細(xì)胞課件 6細(xì)胞骨架及運(yùn)動

細(xì)胞骨架北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)系李揚(yáng)細(xì)胞骨架第一節(jié)微管系統(tǒng)第二節(jié)微絲系統(tǒng)第三節(jié)中等纖維第四節(jié)馬達(dá)蛋白第五節(jié)細(xì)胞內(nèi)運(yùn)動以及細(xì)胞運(yùn)動微絲，又叫肌動蛋白纖維，是由肌動蛋白構(gòu)成的兩股螺旋形成的細(xì)絲，普遍存在于真核細(xì)胞中微管，是由微管蛋白單體構(gòu)成的基本組件形成的中空的管狀結(jié)構(gòu)。普遍存在于真核細(xì)胞中中間纖維，又叫中間絲，粗細(xì)位于微絲和肌球蛋白粗絲之間，普遍存在于真核細(xì)胞中，是三種骨架系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的一種概述細(xì)胞骨架的概念：是指真核細(xì)胞中由蛋白纖維構(gòu)成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系，主要組成：微管(Microtubule,MT)、微絲(Microfilament,MF)和中等纖維(Intermediatefilament,IF)以及功能各異的結(jié)合蛋白質(zhì)組成。細(xì)胞骨架的功能:維持細(xì)胞形態(tài)；保持細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性；參與細(xì)胞運(yùn)動、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞分裂、信息轉(zhuǎn)導(dǎo)等生命活動。概述廣義的細(xì)胞骨架：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)，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)。狹義的細(xì)胞骨架：僅指細(xì)胞質(zhì)骨架，它們均由單體蛋白構(gòu)成纖維型多聚體，很容易進(jìn)行組裝和去組裝。主要包括微管、微絲和中等纖維。概述細(xì)胞骨架常用的研究方法電鏡技術(shù)：超高壓電鏡、掃描電鏡等顯示細(xì)胞骨架的各種細(xì)絲的立體圖像；酶消化技術(shù)：選擇地抽取細(xì)胞骨架的成分；免疫熒光顯微技術(shù)：對細(xì)胞骨架研究起到推動作用。概述(c)IF(vimentin)(a)MT(tubulin)概述(b)MF(phalloidin)第一節(jié)微管(Microtubules)一、微管的結(jié)構(gòu)組成與極性二、微管的組裝和去組裝三、微管組織中心四、微管結(jié)合蛋白五、微管的功能六、藥物對微管的影響一、微管的結(jié)構(gòu)組成與極性微管的結(jié)構(gòu)組成：是真核細(xì)胞中重要的細(xì)胞骨架成分。有穩(wěn)定的MT和不穩(wěn)定的MT之分。形態(tài)上呈中空的管狀結(jié)構(gòu)，其外徑為24nm，內(nèi)徑為15nm。長度變化很大。在多數(shù)細(xì)胞中呈放射狀分布。一、微管的結(jié)構(gòu)組成與極性微管是由微管蛋白亞基組裝而成。、-微管蛋白結(jié)合而成的異二聚體。-異二聚體是細(xì)胞內(nèi)游離態(tài)微管蛋白的主要存在形式，也是微管組裝的基本結(jié)構(gòu)單位。-異二聚體-微管蛋白：含有一個GTP結(jié)合位點(diǎn)，但該位點(diǎn)的GTP通常不發(fā)生水解，因而被稱為不可交換位點(diǎn)(nonexchangablesite,N-site)。-微管蛋白：也含有一個GTP結(jié)合位點(diǎn)，該GTP在微管蛋白二聚體參與組裝成微管后，可水解為GDP。當(dāng)微管去組裝后，-微管蛋白上的GDP可以被細(xì)胞質(zhì)中的GTP所替換，然后再參與微管的組裝。故該GTP的結(jié)合位點(diǎn)被稱為可交換位點(diǎn)(exchangeablesite,E-site)。此外，微管蛋白上還有二價陽離子結(jié)合位點(diǎn)，一個秋水仙素結(jié)合位點(diǎn)，一個長春堿結(jié)合位點(diǎn)。-異二聚體一、微管的結(jié)構(gòu)組成與極性-異二聚體頭尾相接,形成細(xì)長的原纖維(protofilament),13根原纖維縱向排列組成微管的壁。一、微管的結(jié)構(gòu)組成與極性2.微管的極性：每根原纖維在微管的一端是-微管蛋白，而另一端是-微管蛋白，因此每條原纖維兩端都是不對稱的，從而使整根微管在結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)極性狀態(tài)。一、微管的結(jié)構(gòu)組成與極性結(jié)構(gòu)上的不對稱導(dǎo)致微管組裝時，-異二聚體在兩端的聚合速度明顯不同。通常將組裝快的一端稱為正極(plusend)，而另一端稱為負(fù)極(minusend)。-微管蛋白朝向正極。一、微管的結(jié)構(gòu)組成與極性典型的微管正極朝向外圍，而負(fù)極錨定在微管組織中心。3.微管的類型：從結(jié)構(gòu)上看，微管有三種類型：存在方式組成原纖維的管數(shù)穩(wěn)定性分布單管131不穩(wěn)定質(zhì)膜下、紡錘體二聯(lián)管13+109×2＋2穩(wěn)定纖毛、鞭毛的根部三聯(lián)管13+10+109×3穩(wěn)定纖毛、鞭毛的基部、中心粒ABBAC一、微管的結(jié)構(gòu)組成與極性不穩(wěn)定并隨著細(xì)胞周期各個時相而發(fā)生變化常溫條件下MT聚合，低于4CMT解聚；秋水仙素、長春堿阻止MT聚合；有絲分裂期：MT形成紡錘體，子細(xì)胞出現(xiàn)紡錘體消失。熒光電鏡照片顯示紡錘體1.單管的特點(diǎn)2.二聯(lián)管的特點(diǎn)穩(wěn)定，不受溫度、秋水仙素和長春堿的影響；由9對二聯(lián)體微管和兩個中央微管組成。二聯(lián)體微管和三聯(lián)體微管最穩(wěn)定；由9組三聯(lián)體微管組成，每組微管斜向排列，略似風(fēng)車的旋翼。如中心體。中心體由兩個互相垂直的中心粒和周圍基質(zhì)(中心球)組成。中心體具有確定細(xì)胞分裂極的作用。3、三聯(lián)管的特點(diǎn)第一節(jié)微管(Microtubules)一、微管的結(jié)構(gòu)組成與極性二、微管的組裝和去組裝三、微管組織中心四、微管結(jié)合蛋白五、微管的功能六、藥物對微管的影響二、微管的組裝和去組裝微管的體外組裝：分為成核和延伸兩個階段。一些微管蛋白二聚體首先縱向聚合形成短的絲狀結(jié)構(gòu)，即成核反應(yīng)；然后在兩端以及側(cè)面增加二聚體而擴(kuò)展成片狀；當(dāng)片狀聚合物加寬到13根原纖維時，即合攏成為一段微管。新的微管蛋白二聚體不斷組裝到這段微管的兩端，使之延長。原纖維的形成片狀微管的形成微管的延長二、微管的組裝和去組裝微管的組裝與其底物(攜帶GTP的-異二聚體)的濃度有關(guān)：底物濃度較高時，在微管的末端組裝速度快，使微管延長；當(dāng)二聚體結(jié)合到微管末端后，-微管蛋白上的GTP會水解成GDP。GDP形式微管蛋白與微管的末端親和性較小，容易從其末端脫落而使微管解聚。通常微管蛋白的負(fù)極端組裝速度較慢，而-微管蛋白的正極端組裝較快。二、微管的組裝和去組裝GTP-帽(GTP-cap)：當(dāng)組裝體系中結(jié)合GTP的-異二聚體濃度高時，微管的組裝速度大于微管末端GTP水解速度，可以在微管的末端形成一段結(jié)合GTP的帽子，從而使微管穩(wěn)定地延伸。二、微管的組裝和去組裝當(dāng)?shù)孜餄舛认陆禃r，在微管末端的聚合速度下降，-微管蛋白上的GTP水解速度相對增加，導(dǎo)致微管末端發(fā)生去組裝，表現(xiàn)出動力學(xué)不穩(wěn)定性。二、微管的組裝和去組裝踏車行為(treadmilling)：當(dāng)組裝體系內(nèi)底物的濃度接近臨界濃度時，在同一根微管上，正極的裝配速度和負(fù)極的解聚速度相同時，微管的長度保持不變，把這種現(xiàn)象稱為。二、微管的組裝和去組裝細(xì)胞內(nèi)微管的組裝和去組裝在時間和空間上是高度有序的。間期細(xì)胞中，微管與微管蛋白亞基庫處于相對平衡狀態(tài)；有絲分裂過程中，微管的組裝和去組裝受細(xì)胞內(nèi)一些因子的調(diào)控，使微管的分布狀態(tài)發(fā)生顯著變化：有絲分裂前期，細(xì)胞內(nèi)微管網(wǎng)絡(luò)解聚，游離的微管蛋白亞基被用于組裝成紡錘體微管；分裂末期，這一過程發(fā)生逆轉(zhuǎn)。細(xì)胞內(nèi)微管的組裝都起源于某一特殊位點(diǎn)。二、微管的組裝和去組裝第一節(jié)微管(Microtubules)一、微管的結(jié)構(gòu)組成與極性二、微管的組裝和去組裝三、微管組織中心四、微管結(jié)合蛋白五、微管的功能六、藥物對微管的影響微管組織中心(microtubuleorganizingcenters,MTOC)：在活細(xì)胞內(nèi)，能夠起始微管的成核作用，并使之延伸的細(xì)胞結(jié)構(gòu)稱為。中心體鞭毛和纖毛的基體著絲點(diǎn)三、微管組織中心1.中心體(Centriole)動物細(xì)胞間期的微管通常都是從中心體開始生長。電鏡下可見，中心體微管是在中心粒外周物質(zhì)區(qū)域成核。1.中心體(Centriole)-微管位于MTOC，對MT的形成及MT極性的確定起重要作用。微管蛋白結(jié)合到微管蛋白上，確定微管結(jié)合方向。-異二聚體逐漸加上去，使MT延長。1.中心體(Centriole)1.中心體(Centriole)Addcolcemidorcoolto0CDepolymerizationofMTRemovecolcemidorwarmto37CAdditionoftubulinat(+)endsofMTElongationofMTInterphasecellNucleusCentrioleMTOC在細(xì)胞內(nèi)并不是所有的微管都與中心體相連。神經(jīng)元軸突內(nèi)部一些微管起源于軸突內(nèi)的某一位置，而并不連接到中心體上。在樹突內(nèi)部，約有50%的微管正極指向細(xì)胞體。1.中心體(Centriole)2.基體鞭毛和纖毛內(nèi)部的微管起源于其基部稱為基體的結(jié)構(gòu)。3.著絲點(diǎn)第一節(jié)微管(Microtubules)一、微管的結(jié)構(gòu)組成與極性二、微管的組裝和去組裝三、微管組織中心四、微管結(jié)合蛋白五、微管的功能六、藥物對微管的影響四、微管結(jié)合蛋白

(microtubuleassociatedproteins，MAPs)

概念：在微管體系中，有一些蛋白始終伴隨著微管的組裝和去組裝而存在，將這類蛋白稱之為MAPs。根據(jù)MAPs在電泳時所顯示的條帶不同，依次命名為MAP1、MAP2、MAP3、MAP4、tau蛋白等。MAPs通常都是單基因編碼，具有一個或數(shù)個與微管結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，具有穩(wěn)定微管的作用，其余的結(jié)構(gòu)域突出于微管的表面，與相鄰的微管作用，對微管網(wǎng)絡(luò)的分布和功能進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如：MAP2：位于神經(jīng)元的胞體和樹突內(nèi)；Tau蛋白則存在于軸突內(nèi)部。

四、微管結(jié)合蛋白

(microtubuleassociatedproteins，MAPs)MAP2orTau蛋白第一節(jié)微管(Microtubules)一、微管的結(jié)構(gòu)組成與極性二、微管的組裝和去組裝三、微管組織中心四、微管結(jié)合蛋白五、微管的功能六、藥物對微管的影響五、微管的功能支架作用：細(xì)胞中的微管就像混凝土中的鋼筋一樣，起支撐作用在培養(yǎng)的細(xì)胞中，微管呈放射狀排列在核外，(+)端指向質(zhì)膜，形成平貼在培養(yǎng)皿上的形狀。在神經(jīng)細(xì)胞的軸突和樹突中，微管束沿長軸排列，起支撐作用，在胚胎發(fā)育階段幫助軸突生長，突入周圍組織，在成熟的軸突中，微管是物質(zhì)運(yùn)輸?shù)穆奋墶Ｎ?、微管的功能?xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸：微管起細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)穆奋壸饔茫茐奈⒐軙种萍?xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸。與微管結(jié)合而起運(yùn)輸作用的馬達(dá)蛋白有兩大類：驅(qū)動蛋白kinesin，動力蛋白dynein，兩者均需ATP提供能量。五、微管的功能形成紡錘體作用是在分裂細(xì)胞中牽引染色體到達(dá)分裂極。纖毛與鞭毛的運(yùn)動纖毛和鞭毛的運(yùn)動是依靠動力蛋白(dynein)水解ATP，使相鄰的二聯(lián)微管相互滑動。男性不育癥是由于精子沒有活力造成的。這種病人同時還患有慢性支氣管炎，主要是因?yàn)槭潜廾屠w毛沒有動力蛋白臂，不能排出侵入肺部的粒子。

第一節(jié)微管(Microtubules)一、微管的結(jié)構(gòu)組成與極性二、微管的組裝和去組裝三、微管組織中心四、微管結(jié)合蛋白五、微管的功能六、藥物對微管的影響六、藥物對微管的影響秋水仙素(Cochicine)和Nocodazole(諾可脞)能結(jié)合到游離的微管蛋白二聚體上，抑制微管的組裝，但不影響微管的解聚。紫杉醇(Taxol):

通過結(jié)合-微管蛋白增強(qiáng)微管的穩(wěn)定性，但不影響新的微管進(jìn)行組裝。結(jié)果是微管不停地組裝，而不會解聚，最終使細(xì)胞周期的運(yùn)行被終止。第二節(jié)微絲(Microfilament，MF)一、肌動蛋白(actin)二、微絲結(jié)構(gòu)及組裝三、微絲結(jié)合蛋白四、微絲的功能五、藥物對微絲的影響微絲又稱為肌動蛋白絲(actinfilament)或纖維狀肌動蛋白(fibrousactin,F-actin)。微絲在細(xì)胞的生命活動過程中發(fā)揮著重要的作用。微絲具有穩(wěn)定和不穩(wěn)定兩種狀態(tài)肌肉細(xì)胞及少數(shù)非肌性細(xì)胞為穩(wěn)定型。例如：小腸上皮細(xì)胞的微絨毛等。大部分非肌細(xì)胞為不穩(wěn)定型。例如：胞質(zhì)分裂的縊縮環(huán)等。第二節(jié)微絲(Microfilament，MF)微絲的主要成分是肌動蛋白。肌動蛋白在細(xì)胞內(nèi)有兩種存在方式：1.肌動蛋白蛋白又稱球狀肌動蛋白(globularactin，G-actin)2.纖維狀肌動蛋白(fibrousactin，F(xiàn)-actin)：是由G-actin聚合形成的多聚體。一、肌動蛋白(actin)G-actinG-actin呈碟狀結(jié)構(gòu)，由四個結(jié)構(gòu)域組成。中央有一個裂口。裂口內(nèi)部有ATP結(jié)合位點(diǎn)和Mg2+結(jié)合位點(diǎn)。分子量為43kDa；結(jié)構(gòu)上G-actin具有極性。正極負(fù)極負(fù)極正極G-actinG-actin在生物進(jìn)化過程中高度保守。在哺乳動物和鳥類細(xì)胞中至少已分離到六種肌動蛋白：四種為-肌動蛋白，存在于各種肌性細(xì)胞中；另兩種為-和-肌動蛋白，存在于肌性和非極性細(xì)胞中。電鏡下可見微絲是一條直徑為7nm的扭鏈，呈雙股螺旋。每條絲都是由G-actin頭尾相連呈螺旋狀排列而成，螺距為36nm。肌動蛋白分子上的裂口使得該蛋白本身在結(jié)構(gòu)上具有不對稱性。從而使微絲在結(jié)構(gòu)上具有極性。具有裂口的一端為負(fù)極，而另一端為正極。F-actinF-actin負(fù)極正極第二節(jié)微絲(Microfilament，MF)一、肌動蛋白(actin)二、微絲的結(jié)構(gòu)及組裝三、微絲結(jié)合蛋白四、微絲的功能五、藥物對微絲的影響(一)微絲的組裝過程(二)微絲組裝中ATP的作用二、微絲的結(jié)構(gòu)及組裝在體外，微絲的組裝/去組裝與溶液中所含肌動蛋白單體的狀態(tài)(結(jié)合ATP或ADP)、濃度及離子的種類等參數(shù)有關(guān)。只有結(jié)合ATP-actin才能參與微絲的組裝。Ca2+以及較低濃度Na+、K+時，微絲趨于解聚成G-actin；Mg2+以及較高濃度的Na+、K+時，G-actin則趨向于組裝成F-actin。(一)微絲的組裝過程(一)微絲的組裝過程經(jīng)歷兩個階段：1.成核期(nucleationphase)：又稱為延遲期，G-actin先聚合成短的不穩(wěn)定的寡聚體，當(dāng)聚合體達(dá)到一定的長度(3或4個亞單位)時就形成了穩(wěn)定的種子，或者叫核。2.生長期(growthphase)：G-actin不斷地結(jié)合到核心的兩端，使微絲延長。聚合快的一端稱為正極，聚合慢的一端稱為負(fù)極。(一)微絲的組裝過程ATP-actin對纖維末端的親和力高，使纖維延長；ADP-actin對纖維末端的親和力低，容易從末端脫落，使纖維縮短。(二)微絲組裝中ATP的作用當(dāng)ATP-actin濃度高時，微絲快速生長，在微絲末端形成一連串的ATP-actin，稱為ATP帽；當(dāng)ATP-actin濃度下降時，微絲結(jié)合的ATP就變成了ADP，當(dāng)ADP-actin暴露出來后，微絲就開始去組裝而變短。(二)微絲組裝中ATP的作用當(dāng)ATP-actin處于臨界濃度時，ATP-actin可能繼續(xù)在(+)端添加、而在(-)端開始分離，表現(xiàn)出一種“踏車”現(xiàn)象。(二)微絲組裝中ATP的作用第二節(jié)微絲(Microfilament，MF)一、肌動蛋白(actin)二、微絲的結(jié)構(gòu)及組裝三、微絲結(jié)合蛋白四、微絲的功能五、藥物對微絲的影響三、微絲結(jié)合蛋白微絲結(jié)合蛋白調(diào)節(jié)細(xì)胞肌動蛋白纖維的動態(tài)和組織，這些蛋白可分為：(一)肌動蛋白單體結(jié)合蛋白(二)肌動蛋白纖維加帽蛋白(三)切斷肌動蛋白纖維的蛋白(四)肌動蛋白纖維交聯(lián)蛋白(五)側(cè)面結(jié)合蛋白(六)銜接子蛋白(adapterprotein)Fascin為成束蛋白；Filamin為細(xì)絲蛋白；

Vinculin為紐蛋白；-actinin為-輔肌動蛋白微絨毛結(jié)構(gòu)模式圖

Fimbrin為毛緣蛋白Villin為絨毛蛋白第二節(jié)微絲(Microfilament，MF)一、肌動蛋白(actin)二、微絲的結(jié)構(gòu)及組裝三、微絲結(jié)合蛋白四、微絲的功能五、藥物對微絲的影響四、微絲的功能1.形成應(yīng)力纖維(stressfiber)：培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞中具有豐富的應(yīng)力纖維，并通過粘著斑固定在基質(zhì)上。在體內(nèi)應(yīng)力纖維使細(xì)胞具有抗剪切力。培養(yǎng)的上皮細(xì)胞中的應(yīng)力纖維(微絲紅色、微管綠色)四、微絲的功能2.形成微絨毛3.參與細(xì)胞的各種運(yùn)動偽足的伸展、細(xì)胞的運(yùn)動和吞噬作用；膜泡的運(yùn)輸：微絲是肌球蛋白(依賴于微絲的分子馬達(dá))運(yùn)行的軌道。肌肉收縮：微絲和肌球蛋白纖維形成穩(wěn)定的收縮器官——肌肉。4.參與胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂第二節(jié)微絲(Microfilament，MF)一、肌動蛋白(actin)二、微絲的結(jié)構(gòu)及組裝三、微絲結(jié)合蛋白四、微絲的功能五、藥物對微絲的影響五、藥物對微絲的影響細(xì)胞松弛素(cytochalasin,常用B和D兩類)：可以通過封閉F肌動蛋白的正極端而使肌動蛋白纖維解聚。鬼筆環(huán)肽(phalloidin)：只結(jié)合于F肌動蛋白，具有穩(wěn)定微絲的作用。熒光標(biāo)記的鬼筆環(huán)肽常用于肌動蛋白纖維染色。簡述微絲和微管的結(jié)構(gòu)與分子組成。微管具有哪些主要的生物學(xué)功能？舉例說明微絲具有哪些生物學(xué)功能？簡述作用于微管和微絲的特異性藥物。思考題第三節(jié)中等纖維

(Intermediatefilaments,IF)中等纖維又稱為中間絲或中間纖維。分布最廣泛在細(xì)胞質(zhì)中：IF通常圍繞細(xì)胞核開始組裝，并延伸到細(xì)胞邊緣與細(xì)胞質(zhì)膜上的細(xì)胞連接——橋粒、半橋粒結(jié)構(gòu)相連。通過細(xì)胞連接，IF將相鄰的細(xì)胞連成一體。上皮細(xì)胞中的角質(zhì)纖維第三節(jié)中等纖維

(Intermediatefilaments,IF)分布最廣泛：在細(xì)胞核中，一類特殊的IF蛋白家族成員構(gòu)成的核纖層以正交網(wǎng)絡(luò)形式分布，緊貼在核膜內(nèi)側(cè)，具有加固核膜的作用，并且在間期細(xì)胞中對染色體結(jié)構(gòu)的組織有重要的作用。指甲和頭發(fā)的主要成分是由一些特殊的中間纖維組成的。電鏡下觀察核纖層的結(jié)構(gòu)一、中等纖維的主要類型及組織特異性二、中等纖維的分子結(jié)構(gòu)與組裝三、中等纖維的相關(guān)蛋白四、中等纖維的功能第三節(jié)中等纖維

(Intermediatefilaments,IF)一、中等纖維的主要類型及組織特異性根據(jù)IF蛋白的aa序列、基因結(jié)構(gòu)、組裝特性以及在發(fā)育過程中組織特異性表達(dá)模式，將IF分為6種主要類型。不同來源的組織和細(xì)胞表達(dá)不同類型的IF蛋白。在人類基因組中至少包含67種不同的IF蛋白基因，組成了人類基因組中最大的基因家族之一。型別IF種類細(xì)胞定位組織分布I&III型酸性角蛋白纖維和II型中性和堿性角蛋白纖維(keratin)細(xì)胞質(zhì)上皮細(xì)胞III波形蛋白(vimentin)細(xì)胞質(zhì)中胚層來源的細(xì)胞以及體外培養(yǎng)的細(xì)胞III結(jié)蛋白(desmin)細(xì)胞質(zhì)肌細(xì)胞III膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glialfilamentacidicprotein,GFAP)細(xì)胞質(zhì)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞IV神經(jīng)元纖維(NF-L,NF-M,NF-H)細(xì)胞質(zhì)神經(jīng)元V核纖層細(xì)胞核大部分細(xì)胞VI巢蛋白(nestin)細(xì)胞質(zhì)多樣的異質(zhì)來源VI微管卷曲蛋白等細(xì)胞質(zhì)肌細(xì)胞一、中等纖維的主要類型及組織特異性二、中等纖維的分子結(jié)構(gòu)與組裝1.IF的分子結(jié)構(gòu)：每一類型的IF都有獨(dú)特的氨基酸序列。單體是纖維狀蛋白：中央是螺旋桿狀區(qū)，約300aa殘基，高度保守；兩端是非螺旋的頭部(N端)和尾部(C端)，呈球形，有不同的aa組成和化學(xué)性質(zhì)。IF的多樣性取決于頭部和尾部的多樣性。二、中等纖維的分子結(jié)構(gòu)與組裝2.IF的組裝：與MT和MF不同，IF蛋白在合適的緩沖體系中能自組裝成10nm的絲狀結(jié)構(gòu)，而其組裝過程中不需要ATP或GTP提供能量。N-端結(jié)構(gòu)域在大多數(shù)的IF組裝中都起著重要的作用。C-端結(jié)構(gòu)域能影響纖維的穩(wěn)定性。二、中等纖維的分子結(jié)構(gòu)與組裝首先兩個單體同向排列形成雙股螺旋的二聚體；可以是同型二聚體，如波形蛋白等，也可以是異性二聚體，如角蛋白纖維。兩個二聚體反向平行和半分子交錯形式組裝成四聚體。四聚體為IF組裝的最小的結(jié)構(gòu)蛋白(又稱為亞單位，2nm)；沒有極性。二、中等纖維的分子結(jié)構(gòu)與組裝兩個亞單位配對、再首尾相接就形成了原纖維(4nm)；四根原纖維組裝成一根直徑10nm的IF。IF的主干是由桿狀區(qū)構(gòu)成的，其N端和C端除了在IF的組裝過程中發(fā)揮作用外，還是與其他結(jié)構(gòu)組分相互作用的主要位點(diǎn)。無極性A：核纖層蛋白分子的電鏡圖；B：負(fù)染的角蛋白纖維電鏡圖C：中等纖維的結(jié)構(gòu)模式圖：中等纖維的結(jié)構(gòu)多股鋼絲繩狀二、中等纖維的分子結(jié)構(gòu)與組裝組裝的特點(diǎn)：IF蛋白亞基可以在已經(jīng)存在的IF多個位點(diǎn)加入(MT和MF僅僅在末端加入)。IF的動態(tài)變化：用胰蛋白酶處理培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞，在細(xì)胞變圓的同時，IF網(wǎng)絡(luò)解聚，除去胰蛋白酶后，新的IF從細(xì)胞核周圍開始組裝，并向細(xì)胞邊緣延伸。有絲分裂期：IF的組裝和去組裝與IF蛋白亞基的磷酸化和去磷酸化有關(guān)，如核纖層。在細(xì)胞分化過程中，IF類型隨著細(xì)胞的分化過程而發(fā)生變化。

三、中等纖維的相關(guān)蛋白很多蛋白質(zhì)可與IF結(jié)合并將它們與細(xì)胞膜和其它細(xì)胞骨架組分相連接。整合膜蛋白把核纖層蛋白連接在核膜上。絲聚蛋白(filaggrin)：幫助角蛋白纖維聚集在皮膚的上皮層。神經(jīng)元中BPAG1的剪接異構(gòu)體BPAG1n：含有與微絲結(jié)合的α輔肌動蛋白同源結(jié)構(gòu)域，使神經(jīng)絲與微絲發(fā)生交聯(lián)。網(wǎng)蛋白(plectin)：使IF彼此交聯(lián)，并使IF與質(zhì)膜、微管和微絲相連。橋粒斑蛋白(desmoplakin)連接角蛋白和橋粒。四、中等纖維的功能從細(xì)胞水平看，IF在細(xì)胞內(nèi)形成一個完整的網(wǎng)絡(luò)支撐系統(tǒng)。在肌肉中，結(jié)蛋白在維持肌肉的完整性上發(fā)揮了作用。角蛋白是皮膚中最主要的蛋白質(zhì)，在皮膚中角蛋白與大量的橋粒和半橋粒相連形成密集的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而穩(wěn)定上皮細(xì)胞。遺傳性疾病單純性大泡性表皮松懈癥:表達(dá)有缺陷的細(xì)胞角質(zhì)蛋白,輕微擠壓使基底細(xì)胞破壞,出現(xiàn)水皰單純性大皰性表皮松懈癥馬達(dá)蛋白為胞內(nèi)組分的運(yùn)動提供動力，使它們能夠沿著微絲和微管朝向其兩極運(yùn)動。迄今為止只發(fā)現(xiàn)三種馬達(dá)蛋白家族：一、依賴于微絲的馬達(dá)蛋白肌球蛋白(myosin)二、依賴于微管的馬達(dá)蛋白驅(qū)動蛋白(kinesin)動力蛋白(dynein)第四節(jié)馬達(dá)蛋白(motorprotein)一、肌球蛋白：依賴微絲的馬達(dá)蛋白屬于馬達(dá)蛋白，可利用ATP產(chǎn)生機(jī)械能，沿著MF進(jìn)行運(yùn)動。最早肌球蛋白發(fā)現(xiàn)于肌肉組織(myosinII)，以后逐漸發(fā)現(xiàn)許多非肌細(xì)胞也存在肌球蛋白。目前已經(jīng)鑒定的肌球蛋白有18個家族。共同特征：都含有一個作為馬達(dá)結(jié)構(gòu)域的頭部。肌球蛋白的馬達(dá)結(jié)構(gòu)域包含一個微絲結(jié)合位點(diǎn)和一個具有ATP酶活性的結(jié)合位點(diǎn)。尾部差異很大，但每一家族中各肌球蛋白的尾部又是高度同源的。

肌球蛋白頭部的原子結(jié)構(gòu)A:肽鏈主鏈的帶狀圖；B：空間結(jié)構(gòu)模型；ELC為結(jié)構(gòu)輕鏈；RLC為調(diào)節(jié)輕鏈根據(jù)肌球蛋白分子結(jié)構(gòu)上的差異，習(xí)慣上將II型肌球蛋白稱為傳統(tǒng)型的肌球蛋白，此外還有非傳統(tǒng)型的肌球蛋白，其中研究比較多的是I型、II型和V型。一、肌球蛋白：依賴微絲的馬達(dá)蛋白II型肌球蛋白存在于多種細(xì)胞中；在肌性細(xì)胞中，II型肌球蛋白組裝成肌原纖維的粗絲。在非肌性細(xì)胞中，II型肌球蛋白參與胞質(zhì)分裂過程中收縮環(huán)的形成和張力纖維的活動。1.II型肌球蛋白(myosin)形態(tài)：單體呈黃豆芽狀，由兩個橢圓形的頭部和一根長桿狀的尾組成。頭部：即馬達(dá)結(jié)構(gòu)域。具有ATP酶活性位點(diǎn)和actin結(jié)合位點(diǎn)，并結(jié)合ELC和RLC氫鏈。尾部：由兩條重鏈相互盤繞形成一個雙股螺旋。II型肌球蛋白單體的結(jié)構(gòu)模式圖1.II型肌球蛋白(myosin)肌球蛋白分子之間尾對尾向相反方向排列形成雙極性的肌球蛋白絲。肌細(xì)胞內(nèi)：肌球蛋白組裝成粗絲。粗約10nm的粗絲?？膳c微絲相互作用，使肌肉產(chǎn)生收縮。非肌細(xì)胞內(nèi)：常由2030個肌球蛋白組成肌球蛋白絲，但極不穩(wěn)定；1.II型肌球蛋白(myosin)雙極性的肌球蛋白絲結(jié)構(gòu)模式圖(肌肉細(xì)胞特有)肌小節(jié)的結(jié)構(gòu)模式圖2.非傳統(tǒng)型肌球蛋白在很多其他的細(xì)胞中分離出一些列與II型肌球蛋白不同的肌球蛋白，稱為。I型：只有一個頭部(馬達(dá)結(jié)構(gòu)域)。參與囊泡運(yùn)輸、參與細(xì)胞形狀的改變。V型：具有兩個頭部(馬達(dá)結(jié)構(gòu)域)。V型肌球蛋白的兩個頭部交替與微絲結(jié)合可以確保整個分子以及所運(yùn)載的“貨物”始終不與微絲脫離。

I型和V型肌球蛋白的結(jié)構(gòu)模式圖

I型肌球蛋白：由一條重鏈和一條輕鏈組成；

V型肌球蛋白：由兩條重鏈和兩條輕鏈組成。I型肌球蛋白參與改變細(xì)胞的形態(tài)+-+++真核細(xì)胞中型和II型肌球蛋白的一些功能ABC二、依賴微管的馬達(dá)蛋白——驅(qū)動蛋白(二)驅(qū)動蛋白(kinesin)：在生物進(jìn)化過程中形成了九個驅(qū)動蛋白家族，各家族成員都具有一個保守的馬達(dá)結(jié)構(gòu)域。利用ATP水解釋放的能量沿微管運(yùn)輸不同的組分。典型的驅(qū)動蛋白分子結(jié)構(gòu)典型的驅(qū)動蛋白的分子組成：兩條重鏈和兩條輕鏈；頭部：具有兩個球狀的馬達(dá)結(jié)構(gòu)域，有ATP和MT結(jié)合部位。尾部：是重鏈和輕鏈組成的扇形的尾部，可攜帶運(yùn)輸小泡。頸部：是重鏈組成的桿狀區(qū)。驅(qū)動蛋白的結(jié)構(gòu)A.典型的驅(qū)動蛋白多肽序列的結(jié)構(gòu)域B.其結(jié)構(gòu)含有兩個頭部和卷曲螺旋尾部，輕鏈結(jié)合在遠(yuǎn)端馬達(dá)結(jié)構(gòu)域多位于肽鏈的N端，少數(shù)位于C端或在多肽鏈中間。位于N端：驅(qū)動蛋白沿微管向正極方向移動(大多數(shù))。位于C端：驅(qū)動蛋白沿微管向負(fù)極方向運(yùn)動。位于中間：驅(qū)動蛋白則不移動。二、依賴微管的馬達(dá)蛋白——驅(qū)動蛋白驅(qū)動