南农细胞生物学8

第十章 细胞骨架 细胞骨架 (cytoskeleton)是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系。 狭义指细胞质骨架，包括微丝、微管、中间纤维； 广义包括细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架和细胞外基质。第一节 细胞质骨架一、微丝 微丝 (microfilament， MF) 是指真核细胞中由肌动蛋白 (actin)组成，直径为 7 nm的骨架纤维 。(一 )微丝的成分 肌动蛋白单体外观呈哑铃状 ,具有极性 ，(二 )微丝 结构与装配 球形肌动蛋白 (Gactin)单体头尾相接形成具有极性的多聚体螺旋纤维形肌动蛋白 (Factin) 球形肌动蛋白 (Gactin) 加到微丝两端， (十 )极装配的速度较 ()极快 在一定条件下，微丝可以表现出一端因加亚单位而延长，而另一端因亚单位脱落而减短，这种现象称为 踏车现象 (tread milling)。(三 )微丝结合蛋白 肌动蛋白纤维的存在形式与微丝结合蛋白的种类有关。 微丝结合蛋白参与形成微丝纤维高级结构，对肌动蛋白纤维的动态装配有调节作用 。1肌肉收缩系统中的有关蛋白肌球蛋白 (myosin) 约占肌肉总蛋白的一半 含 2条重链， 2条轻链，两股重链盘绕成双股 a螺旋，长约 140 nm， 直径 2 nm。 型肌球蛋白参与肌丝滑动。 型和 V型肌球蛋白，参与细胞骨架和细胞膜的相互作用，如膜泡运输。原肌球蛋白 (tropomyosin， Tm) 。 在肌肉中占总蛋白的 5 10 由两条平行的多肽链形成 a螺旋构型，长40nm 位于肌动蛋白螺旋沟内。结合于细肌丝，调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合肌钙蛋白 (tropoin， Tn) 含 3个亚基肌钙蛋白 C(Tn C)特异与 Ca2+结合肌钙蛋白 T(Tn T)与原肌球蛋白有高度亲和力肌钙蛋白 I(Tn I)抑制肌球蛋白 ATPase的活性。 细肌丝中每隔 40nm有一个肌钙蛋白复合体结合到原肌球蛋白上2非肌肉细胞中的微丝结合蛋白 肌球蛋白 原肌球蛋白 a辅肌动蛋白 肌钙蛋白 与微丝装配及功能有密切关系 。(四 )微丝特异性药物 细胞松弛素 (cytochalasins)是真菌的一种代谢产物，可以切断微丝，并结合在微丝末端阻抑肌动蛋白聚合，但对解聚没有明显影响，因而可以破坏微丝的三维网络。 鬼笔环肽 (philloidin)是一种由毒蕈产生的双环杆肽，与微丝有强亲合作用，使肌动蛋白纤维稳定，抑制解聚，且只与 F肌动蛋白结合，而不与 G肌动蛋白结合，荧光标记的鬼笔环肽可清晰地显示细胞中的微丝。(五 )微丝性细胞骨架的功能 1肌肉收缩 2微绒毛 3应力纤维 4溶胶层和阿米巴运动 5胞质分裂环 二、微管 (microtubule) 真核细胞中由微管蛋白 (tubulin)装配成的长管状极性细胞器结构 能与其他蛋白共同装配成纺锤体、基粒、中心粒、鞭毛、纤毛、轴突、神经管等结构， 参与细胞形态的维持、细胞运动和细胞分裂。 所有原核生物中没有微管。(一 )微管成分 由 a微管蛋白和 b微管蛋白组成 , 微管装配的基本单位a微管蛋白和 b微管蛋白形成微管蛋白异二聚体(二 )微管形态 长管状结构，平均外径为 24 nm， 内径 15 nm 管壁由 13根原纤维排列构成。 可装配成单管，二联管 (纤毛和鞭毛中 )，三联管 (中心粒和基体中 )。 所有的微管都有确定的极性。微管的两个末端在结构上不是等同的纤毛 纤毛轴心含有一束 “9十 2”排列的平行微管 中央微管均为完全微管，外围二联体微管由 A、 B亚纤维组成A亚纤维为完全微管，由 13个球形亚基环绕而成B亚纤维由 10个亚基构成，另 3个亚基与 A亚纤维共用。 纤毛运动机制：滑动学说认为纤毛运动由相邻二联体间相互滑动所致(六 )功能基体和中心粒 中心体由一对相互垂直的中心粒构成。位于鞭毛和纤毛根部的类似结构称为基粒 。 基粒和中心粒均是微管性结构，呈圆柱状 。 其壁由9组微管三联体组成，三联体亚纤维 A为完全微管，亚纤维 B和 C为不完全微管。 中心粒和基粒是同源的，在某些时候可以相互转变。 均具有自我复制性质(三 )装配 a微管蛋白和 b微管蛋白形成长度为 8 nm的 ab二聚体 ab 二聚体以 ab-ab-ab方向 先形成原纤维 原纤维经过侧面增加而扩展为片层，至 13根原纤维时，即合拢形成一段微管。 新的二聚体再不断加到微管 (+)极端点使之延长。 最终微管蛋白与微管达到平衡 , 踏车现象 (treadmilling)微管装配动态 微管蛋白的合成是自我调节的，多余的微管蛋白单体结合于合成微管蛋白的核糖体上，导致微管蛋白 mRNA降解。 微管在体内的装配和去装配在时间和空间上是高度有序的， 间期细胞中，细胞质微管与微管蛋白亚单位库处于相对平衡状态； 有丝分裂前期，胞质微管网络中的微管去装配，游离的微管蛋白亚单位装配为纺锤体；分裂末期，发生逆向转变。微管组织中心 微管在解聚后重新装配的发生处称为微管组织中心 (MTOC)。 MTOC决定了细胞微管的极性，微管的 ()极指向 MTOC， (+)极背向 MTOC。 动物细胞的 MTOC为中心体。(四 )微管相关蛋白质 附着于微管多聚体上，参与微管的装配并增加微管的稳定性 de蛋白称为微管相关蛋白质 (MAP)。 一般认为微管相关蛋白质与骨架纤维间的连接有关，(五 )微管特异性药物 秋水仙素 (colchicine) 秋水仙素阻断微管蛋白装配成微管。用低浓度的秋水仙素处理活细胞，可立即破坏纺锤体结构 紫杉酚 (taxol)能促进微管的装配，并使已形成的微管稳定。 重水 (D2O)也会促进微管装配，增加其稳定性。 紫杉酚和重水所致的微管稳定性增加对细胞是有害的，使细胞周期停止于有丝分裂期(六 )功能 1维持细胞形态 2细胞内运输(1)神经元轴突运输(2)色素颗粒的运输 3鞭毛运动和纤毛运动 4纺锤体和染色体运动 5基体和中心粒三 中间纤维 20世纪 60年代中期，在哺乳动物细胞中发现 10 nm纤维，因其直径介于粗肌丝和细肌丝之间，故被命名为中间纤维 (又称中间丝，intermediate filament，(一 )成分 角蛋白纤维 ， 存在于上皮细胞中 波形纤维 ， 存在于间质细胞和中胚层来源的细胞中 结蛋白纤维 ， 存在于肌细胞中 神经元纤维 ， 存在于神经元中 神经胶质纤维 ， 存在于神经胶质细胞 中间纤维的分布具有严格的组织特异性。(二 )结构 分子肽链中部有一段高度保守的约 310个氨基酸残基的 螺旋区， 两个相邻亚基的对应 螺旋区形成双股超螺旋，装配为中间纤维的主干 ， 这是中间纤维的共同结构特征。 分子非螺旋化的头部 (N端 )和尾部 (C端 )的氨基酸顺序和肽链长度在不同中间纤维蛋白分子中有很大差异。(三 )装配 两个相邻亚基的对应 a螺旋区形成双股超螺旋，即二聚体 二聚体装配为四聚体 (tetramer) 由四聚体或八聚体进