細胞分子生物學(xué)

關(guān)于細胞分子生物學(xué)第一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三THECYTOSKELETON第十一章細胞骨架第二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三成分3.中間纖維（intemediatefilament）使細胞具有張力和抗剪切力。1.微絲（microfilament）確定細胞表面特征，使細胞能夠運動和收縮。2.微管（microtubule）確定膜性細胞器的位置和作為膜泡運輸?shù)膶?dǎo)軌。細胞質(zhì)骨架4.核基質(zhì)5.染色體支架6.核纖層細胞核骨架第三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三肌動蛋白纖維中間纖維微管馬達蛋白馬達蛋白上皮細胞中間纖維微管神經(jīng)細胞馬達蛋白分裂細胞微管肌動蛋白纖維結(jié)構(gòu)和支撐細胞內(nèi)運輸收縮和運動空間組織結(jié)構(gòu)肌動蛋白纖維（A）（B）（C）細胞骨架的基本類型與主要功能示意圖第四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三第一節(jié)細胞質(zhì)骨架一.微絲二.微管三.中間纖維第五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三一、微絲(microfilament,MF)又稱肌動蛋白纖維（actinfilament）或纖維形肌動蛋白（F－actin），是由球形肌動蛋白（G-actin）單體形成的多聚體，直徑約7nm的骨架纖維。第六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三傳統(tǒng)模型：微絲是由兩條肌動蛋白單鏈螺旋盤繞形成的纖維新興模型：微絲是由一條肌動蛋白單體鏈形成的螺旋，每個肌動蛋白單體周圍都有4個亞單位，呈上下及兩側(cè)排列第七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三(一)、分子結(jié)構(gòu)1.肌動蛋白的分類：α肌動蛋白：有4種，分別為橫紋肌、心肌、血管平滑肌和腸道平滑肌所特有；β肌動蛋白和γ肌動蛋白：見于所有肌肉細胞和非肌肉細胞胞質(zhì)中。2.形狀：actin單體外觀呈啞鈴形，稱球形肌動蛋白G-actin；多聚體稱為纖維形肌動蛋白F-actin。3.變異：actin在進化上高度保守，酵母和兔子肌肉的肌動蛋白有88%的同源性。第八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三條件：ATP、適宜的溫度、存在Ca2+、K+和Mg2+離子。解聚：在含有ATP和Ca2+以及低濃度的Na+、K+等陽離子溶液中，趨于解離成G-action。聚合：在Mg2+和高濃度的Na+、K+溶液誘導(dǎo)下，G-action裝配為纖維狀肌動蛋白，新的G－action加到微絲末端，使微絲延伸。(二)、微絲的裝配第九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三過程：2-3個actin聚集成一個核心（核化）；ATP-actin分子向核心兩端加合。微絲具有極性，ATP-actin加到(+)極的速度要比加到(-)極的速度快5-10倍。溶液中ATP-肌動蛋白的濃度處于臨界濃度時，ATP-肌動蛋白在(+)端添加，而從(-)端分離，表現(xiàn)出“踏車”現(xiàn)象（Treadmilling)。(二)、微絲的裝配第十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三“踏車”現(xiàn)象（Treadmilling)第十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三細胞中大多數(shù)微絲結(jié)構(gòu)處于動態(tài)的組裝和去組裝過程中，并通過這種方式實現(xiàn)其功能。細胞松弛素（cytochalasin）可切斷微絲纖維，并結(jié)合在微絲末端抑制肌動蛋白加合到微絲纖維上，特異性的抑制微絲功能。鬼筆環(huán)肽（phalloidin）與微絲能夠特異性的結(jié)合，使微絲纖維穩(wěn)定而抑制其解聚。熒光標記的鬼筆環(huán)肽可特異性的顯示微絲。第十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三（三）、微絲結(jié)合蛋白1．肌肉收縮系統(tǒng)中的有關(guān)蛋白：肌球蛋白(myosin)：約占肌肉總蛋白50%，含有4條多肽鏈（2條重鏈，2條輕鏈），兩股重鏈盤繞成雙股α螺旋。肌球蛋白頭部具ATP酶活力，構(gòu)成粗絲的橫橋，是與肌動蛋白分子結(jié)合的位置。第十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三頭部頸部尾部調(diào)節(jié)輕鏈基本輕鏈肌球蛋白II第十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三（三）、微絲結(jié)合蛋白1．肌肉收縮系統(tǒng)中的有關(guān)蛋白：原肌球蛋白（tropomyosin，Tm）：在肌肉中占蛋白的5-10%，由兩條平行的多肽鏈形成α螺旋構(gòu)型,位于肌動蛋白螺旋溝內(nèi)。原肌球蛋白結(jié)合于細肌絲，調(diào)節(jié)肌動蛋白與肌球蛋白頭部結(jié)合。肌鈣蛋白（troponin，Tn）：含3個亞基，肌鈣蛋白C（Tn-C）特異與Ca2+結(jié)合；肌鈣蛋白T（Tn-T）與原肌球蛋白有高度親和力；肌鈣蛋白I（Tn-I）抑制肌球蛋白ATPase的活性。第十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三

肌球蛋白，肌動蛋白和肌鈣蛋白（Tropomyosin,actinandtroponin）肌動蛋白原肌球蛋白Ca2+結(jié)合位點肌鈣蛋白復(fù)合體肌球蛋白結(jié)合位點第十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三2．非肌肉細胞中的微絲結(jié)合蛋白：沒有肌鈣蛋白，但存有肌球蛋白、原肌球蛋白、α輔肌動蛋白微絲結(jié)合蛋白：與微絲裝配及其功能有密切關(guān)系（三）、微絲結(jié)合蛋白第十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三見p323第十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三（四）、微絲性細胞骨架的功能1.肌肉收縮2.微絨毛3.應(yīng)力纖維4.溶膠層和阿米巴運動5.胞質(zhì)分裂環(huán)第十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三1.肌細胞的組成：由肌原纖維組成，肌原纖維包括粗肌絲和細肌絲，粗肌絲主要成分是肌球蛋白，細肌絲的主要成分是肌動蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白。2.肌肉收縮：由肌動蛋白絲與肌球蛋白絲的相對滑動所致。3.肌肉收縮的基本單位：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：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）：只含細肌絲部分。Z線：細肌絲一端游離，一端附于Z線。功能I.肌肉收縮第二十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三第二十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三肌小節(jié)第二十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三4.肌肉收縮的過程：動作電位的產(chǎn)生，肌肉細胞膜去極化；鈣離子釋放；原肌球蛋白位移；肌動蛋白絲與肌球蛋白絲的相對滑動。

功能I.肌肉收縮第二十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三肌動蛋白原肌球蛋白Ca2+結(jié)合位點肌鈣蛋白復(fù)合體肌球蛋白結(jié)合位點動作電位的產(chǎn)生，肌肉細胞膜去極化；鈣離子釋放；原肌球蛋白位移；第二十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三肌球蛋白頭部肌動蛋白肌球蛋白纖維肌球蛋白頭部解離（1）結(jié)合ATP（2）ATP水解頭部彎曲，結(jié)合新的肌動蛋白亞單位肌動蛋白絲與肌球蛋白絲的相對滑動。（1）肌球蛋白結(jié)合ATP，引起頭部與肌動蛋白纖維分離；（2）ATP水解，引起頭部與肌動蛋白弱結(jié)合；第二十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三（2）ATP水解頭部彎曲，結(jié)合新的肌動蛋白亞單位（3）Pi釋放頭部彎曲，扭向纖維（4）ADP釋放(3)Pi釋放，頭部與肌動蛋白強結(jié)合，頭部向M線方向彎曲，引起細肌絲向M線移動；(4)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)第二十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三功能II．形成微絨毛1.代表：腸上皮細胞微絨毛的軸心微絲是非肌肉細胞中高度有序微絲束的代表。2.成分：不含肌球蛋白、原肌球蛋白和α輔肌動蛋白；含有微絲結(jié)合蛋白等。3.功能：起維持微絨毛形狀的作用，無收縮功能。第二十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三功能III．形成應(yīng)力纖維1.代表：是真核細胞中廣泛存在的微絲束結(jié)構(gòu)。2.成分：含肌動蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和α輔肌動蛋白等。3.功能：結(jié)構(gòu)類似肌原纖維，使細胞具有抗剪切力；在細胞形態(tài)發(fā)生、細胞分化和組織的形成等方面具有重要作用。第二十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三培養(yǎng)的上皮細胞中的應(yīng)力纖維（微絲紅色、微管綠色）第二十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三功能IV．細胞的變形運動

(溶膠層和阿米巴運動)1.溶膠層：細胞膜下的一層富含肌動蛋白纖維的區(qū)域。這些肌動蛋白纖維平行于質(zhì)膜排列，并與膜連接，形成纖維網(wǎng)格。2.功能：為細胞提供強度和韌性，維持細胞形狀。細胞的多種運動，如胞質(zhì)環(huán)流、阿米巴運動、變皺膜運動及吞噬都與肌動蛋白的溶膠與凝膠及其相互轉(zhuǎn)化有關(guān)。3.抑制劑：細胞松弛素第三十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三功能V．形成胞質(zhì)分裂環(huán)1.定義：有絲分裂末期，兩個即將分裂的子細胞之間產(chǎn)生的一個收縮環(huán)。2.成分：由大量平行排列的微絲組成，由分裂末期胞質(zhì)中的肌動蛋白裝配而成。收縮環(huán)是非肌肉細胞中具有收縮功能的微絲束的典型代表。3.功能：使兩子細胞被分開。第三十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三第三十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三二、微管(microtubule,MT)微管在胞質(zhì)中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，作為運輸路軌并起支撐作用。微管是由微管蛋白組成的管狀結(jié)構(gòu)，對低溫、高壓和秋水仙素敏感。第三十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三上皮細胞中的微管（紅色）和細胞核（黃色）第三十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三原纖維微管蛋白二聚體第三十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三（一）、分子結(jié)構(gòu)1.形態(tài)：微管是由13條原纖維構(gòu)成的中空管狀結(jié)構(gòu)，外徑24nm，內(nèi)徑15nm。2.成分：每一條原纖維由微管蛋白二聚體線性排列而成。微管蛋白二聚體由結(jié)構(gòu)相似的α和β球蛋白構(gòu)成。第三十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三第三十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三3.裝配：微管具有極性，(+)極生長速度快，(-)極生長速度慢。(+)極的最外端是β球蛋白，(-)極的最外端是α球蛋白。微管和微絲一樣具有踏車行為。微管形成的有些結(jié)構(gòu)是比較穩(wěn)定，是由于微管結(jié)合蛋白的作用和酶修飾的原因。如軸突、纖毛、鞭毛。大多數(shù)微管處于動態(tài)組裝和去組裝狀態(tài)（如紡錘體）。秋水仙素、長春花堿抑制微管裝配。紫杉酚和重水（D2O)能促進微管的裝配,并使已形成的微管穩(wěn)定。第三十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三微管兩端具有GTP帽，將持續(xù)裝配。第三十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三微管兩端具有GDP帽，則解聚。第四十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三（二）、微管結(jié)合蛋白（

microtubuleassociatedproteinsMAPs）MAP分子至少包含一個結(jié)合微管的結(jié)構(gòu)域和一個向外突出的結(jié)構(gòu)域。突出部位伸到微管外與其它細胞組分（如微管束、中間纖維、質(zhì)膜）結(jié)合。主要功能：①促進微管組裝。②增加微管穩(wěn)定性。③促進微管聚集成束。第四十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三（三）、微管組織中心

（microtubuleorganizingcenter,MTOCs）是微管進行組裝的區(qū)域，都具有γ微管球蛋白，如：中心體、鞭毛基體。第四十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三中心體由兩個相互垂直的中心粒構(gòu)成。周圍是一些無定形物質(zhì)，叫做外中心粒物質(zhì)（PCM）。中心粒由9組3聯(lián)微管構(gòu)成，具有召集PCM的作用。MTOC處微管蛋白以環(huán)狀的γ球蛋白復(fù)合體為模板核化、先組裝出（-）極，然后開始生長。提純的微管，在微酸性環(huán)境，適宜的溫度，存在GTP、Mg2+和去除Ca2+的條件下能自發(fā)的組裝成11條原纖維的微管。第四十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三微管在細胞的定位

第四十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三（四）、微管的功能1、支架作用,維持細胞形態(tài)第四十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三2、細胞內(nèi)運輸是胞內(nèi)物質(zhì)運輸?shù)穆奋?。涉及兩大類馬達蛋白：驅(qū)動蛋白kinesin，動力蛋白dyenin，均需ATP供能。Kinesin發(fā)現(xiàn)于1985年，是由兩條輕鏈和兩條重鏈構(gòu)成的四聚體，能向著微管（+）極運輸小泡。第四十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三3、鞭毛和纖毛的運動纖毛與鞭毛是相似的兩種細胞外長物，前者較短。結(jié)構(gòu)：由基體和鞭桿兩部分構(gòu)成。纖毛中的微管為9+2結(jié)構(gòu)。二聯(lián)微管A管由13條原纖維組成，B管由10條原纖維組成。A管向相鄰B管伸出兩條動力蛋白臂，并向纖毛中央發(fā)出一條輻?；w的微管組成為9+0。鞭毛運動原理：動力蛋白臂的dynein水解ATP作功，使相鄰的二聯(lián)微管相互滑動。第四十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三第四十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三第四十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三第五十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三4、形成紡錘體在細胞分裂中牽引染色體到達分裂極。第五十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三三、中間纖維（intermediatefilaments，IF）直徑10nm左右，介于微絲和微管之間，故名。IF是最穩(wěn)定的細胞骨架成分，主要起支撐作用。IF在細胞中圍繞著細胞核分布，成束成網(wǎng)，并擴展到細胞質(zhì)膜，與質(zhì)膜相連結(jié)。第五十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期三分為5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。具有組織特異性，不同類型細胞含有不同IF。通常一種細胞含有一種中間纖維，少數(shù)含有2種以上