醫(yī)學(xué)生物學(xué) 生命的細(xì)胞基礎(chǔ) 細(xì)胞質(zhì) 線粒體 核糖體 骨架蛋白課件

醫(yī)學(xué)生物學(xué)第一篇生命的基礎(chǔ)講師：陳晶QQ：354275129email:354275129@第二章生命的細(xì)胞基礎(chǔ)第三節(jié)細(xì)胞質(zhì)“ABusyFactory”二、線粒體（mitochondria）

1890年R.Altaman首次發(fā)現(xiàn)線粒體，命名為bioblast，以為它可能是共生于細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立生活的細(xì)菌。

1898年Benda首次將這種顆粒命名為mitochondrion。

1900年發(fā)現(xiàn)線粒體具有氧化作用。

Green（1948）證實(shí)線粒體含所有三羧酸循環(huán)的酶，Kennedy和Lehninger（1949）發(fā)現(xiàn)脂肪酸氧化為CO2的過程是在線粒體內(nèi)完成的。

Hatefi等（1976）純化了呼吸鏈四個(gè)獨(dú)立的復(fù)合體。Mitchell（1961－1980）提出了氧化磷酸化的化學(xué)偶聯(lián)學(xué)說(shuō)。形態(tài)：線狀、粒狀、短桿狀；有的圓形、啞鈴形、星形；還

有分枝狀、環(huán)狀等

大?。杭?xì)胞內(nèi)較大的細(xì)胞器。一般直徑：0.5—1.0um;長(zhǎng)度：

2-3um。

（一）線粒體的亞微結(jié)構(gòu)線粒體是由雙層單位膜套疊而成的封閉性膜囊結(jié)構(gòu)☆內(nèi)膜與外膜套疊形成囊中之囊☆內(nèi)外膜組成線粒體的支架1、外膜（outermembrane）脂類：蛋白質(zhì)=1:1孔蛋白（porin）通透性好（ATP、NAD、CoA可自由通過）基粒：內(nèi)膜和嵴膜基質(zhì)面上許多帶柄的小顆粒。每個(gè)線粒體約104~105個(gè)。與膜面垂直而規(guī)律排列?？扇苄缘腁TP酶（F1)既是合成酶又是水解酶疏水蛋白（F0)70000頭部:合成ATP柄部:調(diào)節(jié)質(zhì)子通道基片：質(zhì)子的通道對(duì)寡酶素敏感蛋白（OSCP)

基粒是將呼吸鏈電子傳遞中釋放的能量用于使ADP磷酸化生成ATP的重要部位（ATP合酶復(fù)合體）。

4nm長(zhǎng)4.5-5nm6-11.5nm高5-6nm9nm9nm基粒（elementaryparticle）基粒由頭部（F1偶聯(lián)因子）、柄部和基片（F0偶聯(lián)因子）構(gòu)成，F(xiàn)0嵌入線粒體內(nèi)膜。

外膜內(nèi)膜膜間腔嵴間腔嵴內(nèi)空間嵴

基粒（ATP酶）線粒體核糖體基質(zhì)（外腔）內(nèi)膜和嵴圍成的腔隙，腔內(nèi)充滿較致密的物質(zhì)——線粒體基質(zhì)。線粒體基質(zhì)脂類蛋白質(zhì)酶類線粒體DNA線粒體DNA線粒體mRNA線粒體tRNA線粒體核糖體4、脊間腔（interscristalspace）蛋白質(zhì)：種類多，占干重的65~70%。脂類：主要是磷脂，構(gòu)成膜。DNA：一個(gè)分子，多個(gè)拷貝。其它成分：水、酶、無(wú)機(jī)離子及維生素等。（二）線粒體化學(xué)組成生命活動(dòng)中95%的能量來(lái)自線粒體————細(xì)胞的動(dòng)力工廠。線粒體是糖、脂肪、氨基酸等能源物質(zhì)最終氧化釋放能量的場(chǎng)所——細(xì)胞氧化（cellularoxidation）

。：細(xì)胞氧化過程中，要消耗O2釋放CO2和H2O——細(xì)胞呼吸（cellularrespiration）。（三）線粒體的功能C6H12O6+6O2

→6CO2+6H2O+36ATP線粒體是細(xì)胞核以外惟一含DNA的細(xì)胞器，具有獨(dú)立合成蛋白質(zhì)的能力，但一定程度上受細(xì)胞核的控制，因此線粒體是具有半自主性的細(xì)胞器。線粒體共有37個(gè)基因，均應(yīng)用于線粒體自己。人類的mtDNA主要編碼線粒體的tRNA、mRNA和一些線粒體蛋白質(zhì)。線粒體的大多數(shù)酶和蛋白質(zhì)仍由核DNA編碼合成之后，轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體。（四）線粒體的半自主性19線粒體DNA的形態(tài)結(jié)構(gòu)mtDNA為雙鏈結(jié)構(gòu)。根據(jù)兩條鏈轉(zhuǎn)錄RNA在CsCl中密度不同，分為重鏈(heavystrand,H)和輕鏈(lightstrand,L)。兩條鏈編碼不同的基因。mtDNA環(huán)狀形態(tài)，核DNA→鏈狀。mtDNA裸露，不與組蛋白結(jié)合。20（五）線粒體與疾病21三、核糖體（ribosome）游離在細(xì)胞溶膠中——游離核糖體（freeribosome）連接在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上——附著核糖體（attachedribosome）細(xì)胞內(nèi)將氨基酸合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所(分泌性蛋白和細(xì)胞自身結(jié)構(gòu)蛋白)2.結(jié)構(gòu)：由ＲＮＡ和蛋白質(zhì)組成，無(wú)膜包裹1.形態(tài)：橢圓形的粒狀小體4.功能：3.分類四、細(xì)胞的支持和運(yùn)動(dòng)細(xì)胞器（一）細(xì)胞骨架（cytoskeleton）蛋白纖維構(gòu)成的網(wǎng)架體系。廣義：核骨架、核纖層和細(xì)胞外基質(zhì)，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)狹義：細(xì)胞質(zhì)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.微管上世紀(jì)50年代，首次在超薄切片中觀察到微管(microtubule)。(a)腦細(xì)胞微管的電鏡照片(b)微管橫截面的電鏡照片(c)微管縱切面模式圖1）微管的結(jié)構(gòu)與組成微管的外徑24nm，管壁厚度約5nm，跨越細(xì)胞的整個(gè)長(zhǎng)度或?qū)挾?。管壁由縱向排列的13條原纖維構(gòu)成。原纖維由,微管蛋白球狀亞基組成的異二聚體裝配而成。每個(gè)裝配單位一端是α微管蛋白，另一端是β微管蛋白。所以原纖維不對(duì)稱。微管在細(xì)胞中的存在形式單管：細(xì)胞質(zhì)微管，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。三聯(lián)管：13+10+10存在于中心粒、基體，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。131310131010二聯(lián)管：13+10見于特化的細(xì)胞結(jié)構(gòu)纖毛和鞭毛的軸絲內(nèi)。結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。2）微管結(jié)合蛋白微管結(jié)合蛋白(microtubuleassociatedprotein,MAP)結(jié)合在微管表面的一種輔助蛋白(accessoryproteins)，提高微管的穩(wěn)定性；改變其剛性或影響組裝速率；介導(dǎo)微管與其他細(xì)胞器的連接。MAP具有兩個(gè)結(jié)構(gòu)域(domain)一個(gè)結(jié)構(gòu)域結(jié)合到微管蛋白側(cè)面，加速微管的成核。另一個(gè)結(jié)構(gòu)域從微管蛋白表面向外延伸，與其他骨架纖維連接。MAP1,MAP2,Tau只存在于神經(jīng)元細(xì)胞。MAP4廣泛分布在哺乳動(dòng)物非神經(jīng)元細(xì)胞中。*結(jié)構(gòu)域——蛋白質(zhì)中在結(jié)構(gòu)和功能上相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域。神經(jīng)細(xì)胞中的MAPsMAP2有3個(gè)微管蛋白結(jié)合位點(diǎn)，彼此分開，與微管壁的3個(gè)不同微管蛋白亞基結(jié)合。MAP2的尾部向外伸出，擁有較長(zhǎng)的突出結(jié)構(gòu)域，以便與其他骨架纖維相互作用。突出結(jié)構(gòu)域的長(zhǎng)度決定微管束中微管的間距。突出結(jié)構(gòu)域神經(jīng)細(xì)胞中的MAPsMAP2有3個(gè)微管蛋白結(jié)合位點(diǎn)，彼此分開，與微管壁的3個(gè)不同微管蛋白亞基結(jié)合。MAP2的尾部向外伸出，擁有較長(zhǎng)的突出結(jié)構(gòu)域，以便與其他骨架纖維相互作用。Tau擁有較短的突出結(jié)構(gòu)域。細(xì)胞過量表達(dá)MAP2,TauMAP2過量表達(dá)的細(xì)胞，保持有較寬空間的微管束。Tau過量表達(dá)，形成包裹得更緊密的微管束。3）微管的裝配與動(dòng)力學(xué)微管在正常情況下裝配和去裝配，以適應(yīng)細(xì)胞在不同時(shí)間的變化需要。微管的裝配分為三個(gè)時(shí)期成核期(nucleationphase),微管蛋白聚合，形成一個(gè)短的寡聚體/核心。聚合期(polymerizationphase),微管蛋白異二聚體不斷加到微管正端，使微管延長(zhǎng)。穩(wěn)定期(steadystatephase)游離微管蛋白水平下降，裝配與去裝配達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。微管裝配的起始點(diǎn)是微管組織中心在體內(nèi)，微管的成核和組織過程與一些特異的結(jié)構(gòu)相關(guān)，這些結(jié)構(gòu)被稱為微管組織中心(microtubule-organizingcenter,MTOC)。MTOC是微管裝配的起始點(diǎn)①控制微管的數(shù)目、極性②控制組成微管壁的原纖維數(shù)目③控制微管組裝的時(shí)間和地點(diǎn)常見微管組織中心間期細(xì)胞：中心體（動(dòng)態(tài)微管）鞭毛、纖毛細(xì)胞：基體，永久性結(jié)構(gòu)中心體(centrosome)在動(dòng)物細(xì)胞中，細(xì)胞骨架微管一般與中心體結(jié)合，組成一個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)。含有2個(gè)桶狀的中心粒由9組三聯(lián)管構(gòu)成成對(duì)的中心粒垂直排列，包埋在中心粒旁物質(zhì)(pericentriolarmaterial,PCM)中。經(jīng)過復(fù)制的2對(duì)中心粒微管的成核作用γ-環(huán)形蛋白復(fù)合體(γ-Tubulinringcomplex,γ-TuRC)螺旋化排列的13個(gè)γ微管蛋白亞基組成一個(gè)開放的環(huán)狀模板，在模板上第一列γ微管蛋白二聚體組裝形成γ-TuRC，與微管具有相同直徑。①微管生長(zhǎng)時(shí)，正端以開口片狀存在，結(jié)合GTP的二聚體添加其上。②快速生長(zhǎng)階段，微管蛋白二聚體添加速率快于微管蛋白上GTP水解的速率。微管末端形成GTP帽，有利于添加更多的亞基使微管生長(zhǎng)。但帶有開放末端的微管會(huì)產(chǎn)生自發(fā)反應(yīng)，導(dǎo)致管口閉合。③管口閉合，迫使結(jié)合的GTP水解，改變微管蛋白二聚體的構(gòu)像。④當(dāng)原纖維向外翻卷并發(fā)生級(jí)聯(lián)去組裝時(shí)，GTP水解形成的張力被釋放。微管特異性藥物◆秋水仙素(colchicine)阻斷微管蛋白組裝成微管，可破壞紡錘體結(jié)構(gòu)。◆紫杉酚(taxol)能促進(jìn)微管的裝配,并使已形成的微管穩(wěn)定?！魹樾惺拐５奈⒐芄δ?微管動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性是其功能正常發(fā)揮的基礎(chǔ)?；w位于鞭毛和纖毛根部的結(jié)構(gòu)ATP酶纖毛和鞭毛的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力4）微管功能維持細(xì)胞形態(tài)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸（細(xì)胞內(nèi)囊泡運(yùn)動(dòng)）細(xì)胞運(yùn)動(dòng)（鞭毛、纖毛）細(xì)胞器位移（中心粒、紡錘絲）細(xì)胞體動(dòng)力蛋白胞質(zhì)動(dòng)力蛋白復(fù)合物驅(qū)動(dòng)蛋白驅(qū)動(dòng)蛋白受體轉(zhuǎn)運(yùn)泡軸突末端胞質(zhì)動(dòng)力蛋白驅(qū)動(dòng)向負(fù)極運(yùn)輸2.微絲（microfilament）

1）結(jié)構(gòu)和組分

微絲是由肌動(dòng)蛋白單體（常稱作G-肌動(dòng)蛋白）組成的多聚體，直徑約8nm。肌動(dòng)蛋白單體由2個(gè)亞基構(gòu)成，每一亞基含有375個(gè)氨基酸殘基。肌動(dòng)蛋白單體有ATP?

ADP、Mg2+和K+?

Na+以及肌球蛋白的結(jié)合位點(diǎn)。肌動(dòng)蛋白纖維的冷凍蝕刻電鏡照片雙股螺旋結(jié)構(gòu)

每個(gè)肌動(dòng)蛋白亞基都有極性，并且肌動(dòng)蛋白纖維中所有的亞基均指向同一方向，所以整條微絲都有極性。2）肌動(dòng)蛋白微絲組裝成核期/延遲期成核作用發(fā)生在質(zhì)膜下，由ARP2/3復(fù)合物催化，是微絲組裝的限速過程，剛形成的二聚體易水解，形成三聚體核心才穩(wěn)定；聚合期

球狀肌動(dòng)蛋白快速地在核心兩端聚合；正端是快速增長(zhǎng)端，負(fù)端是緩慢增長(zhǎng)端。一端添加單體的速率是另一端的5～10倍；平衡期肌動(dòng)蛋白-ATP亞基傾向于添加到纖維的正端，而肌動(dòng)蛋白-ADP傾向于離開纖維的負(fù)端；聚合與解聚達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。3）微絲的功能構(gòu)成細(xì)胞支架并維持細(xì)胞的形態(tài)參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)細(xì)胞分裂肌肉收縮細(xì)胞物質(zhì)運(yùn)輸受精與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞構(gòu)成細(xì)胞支架并維持細(xì)胞的形態(tài)每根微絨毛含有25根微絲，通過絨毛蛋白和絲束蛋白將微絲交聯(lián)成束，使其保持高度有序的排列。參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)巨噬細(xì)胞、白細(xì)胞含有豐富的微絲，通過與微絲結(jié)合蛋白的相互作用，使細(xì)胞表面形成凸起，如絲足、片足。參與細(xì)胞分裂有絲分裂后、末期，質(zhì)膜下的微絲在肌球蛋白的作用下，形成帶狀束——收縮環(huán)，導(dǎo)致細(xì)胞一分為二。參與肌肉收縮肌細(xì)胞（纖維）由數(shù)百個(gè)肌原纖維組成。每根肌原纖維由細(xì)肌絲和粗肌絲重疊而形成。骨胳肌收縮的基本結(jié)構(gòu)單位——肌小節(jié)骨骼肌肌束肌纖維細(xì)胞核肌鞘肌原纖維肌節(jié)肌球蛋白Ⅱ分子結(jié)構(gòu)頭頸尾由一對(duì)重鏈和兩對(duì)輕鏈組成：成對(duì)的重鏈由一個(gè)桿狀尾部和一對(duì)球狀頭部組成，尾部的兩條多肽鏈部分互相纏繞形成卷曲螺旋。每根粗絲由幾百個(gè)肌球蛋白(myosinⅡ)分子組成。粗肌絲和細(xì)肌絲肌動(dòng)蛋白肌鈣蛋白原肌球蛋白粗絲的中央由肌球蛋白分子相對(duì)的尾部組成。由于組成粗絲的肌球蛋白分子的交錯(cuò)位置，肌球蛋白的頭部在每根粗絲的末端突出。在肌肉收縮過程中肌節(jié)的縮短I帶僅含細(xì)肌絲；H區(qū)只含粗肌絲；H區(qū)兩側(cè)的A帶代表重疊區(qū)域，含有粗肌絲和細(xì)肌絲。肌節(jié)在肌肉松弛與收縮狀態(tài)中的差別。在收縮過程中，肌球蛋白交聯(lián)橋與周圍的細(xì)肌絲接觸，細(xì)肌絲被迫向肌節(jié)中央滑動(dòng)。交聯(lián)橋非同步活動(dòng)，以致在任意時(shí)刻都只有一部分處于活動(dòng)狀態(tài)。在肌肉收縮過程中肌節(jié)的縮短松弛和收縮的肌節(jié)縱切面的電鏡照片。顯示由于細(xì)肌絲向肌節(jié)中央滑動(dòng)，使H區(qū)消失。肌肉收縮的分子基礎(chǔ)+-+-參與細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸肌球蛋白Va驅(qū)動(dòng)蛋白色素顆粒微管微絲細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞細(xì)胞表面的受體受到外界信號(hào)作用，誘導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)膜下的肌動(dòng)蛋白結(jié)構(gòu)改變，從而啟動(dòng)胞內(nèi)激酶變化的信號(hào)傳導(dǎo)過程。3.中間纖維(intermediatefilament,IF)

直徑約10nm的實(shí)心纖維。存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核。是最堅(jiān)韌持久的細(xì)胞骨架成分。1）中間纖維的類型和分布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)。根據(jù)其組織分布、生化、遺傳及免疫學(xué)標(biāo)準(zhǔn)分為六大類。角蛋白

結(jié)蛋白膠質(zhì)原纖維酸性蛋白波形纖維蛋白神經(jīng)纖絲蛋白核纖層蛋白(lamin)中間纖維的類型IF蛋白序列類型

主要組織分布酸性角蛋白I

上皮中性/堿性角蛋白II

上皮波形蛋白III

間充質(zhì)細(xì)胞結(jié)蛋白III

肌肉外周蛋白膠質(zhì)原纖維酸性蛋白IIIIII外周神經(jīng)元神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞神經(jīng)絲蛋白(NF-L,M,H)IV

中樞神經(jīng)元和外周神經(jīng)核纖層蛋白(lamin)(LaminA,B,C)V

所有細(xì)胞類型（核被膜）NestinVI

神經(jīng)干細(xì)胞A角蛋白人類上皮細(xì)胞有20余種不同的角蛋白，分為α和β兩類β角蛋白又稱胞質(zhì)角蛋白，分布于體表、體腔的上皮細(xì)胞中。α角蛋白為頭發(fā)、指甲等堅(jiān)韌結(jié)構(gòu)所具有。根據(jù)組成氨基酸的不同，也可分為酸性角蛋白(I型)中性/堿性角蛋白(II型)B波形纖維蛋白存在于間充質(zhì)細(xì)胞及中胚層來(lái)源的細(xì)胞。波形蛋白一端與核膜相連，另一端與細(xì)胞表面處的橋?；虬霕蛄Ｏ噙B，將細(xì)胞核和細(xì)胞器維持在特定的空間。C結(jié)蛋白存在于肌肉細(xì)胞，又稱骨骼蛋白。主要功能:使肌纖維連在一起。D膠質(zhì)原纖維酸性蛋白存在于星形神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和周圍神經(jīng)的許旺細(xì)胞，主要起支撐作用。E神經(jīng)絲蛋白由三種分子量不同的多肽組成的異聚體。NF-L(low,60~70KD)NF-M(medium,105~110KD)NF-H(heavy,135~150KD)功能：提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展、防止斷裂。2）

中間纖維的裝配3）中間纖維的功能在細(xì)胞內(nèi)形成完整的網(wǎng)狀骨架系統(tǒng)為細(xì)胞提供機(jī)械支持參與細(xì)胞連接參與細(xì)胞內(nèi)信息傳遞及物質(zhì)運(yùn)輸維持細(xì)胞核膜穩(wěn)定參與細(xì)胞分化在細(xì)胞內(nèi)形成完整的網(wǎng)狀骨架系統(tǒng)中間纖維在靠近核區(qū)域多次分支，且與核纖層相連，整個(gè)纖維網(wǎng)架穿過胞質(zhì)終止于質(zhì)膜。通過由纖維網(wǎng)狀蛋白組成的細(xì)長(zhǎng)束狀交聯(lián)橋可見中間纖維與微管連接。中間纖維微管為細(xì)胞提供機(jī)械支持細(xì)胞內(nèi)的中間纖維通過橋粒相互連接形成貫穿于整個(gè)組織的網(wǎng)絡(luò)，支持該組織并抵抗外界壓力與張力。上皮細(xì)胞中是角蛋白中間纖維。心肌細(xì)胞中是結(jié)蛋白中間纖維大腦表皮細(xì)胞中為波形中間纖維參與細(xì)胞連接中間纖維通過錨定在橋粒和半橋粒上，把一些器官和皮膚表皮細(xì)胞連接在其他細(xì)胞或固著在基底膜上。橋粒介導(dǎo)細(xì)胞-