細胞生物學課件第九章細胞骨架

細胞生物學課件第九章細胞骨架第1頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二細胞骨架細胞骨架是指存在于真核細胞中的蛋白纖維網(wǎng)架體系。包括：微絲、微管和中間絲。第2頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二細胞骨架第3頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二細胞骨架的作用◆作為支架(scaffold)◆在細胞內(nèi)形成一個框架(framework)結(jié)構(gòu)◆為細胞內(nèi)的物質(zhì)和細胞器的運輸運動提供機械支持◆為細胞的位置移動提供動力◆為信使RNA提供錨定位點，促進mRNA翻譯成多肽◆是細胞分裂的機器◆參與信號轉(zhuǎn)導第4頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二細胞骨架第一節(jié)微絲與細胞運動第二節(jié)微管及其功能第三節(jié)中間絲第5頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動一、微絲的組成及其組裝又稱肌動蛋白纖維(actinfilament),是指真核細胞中由肌動蛋白(actin)組成、直徑為7nm的骨架纖維。第6頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動（一）結(jié)構(gòu)與成分肌動蛋白(actin)是微絲的結(jié)構(gòu)成分,外觀呈啞鈴狀,這種actin又叫G-actin，將G-actin形成的微絲又稱為F-actin。第7頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動（二）微絲的組裝及動力學特征1、MF是由G-actin單體形成的多聚體，肌動蛋白單體具有極性,裝配時呈頭尾相接,故微絲具有極性第8頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動1、影響裝配的因素◆離子的影響●在含有ATP和Ca2+,以及很低的Na+、K+

等陽離子的溶液中,微絲趨向于解聚成G-肌動蛋白。●在Mg2+和高濃度K+或Na+的誘導下,G-肌動蛋白則裝配成纖維狀肌動蛋白?！鬐-肌動蛋白臨界濃度第9頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動需要Arp2/3第10頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動2、體外實驗表明，MF正極與負極都能生長，生長快的一端為正極，慢的一端為負極；去裝配時，負極比正極快。由于G-actin在正極端裝配，負極去裝配，從而表現(xiàn)為踏車行為。第11頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動3、體內(nèi)裝配時，MF呈現(xiàn)出動態(tài)不穩(wěn)定性，取決于F-actin結(jié)合的ATP水解速度與游離的G-actin單體濃度之間的關(guān)系。第12頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動4、MF動態(tài)變化與細胞生理功能變化相適應(yīng)。在體內(nèi),有些微絲是永久性的結(jié)構(gòu),有些微絲是暫時性的結(jié)構(gòu)。第13頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動（三）影響微絲組裝的特異性藥物細胞松弛素(cytochalasins)：可以切斷微絲,并結(jié)合在微絲正極阻抑肌動蛋白聚合,因而導致微絲解聚。鬼筆環(huán)肽(philloidin)：與微絲側(cè)面結(jié)合,防止MF解聚。影響微絲裝配動態(tài)性的藥物對細胞都有毒害，說明微絲功能的發(fā)揮依賴于微絲與肌動蛋白單體庫間的動態(tài)平衡。這種動態(tài)平衡受actin單體濃度和微絲結(jié)合蛋白的影響。第14頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動三、肌球蛋白：依賴于微絲的分子馬達

分子馬達：主要是依賴于微管的驅(qū)動蛋白、動力蛋白和依賴于微絲的肌球蛋白這三類蛋白質(zhì)超家族的成員。它們既能與微管或微絲結(jié)合，又能與一些細胞器或膜狀小泡特異性地結(jié)合，并利用水解ATP所產(chǎn)生的能量有規(guī)則地沿微管或微絲等細胞骨架纖維運輸所攜帶“貨物”。第15頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動◆肌球蛋白的結(jié)構(gòu)由一個重鏈和幾個輕鏈組成，并組成三個結(jié)構(gòu)域∶●頭部含有與肌動蛋白、ATP結(jié)合的位點，負責產(chǎn)生力?！耦i部頸部通過同鈣調(diào)素或類似鈣調(diào)素的調(diào)節(jié)輕鏈亞基的結(jié)合來調(diào)節(jié)頭部的活性?！裎膊亢袥Q定尾部是否同膜結(jié)合還是同其它的尾部結(jié)合的位點第16頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動（一）Ⅱ型肌球蛋白●肌球蛋白Ⅱ:肌收縮、胞質(zhì)分裂第17頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動（二）非傳統(tǒng)類型的肌球蛋白●肌球蛋白Ⅰ:運輸作用●肌球蛋白Ⅴ:運輸作用第18頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動四、肌肉細胞的收縮運動（一）肌纖維結(jié)構(gòu)1）肌球蛋白：頭部具有ATP酶的活性，能與肌動蛋白結(jié)合。第19頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動2）原肌球蛋白：位于肌動蛋白的螺旋溝內(nèi)，結(jié)合于細肌絲，調(diào)節(jié)肌動蛋白與肌球蛋白頭部的結(jié)合。第20頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動3）肌鈣蛋白：含有三個亞基，C特異與Ca2+結(jié)合，T與原肌球蛋白有高度親和力，I抑制肌球蛋白ATPase的活性。第21頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動4）其他蛋白CapZ：定位在Z線，結(jié)合肌動蛋白纖維（+）極，阻止肌動蛋白纖維（+）極解聚，保持肌動蛋白纖維穩(wěn)定。A-輔肌動蛋白：可橫向連接微絲形成束。紐蛋白：介導微絲結(jié)合與質(zhì)膜第22頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動肌聯(lián)蛋白：具有彈性，連接Z盤肌球蛋白纖維，在肌肉收縮或舒張時將肌球蛋白纖維定位在肌小節(jié)中央。伴肌動蛋白：從Z盤伸出，與肌動蛋白伴型，參與調(diào)節(jié)肌動蛋白纖維的裝配。肌營養(yǎng)不良蛋白：參與肌動蛋白纖維錨定與質(zhì)膜。Dystrophin:防止肌纖維退化。第23頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動第24頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動橫管系統(tǒng)：T管（肌膜內(nèi)凹而成。肌膜AP沿T管傳導）?？v管系統(tǒng)：L管（也稱肌漿網(wǎng)。肌節(jié)兩端的L管稱終池，富含Ca2+)。

三聯(lián)管：T管+終池×2第25頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動肌小節(jié)：是肌細胞收縮的基本結(jié)構(gòu)和功能單位。=1/2明帶＋暗帶＋1/2明帶=2條Z線間的區(qū)域第26頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動（二）肌肉收縮的滑動模型第27頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動終池膜上的鈣通道開放終池內(nèi)的Ca2+進入肌漿Ca2+與肌鈣蛋白結(jié)合肌鈣蛋白的構(gòu)型原肌球蛋白位移，暴露細肌絲上的結(jié)合位點橫橋與結(jié)合位點結(jié)合，分解ATP釋放能量橫橋擺動牽拉細肌絲朝肌節(jié)中央滑行肌節(jié)縮短=肌細胞收縮第28頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微絲與細胞運動第29頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能一、微管的結(jié)構(gòu)組成與極性有α-微管蛋白和β-微管蛋白組成；α-微管蛋白和β-微管蛋白形成微管蛋白異二聚體是微管裝配的基本單位，微管蛋白異二聚體含有鳥嘌呤核苷酸的兩個結(jié)合位點，二價陽離子也能結(jié)合到微管蛋白異二聚體。微管蛋白異二聚體具有一個秋水仙堿結(jié)合位點，一個長春花堿結(jié)合位點。第30頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能微管呈中空狀，其壁有13根原纖維排列構(gòu)成，微管可裝配成單管,二聯(lián)管(纖毛和鞭毛中),三聯(lián)管(中心粒和基體中)第31頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能二、微管的組裝和去組裝（一）微管的體外組裝與踏車行為

1）α-微管蛋白和β-微管蛋白形成αβ二聚體,αβ二聚體先形成環(huán)狀核心(ring),經(jīng)過側(cè)面增加二聚體而擴展為螺旋帶,αβ二聚體平行于長軸重復(fù)排列形成原纖維(protofilament)。當螺旋帶加寬至13根原纖維時,即合攏形成一段微管。2）所有的微管都有確定的極性第32頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能第33頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能◆踏車現(xiàn)象(treadmilling)

又稱輪回現(xiàn)象,是微管組裝后處于動態(tài)平衡的一種現(xiàn)象。第34頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能（二）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)能促進微管的裝配,并使已形成的微管穩(wěn)定。為行使正常的微管功能,微管動力學不穩(wěn)定性是其功能正常發(fā)揮的基礎(chǔ)。第35頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能三、微管組織中心(MTOC)1、概念：微管在生理狀態(tài)或?qū)嶒炋幚斫饩酆笾匦卵b配的發(fā)生處稱為微管組織中心(microtubuleorganizingcenter,MTOC)。第36頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能2、常見微管組織中心間期細胞MTOC：中心體(動態(tài)微管)分裂細胞MTOC：有絲分裂紡錘體極(動態(tài)微管)鞭毛纖毛細胞MTOC：基體(永久性結(jié)構(gòu))第37頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能（一）中心體(centrosome)1）中心體(centrosome)結(jié)構(gòu)第38頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能第39頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能第40頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能2）γ管蛋白：位于中心體周圍的基質(zhì)中，環(huán)形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，為αβ微管蛋白二聚體提供起始裝配位點，所以又叫成核位點第41頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能（二）基體和其他微管組織中心1、基體(basalbody)：位于鞭毛和纖毛根部的類似結(jié)構(gòu)稱為基體（basalbody）2、中心粒和基體均具有自我復(fù)制性質(zhì)。第42頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能四、微管的動力學性質(zhì)微管裝配的動力學不穩(wěn)定性是指微管裝配生長與快速去裝配的一個交替變換的現(xiàn)象影響微管裝配的因素◆造成微管不穩(wěn)定性的因素很多，包括GTP、壓力、溫度(最適溫度37℃)、pH(最適pH=6.9)、微管蛋白臨界濃度(criticalconcentration)。第43頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能動力學不穩(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GDP帽則解聚。第44頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能五、微管結(jié)合蛋白對微管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)MAPs的功能◆使微管相互交聯(lián)形成束狀結(jié)構(gòu);◆促進微管的聚合;◆作為分子發(fā)動機轉(zhuǎn)運細胞物質(zhì)的軌道;◆提高微管的穩(wěn)定性;◆MAPs同微管的結(jié)合能夠控制微管的長度，防止微管的解聚。第45頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能六、微管對細胞結(jié)構(gòu)的組織作用1、與細胞器的分布以及細胞的形態(tài)發(fā)生與維持有關(guān)。2、充當物質(zhì)運輸?shù)能壍赖?6頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能七、細胞內(nèi)依賴微管的物質(zhì)運輸真核細胞內(nèi)部是高度區(qū)域化的體系,細胞中合成的物質(zhì)、一些細胞器等必須經(jīng)過細胞內(nèi)運輸過程。這種運輸過程與細胞骨架體系中的微管及其Motorprotein有關(guān)。第47頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能目前已鑒定的Motorproteins多達數(shù)十種。根據(jù)其結(jié)合的骨架纖維以及運動方向和攜帶的轉(zhuǎn)運物不同而分為不同類型。胞質(zhì)中微管motorprotein分為兩大類：驅(qū)動蛋白(kinesin):通常朝微管的正極方向運動，動力蛋白(cytoplasmicdynein)：朝微管的負極運動。第48頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能（一）驅(qū)動蛋白及其功能第49頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能（二）驅(qū)動蛋白沿微管運動的分子機制1、步行模型2、尺蠖模型第50頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能◆驅(qū)動蛋白功能特點●Kinesinisaplusend-directedmicrotubularmotor●Eachstepisapproximately8nminlength,whichisalsothespacingbetweentubulindimersalongaprotofilament●移動的速度與ATP的濃度有關(guān)●速度高時,可達到每秒900nm第51頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二微管及其功能（三）胞質(zhì)動力蛋白及其功能◆Cytoplasmicdyneinisahugeprotein:molecularmassofapproximately1.5milliondaltons◆Composedoftwoidenticalheavychainsandavarietyofintermediateandlightchains.◆Tomovealongamicrotubuletowardthepolymer'sminusend◆功能●參與細胞分裂●運輸小泡和各種膜結(jié)合細胞器第52頁，