細(xì)胞骨架的教案

細(xì)胞骨架的教案第1頁(yè)/共80頁(yè)第二節(jié)細(xì)胞核骨架●核基質(zhì)（nuclearmatrix）●染色體骨架●核纖層（nuclearlamina

）第2頁(yè)/共80頁(yè)一、微絲（microfilament，MF）

又稱(chēng)肌動(dòng)蛋白纖維（actinfilament），是真核細(xì)胞中由肌動(dòng)蛋白（actin）組成、直徑為7nm的骨架纖維●成分●裝配●微絲特異性藥物●微絲結(jié)合蛋白●微絲的功能●肌肉收縮（musclecontraction）第3頁(yè)/共80頁(yè)成分●肌動(dòng)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

G-actin形成的微絲又稱(chēng)為F-actin第4頁(yè)/共80頁(yè)裝 配◆MF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，故微絲具有極性，即正極與負(fù)極之別◆體外實(shí)驗(yàn)表明，MF正極與負(fù)極都能生長(zhǎng)，生長(zhǎng)快的一端為

正極，慢的一端為負(fù)極；去裝配時(shí)，負(fù)極比正極快。由于

G-actin在正極端裝配，負(fù)極去裝配，表現(xiàn)出踏車(chē)行為◆體內(nèi)裝配時(shí)，MF呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性，主要取決于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

◆MF動(dòng)態(tài)變化與細(xì)胞生理功能變化相適應(yīng)：體內(nèi)的微絲結(jié)構(gòu)有永久性和暫時(shí)性的結(jié)構(gòu)第5頁(yè)/共80頁(yè)微絲特異性藥物◆細(xì)胞松弛素（cytochalasins）：可以切斷微絲，并結(jié)合在微絲正極阻止肌動(dòng)蛋白聚合，導(dǎo)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◆影響微絲動(dòng)態(tài)性裝配的藥物對(duì)細(xì)胞都有毒害，說(shuō)明微絲功能發(fā)揮依賴(lài)微絲與肌動(dòng)蛋白單體庫(kù)間的動(dòng)態(tài)平衡。動(dòng)態(tài)平衡受單體濃度和微絲結(jié)合蛋白的影響第6頁(yè)/共80頁(yè)微絲結(jié)合蛋白

整個(gè)骨架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能在很大程度上受到不同細(xì)胞骨架結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié)◆actin單體結(jié)合蛋白 這些小分子蛋白與actin單體結(jié)合，阻止其添加到微絲末端，當(dāng)細(xì)胞需要單體時(shí)才釋放，主要用于

actin裝配的調(diào)節(jié)，如profilin等◆微絲結(jié)合蛋白◆微絲結(jié)合蛋白將微絲組織成以下三種主要形式第7頁(yè)/共80頁(yè)·MF同向平行排列：如微絨毛和絲狀偽足·MF反向平行排列：如應(yīng)力纖維和收縮環(huán)

·MF相互交錯(cuò)排列：如皮層細(xì)胞中微絲第8頁(yè)/共80頁(yè)微絲的功能◆維持細(xì)胞形態(tài)◆細(xì)胞運(yùn)動(dòng)◆微絨毛（microvillus）◆應(yīng)力纖維（stressfiber）◆參與胞質(zhì)分裂◆肌肉收縮第9頁(yè)/共80頁(yè)成纖維細(xì)胞爬行與微絲裝配和解聚相關(guān)

細(xì)胞運(yùn)動(dòng)第10頁(yè)/共80頁(yè)

小腸上皮細(xì)胞的指狀突起，增加小腸上皮細(xì)胞表面積，以利于營(yíng)養(yǎng)的快速吸收微絨毛（microvillus）第11頁(yè)/共80頁(yè)

應(yīng)力纖維（stressfiber）分布：廣泛存在于真核細(xì)胞成分：肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和-輔肌動(dòng)蛋白作用：介導(dǎo)細(xì)胞間或細(xì)胞與基質(zhì)表面的粘著。細(xì)胞貼壁與粘著斑的形成相關(guān)，在形成粘著斑的質(zhì)膜下，微絲緊密

平行排列成束，形成應(yīng)力纖維束，具有收縮功能第12頁(yè)/共80頁(yè)

收縮環(huán)由大量反向平行排列的微絲組成，收縮機(jī)制是肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白間的相對(duì)滑動(dòng)第13頁(yè)/共80頁(yè)肌肉收縮（musclecontraction）

肌肉可看作一種富含細(xì)胞骨架的高效

能量轉(zhuǎn)換器，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能

◆肌肉收縮的滑動(dòng)模型

◆由神經(jīng)沖動(dòng)誘發(fā)的肌肉收縮基本過(guò)程第14頁(yè)/共80頁(yè)由神經(jīng)沖動(dòng)誘發(fā)的肌肉收縮基本過(guò)程·動(dòng)作電位的傳導(dǎo)·Ca2+的釋放·肌動(dòng)與肌球蛋白絲相對(duì)滑動(dòng)·Ca2+的回收

第15頁(yè)/共80頁(yè)二、微管（microtubules，MT）●微管的組成與結(jié)構(gòu)●裝配●微管特異性藥物●微管組織中心（MTOC）

●微管結(jié)合蛋白（MAP）●微管的功能第16頁(yè)/共80頁(yè)微管的組成與結(jié)構(gòu)

微管可裝配成單管二聯(lián)管（纖毛和鞭毛）三聯(lián)管（中心體和基體）第17頁(yè)/共80頁(yè)裝配◆裝配方式◆所有微管都有確定的極性◆微管裝配是一個(gè)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定過(guò)程第18頁(yè)/共80頁(yè)

和微管蛋白形成二聚體，二聚體先平行于長(zhǎng)軸重復(fù)排列成原纖維，經(jīng)側(cè)面增加二聚體而擴(kuò)展為片層，當(dāng)擴(kuò)展加寬至13根原纖維時(shí)，即合攏形成一段微管第19頁(yè)/共80頁(yè)·微管裝配動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性是指微管裝配生長(zhǎng)與快速去裝配的一個(gè)交替變換過(guò)程·動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性產(chǎn)生的原因微管兩端具有GTP帽，微管將繼續(xù)組裝，無(wú)

GTP帽則解聚第20頁(yè)/共80頁(yè)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，并使已形成的微管更加穩(wěn)定◆微管動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性是其功能發(fā)揮的基礎(chǔ)第21頁(yè)/共80頁(yè)微管組織中心（MTOC）◆概念◆常見(jiàn)的微管組織中心◆中心體（centrosome）◆基體（basalbody）第22頁(yè)/共80頁(yè)

解聚后的微管重新裝配的發(fā)生處稱(chēng)為微管組織中心（microtubuleorganizingcenter，MTOC）第23頁(yè)/共80頁(yè)常見(jiàn)的微管組織中心◆間期細(xì)胞MTOC：中心體（動(dòng)態(tài)微管）

◆分裂期細(xì)胞MTOC：紡錘體兩極（動(dòng)態(tài)微管）

◆鞭毛纖毛中MTOC：基體（永久性結(jié)構(gòu)）

第24頁(yè)/共80頁(yè)中心體（centrosome）·中心體（centrosome）結(jié)構(gòu)

·中心體復(fù)制周期

·γ微管蛋白：位于中心體周?chē)|(zhì)中，環(huán)形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，為微管蛋白二聚體提供裝配的起始位點(diǎn)，所以又叫成核位點(diǎn)

第25頁(yè)/共80頁(yè)基體（basalbody）·位于鞭毛和纖毛根部類(lèi)似結(jié)構(gòu)稱(chēng)為

基體（basalbody）·基體也具有自我復(fù)制的性質(zhì)第26頁(yè)/共80頁(yè)微管結(jié)合蛋白

（microtubuleassociatedprotein，MAP）·蛋白：軸突中多·MAP1：軸突和樹(shù)突中·MAP2：樹(shù)突中·MAP4：各種細(xì)胞中第27頁(yè)/共80頁(yè)微管的功能◆維持細(xì)胞形態(tài)◆細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸◆纖毛（cilia）和鞭毛（flagella）運(yùn)動(dòng)◆紡錘體和染色體運(yùn)動(dòng)第28頁(yè)/共80頁(yè)維持細(xì)胞形態(tài)

用秋水仙素處理細(xì)胞破壞微管，導(dǎo)致細(xì)胞

變圓，說(shuō)明微管對(duì)維持細(xì)胞的不對(duì)稱(chēng)形狀是重要的。對(duì)于細(xì)胞突起部分，如纖毛、鞭毛、軸突的形成和維持，微管亦起關(guān)鍵作用第29頁(yè)/共80頁(yè)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸

真核細(xì)胞內(nèi)部是高度區(qū)域化的體系，細(xì)胞中合成的物質(zhì)、一些細(xì)胞器等必須經(jīng)過(guò)細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸過(guò)程。這種運(yùn)輸過(guò)程與細(xì)胞骨架體系中微管及其Motorprotein有關(guān)

·Motorproteins·神經(jīng)元軸突運(yùn)輸?shù)念?lèi)型

·色素顆粒的運(yùn)輸?shù)?0頁(yè)/共80頁(yè)Motorproteins

目前已鑒定的Motorproteins有數(shù)十種。根據(jù)其結(jié)合的骨架纖維和運(yùn)動(dòng)方向及攜帶的轉(zhuǎn)運(yùn)物不同而分為不同類(lèi)型。胞質(zhì)中微管motorprotein分兩大類(lèi)：

驅(qū)動(dòng)蛋白（kinesin）：通常向微管正極方向運(yùn)動(dòng)

動(dòng)力蛋白（cytoplasmicdynein）：向微管負(fù)極運(yùn)動(dòng)

驅(qū)動(dòng)蛋白的分子結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)蛋白和動(dòng)力蛋白的運(yùn)輸方式第31頁(yè)/共80頁(yè)神經(jīng)元軸突運(yùn)輸?shù)念?lèi)型第32頁(yè)/共80頁(yè)纖毛（cilia）和鞭毛（flagella）運(yùn)動(dòng)◆纖毛和鞭毛的結(jié)構(gòu)

◆纖毛運(yùn)動(dòng)機(jī)制第33頁(yè)/共80頁(yè)三、中間纖維（intermediatefilament，IF）

10nm纖維，其直徑介于微管和微絲之間，故被命名為中間纖維。IF幾乎分布于所有動(dòng)物細(xì)胞，往往形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，特別是在需要承受機(jī)械壓力的細(xì)胞中含量相當(dāng)豐富（如上皮細(xì)胞）

●中間纖維的裝配

●中間纖維的成分與分布

●中間纖維結(jié)合蛋白（IFAP）及其判定標(biāo)準(zhǔn)

●中間纖維的功能第34頁(yè)/共80頁(yè)中間纖維的裝配◆中間纖維的裝配過(guò)程

◆IF裝配與MF、MT裝配相比，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

·IF的單體是纖維狀蛋白（MF和MT單體呈球形）

·反向平行的四聚體導(dǎo)致IF不具有極性

·IF在體外裝配時(shí)不需要核苷酸或結(jié)合蛋白輔助在體內(nèi)裝配后，細(xì)胞中幾乎不存在IF單體第35頁(yè)/共80頁(yè)中間纖維的成分與分布

IF成分比MF、MT復(fù)雜，具有組織特異性

IF在形態(tài)上相似，而化學(xué)組成有明顯差別◆中間纖維的類(lèi)型與分布◆中間纖維蛋白表達(dá)的組織特異性第36頁(yè)/共80頁(yè)中間纖維的功能◆增強(qiáng)細(xì)胞抗機(jī)械壓力的能力◆角蛋白纖維參與橋粒的形成和維持

◆結(jié)蛋白纖維維持肌肉細(xì)胞收縮裝置◆神經(jīng)元纖維參與神經(jīng)細(xì)胞軸突運(yùn)輸◆中間纖維參與傳遞細(xì)胞內(nèi)分子信息◆中間纖維與mRNA運(yùn)輸和定位有關(guān)第37頁(yè)/共80頁(yè)第二節(jié)細(xì)胞核骨架●核基質(zhì)（nuclearmatrix）●染色體骨架●核纖層（nuclearlamina）第38頁(yè)/共80頁(yè)一、核基質(zhì)（nuclearmatrix）

●形態(tài)結(jié)構(gòu)●成分●核骨架結(jié)合序列●核骨架的功能第39頁(yè)/共80頁(yè)形態(tài)結(jié)構(gòu)◆研究核骨架的分級(jí)抽提方法 非離子去垢劑溶解膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，胞質(zhì)中可溶性成分隨之流失；再用Tween40和脫氧膽酸鈉處理，胞質(zhì)中的微管、微絲與一些蛋白結(jié)構(gòu)被溶去，胞質(zhì)中只有中間纖維網(wǎng)能完好存留；用核酸酶與硫酸銨處理，染色質(zhì)中DNA、RNA和組蛋白被抽提，核內(nèi)呈現(xiàn)一個(gè)精細(xì)發(fā)達(dá)的核骨架網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合非樹(shù)脂包埋去包埋劑電鏡制樣方法，可清晰顯示核骨架中間纖維結(jié)構(gòu)體系第40頁(yè)/共80頁(yè)成分

核骨架不象胞質(zhì)骨架那樣由非常專(zhuān)一蛋白組成，核骨架成分比較復(fù)雜，主要成分是核骨架蛋白及骨架結(jié)合蛋白，并含有少量RNA◆核骨架蛋白◆骨架結(jié)合蛋白◆其他蛋白第41頁(yè)/共80頁(yè)核骨架結(jié)合序列◆DNA序列中的核骨架結(jié)合序列（matrixassociatedregion，

MAR），這部分DNA與核骨架蛋白的結(jié)合，在基因表達(dá)中有調(diào)控作用◆核骨架結(jié)合序列的基本特征

◆MAR的功能

·通過(guò)與核骨架蛋白結(jié)合，將DNA放射環(huán)錨定核骨架上

·作為許多功能性基因調(diào)控蛋白的結(jié)合位點(diǎn)第42頁(yè)/共80頁(yè)核骨架結(jié)合序列的基本特征·富含AT·富含DNA解旋元件（DNAunwindingelements）·富含反向重復(fù)序列（invertedrepeats）

·含有轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)第43頁(yè)/共80頁(yè)核骨架的功能

◆DNA復(fù)制

◆基因表達(dá)

真核中RNA轉(zhuǎn)錄和加工均與核骨架有關(guān)，有

轉(zhuǎn)錄活性的基因是結(jié)合在核骨架上的；RNA

聚合酶在核骨架上具有結(jié)合位點(diǎn)

◆病毒復(fù)制◆染色體構(gòu)建第44頁(yè)/共80頁(yè)二、染色體骨架●染色體骨架與放射環(huán)模型●染色體骨架的成分

●染色體骨架與核基質(zhì)的關(guān)系第45頁(yè)/共80頁(yè)三、核纖層（nuclearlamina）●核纖層分布與形態(tài)結(jié)構(gòu)

●成分——核纖層蛋白（lamin）●核纖層蛋白與中間纖維的關(guān)系

●核纖層蛋白在細(xì)胞分化中的表達(dá)

●核纖層在細(xì)胞周期中的變化

●核纖層的功能

第46頁(yè)/共80頁(yè)成分——核纖層蛋白（lamin）◆哺乳動(dòng)物和鳥(niǎo)類(lèi)細(xì)胞

核纖層蛋白A

核纖層蛋白B

核纖層蛋白C第47頁(yè)/共80頁(yè)核纖層蛋白與中間纖維的關(guān)系◆核纖層蛋白與中間纖維之間的共同點(diǎn)

·兩者均形成10nm纖維

·兩者均能抵抗高鹽和非離子去垢劑的抽提

·某些抗中間纖維抗體能與核纖層蛋白發(fā)生交叉反應(yīng)

·laminA和C的cDNA克隆核纖層蛋白氨基酸序列與

中間纖維高度保守螺旋區(qū)有高度的同源性，說(shuō)明

核纖層蛋白很可能是一種中間纖