第10章細(xì)胞骨架0505課件

1、簡要說明由G蛋白偶聯(lián)的受體介導(dǎo)的信號的特點(diǎn) G蛋白偶聯(lián)的受體是細(xì)胞質(zhì)膜上最多，也是最重要的倍轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，具有兩個重要特點(diǎn)：信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：G蛋白偶聯(lián)的受體，是細(xì)胞表面由單條多肽鏈經(jīng)7次跨膜形成的受體；G蛋白能與GTP結(jié)合被活化，可進(jìn)一步激活其效應(yīng)底物；效應(yīng)物：通常是腺苷酸環(huán)化酶，被激活后可提高細(xì)胞內(nèi)環(huán)腺苷酸（cAMP）的濃度，可激活cAMP依賴的蛋白激酶，引發(fā)一系列生物學(xué)效應(yīng)。產(chǎn)生第二信使。配體受體復(fù)合物結(jié)合后，通過與G蛋白的偶聯(lián)，在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使，從而將胞外信號跨膜傳遞到胞內(nèi)，影響細(xì)胞的行為。根據(jù)產(chǎn)生的第二信使的不同，又可分為cAMP信號通路和磷酯酰肌醇信號通路。cAMP信號通路

2、的主要效應(yīng)是激活靶酶和開啟基因表達(dá)，這是通過蛋白激酶完成的。該信號途徑涉及的反應(yīng)鏈可表示為：激素G蛋白偶聯(lián)受體G蛋白腺苷酸環(huán)化化酶cAMP cAMP依賴的蛋白激酶A基因調(diào)控蛋白基因轉(zhuǎn)錄。磷酯酰肌醇信號通路的最大特點(diǎn)是胞外信號被膜受體接受后，同時產(chǎn)生兩個胞內(nèi)信使，分別啟動兩個信號傳遞途徑即IP3Ca2+和DGPKC途徑，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞對外界信號的應(yīng)答，因此，把這一信號系統(tǒng)又稱為“雙信使系統(tǒng)”。 第10章 細(xì)胞骨架細(xì)胞為什么能維持一定的形態(tài)？“人”有一定的形態(tài)是由于 有骨骼系統(tǒng)作為支架。細(xì)胞質(zhì)：微管 微絲 中間纖維細(xì)胞核：核骨架上皮細(xì)胞（紅色：微絲；綠色：微管）細(xì)胞骨架(cytoskeleton):是指

3、真核細(xì)胞中由微管、微絲和中間纖維等蛋白質(zhì)成分構(gòu)成的一個復(fù)合的網(wǎng)架系統(tǒng)。作用： 維持細(xì)胞一定的形狀 網(wǎng)絡(luò)各游離的細(xì)胞器 與細(xì)胞的運(yùn)動有關(guān) 細(xì)胞骨架的發(fā)現(xiàn)過程 最初人們認(rèn)為細(xì)胞質(zhì)中無有形結(jié)構(gòu)，但許多生命現(xiàn)象，如細(xì)胞運(yùn)動、細(xì)胞形狀的維持等，難以得到解釋。 1928年，人們提出了細(xì)胞骨架的原始概念。 1954年，在電鏡下首次看到了細(xì)胞中的微管，但在此時，電鏡制片還只能用鋨酸或高錳酸鉀在低溫條件下來固定，在這樣的條件下細(xì)胞骨架常發(fā)生聚集現(xiàn)象，因而被破壞。 1963年，采用戊二醛常溫固定后，才廣泛的地觀察到種類細(xì)胞骨架的存在，并正式命名為一種細(xì)胞器。細(xì)胞骨架由以下組分構(gòu)成微絲（microfilament）

4、微管（microtubule）中間纖維（intemediate filament） 廣義的細(xì)胞骨架還包括核骨架（nucleoskeleton）核纖層（nuclear lamina）細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix）形成貫穿于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞外的一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 微絲，又叫肌動蛋白纖維，是由肌動蛋白構(gòu)成的兩股螺旋形成的細(xì)絲，普遍存在于真核細(xì)胞中微管，是由微管蛋白單體構(gòu)成的基本組件形成的中空的管狀結(jié)構(gòu)。普遍存在于真核細(xì)胞中中間纖維，又叫中間絲，粗細(xì)位于微絲和肌球蛋白粗絲之間，普遍存在于真核細(xì)胞中，是三種骨架系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的一種微絲與細(xì)胞運(yùn)動1微絲與細(xì)胞運(yùn)動1微管及其功能

5、2中間纖維3細(xì)胞骨架與疾病4本章主要內(nèi)容第一節(jié) 微絲與細(xì)胞運(yùn)動微絲（microfilament, MF）肌動蛋白絲（actin filament）纖維狀肌動蛋白（fibrous actin, F-actin）直徑7 nm 存在于所有真核細(xì)胞中微絲結(jié)合蛋白（microfilament binding protein）Neuronal growth cone photos Schaefer, Kabir, and Forscher, 2002. Originally published in The Journal of Cell Biology, 158: 139-152. 一、微絲的組成及其組

6、裝（一）結(jié)構(gòu)與成分 肌動蛋白（actin）球狀 G-actin纖維狀 F-actin裂縫 / 極性ATP/ADP結(jié)合位點(diǎn)二價陽離子（Mg2+ 或Ca2+）結(jié)合位點(diǎn)負(fù)極正極（一）結(jié)構(gòu)與成分 直徑約7 nm 扭鏈肌動蛋白單體組裝右手螺旋極性具有裂縫的一端為負(fù)極，相反一端為正極 微絲是由G-actin單體構(gòu)成的螺旋狀纖維，肌動蛋白單體具有極性，裝配時頭尾相接,故微絲也具有極性，結(jié)合ATP的一端為負(fù)極，另一端為正極。在裝配過程中，正極裝配較負(fù)極快510倍。（二）微絲的組裝及其動力學(xué)特性 微絲的體外組裝一定的鹽濃度（主要是Mg2+），一定的G-actin濃度，ATP，pH7.0 。1 條件G-actin

7、F-actinMg2+、高Na+、高K+Ca2+、低Na+、低K+2 過程 延長期(Elongation phase) 正端快，為負(fù)端的10倍。成核期(Nucleation phase) 限速過程，又稱延遲期。 二聚體（不穩(wěn)定） 三聚體（核心形成）平衡期(Equilibrium phase) 聚合速度=解聚速度。p195踏車行為（treadmilling）在體外組裝過程中，微絲正極由于肌動蛋白亞基不斷添加而延長，負(fù)極由于肌動蛋白亞基去組裝而縮短的現(xiàn)象由G-actin單體的臨界濃度決定正極的肌動蛋白聚合速率等于負(fù)極的解聚速率時，踏車現(xiàn)象出現(xiàn)微絲的任何一端都可以以添加肌動蛋白單體的方式增長，不過由

8、于極性，兩端的速度不同，速度快的一端為正端，速度慢的一端為負(fù)端，表現(xiàn)為踏車現(xiàn)象。當(dāng)?shù)竭_(dá)平衡期，肌動蛋白分子添加到肌動蛋白絲上的速度正好等于肌動蛋白分子從肌動蛋白上失去的速度，微絲的凈長度沒有改變，這種過程稱為微絲的踏車行為。2. G-actin單體聚合成F-actin，F(xiàn)-actin組成肌動 蛋白微絲3. 正極與負(fù)極都能生長，正極生長速度快， 負(fù)極生長速度慢；由于G-actin在正極端 裝配，負(fù)極去裝配，從而表現(xiàn)為踏車現(xiàn)象1. 條件：一定的鹽濃度(主要是Mg2+)，一定的G-actin濃度，ATP，pH7.0 微絲的體外組裝2 微絲的體內(nèi)組裝2. 有結(jié)合蛋白參與 p1953. 具有動態(tài)不穩(wěn)定性

9、，并與細(xì)胞功能相適應(yīng)1. 成核期：沒有固定的中心，根據(jù)細(xì)胞需要動物細(xì)胞中主要的肌動蛋白結(jié)合蛋白及功能 類 型 功 能調(diào)節(jié)蛋白1. 原肌球蛋白 與肌動蛋白相連，調(diào)節(jié)肌動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. -輔肌動蛋白 參與微絲與質(zhì)膜的結(jié)合2. 紐帶蛋白 肌動蛋白纖維端點(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-acti

10、n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加上或脫落微絲組裝的動態(tài)不穩(wěn)定性微絲的動態(tài)變化與細(xì)胞生理功能變化相適應(yīng)微絨毛 應(yīng)力纖維 偽足 收縮環(huán)細(xì)胞中大多數(shù)微絲結(jié)構(gòu)處于動態(tài)的組裝和去組裝過程中，并通過這種方式實(shí)現(xiàn)其功能（三）影響微絲組裝的特異性藥物細(xì)胞松弛素（cytochalasin）與微絲結(jié)合后將微絲切斷，并結(jié)合在微絲末端阻抑肌動蛋白在該部位的聚合，但對微絲解聚沒有明顯影響破壞微絲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并阻止細(xì)胞的運(yùn)動鬼筆環(huán)肽（phalloidin）與微絲表面有強(qiáng)親和力，不

11、與肌動蛋白單體結(jié)合阻止微絲的解聚，使其保持穩(wěn)定狀態(tài)二、微絲的生物學(xué)功能3. 細(xì)胞運(yùn)動4. 參與細(xì)胞分裂2. 維持細(xì)胞形態(tài)1. 肌肉收縮1 肌肉收縮 肌肉細(xì)胞利用肌動蛋白和肌球蛋白產(chǎn)生有力的單向運(yùn)動。 肌肉可以看作是一種特定的富含細(xì)胞骨架的高效能量轉(zhuǎn)換裝置?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能p203肌球蛋白(myosin)目前已知的唯一沿肌動蛋白進(jìn)行運(yùn)動的馬達(dá)蛋白 為細(xì)胞內(nèi)組分的運(yùn)動提供動力，使它們能夠沿著肌動蛋白纖維和微管朝向兩極運(yùn)動。 目前已鑒定的馬達(dá)蛋白多達(dá)數(shù)十種。根據(jù)其結(jié)合的骨架纖維以及運(yùn)動方向和攜帶的轉(zhuǎn)運(yùn)物不同而分為不同類型。馬達(dá)蛋白 Motor proteinsp201肌球蛋白：依賴于微絲的分子馬達(dá)

12、馬達(dá)蛋白(motor protein) 可以分為3 類沿微絲運(yùn)動的肌球蛋白（myosin）沿微管運(yùn)動的驅(qū)動蛋白（kinesin）沿微管運(yùn)動的動力蛋白（dynein）能量轉(zhuǎn)換：利用水解ATP 所提供能量有規(guī)則地沿微管或微絲等細(xì)胞骨架纖維運(yùn)動粗肌絲肌球蛋白(myosin)形態(tài)：由輕鏈和重鏈組成。 豆芽狀：兩個橢圓形的頭部，一根長桿狀的尾頭部：ATP酶活性位點(diǎn), actin結(jié)合位點(diǎn)；尾部：由兩條重鏈相互盤繞形成一個雙股螺旋肌球蛋白的結(jié)構(gòu)3 個功能結(jié)構(gòu)域馬達(dá)結(jié)構(gòu)域：負(fù)責(zé)將ATP 水解所釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能調(diào)控結(jié)構(gòu)域：輕鏈的結(jié)合部位，發(fā)揮杠桿作用尾部結(jié)構(gòu)域：選擇性與所運(yùn)輸?shù)摹柏浳铩苯Y(jié)合肌動蛋白（ac

13、tin） 提供動力原肌球蛋白（tropomyosin） 肌鈣蛋白（troponin）細(xì)肌絲調(diào)控肌肉的組成由肌原纖維組成，肌原纖維的粗肌絲主要成分是肌球蛋白，細(xì)肌絲主要成分是肌動蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白。肌肉收縮的基本單位是肌小節(jié)（sarcomere）。肌小節(jié)是相鄰兩Z線間的單位。主要結(jié)構(gòu)有：肌動蛋白（actin） 提供動力原肌球蛋白（tropomyosin） 肌鈣蛋白（troponin）細(xì)肌絲調(diào)控肌纖維TEM照片 A帶（暗帶）：為粗肌絲所在。H區(qū)：A帶中央色淺部份，此處只有粗肌絲。I帶（明帶）：只含細(xì)肌絲部分。Z線：細(xì)肌絲一端游離，一端附于Z線 。Sarcomere肌小節(jié)模式圖 肌肉收縮(m

14、uscle contraction)肌肉可看作一種特別富含細(xì)胞骨架的效力非常高的能量轉(zhuǎn)換器，它直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。肌細(xì)胞在進(jìn)化的過程中形成了一種高度特化的的功能:肌收縮(muscle contraction)。在肌細(xì)胞中, 肌動蛋白和肌球蛋白聯(lián)合形成一種復(fù)合物:稱為肌動球蛋白(actomyosin), 一種高度有序的結(jié)構(gòu), 并能高效地工作。 肌球蛋白(myosin)肌動蛋白纖維的分子發(fā)動機(jī)肌球蛋白是一種分子發(fā)動機(jī)（屬于馬達(dá)蛋白） ，肌動蛋白纖維是肌球蛋白運(yùn)行的軌道。肌球蛋白也是ATPase, 通過ATP的水解導(dǎo)致構(gòu)型的變化從而在肌動蛋白絲上移動。 肌球蛋白的類型最早發(fā)現(xiàn)于肌肉組織(myo

15、sin II)，目前已知的有 15 種類型（myosin I-XV）。已鑒定了三種主要類型肌球蛋白: 肌球蛋白、肌球蛋白和肌球蛋白。 Myosin: The actin motor porteinATPaseBinding sitesMyosin II-DimerMainly in muscle cellsThick filamemts三種類型的肌球蛋白的結(jié)構(gòu)比較 肌球蛋白的功能（a） 運(yùn)輸小泡；(b)運(yùn)輸微絲。 原肌球蛋白(tropomyosin, Tm)原肌球蛋白是細(xì)肌絲中肌動蛋白的結(jié)合蛋白，由兩條平行的多肽鏈組成螺旋構(gòu)型，每條原肌球蛋白首尾相接形成一條連續(xù)的鏈同肌動蛋白細(xì)肌絲結(jié)合, 正好

16、位于雙螺旋的溝中。每一條原肌球蛋白有7個肌動蛋白結(jié)合位點(diǎn)，因此Tm同肌動蛋白細(xì)肌絲中7個肌動蛋白亞基結(jié)合。主要作用是加強(qiáng)和穩(wěn)定肌動蛋白絲，抑制肌動蛋白與肌球蛋白結(jié)合。 肌鈣蛋白(troponin. Tn)肌鈣蛋白分子量 80KD，由3個多肽。Tn-T是一種長形的纖維狀分子, Tn-I和Tn-C都是球形分子。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，原肌球蛋白及其結(jié)合蛋白 a)原肌球蛋白的螺旋結(jié)構(gòu); (b)原肌球蛋白的序列特征, C是保守區(qū), V是可變區(qū), 不同來源的原肌球蛋白的V區(qū)序列可能不同;非肌細(xì)胞中的原肌球蛋白的長度要短

17、些, 但保守區(qū)的組成相同; (c)原肌球蛋白、肌鈣蛋白和肌動蛋白的結(jié)合關(guān)系。 （四）骨骼肌的收縮機(jī)理滑行學(xué)說的提出：根據(jù)骨骼肌的微細(xì)結(jié)構(gòu)的形態(tài)特點(diǎn)以及它們在肌肉收縮時的改變，Huxley 等在50年代初就提出了用肌小節(jié)中粗、細(xì)肌絲的相互滑行來說明肌肉收縮的機(jī)制，被稱為滑行學(xué)說（sliding theroy)。肌收縮時肌節(jié)的收縮(a) 肌收縮時肌節(jié)長度變化及肌節(jié)結(jié)構(gòu)差異示意圖。在肌收縮時,肌球蛋白的交聯(lián)橋(cross-bridge)與周圍的細(xì)肌絲接觸, 細(xì)肌絲被推動滑向肌節(jié)的中心。(b)肌收縮時的電子顯微鏡照片。（四）肌肉的收縮 肌球蛋白結(jié)合ATP，引起頭部與肌動蛋白纖維分離；ATP水解，引起頭

18、部與肌動蛋白弱結(jié)合； Myosin movement (continued)Pi釋放，頭部與肌動蛋白強(qiáng)結(jié)合，頭部向M線方向彎曲（微絲的負(fù)極），引起細(xì)肌絲向M線移動；ADP釋放，ATP結(jié)合上去，頭部與肌動蛋白纖維分離。如此循環(huán) 由神經(jīng)沖動誘發(fā)的肌肉收縮基本過程動作電位的產(chǎn)生 Ca2+的釋放原肌球蛋白位移 細(xì)肌絲（肌動蛋白絲）與（粗肌絲）肌球蛋白絲的相對滑動 Ca2+的回收 P205微絲The coupling of ATP hydrolysis to movement of myosin along an actin filament.肌肉收縮的滑動模型P205 圖10-182 維持細(xì)胞形態(tài)細(xì)胞

19、皮層（cell cortex）細(xì)胞膜下由微絲和各種微絲結(jié)合蛋白交錯排列組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。具有很高的動態(tài)性，為細(xì)胞膜提供強(qiáng)度和韌度，維持細(xì)胞的形態(tài)。p199細(xì)胞內(nèi)大部分微絲都集中在緊貼細(xì)胞質(zhì)膜的細(xì)胞質(zhì)區(qū)域，并由微絲交聯(lián)蛋白交聯(lián)成凝膠態(tài)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該區(qū)域通常稱為細(xì)胞皮層.皮層內(nèi)密布的微絲網(wǎng)絡(luò)可以為細(xì)胞質(zhì)膜提供強(qiáng)度和韌性，有助于維持細(xì)胞形狀，細(xì)胞的多種運(yùn)動，如胞質(zhì)環(huán)流、阿米巴運(yùn)動、變皺膜運(yùn)動 、吞噬（以及膜蛋白的定位等。應(yīng)力纖維(Stress fiber) 體外培養(yǎng)的細(xì)胞在基質(zhì)表面鋪展時，常在細(xì)胞質(zhì)膜的特定區(qū)域與基質(zhì)之間形成緊密黏附的黏著斑。在緊貼黏著斑的細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)側(cè)有大量成束狀排列的微絲，這種微絲

20、束稱為應(yīng)力纖維（stress fiber）；應(yīng)力纖維通過黏著斑與細(xì)胞外基質(zhì)相連，可能在細(xì)胞形態(tài)發(fā)生、細(xì)胞分化和組織建成等方面發(fā)揮作用。p199Actin stress fibers (red) terminate in focal adhesions (green). Nuclei are in blue/content/196/1/4微絨毛在小腸上皮細(xì)胞的游離面存在大量的微絨毛(microvilli)，其軸心是一束平行排列的微絲，微絲束正極指向微絨毛的頂端，其下端終止于端網(wǎng)結(jié)構(gòu).微絲束對微絨毛的形態(tài)起支撐作用。由于微絲束內(nèi)不含肌球蛋白、原肌球蛋白和-輔肌動蛋白，因而該微絲束無收縮功能。 變形

21、運(yùn)動 (amoiboid motion)細(xì)胞遷移(migration)細(xì)胞的吞噬運(yùn)動 (phagocytosis)精子與卵子細(xì)胞融合時的頂體運(yùn)動血小板的變形運(yùn)動細(xì)胞膜收縮環(huán)運(yùn)動（參與細(xì)胞質(zhì)分裂）肌肉細(xì)胞的收縮3 參與細(xì)胞運(yùn)動Cell crawlingFigure 16-91 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)細(xì)胞運(yùn)動過程中力產(chǎn)生機(jī)制微絲裝配將質(zhì)膜向前推進(jìn) 肌球蛋白Myosin和肌動蛋白Actin 相互作用培養(yǎng)的動物細(xì)胞移動可以分為三個過程首先是細(xì)胞前緣的擴(kuò)展，這一步是由肌動蛋白的聚合作用引起的;第二是擴(kuò)展的前緣通過粘著斑的

22、形成附著到基底；第三是通過胞質(zhì)溶膠向前流動和細(xì)胞尾部的收縮將細(xì)胞向前推進(jìn)，在細(xì)胞質(zhì)收縮過程中，肌動蛋白纖維切割蛋白可能起了重要作用。由大量反向平行排列的微絲組成動力來源于肌球蛋白所介導(dǎo)的極性相反微絲間的滑動/whole/image/chapter14/14.33.jpg4 參與細(xì)胞分裂（胞質(zhì)分裂環(huán) p200）微管及其功能2微絲與細(xì)胞運(yùn)動1微管及其功能2中間纖維3細(xì)胞骨架與疾病4第二節(jié) 微管及其功能Microtubules reorganize during the cell cycle Photo courtesy of Lynne Cassimeris, Lehigh University.

23、微管：microtubule，MT 由微管蛋白（tubulin）裝配而成 呈中空的管狀，在不同的細(xì)胞中具有相同的形 態(tài)，呈網(wǎng)狀或束狀分布 能與其它蛋白共同組裝成紡錘體、鞭毛和纖毛、 中心粒等結(jié)構(gòu) 是一種動態(tài)的結(jié)構(gòu)，具有組裝和去組裝的功能一、微管的結(jié)構(gòu)組成與極性基本結(jié)構(gòu)單位：-微管蛋白二聚體-微管蛋白 p207GTP 結(jié)合位點(diǎn)不可交換位點(diǎn)：-微管蛋白可交換位點(diǎn)：- 微管蛋白二價陽離子結(jié)合位點(diǎn)秋水仙素結(jié)合位點(diǎn)長春花堿結(jié)合位點(diǎn)可見亞基也是一種 G 蛋白。微管的組裝與極性13 根原纖絲；極性圖10-20細(xì)胞內(nèi)微管的3 種類型單管：細(xì)胞質(zhì)微管或紡錘體微管二聯(lián)管：纖毛或鞭毛中的軸絲微管三聯(lián)管：中心體或基體

24、的微管不穩(wěn)定：單管。管壁由13條原纖維包圍而成，長 短不一。微管外徑為25nm，內(nèi)徑為 15nm。穩(wěn)定：二、三聯(lián)管。見于特化的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，如鞭 毛、纖毛、中心粒、基體等。12345678910111213單管 AB二聯(lián)管 ABC三聯(lián)管13根原纖維 23根原纖維 33根原纖維 微管結(jié)合蛋白(Microtubule associated proteins, MAPs) 定義：一類可與微管結(jié)合并與微管蛋白共同組成微管系統(tǒng)的蛋白。 主要功能：調(diào)節(jié)微管的穩(wěn)定性，影響微管的結(jié)構(gòu)和功能。二、微管的組裝和去組裝/cgi/content-nw/full/16/10/2546/FIG1（一）微管的體外組裝與踏車行為

25、微管的組裝與攜帶GTP 的/-微管蛋白二聚體的濃度有關(guān)Microtubule exhibits polaritya和b微管蛋白GTP Mg2+適宜溫度：37 C條件：（一）微管的體外組裝與踏車行為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 1、指微管裝配生長與快速去裝配的一個交替變換的現(xiàn)象2、動力學(xué)不穩(wěn)定性產(chǎn)生的原因：微管兩端具GTP帽 (取決于微管蛋白濃度)，微管將繼續(xù)組裝，反之，無GTP帽則解聚。微管的動力學(xué)不穩(wěn)定性微管延長:微管蛋白的濃度臨界濃度 微管縮短:微管蛋白的

26、濃度臨界濃度微管的體內(nèi)組裝2. 有結(jié)合蛋白參與3. 具有動態(tài)不穩(wěn)定性，并與細(xì)胞功能相適應(yīng)1. 沒有成核期，快速裝配。有微管組織中心4. 特異性藥物紫杉醇 阻止微管蛋白的解離秋水仙素 阻止微管聚合長春堿 促進(jìn)微管降解均可作為化療藥物使用諾考達(dá)唑?qū)е挛⒐芙Y(jié)構(gòu)的解體 用低濃度的秋水仙素處理細(xì)胞，可立即破壞細(xì)胞內(nèi)的微管或紡錘體的結(jié)構(gòu)。秋水仙素可以與微管蛋白亞基結(jié)合，而當(dāng)結(jié)合秋水仙素的微管蛋白亞基組裝到微管末端后，其他的微管蛋白亞基就很難再在該處進(jìn)行組裝，但秋水仙素在微管末端的結(jié)合并不影響該微管的去組裝，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)微管網(wǎng)絡(luò)的解體。紫杉醇的作用與秋水仙素相反，當(dāng)紫杉醇與微管結(jié)合后可以阻止微管的去組裝，

27、但不影響微管末端的組裝。結(jié)果是微管不停地組裝，而不會解聚，其結(jié)果同樣使細(xì)胞周期的運(yùn)行被終止。（二）作用于微管的特異性藥物 三、微管組織中心（MTOC） MTOC：活細(xì)胞內(nèi)起始微管的成核作用，并使之延伸的結(jié)構(gòu)中心體(動態(tài)微管)間期細(xì)胞MTOC 有絲分裂紡錘體極(動態(tài)微管) 分裂細(xì)胞MTOC基體(永久性結(jié)構(gòu))鞭毛、纖毛細(xì)胞MTOC（一）中心體 （一）中心體中心體含有一對彼此垂直的桶狀中心粒無定形的中心粒外周物質(zhì)；9組三聯(lián)體微管微管起源于中心粒外周物質(zhì)區(qū)域 （PCM，pericentriolar material）不直接參與微管蛋白的核化，具有召集PCM的作用。（一）中心體 （二）基體和其他微管組織

28、中心 9 組三聯(lián)體微管構(gòu)成具有自我復(fù)制的性質(zhì)Nature Reviews Molecular Cell Biology 8, 880-893 (November 2007)位于鞭毛和纖毛根部的特殊結(jié)構(gòu)微管從微管組織中心向外生長 陰影部分是MTOCs.,包含一對中心粒和一個中心體。圖中標(biāo)出了生長中微管的正端, 靠近MTOCs部分是微管的負(fù)端。四、微管的動力學(xué)性質(zhì) 微管的穩(wěn)定性與其所結(jié)合的細(xì)胞結(jié)構(gòu)組分以及細(xì)胞的生理狀態(tài)相關(guān)不同狀態(tài)的微管其穩(wěn)定性差異很大 在神經(jīng)元分化過程中的作用/content/158/5.cover-expansion微管的動態(tài)不穩(wěn)定性五、 微管功能1、維持細(xì)胞形態(tài)2、參與細(xì)胞內(nèi)

29、物質(zhì)的運(yùn)輸3、參與細(xì)胞器的運(yùn)動 鞭毛(flagella)和纖毛(cilia)運(yùn)動 紡錘體與染色體運(yùn)動4、細(xì)胞器定位 例如：體外培養(yǎng)的神經(jīng)細(xì)胞，其軸突的伸長依賴于微管，用秋水仙素、低溫等方法處理細(xì)胞，微管解聚，細(xì)胞變圓。 微管對維持細(xì)胞的形狀是重要的。1、維持細(xì)胞形態(tài) 細(xì)胞中的小泡和蛋白質(zhì)顆粒經(jīng)過長距離運(yùn)輸?shù)竭_(dá)特定區(qū)域。-神經(jīng)元軸突運(yùn)輸-色素顆粒的運(yùn)輸2、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸馬達(dá)蛋白 Motor proteins根據(jù)其結(jié)合的骨架纖維以及運(yùn)動方向和攜帶的轉(zhuǎn)運(yùn)物不同而分為不同類型。驅(qū)動蛋白(kinesin)：通常朝微管的正極方向運(yùn)動 p213動力蛋白(dynein)：朝微管的負(fù)極運(yùn)動 p216肌球蛋白(

30、myosin)：唯一沿微絲運(yùn)動的 是細(xì)胞內(nèi)一類以細(xì)胞骨架為軌道，利用ATP供能，產(chǎn)生推動力，進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸或細(xì)胞運(yùn)動的蛋白質(zhì)分子。驅(qū)動蛋白的分子結(jié)構(gòu)及其功能2 條重鏈：具有馬達(dá)結(jié)構(gòu)域2 條輕鏈：與重鏈尾部結(jié)合、具有貨物結(jié)合功能驅(qū)動蛋白沿微管運(yùn)動的分子機(jī)制 驅(qū)動蛋白的運(yùn)動主要涉及發(fā)生在兩個馬達(dá)結(jié)構(gòu)域上ATP 的結(jié)合、水解和ADP 釋放以及與自身構(gòu)象變化相偶聯(lián)等機(jī)械化學(xué)循環(huán)過程細(xì)胞質(zhì)動力蛋白及其功能動力蛋白超家族細(xì)胞質(zhì)動力蛋白軸絲動力蛋白重鏈含ATP 結(jié)合部位和微管結(jié)合部位細(xì)胞質(zhì)動力蛋白沿細(xì)胞質(zhì)微管轉(zhuǎn)運(yùn)貨物，由一個相對分子質(zhì)量接近1.5106 的巨大蛋白復(fù)合物組成，含多個多肽亞單位,兩條具有

31、ATP 酶活性的使其沿微管移動的重鏈、兩條中間鏈 、四條中間輕鏈和一些輕鏈 。 細(xì)胞質(zhì)動力蛋白與被稱為動力蛋白激活蛋白（dynactin）的蛋白復(fù)合物密切相關(guān)。動力蛋白激活蛋白調(diào)節(jié)動力蛋白活性和動力蛋白與其“貨物”的結(jié)合能力神經(jīng)元的軸突運(yùn)輸Dyneins, kinesins微管色素顆粒的運(yùn)輸許多兩棲類的皮膚和魚類的鱗片中含有特化的色素細(xì)胞, 在神經(jīng)和激素的控制下, 這些細(xì)胞中的色素顆?？稍跀?shù)秒鐘內(nèi)迅速分布到細(xì)胞各處, 從而使皮膚顏色變黑; 又能很快回到細(xì)胞中心, 而使皮膚顏色變淺, 以適應(yīng)環(huán)境的變化。研究發(fā)現(xiàn), 色素顆粒的運(yùn)輸是微管依賴性的, 色素顆粒實(shí)際上是沿微管轉(zhuǎn)運(yùn)的。3、參與細(xì)胞器的運(yùn)動

32、 鞭毛(flagella)和纖毛(cilia)運(yùn)動 紡錘體與染色體運(yùn)動鞭毛與纖毛是伸出細(xì)胞表面并能運(yùn)動的特化結(jié)構(gòu)。鞭毛與纖毛在來源和結(jié)構(gòu)上基本相同少而長的叫鞭毛flagella多而短的叫纖毛cilia鞭毛與纖毛的運(yùn)動 p217微管滑動學(xué)說 p220圖10-341. 動力蛋白頭部與相鄰二聯(lián)體上B微管結(jié)合，促進(jìn)ATP(水解) ADP+Pi(釋放)，同時動力蛋白頭部構(gòu)象變化角度改變，牽引相鄰B微管向纖毛頂部滑動。2. 新的ATP結(jié)合于動力蛋白上，使頭部與相鄰的二聯(lián)體B微管脫離。3. 結(jié)合的ATP水解，其釋放的能量使頭部的角度復(fù)原。4. 帶有水解產(chǎn)物的頭部與B微管的另一個位點(diǎn)結(jié)合，開始又一次循環(huán)。紡錘

33、體與染色體運(yùn)動星體微管 動粒微管 極間微管 深綠：微管淺藍(lán)：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)黃色：高爾基體4、細(xì)胞器的定位 p212微絲與細(xì)胞運(yùn)動1微管及其功能2中間纖維3細(xì)胞骨架與疾病4中間纖維3第三節(jié) 中間絲直徑10 nm ；粗細(xì)介于肌細(xì)胞的粗肌絲和細(xì)肌絲之間直徑8-10nm。介與微管與微絲之間，故得名中間纖維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定：既不受秋水仙素也不受細(xì)胞松弛B素影響，并且也沒有極性。植物細(xì)胞內(nèi)未發(fā)現(xiàn)中間絲 中間纖維是由多種異源性纖維狀蛋白組成，至少有67種，根據(jù)這些蛋白的細(xì)胞分布和組織來源，將它們分類一、中間絲的主要類型和組成成分中間纖維蛋白分類及分布纖維類型蛋白亞基細(xì)胞定位組織來源角蛋白纖維角蛋白，19-22 種多肽細(xì)胞質(zhì)上皮細(xì)胞波形纖維波形纖維蛋白，一種多肽細(xì)胞質(zhì)間質(zhì)細(xì)胞和中胚層來源的細(xì)胞結(jié)蛋白纖維結(jié)蛋白，一種多肽細(xì)胞質(zhì)肌細(xì)胞神經(jīng)元纖維神經(jīng)元纖維蛋白，三種多肽細(xì)胞質(zhì)神經(jīng)元神經(jīng)膠質(zhì)纖維膠質(zhì)纖維酸性蛋白，一種多肽細(xì)胞質(zhì)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞核纖層核纖層蛋白（lamina 、）細(xì)胞核大部分細(xì)胞嚴(yán)格的組織時空特異性中間絲蛋白分子結(jié)構(gòu)模式圖高度保守的桿狀區(qū)高度多變的頭部和尾部參與中間絲的