第七章 細(xì)胞骨架課件

第七章

細(xì)胞骨架

生命科學(xué)學(xué)院劉永章第七章細(xì)胞骨架

微管（microtubules,MT）微絲（microfilament,MF）中間纖維（intermediatefilament,IF）

細(xì)胞運(yùn)動(dòng)機(jī)制第七章細(xì)胞骨架細(xì)胞骨架Cytoskeleton第七章細(xì)胞骨架細(xì)胞骨架的定義

細(xì)胞骨架(cytoskeleton)是由細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)成分組成的一個(gè)復(fù)合的網(wǎng)架系統(tǒng)，包括微管(microtubule)、微絲

(microfilament)和中間絲(intermediatefilament)。功能：維持細(xì)胞形態(tài)和區(qū)域化的網(wǎng)架，保持細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性；參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、參與物質(zhì)運(yùn)輸、參與細(xì)胞分裂、參與細(xì)胞內(nèi)信息傳遞等生命活動(dòng)密切相關(guān)。第七章細(xì)胞骨架第七章細(xì)胞骨架研究方法:1、電子顯微鏡技術(shù)（1）透射電鏡（2）超高壓電鏡（3）免疫電鏡（4）整裝電鏡技術(shù)（5）快速冷凍深度蝕刻技術(shù)2、免疫熒光顯微鏡技術(shù)3、活細(xì)胞熒光顯微成像技術(shù)第七章細(xì)胞骨架第七章細(xì)胞骨架第一節(jié)微管Microtubule,MT一、微管的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成

1、微管的形態(tài)結(jié)構(gòu)：微管呈中空?qǐng)A筒狀，能動(dòng)態(tài)組裝與去組裝，對(duì)低溫、高壓和秋水仙素等藥物敏感。10-15nm20-30nm第七章細(xì)胞骨架Afluorescentlystainedimageofculturedepithelialcellsshowingthenucleus(yellow)andmicrotubules(red)第七章細(xì)胞骨架2、微管的化學(xué)組成微管蛋白(tubulin)--80%

微管結(jié)合蛋白--20%

α-微管蛋白β-微管蛋白微管相關(guān)蛋白(microtubule-associatedproteins,MAPs)

微管聚合蛋白(Tau蛋白/ζ蛋白）第七章細(xì)胞骨架（1）微管蛋白(tubulin)αβGDP結(jié)合位點(diǎn)GTP結(jié)合位點(diǎn)微管蛋白以異二聚體(heterodimer)的形式存在,由α和β兩個(gè)亞單位組成。第七章細(xì)胞骨架α+βαβ二聚體αβ+αβ+…+αβ多聚體原纖維13條原纖維微管壁第七章細(xì)胞骨架第七章細(xì)胞骨架(2)微管結(jié)合蛋白

微管結(jié)合蛋白分為兩大類：

微管相關(guān)蛋白MAPs

微管聚合蛋白Tau蛋白與微管結(jié)合，并與微管蛋白共同組成微管系統(tǒng)。

主要功能：①促進(jìn)微管組裝。②增加微管穩(wěn)定性。③促進(jìn)微管聚集成束。第七章細(xì)胞骨架GTPMg2+秋水仙素長(zhǎng)春花堿等：(3)與微管結(jié)合的有關(guān)分子微管蛋白+GTP聚合成微管激活可阻斷微管組裝，破壞紡錘體。第七章細(xì)胞骨架

二、微管的類型singletdoublettriplet大多數(shù)微管鞭毛，纖毛中心體，基體第七章細(xì)胞骨架微管組成的細(xì)胞結(jié)構(gòu)1.中心粒(centriole)中心體(centrosome)=2個(gè)垂直的中心粒+周圍物質(zhì)第七章細(xì)胞骨架中心粒結(jié)構(gòu)短筒狀小體，成對(duì)存在且相互垂直。每個(gè)中心粒由9組三聯(lián)體微管斜向排列呈風(fēng)車狀包圍而成，為(9＋0)結(jié)構(gòu)微管組織中心（MTOC），參與有絲分裂。第七章細(xì)胞骨架第七章細(xì)胞骨架2.纖毛和鞭毛

鞭毛少而長(zhǎng)，纖毛短而多。9組二聯(lián)管+一對(duì)中央單管，（9+2）結(jié)構(gòu)。第七章細(xì)胞骨架鞭毛與纖毛軸絲以基體為MTOC組裝而成，基體結(jié)構(gòu)同中心粒。第七章細(xì)胞骨架在細(xì)胞中微管是一種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，微管與微管蛋白單體之間存在可逆的動(dòng)態(tài)平衡。

根據(jù)組裝與去組裝的速度不同可將微管分為：動(dòng)態(tài)微管，如紡錘體穩(wěn)定微管，如纖毛

三、微管的組裝和極性第七章細(xì)胞骨架微管的體外裝配：

極性裝配:13條原纖維（一段微管）二聚體

片狀或環(huán)狀核心

延長(zhǎng)在（＋）極端發(fā)生裝配使微管伸長(zhǎng)在（－）極端發(fā)生去組裝使微管縮短異二聚體首尾相接，組裝成的微管具有極性；-----踏車行為第七章細(xì)胞骨架第七章細(xì)胞骨架2.微管的體內(nèi)裝配：微管組織中心（microtubuleorganizingcenter,MTOC

）：活細(xì)胞內(nèi)微管組裝時(shí)總是以某部位為中心開始聚集，這個(gè)中心稱為微管組織中心,包括中心體、基體和著絲粒等。

裝配過(guò)程及極性規(guī)律同體外組裝。第七章細(xì)胞骨架3、作用于微管的特異性藥物特異性藥物：1、秋水仙素、長(zhǎng)春花堿等抑制微管組裝；2、紫杉醇能抑制微管的去組裝，增強(qiáng)微管的穩(wěn)定性。其它影響微管裝配的因素：微管蛋白的濃度溫度：<4℃解聚，>20℃促進(jìn)組裝[Ca2+]：低則促進(jìn)組裝,高則趨向解聚壓力：高則趨向解聚pH值：調(diào)節(jié)組裝第七章細(xì)胞骨架1、構(gòu)成細(xì)胞的支架并維持細(xì)胞形態(tài)；2、參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸（見細(xì)胞運(yùn)動(dòng)）；3、維持細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器的空間定位和分布；4、構(gòu)成鞭毛與纖毛的主體結(jié)構(gòu)成分；5、組裝成紡錘體（見染色體分離），參與有絲分裂中染色體的定向移動(dòng)；6、參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞。

四、微管的主要功能第七章細(xì)胞骨架2、參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸所有的細(xì)胞運(yùn)動(dòng)都和細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞骨架體系（尤其是微管、微絲）有關(guān)，同時(shí)需要ATP和馬達(dá)蛋白（motorprotein.分解ATP釋放能量）。

P203P214馬達(dá)蛋白（特殊的酶）：水解ATP獲得能量，沿著微絲或微管移動(dòng)。第七章細(xì)胞骨架

馬達(dá)蛋白（motorprotein）

肌球蛋白（myosin）——與微絲運(yùn)動(dòng)有關(guān)驅(qū)動(dòng)蛋白（kinesin）和動(dòng)力蛋白（dynein）

——與微管運(yùn)動(dòng)有關(guān)以細(xì)胞骨架為軌道，ATP提供能量。肌球蛋白Ⅱ——肌肉收縮、胞質(zhì)分裂

I、V——膜泡運(yùn)輸?shù)谄哒录?xì)胞骨架結(jié)合肌動(dòng)蛋白與ATP，水解ATP產(chǎn)生動(dòng)力結(jié)合鈣調(diào)素等輕鏈，調(diào)節(jié)頭部活性決定肌球蛋白是單體或二聚體，是否與膜結(jié)合肌球蛋白：1條重鏈+數(shù)條輕鏈P214第七章細(xì)胞骨架

驅(qū)動(dòng)蛋白及動(dòng)力蛋白以微管為軌道，微管馬達(dá)蛋白的運(yùn)輸是單方向：驅(qū)動(dòng)蛋白朝微管（+）端運(yùn)動(dòng)動(dòng)力蛋白朝微管（－）端運(yùn)動(dòng)P204第七章細(xì)胞骨架驅(qū)動(dòng)蛋白：2條重鏈+2條輕鏈第七章細(xì)胞骨架動(dòng)力蛋白動(dòng)力蛋白第七章細(xì)胞骨架4.鞭毛和纖毛運(yùn)動(dòng)的機(jī)制P205鞭毛結(jié)構(gòu)為：9×2+2（9組二聯(lián)管圍繞一對(duì)單管）每組二聯(lián)管的A管伸出動(dòng)力蛋白臂指向B管，水解釋放能量，促使動(dòng)力蛋白沿相鄰的B管朝（—）端走動(dòng)，從而引起二聯(lián)管之間相互滑動(dòng)。動(dòng)力蛋白第七章細(xì)胞骨架5、參與染色體分離P206

紡錘體微管有三種:

動(dòng)粒微管極微管星體微管第七章細(xì)胞骨架第七章細(xì)胞骨架第二節(jié)微絲Microfilament,MF（a）微絨毛；(b)細(xì)胞質(zhì)中的收縮束；（c）運(yùn)動(dòng)細(xì)胞前緣的鞘和指；(d)細(xì)胞分裂時(shí)的收縮環(huán)。第七章細(xì)胞骨架

一、微絲的結(jié)構(gòu)和分子組成：圖示1、微絲的結(jié)構(gòu)由肌動(dòng)蛋白(actin)組成的實(shí)心螺旋狀纖維,又稱肌動(dòng)蛋白纖維(actinfilament)，直徑約７nm。兩條線性排列的肌動(dòng)蛋白鏈形成螺旋，形狀如雙線捻成的繩子。

Actin首尾相連，微絲具有極性。第七章細(xì)胞骨架2、微絲的分子組成

肌動(dòng)蛋白(actin)

肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白(actin-bindingprotein)

已知40余種

第七章細(xì)胞骨架（1）肌動(dòng)蛋白actin單體為球形肌動(dòng)蛋白，稱G-actin(globularactin)；多聚體為纖維狀肌動(dòng)蛋白，稱F-actin(fibrousactin)。每個(gè)actin單體由兩個(gè)亞基組成，外觀呈啞鈴形。有陽(yáng)離子（Mg2+、K+、Na+）、ATP/ADP和肌球蛋白結(jié)合位點(diǎn)。具有極性：正端和負(fù)端第七章細(xì)胞骨架（2）肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白actin-bindingprotein以不同方式與肌動(dòng)蛋白結(jié)合，形成多種不同的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，執(zhí)行不同功能，已知的微絲結(jié)合蛋白有40多種。如：原肌球蛋白（tropomyosin,Tm）、肌球蛋白(myosin)、肌鈣蛋白

(troponin,Tn)、非肌細(xì)胞中肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白等。第七章細(xì)胞骨架原肌球蛋白和肌鈣蛋白在橫紋肌細(xì)肌絲中與肌動(dòng)蛋白結(jié)合示第七章細(xì)胞骨架二、微絲的組裝體外：肌動(dòng)蛋白可以在適宜條件下裝配成肌動(dòng)蛋白絲。

胞內(nèi)：依其功能的改變而發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，受不同物質(zhì)調(diào)控，有踏車行為。第七章細(xì)胞骨架影響微絲組裝的藥物藥物：1、細(xì)胞松馳素B特異性地破壞微絲組裝；2、鬼筆環(huán)肽抑制微絲解聚，增強(qiáng)微絲的穩(wěn)定性。其它影響微絲裝配的因素：G-肌動(dòng)蛋白濃度ATP、適宜的溫度、K+和Mg2+

等離子的存在促進(jìn)微絲組裝。細(xì)胞內(nèi)部分肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白可抑制微絲組裝。第七章細(xì)胞骨架

三、微絲的類型張力絲（tonfilament）：存在于一般細(xì)胞中，常位于膜內(nèi)側(cè)，其基部構(gòu)成細(xì)胞間連接裝置如橋粒。起支架作用，使細(xì)胞有韌性及彈性。

肌絲（myofilament）：存在于肌細(xì)胞中，有收縮作用。神經(jīng)絲（neurofilament）：存在于樹突及軸突中，與乙酰膽堿（Ach）運(yùn)輸有關(guān)。第七章細(xì)胞骨架四、微絲的主要功能

1、組成細(xì)胞骨架，維持細(xì)胞形態(tài)

2、參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)：變形蟲的胞質(zhì)運(yùn)動(dòng)，胞吞、胞吐作用，膜泡運(yùn)輸作用等。

3、微絲參與胞質(zhì)分裂

4、參與受精作用

5、參與細(xì)胞內(nèi)信息傳導(dǎo)等

6、參與肌肉收縮第七章細(xì)胞骨架2、參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng):成纖維細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)（慢速）（圖）（1）線狀足或片狀足→粘著斑→防止回縮→向前移動(dòng)（2）肌動(dòng)蛋白組裝

P213第七章細(xì)胞骨架第七章細(xì)胞骨架3、微絲參與胞質(zhì)分裂（有絲分裂后末期、以斷裂方式分開）：

微絲收縮形成收縮環(huán)肌球蛋白參與微絲收縮細(xì)胞凹陷產(chǎn)生分裂溝并最終分離

P215第七章細(xì)胞骨架4、參與受精作用P215由肌動(dòng)蛋白的組裝與去組裝引起

頂體反應(yīng)（acrosomalreaction）

精子細(xì)胞伸出頂體突起，穿透卵細(xì)胞膠質(zhì)層與卵黃層，促使精卵結(jié)合完成。肌動(dòng)蛋白聚合成微絲束→頂體突起伸長(zhǎng)第七章細(xì)胞骨架第七章細(xì)胞骨架5、參與細(xì)胞內(nèi)信息傳導(dǎo)生長(zhǎng)因子→成纖維細(xì)胞（激活G蛋白相關(guān)的信號(hào)傳遞途徑）→生長(zhǎng)分裂。兩種Ras相關(guān)的G蛋白（Rac和Rho）：Rac能激活PIP2代謝途徑，引起細(xì)胞移動(dòng)的早期事件（肌動(dòng)蛋白聚合，膜變皺等）。Rho激活酪氨酸激酶，引起細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的后期事件（張力絲、粘著斑形成等）。第七章細(xì)胞骨架

6、參與肌肉收縮（P216）

肌肉收縮：（1）橫紋?。杭≡w維（電鏡）（圖）

粗絲肌球蛋白絲，肌節(jié)的A帶

細(xì)絲肌動(dòng)蛋白絲，結(jié)合有原肌球蛋白（TM）、肌鈣蛋白（TN），形成I帶。（2）肌肉收縮時(shí)粗絲橫橋拉動(dòng)細(xì)絲朝中央移動(dòng)，肌節(jié)縮短，但粗絲和細(xì)絲的長(zhǎng)度保持不變。（3）細(xì)胞質(zhì)Ca2+↑→觸發(fā)肌肉收縮第七章細(xì)胞骨架第七章細(xì)胞骨架

肌球蛋白頭部結(jié)合在微絲（肌動(dòng)蛋白絲）上→水解1分子ATP→朝微絲（+）端移動(dòng)2個(gè)肌動(dòng)蛋白亞基距離→產(chǎn)生力量引起膜泡運(yùn)輸、肌細(xì)胞中粗細(xì)肌絲的滑動(dòng)。以肌球蛋白為例說(shuō)明肌肉收縮機(jī)制:第七章細(xì)胞骨架①肌球蛋白結(jié)合ATP，引起頭部與肌動(dòng)蛋白纖維分離；②ATP水解，引起頭部與肌動(dòng)蛋白弱結(jié)合；第七章細(xì)胞骨架③Pi釋放，頭部與肌動(dòng)蛋白強(qiáng)結(jié)合，頭部彎曲，引起細(xì)肌絲向(+)端移動(dòng)；④ADP釋放。進(jìn)入新一輪循環(huán)。第七章細(xì)胞骨架第三節(jié)中間絲(intermediatefilament)

（了解與自學(xué)部分）中間纖維也稱居間纖維或中等纖維，是由不同的蛋白質(zhì)組成的空心纖維結(jié)構(gòu)，直徑10nm，介于微管和微絲之間，故名。IF是最穩(wěn)定的細(xì)胞骨架成分，主要起支撐作用。IF在細(xì)胞中圍繞著細(xì)胞核分布，成束成網(wǎng)，并擴(kuò)展到細(xì)胞質(zhì)膜，與質(zhì)膜相連結(jié)。不同細(xì)胞中中間絲的化學(xué)組成不一樣，但結(jié)構(gòu)相似。第七章細(xì)胞骨架第七章細(xì)胞骨架微絲微管中間纖維單體肌動(dòng)蛋白微絲結(jié)合蛋