南農(nóng)細(xì)胞生物學(xué)8課件

第十章細(xì)胞骨架細(xì)胞骨架(cytoskeleton)是指真核細(xì)胞中的蛋白纖維網(wǎng)架體系。狹義指細(xì)胞質(zhì)骨架，包括微絲、微管、中間纖維；包括細(xì)胞核骨架、細(xì)胞質(zhì)骨架、細(xì)胞膜骨架和細(xì)胞外基質(zhì)。第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)骨架一、微絲微絲(microfilament，MF)是指真核細(xì)胞中由肌動(dòng)蛋白(actin)組成，直徑為7nm的骨架纖維。

(二)微絲結(jié)構(gòu)與裝配

球形肌動(dòng)蛋白(G—actin)單體頭尾相接形成具有極性的多聚體螺旋纖維形肌動(dòng)蛋白(F—actin)

球形肌動(dòng)蛋白(G—actin)加到微絲兩端，(十)極裝配的速度較(—)極快在一定條件下，微絲可以表現(xiàn)出一端因加亞單位而延長(zhǎng)，而另一端因亞單位脫落而減短，這種現(xiàn)象稱為踏車現(xiàn)象(treadmilling)。(三)微絲結(jié)合蛋白肌動(dòng)蛋白纖維的存在形式與微絲結(jié)合蛋白的種類有關(guān)。微絲結(jié)合蛋白參與形成微絲纖維高級(jí)結(jié)構(gòu)，對(duì)肌動(dòng)蛋白纖維的動(dòng)態(tài)裝配有調(diào)節(jié)作用。肌球蛋白(myosin)

約占肌肉總蛋白的一半含2條重鏈，2條輕鏈，兩股重鏈盤繞成雙股a螺旋，長(zhǎng)約140nm，直徑2nm。Ⅱ型肌球蛋白參與肌絲滑動(dòng)。Ⅰ型和V型肌球蛋白，參與細(xì)胞骨架和細(xì)胞膜的相互作用，如膜泡運(yùn)輸。原肌球蛋白(tropomyosin，Tm)。在肌肉中占總蛋白的5％～10％由兩條平行的多肽鏈形成a螺旋構(gòu)型，長(zhǎng)40nm位于肌動(dòng)蛋白螺旋溝內(nèi)。結(jié)合于細(xì)肌絲，調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白頭部的結(jié)合肌鈣蛋白(tropoin，Tn)含3個(gè)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。細(xì)肌絲中每隔40nm有一個(gè)肌鈣蛋白復(fù)合體結(jié)合到原肌球蛋白上

(四)微絲特異性藥物細(xì)胞松弛素(cytochalasins)是真菌的一種代謝產(chǎn)物，可以切斷微絲，并結(jié)合在微絲末端阻抑肌動(dòng)蛋白聚合，但對(duì)解聚沒(méi)有明顯影響，因而可以破壞微絲的三維網(wǎng)絡(luò)。鬼筆環(huán)肽(philloidin)是一種由毒蕈產(chǎn)生的雙環(huán)桿肽，與微絲有強(qiáng)親合作用，使肌動(dòng)蛋白纖維穩(wěn)定，抑制解聚，且只與F肌動(dòng)蛋白結(jié)合，而不與G肌動(dòng)蛋白結(jié)合，熒光標(biāo)記的鬼筆環(huán)肽可清晰地顯示細(xì)胞中的微絲。

(五)微絲性細(xì)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(yùn)動(dòng)5．胞質(zhì)分裂環(huán)

二、微管(microtubule)真核細(xì)胞中由微管蛋白(tubulin)裝配成的長(zhǎng)管狀極性細(xì)胞器結(jié)構(gòu)能與其他蛋白共同裝配成紡錘體、基粒、中心粒、鞭毛、纖毛、軸突、神經(jīng)管等結(jié)構(gòu)，參與細(xì)胞形態(tài)的維持、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞分裂。所有原核生物中沒(méi)有微管。

(二)微管形態(tài)

長(zhǎng)管狀結(jié)構(gòu)，平均外徑為24nm，內(nèi)徑15nm管壁由13根原纖維排列構(gòu)成?？裳b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)。所有的微管都有確定的極性。微管的兩個(gè)末端在結(jié)構(gòu)上不是等同的

纖毛

纖毛軸心含有一束“9十2”排列的平行微管中央微管均為完全微管，外圍二聯(lián)體微管由A、B亞纖維組成A亞纖維為完全微管，由13個(gè)球形亞基環(huán)繞而成B亞纖維由10個(gè)亞基構(gòu)成，另3個(gè)亞基與A亞纖維共用。纖毛運(yùn)動(dòng)機(jī)制：滑動(dòng)學(xué)說(shuō)認(rèn)為纖毛運(yùn)動(dòng)由相鄰二聯(lián)體間相互滑動(dòng)所致(六)功能

基體和中心粒

中心體由一對(duì)相互垂直的中心粒構(gòu)成。位于鞭毛和纖毛根部的類似結(jié)構(gòu)稱為基粒?；：椭行牧＞俏⒐苄越Y(jié)構(gòu)，呈圓柱狀。其壁由9組微管三聯(lián)體組成，三聯(lián)體亞纖維A為完全微管，亞纖維B和C為不完全微管。中心粒和基粒是同源的，在某些時(shí)候可以相互轉(zhuǎn)變。均具有自我復(fù)制性質(zhì)微管裝配動(dòng)態(tài)微管蛋白的合成是自我調(diào)節(jié)的，多余的微管蛋白單體結(jié)合于合成微管蛋白的核糖體上，導(dǎo)致微管蛋白mRNA降解。微管在體內(nèi)的裝配和去裝配在時(shí)間和空間上是高度有序的，間期細(xì)胞中，細(xì)胞質(zhì)微管與微管蛋白亞單位庫(kù)處于相對(duì)平衡狀態(tài)；有絲分裂前期，胞質(zhì)微管網(wǎng)絡(luò)中的微管去裝配，游離的微管蛋白亞單位裝配為紡錘體；分裂末期，發(fā)生逆向轉(zhuǎn)變。

微管組織中心

微管在解聚后重新裝配的發(fā)生處稱為微管組織中心(MTOC)。MTOC決定了細(xì)胞微管的極性，微管的(—)極指向MTOC，(+)極背向MTOC。動(dòng)物細(xì)胞的MTOC為中心體。

(四)微管相關(guān)蛋白質(zhì)

附著于微管多聚體上，參與微管的裝配并增加微管的穩(wěn)定性de蛋白稱為微管相關(guān)蛋白質(zhì)(MAP)。一般認(rèn)為微管相關(guān)蛋白質(zhì)與骨架纖維間的連接有關(guān)，(六)功能1．維持細(xì)胞形態(tài)2．細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸(1)神經(jīng)元軸突運(yùn)輸(2)色素顆粒的運(yùn)輸3．鞭毛運(yùn)動(dòng)和纖毛運(yùn)動(dòng)4．紡錘體和染色體運(yùn)動(dòng)5．基體和中心粒

三中間纖維

20世紀(jì)60年代中期，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)10nm纖維，因其直徑介于粗肌絲和細(xì)肌絲之間，故被命名為中間纖維(又稱中間絲，intermediatefilament，(三)裝配

兩個(gè)相鄰亞基的對(duì)應(yīng)a螺旋區(qū)形成雙股超螺旋，即二聚體二聚體裝配為四聚體(tetramer)由四聚體或八聚體進(jìn)一步裝配為中間纖維最多見(jiàn)的是由8個(gè)四聚體或4個(gè)八聚體裝配為中間纖維，。

(四)中間纖維結(jié)合蛋白(IFAP)

是一類在結(jié)構(gòu)和功能上與中間纖維有密切聯(lián)系，但其本身不是中間纖維結(jié)構(gòu)組分的蛋白。IFAP可能在中間纖維上或其兩端與中間纖維緊密或松散結(jié)合。可能作為細(xì)胞中中間纖維超分子結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)者。

(五)功能中間纖維在胞質(zhì)中形成精細(xì)發(fā)達(dá)的纖維網(wǎng)絡(luò)，外與細(xì)胞膜及細(xì)胞外基質(zhì)相連，內(nèi)與核纖層有直接聯(lián)系。在胞質(zhì)中中間纖維與微絲、微管及其他細(xì)胞器有錯(cuò)綜復(fù)雜的纖維聯(lián)絡(luò)。中間纖維在細(xì)胞質(zhì)中起支架作用，并與細(xì)胞核定位有關(guān)。中間纖維在細(xì)胞間或者組織中起支架作用近年來(lái)發(fā)現(xiàn)中間纖維與mRNA的運(yùn)輸有關(guān)，第二節(jié)細(xì)胞核骨架細(xì)胞核骨架是存在于真核細(xì)胞核內(nèi)的以蛋白成分為主的纖維網(wǎng)架體系。狹義的核骨架指核內(nèi)除核膜、核纖層、染色質(zhì)、核仁和核孔復(fù)合體以外的以纖維蛋白成分為主的纖維網(wǎng)架體系廣義的核骨架包括核基質(zhì)、核纖層和核孔復(fù)合體。核骨架與DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄和加工、染色體裝配及病毒復(fù)制等一些重要的生命活動(dòng)有關(guān)。(一)形態(tài)結(jié)構(gòu)

核骨架纖維直徑為3～30nm，估計(jì)單絲直徑約3～4nm，粗纖維可能是單纖維的復(fù)合體核內(nèi)骨架與核纖層有豐富的纖維聯(lián)絡(luò)，構(gòu)成統(tǒng)一的核骨架網(wǎng)絡(luò)

(二)成分

核骨架蛋白核骨架結(jié)合蛋白少量RNA。

1．核骨架蛋白

這類蛋白與富含AT的DNA核骨架結(jié)合序列(MAR)結(jié)合，又稱為MAR結(jié)合蛋白將DNA錨定在核骨架上，以形成DNA放射環(huán)。

2．核骨架結(jié)合蛋白

(1)轉(zhuǎn)錄因子(2)酶(3)受體(4)供體

(三)核骨架結(jié)合序列

MAR一般位于DNA放射環(huán)或活性轉(zhuǎn)錄基因的兩端MAR的結(jié)構(gòu)特征①富含AT；②富含DNA解旋元件(DNAunwindingelements)；③富含反向重復(fù)序列(invertedrepeats)④含有轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)MAR的功能①通過(guò)與核骨架蛋白的結(jié)合，將DNA放射環(huán)錨定在核骨架上②作為許多功能性基因調(diào)控蛋白的結(jié)合位點(diǎn)。

(四)功能1．核骨架與DNA復(fù)制2．核骨架與基因表達(dá)3．核骨架與病毒復(fù)制4．核骨架與染色體構(gòu)建

二、染色體支架

染色體支架是指染色體中由非組蛋白構(gòu)成的結(jié)構(gòu)支架。染色體支架含大約30種非組蛋白,DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ三、核纖層核纖層(nuclearlamina)是位于細(xì)胞核內(nèi)層核膜下的纖維蛋白片層或纖維網(wǎng)絡(luò)，核纖層由1至3種核纖層蛋白多肽組