間纖維3. 功能：抗機(jī)械拉力作用強(qiáng)細(xì)胞貼附、鋪展4. 調(diào)節(jié)：Ca2+可被Ca2+螯合劑、胰蛋白酶等破壞連接復(fù)合體：緊密連接、粘合帶、點狀橋粒三、 通訊連接分類：間隙連接（gap junction）、化學(xué)突觸（chemical synapse）和胞間連絲（plasmodesmata）（一） 間隙連接1. 存在部位：廣泛分布在細(xì)胞側(cè)面近基底部2. 結(jié)構(gòu)：連接子/連接小體（connexon）基本結(jié)構(gòu)單位 連接子亞單位：連接蛋白（connexin） 6個連接蛋白構(gòu)成一個環(huán)形筒狀結(jié)構(gòu)即連接子；兩個連接子端端對合連接，形成可調(diào)控的親水性孔道3. 功能：細(xì)胞連接 細(xì)胞通訊：代謝偶聯(lián)、電偶聯(lián)4. 調(diào)節(jié)：細(xì)

19、胞外信號、膜電位、胞質(zhì)中Ca2+濃度、pH等 （二） 化學(xué)突觸1. 分布：可興奮細(xì)胞2. 結(jié)構(gòu)：突觸前膜、突觸間隙、突觸后膜 突觸突起終末稱突觸小體，內(nèi)有突觸小泡（內(nèi)含神經(jīng)遞質(zhì)）3. 功能：釋放神經(jīng)遞質(zhì)，傳導(dǎo)興奮細(xì)胞連接比較內(nèi)容緊密連接錨 定 連 接通訊連接間隙連接粘合帶粘合斑橋粒半橋粒部位側(cè)面頂側(cè)面基底面?zhèn)让婊酌鎮(zhèn)让婊捉Y(jié)構(gòu)封閉索跨膜蛋白：封閉蛋白封閉連接蛋白跨膜糖蛋白：鈣粘素胞內(nèi)附著蛋白細(xì)胞骨架：微絲跨膜糖蛋白：整合素胞內(nèi)附著蛋白細(xì)胞骨架：微絲胞質(zhì)斑跨膜糖蛋白：鈣粘素胞內(nèi)附著蛋白細(xì)胞骨架:中間纖維胞質(zhì)斑跨膜糖蛋白：整合素胞內(nèi)附著蛋白細(xì)胞骨架:中間纖維連接小體連接蛋白功能封閉、隔離連接、抗拉、傳遞收縮力粘附、鋪展、遷移等連接、強(qiáng)抗拉等粘附、鋪展、強(qiáng)抗拉連接、通訊調(diào)節(jié)Ca2+電位、Ca2+、pH、信號等第二節(jié) 細(xì)胞粘連一、 細(xì)胞粘連通過特定的細(xì)胞粘附分子（cell adhesion molecule，CAM）介導(dǎo)的細(xì)胞與細(xì)胞或細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的聯(lián)系。二、 細(xì)胞粘附分子分類：鈣粘素、選擇素、整合素、免疫球蛋白超家族CAM 結(jié)構(gòu)：均為跨膜糖蛋白由三部分組成 胞外區(qū)：帶有糖鏈，負(fù)責(zé)與配體的識別；跨膜區(qū)；胞質(zhì)區(qū)：細(xì)胞骨架相連或與化學(xué)信號分子相連，以活化信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。 （一） 鈣粘素（cadherin）1. 特性：依賴于Ca