細(xì)胞生物學(xué)-第10章-細(xì)胞骨架(翟中和第四版)

1、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)：微絲 微管 中間絲細(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(gè)復(fù)合的網(wǎng)架系統(tǒng)。作用：維持細(xì)胞一定的形狀空間組織者物質(zhì)運(yùn)輸細(xì)胞運(yùn)動(dòng)細(xì)胞收縮 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(dòng)、細(xì)胞形狀的維持等，難以得到解釋。 1928年，Klotzoff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(shí)，電鏡制片還只能用鋨酸或高錳酸鉀在低溫條

2、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）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)。 廣義細(xì)胞骨架血影蛋白、錨蛋白帶4.1蛋白等膠原蛋白、層/纖粘連蛋白、彈性蛋白、蛋白聚糖等細(xì)胞核骨架細(xì)

3、胞質(zhì)骨架細(xì)胞膜骨架細(xì)胞外基質(zhì)核基質(zhì)（狹義核骨架）核纖層、核孔復(fù)合體（廣義核骨架）微絲、微管、中間纖維（狹義細(xì)胞骨架）微絲，又叫肌動(dòng)蛋白纖維，是由肌動(dòng)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(dòng)1微絲與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)1微管及其功能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(dòng)微絲（microfilament, MF）球狀肌動(dòng)蛋白（G-actin）：肌動(dòng)蛋白單體纖維狀肌動(dòng)蛋白（F-a

4、ctin）：由多個(gè)單體組裝而成。直徑7 nm 存在于所有真核細(xì)胞中Neuronal growth cone photos Schaefer, Kabir, and Forscher, 2002. Originally published in The Journal of Cell Biology, 158: 139-152. 一、微絲的組成及其組裝在電鏡下觀察，整根微絲在外觀上是由2股纖維以右手螺旋同向盤繞而成，螺距為36 nm。微絲是一條直徑約為7 nm的扭鏈，由肌動(dòng)蛋白單體組裝而成。（一）結(jié)構(gòu)與成分 肌動(dòng)蛋白（actin）球狀 G-actin纖維狀 F-actin裂縫 / 極性ATP/A

5、DP結(jié)合位點(diǎn)二價(jià)陽離子（Mg2+ 或Ca2+）結(jié)合位點(diǎn)負(fù)極正極肌動(dòng)蛋白分子上的裂縫使得該蛋白本身在結(jié)構(gòu)上具有不對稱性，在整根微絲上每一個(gè)單體上的裂縫都朝向微絲的同一端，從而使微絲在結(jié)構(gòu)上具有極性。具有裂縫的一端為負(fù)極，而相反一端為正極。（一）結(jié)構(gòu)與成分 微絲是由G-actin單體構(gòu)成的螺旋狀纖維，肌動(dòng)蛋白單體具有極性，裝配時(shí)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(dòng)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-actinF-actinMg2

6、+、高Na+、高K+Ca2+、低Na+、低K+2 過程臨界濃度（Cc）：當(dāng)纖維正極組裝的速度與負(fù)極解聚的速度相同即纖維的長度保持不變時(shí)，組裝體系中肌動(dòng)蛋白單體的濃度稱為臨界濃度。 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(dòng)蛋白亞基不斷添加而延長，負(fù)極由于肌動(dòng)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

7、動(dòng)蛋白聚合速率等于負(fù)極的解聚速率時(shí)，踏車現(xiàn)象出現(xiàn)2. G-actin單體聚合成F-actin，F(xiàn)-actin組成肌動(dòng) 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(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性，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?jiǎng)游锛?xì)胞中主要的肌動(dòng)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(dòng)蛋白相連，調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白與肌球

8、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(dòng)蛋白 參與微絲與質(zhì)膜的結(jié)合2. 紐帶蛋白 肌動(dòng)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(dòng)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(dòng)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-actin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

9、加上或脫落微絲組裝的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性微絲的動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)鬼筆環(huán)肽（phalloidin）與微絲表面有強(qiáng)親和力，不與肌動(dòng)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、微絲的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)（一）非肌肉細(xì)胞內(nèi)微絲的結(jié)合蛋白（二）細(xì)胞皮層（三）應(yīng)力纖維（四）細(xì)胞偽足的形成與細(xì)胞遷移（

10、五）微絨毛（六）胞質(zhì)分裂環(huán)（一）非肌肉細(xì)胞內(nèi)微絲的結(jié)合蛋白大多數(shù)非肌細(xì)胞的微絲是一種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，它們持續(xù)地進(jìn)行組裝和去組裝，這與細(xì)胞形態(tài)的持續(xù)變化和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)有密切的關(guān)系。肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白（actin binding protein）：與肌動(dòng)蛋白單體或肌動(dòng)蛋白絲結(jié)合的蛋白，對微絲的組裝、物理性質(zhì)及其功能具有調(diào)控作用。 體內(nèi)肌動(dòng)蛋白的組裝在2個(gè)水平上受到微絲結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié)：可溶性肌動(dòng)蛋白的存在狀態(tài)；微絲結(jié)合蛋白的種類及其存在狀態(tài)。 1. 肌動(dòng)蛋白單體結(jié)合蛋白 2. 成核蛋白 3. 加帽蛋白 4. 交聯(lián)蛋白 5.割斷及解聚蛋白根據(jù)微絲結(jié)合蛋白作用方式的不同，可將其分成肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白與微絲的組裝微絲的

11、成核與加帽交聯(lián)蛋白與微絲的相互作用 細(xì)胞內(nèi)微絲主要集中在緊貼細(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（cell cortex）。細(xì)胞皮層有助于維持細(xì)胞形狀。皮層內(nèi)一些微絲與質(zhì)膜蛋白連接，從而限制膜蛋白的流動(dòng)性。細(xì)胞的多種運(yùn)動(dòng)，如胞質(zhì)環(huán)流、阿米巴運(yùn)動(dòng)、變皺膜運(yùn)動(dòng)、吞噬以及膜蛋白的定位等都與皮層內(nèi)肌動(dòng)蛋白的凝膠態(tài)-溶膠態(tài)轉(zhuǎn)化相關(guān)。 （二）細(xì)胞皮層 （二）細(xì)胞皮層應(yīng)力纖維(Stress fiber) 體外培養(yǎng)的細(xì)胞在基質(zhì)表面鋪展時(shí)，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，這種微絲束稱為應(yīng)力纖

12、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。p199（三）應(yīng)力纖維應(yīng)力纖維中相鄰的微絲呈反向平行排列并且呈現(xiàn)周期性帶紋。Actin stress fibers (red) terminate in focal adhesions (green). Nuclei are in blue/content/196/1/4星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)應(yīng)力纖維和黏著斑的分布（四）細(xì)胞偽足的形成與細(xì)胞遷移以成纖維細(xì)胞為例，細(xì)胞在基質(zhì)表面或相鄰細(xì)胞表面的遷移過程通常包含以下幾個(gè)相繼發(fā)生的事件：細(xì)胞前端伸出突起；突起附著在基質(zhì)表面；以附著點(diǎn)為支點(diǎn)

13、前移；細(xì)胞后部的附著點(diǎn)與基質(zhì)脫離使細(xì)胞尾部前移。片狀偽足（lamellipodium）：指遷移（運(yùn)動(dòng)）的成纖維細(xì)胞的前緣，因微絲組裝形成的寬而扁平的凸起。絲狀偽足（filopodium）：片狀偽足常呈波形運(yùn)動(dòng)，在其前端還有一些比較纖細(xì)的突起，稱為絲狀偽足。絲狀偽足內(nèi)的微絲是同向緊密排列的平行束。片狀偽足和絲狀偽足的形成依賴于肌動(dòng)蛋白的聚合（組裝），并由此產(chǎn)生推動(dòng)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的力。Cell crawlingFigure 16-91 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)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Myos

14、in和肌動(dòng)蛋白Actin 相互作用動(dòng)物細(xì)胞邊緣的偽足及其微絲的排列方式非肌細(xì)胞前緣肌動(dòng)蛋白的聚合和偽足的形成 WASP（Wiskott-Aldrich syndrome protein）：即Wiskott-Aldrich綜合癥蛋白，能激活A(yù)rp2/3復(fù)合物。 1. 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；2. 啟動(dòng)微絲的組裝；3. 微絲延伸；4. 啟動(dòng)微絲側(cè)支的組裝；5. 微絲不斷延伸而形成偽足；6. 微絲解聚（五）微絨毛p200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，其下端終止于中間絲形成的端網(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

15、內(nèi)不含肌球蛋白、原肌球蛋白和-輔肌動(dòng)蛋白，因而該微絲束無收縮功能。 由大量反向平行排列的微絲組成動(dòng)力來源于肌球蛋白所介導(dǎo)的極性相反微絲間的滑動(dòng)（六）胞質(zhì)分裂環(huán)有絲分裂末期在2個(gè)即將分裂的子細(xì)胞之間的質(zhì)膜內(nèi)側(cè)形成的一個(gè)起收縮作用的環(huán)形結(jié)構(gòu)。微絲的功能1、支架功能：保持細(xì)胞一定形態(tài)。2、運(yùn)動(dòng)作用：（1）細(xì)胞移動(dòng)（變形運(yùn)動(dòng)、變皺膜運(yùn)動(dòng)）（2）細(xì)胞質(zhì)運(yùn)動(dòng)（麗藻細(xì)胞的胞質(zhì)環(huán)流）（3）肌肉收縮運(yùn)動(dòng)3.微絨毛和應(yīng)力纖維4.細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸：MT具有從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上排除小泡以及阻止它們在某些部位與質(zhì)膜融合。5.胞質(zhì)分裂環(huán)三 肌球蛋白(myosin)目前已知的唯一沿肌動(dòng)蛋白進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)蛋白 為細(xì)胞內(nèi)組分的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，使

16、它們能夠沿著肌動(dòng)蛋白纖維和微管朝向兩極運(yùn)動(dòng)。 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(dòng)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)馬達(dá)蛋白(motor protein) 可以分為3 類沿微絲運(yùn)動(dòng)的肌球蛋白（myosin）沿微管運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)蛋白（kinesin）沿微管運(yùn)動(dòng)的動(dòng)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(dòng)粗肌絲肌球蛋白(myosin)形態(tài)：由輕鏈和重鏈組成。 豆芽狀：兩個(gè)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)；

17、尾部：由兩條重鏈相互盤繞形成一個(gè)雙股螺旋型肌球蛋白分子（A）和粗肌絲的結(jié)構(gòu)（B）示意圖肌球蛋白的結(jié)構(gòu)3 個(gè)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(dòng)蛋白（actin） 提供動(dòng)力原肌球蛋白（tropomyosin） 肌鈣蛋白（troponin）細(xì)肌絲調(diào)控 肌小節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖 粗肌絲細(xì)肌絲明帶 暗帶 明帶肌原纖維的結(jié)構(gòu)由神經(jīng)沖動(dòng)誘發(fā)的肌肉收縮基本過程動(dòng)作電位的產(chǎn)生 Ca2+的釋放原肌球蛋白位移 細(xì)肌絲（肌動(dòng)蛋白絲）與（粗肌絲）肌球蛋白絲的相對滑動(dòng) Ca2+的回收 P205微絲The coupl

18、ing of ATP hydrolysis to movement of myosin along an actin filament.肌肉收縮的滑動(dòng)模型P205 圖10-18微管及其功能2微絲與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)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.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

19、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(dòng)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(jià)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)/GTP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

20、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 二、微管的組裝和去組裝/cgi/content-nw/full/16/10/2546/FIG1 微管蛋白微管蛋白異二聚體聚合首尾相連原纖絲微管（13）12345678910111213微管橫斷面 （一）微管的體外組裝與踏車行為 合攏微管在體外的組裝過程可以分為成核(nucleation) 和延伸(elongation) 兩個(gè)階段。（一）微管的體外組裝與踏車行為微管的組裝與攜帶GTP 的/-微管蛋白二聚體的濃度有關(guān)踏車行為當(dāng)微管一端組裝的速度與另一端解聚（去組裝）的速度相等時(shí)，

21、微管的長度保持穩(wěn)定，即所謂的“踏車行為”。1、指微管裝配生長與快速去裝配的一個(gè)交替變換的現(xiàn)象2、動(dòng)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(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性微管的體內(nèi)組裝2. 有結(jié)合蛋白參與3. 具有動(dòng)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（二）作用于微管的特異性藥物 秋水仙素諾考達(dá)唑紫杉醇長春花（新）堿/object/external_document.276104/becc0ce0725b2d15b730a826c1e316e0_LARGE.png紫杉醇 阻止微管蛋白的解

22、離秋水仙素 阻止微管聚合長春堿 促進(jìn)微管降解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 微管組裝與去組裝的動(dòng)態(tài)還與溫度有關(guān)。通常以20為限有些微管在低溫下仍保持穩(wěn)定（冷穩(wěn)定性微管）。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(dòng)態(tài)微管)間期細(xì)胞MTOC 有絲分裂紡錘體極(動(dòng)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 p209 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)（PCM)；9組三聯(lián)體微管微管起源于中心粒外周物質(zhì)區(qū)域 , -微管蛋白環(huán)狀復(fù)合物（二）基體和其他微管組織中心 9 組

23、三聯(lián)體微管構(gòu)成具有自我復(fù)制的性質(zhì)位于鞭毛和纖毛根部的特殊結(jié)構(gòu)四、微管的動(dòng)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五、 微管功能1、維持細(xì)胞形態(tài)2、參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸3、參與細(xì)胞器的運(yùn)動(dòng) 鞭毛(flagella)和纖毛(cilia)運(yùn)動(dòng) 紡錘體與染色體運(yùn)動(dòng)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

24、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(dòng)方向和攜帶的轉(zhuǎn)運(yùn)物不同而分為不同類型。驅(qū)動(dòng)蛋白(kinesin)：通常朝微管的正極方向運(yùn)動(dòng) p213動(dòng)力蛋白(dynein)：朝微管的負(fù)極運(yùn)動(dòng) p216肌球蛋白(myosin)：唯一沿微絲運(yùn)動(dòng)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(dòng)力，進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸或細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的蛋白質(zhì)分子。驅(qū)動(dòng)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(dòng)蛋白沿微管運(yùn)動(dòng)的分子機(jī)制 驅(qū)動(dòng)蛋白的運(yùn)動(dòng)主要涉及發(fā)生在兩個(gè)馬達(dá)結(jié)

25、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)過程驅(qū)動(dòng)蛋白沿微管運(yùn)動(dòng)的分子機(jī)制 細(xì)胞質(zhì)動(dòng)力蛋白及其功能動(dòng)力蛋白超家族細(xì)胞質(zhì)動(dòng)力蛋白軸絲動(dòng)力蛋白重鏈含ATP 結(jié)合部位和微管結(jié)合部位神經(jīng)元的軸突運(yùn)輸Dyneins, kinesins微管色素顆粒的運(yùn)輸細(xì)胞內(nèi)依賴于微管的物質(zhì)運(yùn)輸系統(tǒng)3、參與細(xì)胞器的運(yùn)動(dòng) 鞭毛(flagella)和纖毛(cilia)運(yùn)動(dòng) 紡錘體與染色體運(yùn)動(dòng)鞭毛與纖毛是伸出細(xì)胞表面并能運(yùn)動(dòng)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(dòng) p217纖毛或鞭毛的運(yùn)動(dòng)本質(zhì)是由軸絲動(dòng)力蛋白所介導(dǎo)的相

26、鄰二聯(lián)體微管之間的相互滑動(dòng)。微管滑動(dòng)學(xué)說 p220圖10-341. 動(dòng)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(shí)動(dòng)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(dòng)。2. 新的ATP結(jié)合于動(dòng)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(gè)位點(diǎn)結(jié)合，開始又一次循環(huán)。一個(gè)二聯(lián)體微管的A管伸出的動(dòng)力蛋白的馬達(dá)結(jié)構(gòu)域在相鄰二聯(lián)體的B管上“行走”，導(dǎo)致二聯(lián)體之間會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)。纖毛運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)學(xué)說在完整的纖毛或鞭毛內(nèi)部分布的許多輔助蛋白，將微管橫向連成整體.相鄰二聯(lián)體微管之間的

27、滑動(dòng)受到“整體性”的阻礙，于是纖毛動(dòng)力蛋白的行走所產(chǎn)生的動(dòng)力便轉(zhuǎn)化成纖毛的局部彎曲運(yùn)動(dòng)。紡錘體與染色體運(yùn)動(dòng)星體微管 動(dòng)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(dòng)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

28、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(shí)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組裝兩個(gè)中間絲蛋白分子平行排列形成雙股螺旋的二聚體。二、中間絲的組裝與表達(dá)IF沒有極性；不需要ATP、GTP提供能量不表現(xiàn)為典型的踏車行為兩個(gè)二聚體以反向

29、平行和半分子交錯(cuò)的形式組裝成四聚體四聚體首尾相連形成原纖維8根原纖維構(gòu)成圓柱狀的10nm纖維兩個(gè)中間絲蛋白分子平行排列形成雙股螺旋的二聚體中間纖維裝配特點(diǎn)IF裝配與MF,MT裝配相比，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：IF裝配的單體是纖維狀蛋白(MF,MT的單體呈球形)；反向平行的四聚體是其組裝的基本單位，并且導(dǎo)致IF不具有極性；不需要ATP、GTP提供能量。IF在體外裝配時(shí)不需要核苷酸或結(jié)合蛋白的輔助。在體內(nèi)裝配后，細(xì)胞中幾乎不存在IF單體(但I(xiàn)F的存在形式也可以受到細(xì)胞調(diào)節(jié))。目前尚未發(fā)現(xiàn)沿IF運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)蛋白。不表現(xiàn)為典型的踏車行為。三、中間絲與其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)的聯(lián)系細(xì)胞質(zhì)中間絲：細(xì)胞質(zhì)中間絲網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上往往起

30、源于核膜的周圍，伸向細(xì)胞周緣，并通過細(xì)胞質(zhì)膜上特殊的結(jié)構(gòu)（如橋粒和半橋粒）等與相鄰細(xì)胞的中間絲或細(xì)胞外基質(zhì)間接連接。核纖層（nuclear lamina）：位于核膜內(nèi)側(cè)由核纖層蛋白組成的正交纖維狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。核纖層通過核纖層蛋白受體與內(nèi)層核膜相連，參與核膜的支撐、組裝和去組裝等過程（尤其是核纖層蛋白B）；核纖層還是染色質(zhì)的重要錨定位點(diǎn)。 四、中間纖維的功能角蛋白纖維參與橋粒的形成和維持 增強(qiáng)細(xì)胞抗機(jī)械壓力的能力 結(jié)蛋白纖維是肌肉Z盤的重要結(jié)構(gòu)組分，對于維持肌肉細(xì)胞的收縮裝置起重要作用神經(jīng)元纖維在神經(jīng)細(xì)胞軸突運(yùn)輸中起作用參與傳遞細(xì)胞內(nèi)機(jī)械的或分子的信息中間纖維與mRNA的運(yùn)輸有關(guān)四、中間纖維的功能

31、中間纖維增強(qiáng)細(xì)胞的強(qiáng)度細(xì)胞骨架的功能的總結(jié)細(xì)胞的收縮和運(yùn)動(dòng)細(xì)胞內(nèi)空間的組織細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)支撐細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)微絲及細(xì)胞運(yùn)動(dòng)1微管及其功能2中間纖維3細(xì)胞骨架與疾病4細(xì)胞骨架與疾?。ㄗ詫W(xué)）4小結(jié)名詞解釋：細(xì)胞骨架、踏車現(xiàn)象、馬達(dá)蛋白、微管結(jié)合蛋白、MTOC重點(diǎn)：微絲的組裝、生物學(xué)功能微管的組裝、生物學(xué)功能微管滑動(dòng)學(xué)說一、填空題1組成微絲的主要蛋白成分是： 。構(gòu)成微管的蛋白有兩類： 和 。肌球蛋白 微管蛋白 微管蛋白2微絲的特異性藥物有 。細(xì)胞松弛素和鬼筆環(huán)肽3有些細(xì)胞表面形成一些特化結(jié)構(gòu)，其中微絨毛主要由 構(gòu)成，纖毛主要由 構(gòu)成。微絲 微管4微管特異性藥物中，破壞微管結(jié)構(gòu)的是 ，穩(wěn)定微管

32、結(jié)構(gòu)的是 。秋水仙素 紫杉酚5中心粒在細(xì)胞分裂的過程中也具有自身的復(fù)制周期，并且它所處的位置也發(fā)生變化。它在間期時(shí)位于 ，而在分裂期時(shí)位于 。細(xì)胞核一側(cè)；細(xì)胞的兩極6 在細(xì)胞間期組織形成間期微管，在細(xì)胞分裂期組織形成 ，因而被稱為細(xì)胞的微管組織中心。中心體 胞質(zhì)分裂環(huán)7構(gòu)成紡錘體的微管有3種： 、 、 。星體微管 動(dòng)力微管 極性微管8圍繞中心體裝配形成的紡錘體微管是有極性的，朝向中心體的一端為 ，遠(yuǎn)離中心體的一端為 。負(fù)極 正極9細(xì)胞內(nèi)能進(jìn)行自我裝配的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)有 、 、 、 、 、 。核糖體 中心體 基體 核小體 微絲 微管10細(xì)胞骨架是指存在于真核細(xì)胞中的蛋白纖維網(wǎng)架體系，狹義的骨架系統(tǒng)主

33、要指細(xì)胞質(zhì)骨架，包括 、 和 。微絲 微管 中間纖維11廣義的細(xì)胞骨架包括 、 、 和 。核骨架 細(xì)胞質(zhì)骨架 細(xì)胞膜骨架 細(xì)胞外基質(zhì)12微絲又稱肌動(dòng)蛋白纖維(actin filament)，是指真核細(xì)胞中由 (actin)組成的骨架纖維。肌動(dòng)蛋白 13微絲兩端組裝速度不同，因此在一定條件下，微絲可以表現(xiàn)為一端因添加肌動(dòng)蛋白亞基而延長，另一端因亞基脫落而縮短，這種現(xiàn)象稱為 。踏車行為14微絲是由G-actin單體形成的多聚體，肌動(dòng)蛋白單體具有極性，裝配時(shí)呈頭尾相接，故微絲具有 。正極與負(fù)極都能生長，生長快的一端為 ，慢的一端為 。極性 正極 負(fù)極15同微絲相同，微管的裝配也具有 。極性16與微管、微絲不同，中間纖維的裝配不具有 。中間纖維的分布具有嚴(yán)格的 。極性 組織特異性17在體內(nèi)微管可裝配成 ， (纖毛和鞭毛中)， (中心粒和基體中)。單管 二聯(lián)管 三聯(lián)管18胞質(zhì)中微管動(dòng)力蛋白分為兩大類，分別為： (kinesin)和 (cytoplasmic dynein)。驅(qū)動(dòng)蛋白通常朝微管的 方向運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力蛋白朝微管的 運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)蛋白 動(dòng)力蛋白 正極 負(fù)極19