细胞生物学：2014微丝

1、第二节第二节 微丝（微丝（microfilament ,MFmicrofilament ,MF）一、微丝的结构与肌动蛋白一、微丝的结构与肌动蛋白二、微丝结合蛋白二、微丝结合蛋白三、微丝的组装与特性三、微丝的组装与特性四、微丝的功能四、微丝的功能一、微丝的结构与肌动蛋白一、微丝的结构与肌动蛋白 G- G- 肌动蛋白（肌动蛋白（G-actinG-actin）: :肌动蛋白单体由肌动蛋白单体由单条肽链折叠而成，外观呈哑铃形，内部有单条肽链折叠而成，外观呈哑铃形，内部有ATPATP（或（或ADPADP）结合位点和一个二价阳离子）结合位点和一个二价阳离子Mg2+Mg2+（或（或Ca2+ Ca2+ ）结合

2、位点。）结合位点。 F- F- 肌动蛋白（肌动蛋白（F-actinF-actin）：）： 每条微丝每条微丝由由2 2条平行的肌动蛋白单链以右手螺旋条平行的肌动蛋白单链以右手螺旋方式相互盘绕而成方式相互盘绕而成 ，具有极性。，具有极性。 G-G-肌动蛋白与肌动蛋白与F-F-肌动蛋白模式图肌动蛋白模式图A. F-肌动蛋白电镜照片肌动蛋白电镜照片B. F-肌动蛋白分子模型肌动蛋白分子模型 二、二、 微丝结合蛋白微丝结合蛋白 细胞内存在的一类能与肌动蛋白单体细胞内存在的一类能与肌动蛋白单体或肌动蛋白纤维结合的、可改变其特性的或肌动蛋白纤维结合的、可改变其特性的蛋白蛋白 。按其功能可分为三大类：按其功能

3、可分为三大类：与肌动蛋白聚合有关的蛋白与肌动蛋白聚合有关的蛋白 与微丝结构有关的蛋白与微丝结构有关的蛋白 与微丝收缩有关的蛋白与微丝收缩有关的蛋白 单体隔单体隔离蛋白离蛋白末端阻末端阻断蛋白断蛋白纤维切割蛋白纤维切割蛋白交联交联蛋白蛋白集束集束蛋白蛋白膜结合膜结合蛋白蛋白肌动蛋白结合蛋白功能示意图肌动蛋白结合蛋白功能示意图 主要微丝结合蛋白的功能：主要微丝结合蛋白的功能：单体隔离蛋白：单体隔离蛋白：与单体肌动蛋白结合，抑制与单体肌动蛋白结合，抑制 聚合。聚合。交联蛋白：交联蛋白：使肌动蛋白纤维相互交联形成网使肌动蛋白纤维相互交联形成网 络结构。络结构。末端阻断蛋白：末端阻断蛋白：调节肌动蛋白纤

4、维的长度。调节肌动蛋白纤维的长度。纤维切割蛋白：纤维切割蛋白：切断肌动蛋白纤维。切断肌动蛋白纤维。纤维解聚蛋白：纤维解聚蛋白：引起肌动蛋白引起肌动蛋白纤维纤维的的解聚解聚合。合。膜结合蛋白：膜结合蛋白：非肌细胞质膜下方产生收缩的非肌细胞质膜下方产生收缩的 结构。结构。（一）微丝的体外组装过程（一）微丝的体外组装过程 成核期 延长期 稳定期三、三、 微丝的组装微丝的组装成核期：成核期：微丝组装的限速过程。微丝组装的限速过程。延长期：延长期：肌动蛋白在核心两端聚合，肌动蛋白在核心两端聚合， 正端快，负端慢。正端快，负端慢。稳定期：稳定期：聚合速度与解离速度达到聚合速度与解离速度达到 平衡。平衡。

5、微丝组装过程分为三个阶段：微丝组装过程分为三个阶段：Cytoskeleton and Cell Movement（二）微丝体内组装的调节（二）微丝体内组装的调节 体内组装受一系列肌动蛋白结合蛋白的调节体内组装受一系列肌动蛋白结合蛋白的调节 成核蛋白成核蛋白 （nucleating proteinnucleating protein）1.Arp2/31.Arp2/3复合物：复合物：由由Arp2Arp2、Arp3Arp3和其他和其他5 5种附属蛋白组成，种附属蛋白组成，是微丝组装的起始复合物是微丝组装的起始复合物, ,促使形成微丝促使形成微丝网络结构。网络结构。 微丝装配的成核作用及微丝网络的形成

6、微丝装配的成核作用及微丝网络的形成 A.纤丝状肌动蛋白纤维的成核作用；纤丝状肌动蛋白纤维的成核作用； B.微丝成网过程微丝成网过程 2.2.成核蛋白成核蛋白formin formin ： 启动细胞内不分支微丝的形成，共有启动细胞内不分支微丝的形成，共有1515种，共同特征是都含有种，共同特征是都含有FH1FH1和和FH2FH2同源结同源结构域构域 ，FH1FH1结构域可与抑制蛋白结构域可与抑制蛋白（profilinprofilin）结合，）结合，FH2FH2结构域启动肌动蛋结构域启动肌动蛋白的成核聚合。白的成核聚合。 当新成核的微丝纤维生长时，当新成核的微丝纤维生长时，forminformin

7、二聚体结合在快速生长的正端，保护正极二聚体结合在快速生长的正端，保护正极在延伸过程中不受加帽蛋白的影响，并通在延伸过程中不受加帽蛋白的影响，并通过与抑制蛋白的结合提高延伸速度。过与抑制蛋白的结合提高延伸速度。 （三）（三）cofilin /ADFcofilin /ADF蛋白家族与肌蛋白家族与肌 动蛋白纤维的解聚动蛋白纤维的解聚cofilin /ADFcofilin /ADF家族通过两种方式加速解聚：家族通过两种方式加速解聚：增加肌动蛋白单体从纤维末端的解离速度；增加肌动蛋白单体从纤维末端的解离速度；剪切肌动蛋白纤维，使之片段化。剪切肌动蛋白纤维，使之片段化。 cofilin cofilin ：

8、丝切蛋白丝切蛋白ADFADF：肌动蛋白解聚因子肌动蛋白解聚因子ADPADPADPADPADPADPADPADPATPADPATPATP( (四四) ) 微丝组装的特性微丝组装的特性1.1.微丝的组装具有极性微丝的组装具有极性2.2.具有具有“踏车踏车”现象现象, ,即临界状态下、可即临界状态下、可在在+ +端添加，而在端添加，而在- -端分离。端分离。3. 3. 微丝在体内组装的动态平衡受微丝在体内组装的动态平衡受ATPATP水水 解作用和解作用和G-actinG-actin浓度的调控。浓度的调控。 4. 4. 微丝组装的动态变化或持久性结构微丝组装的动态变化或持久性结构 由细胞的功能决定。由

9、细胞的功能决定。A.微绒毛；微绒毛； B.细胞质中的收缩束；细胞质中的收缩束；C.运动细胞前缘的片状伪足和丝状伪足运动细胞前缘的片状伪足和丝状伪足；D.细胞分裂时的收缩环细胞分裂时的收缩环 （五）微丝组装的影响因素（五）微丝组装的影响因素G-actinF-actinMg2+,高高Na+、K+，鬼笔环肽，鬼笔环肽Ca2+, 低低Na+、K+、细胞松弛素、细胞松弛素B( (一一) ) 构成细胞的支架，维持细胞形态构成细胞的支架，维持细胞形态 小肠上皮细胞微绒毛的核心是一束同小肠上皮细胞微绒毛的核心是一束同向平行排列的肌动蛋白纤维。向平行排列的肌动蛋白纤维。 四、微丝的功能四、微丝的功能 哺乳动物红

10、细胞质膜下骨架网哺乳动物红细胞质膜下骨架网络是由肌动蛋白及结合蛋白组成，络是由肌动蛋白及结合蛋白组成，参与维持红细胞的双凹形圆盘结构。参与维持红细胞的双凹形圆盘结构。 多种细胞的应力纤维是较稳定的微多种细胞的应力纤维是较稳定的微丝束结构，使细胞维持一定的形状。丝束结构，使细胞维持一定的形状。培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色）培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色） （二）（二）微丝参与细胞运动细胞运动1.1.变形运动变形运动 例如变形虫、白细胞、例如变形虫、白细胞、 巨噬细胞等巨噬细胞等细胞吞噬运动细胞吞噬运动 白细胞吞噬时形成伪足。白细胞吞噬时形成伪足。 2. 2. 培

11、养的动物细胞爬行运动培养的动物细胞爬行运动（三）微丝参与细胞内物质运输（三）微丝参与细胞内物质运输 马达蛋白中的肌球蛋白（myosin）以微丝作为运输轨道参与物质运输活动。 型肌球蛋白分子结构型肌球蛋白分子结构 有丝分裂末期，有丝分裂末期，细胞膜沿赤道面向内细胞膜沿赤道面向内收缩，这一过程主要收缩，这一过程主要是在由微丝与肌球蛋是在由微丝与肌球蛋白白-丝组成的丝组成的收缩环收缩环(contractile ring)的作的作用下完成的。用下完成的。（四）微丝参与细胞质分裂（四）微丝参与细胞质分裂微丝参与细胞质分裂微丝参与细胞质分裂 有丝分裂有丝分裂精子头端启动微丝组装，形成顶体刺突完成受精。精子

12、头端启动微丝组装，形成顶体刺突完成受精。 （五）微丝参与受精作用（五）微丝参与受精作用 （六）微丝参与肌肉收缩（六）微丝参与肌肉收缩肌纤维束肌原纤维单个肌原纤维单个肌纤维肌节肌肉细胞的收缩与微丝关系非常密切。肌肉细胞的收缩与微丝关系非常密切。骨骼肌收缩的骨骼肌收缩的基本结构单位基本结构单位肌节。肌节。Cytoskeleton and Cell Movement 粗肌丝由肌球蛋白组成，粗肌丝由肌球蛋白组成， 细肌丝由三种蛋白组成细肌丝由三种蛋白组成肌动蛋白和肌球蛋白的滑动产生肌肉收缩肌动蛋白和肌球蛋白的滑动产生肌肉收缩肌肉的收缩：肌肉的收缩： 由细肌丝和粗肌丝相互滑动引起由细肌丝和粗肌丝相互滑动

13、引起C亚单位亚单位（Tn-C)肌原纤维肌原纤维粗肌丝粗肌丝肌球蛋白肌球蛋白细肌丝细肌丝肌动蛋白肌动蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白肌钙蛋白肌钙蛋白T T亚单位亚单位（Tn-T)Tn-T)I I亚单位亚单位（Tn-I)Tn-I)肌肉收缩的原理肌肉收缩的原理滑动丝模型。滑动丝模型。 肌肉的收缩是由于肌肉的收缩是由于粗肌丝粗肌丝（肌球（肌球蛋白）与蛋白）与细肌丝细肌丝之间之间相互滑动相互滑动的结果。的结果。 粗肌丝粗肌丝上伸出的上伸出的横桥横桥与相邻与相邻细肌细肌丝丝连接，在肌细胞收缩时，连接，在肌细胞收缩时，横桥横桥可可推动推动细丝细丝（肌动蛋白）（肌动蛋白）与粗丝与粗丝（肌球蛋白）（肌球蛋白）的滑行。的

14、滑行。Cytoskeleton and Cell Movement（七）微丝参与细胞内信息传递（七）微丝参与细胞内信息传递 细胞外某些信号细胞外某些信号膜受体膜受体触发质膜下肌触发质膜下肌动蛋白的结构动蛋白的结构变化变化启动细胞内激酶变启动细胞内激酶变化的信号转导过程。化的信号转导过程。 第三节第三节 中中 间间 纤纤 维维一、中间纤维的结构和类型一、中间纤维的结构和类型二、中间纤维的装配和调节二、中间纤维的装配和调节三、中间纤维的功能三、中间纤维的功能Cytoskeleton and Cell MovementIntermediate filament ,IF特点：特点：直径直径10nm10

15、nm左右，介于微丝和微左右，介于微丝和微管之间，是管之间，是最稳定最稳定的细胞骨架成分。的细胞骨架成分。分布：分布：在细胞中在细胞中围绕着细胞核围绕着细胞核成束成成束成网分布，网分布， 并扩展到细胞质膜，并扩展到细胞质膜，与质与质膜相连结膜相连结。 特特 性：性：u 最稳定和最丰富最稳定和最丰富u 具有组织特异性具有组织特异性u 单体是纤维状蛋白单体是纤维状蛋白u 不具有极性不具有极性u 肿瘤细胞转移后仍保留源细胞的肿瘤细胞转移后仍保留源细胞的IFIF一、中间纤维的结构和类型一、中间纤维的结构和类型( (一一) ) 中间纤维的结构中间纤维的结构Cytoskeleton and Cell Mov

16、ement 中间纤维蛋白是长的线性蛋白，中间纤维蛋白是长的线性蛋白， 由头部、杆状由头部、杆状区和尾部三部分组成，各种中间纤维蛋白之间的区别区和尾部三部分组成，各种中间纤维蛋白之间的区别主要取决于头、尾部的长度和氨基酸顺序主要取决于头、尾部的长度和氨基酸顺序 。共同结构域共同结构域 -螺旋杆状区螺旋杆状区非螺旋区非螺旋区： 310 个个 氨氨 基基 酸酸 残残 基基头部（头部（N-端）端）尾部（尾部（C-端）端）L1连连接接区区L12连连接接区区L2连连接接区区 8-14 8 16-17杆状杆状 区区头部头部（N-端端）尾部尾部（C-端）端）N-端端C-端端1A -螺旋螺旋1B -螺旋螺旋2A

17、 -螺旋螺旋2B -螺旋螺旋35 1 0 1 9 121（二）中间纤维的类型（二）中间纤维的类型 名名 称称 组织分布组织分布 酸性酸性角蛋白角蛋白 上皮细胞上皮细胞 碱性角蛋白碱性角蛋白 上皮细胞上皮细胞 结蛋白结蛋白 肌细胞肌细胞 波形蛋白波形蛋白 间充质细胞间充质细胞外周蛋白外周蛋白 神经元神经元 神经纤维蛋白神经纤维蛋白 神经元神经元 核纤层蛋白核纤层蛋白 胶质纤维酸性蛋白胶质纤维酸性蛋白神经细胞、胶质细胞神经细胞、胶质细胞 真核细胞真核细胞角蛋白角蛋白Keratin 胶胶 质质 纤纤 维维 酸酸 性性 蛋蛋 白白波形蛋白波形蛋白 核核 纤纤 层层 蛋蛋 白白二、中间纤维的二、中间纤维

18、的二个二个IF蛋白分子蛋白分子二聚体（双股超螺旋）二聚体（双股超螺旋）反向平行排列、半分子交错四聚体端对端结合原纤维（8根）中间间纤维相互对齐相互对齐2个个 中间纤维装配的特点：中间纤维装配的特点：1. 反向平行，两端对称，无极性。反向平行，两端对称，无极性。2. 体外组装不需要核苷酸和结合蛋白的体外组装不需要核苷酸和结合蛋白的 辅助。辅助。3. 中中间间纤维蛋白合成后绝大部分已装配纤维蛋白合成后绝大部分已装配 成中成中间间纤维，几乎不存在相应的可溶纤维，几乎不存在相应的可溶 性蛋白库性蛋白库。4. 结构稳定，无踏车现象。结构稳定，无踏车现象。 中间纤维的组装和去组装是通中间纤维的组装和去组装

19、是通过过磷酸化磷酸化和和去磷酸化去磷酸化进行控制的。进行控制的。 中间纤维蛋白中间纤维蛋白丝氨酸和苏氨丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化作用酸残基的磷酸化作用是中间纤维是中间纤维动态动态调节调节最常见最有效的调节方式。最常见最有效的调节方式。 中间纤维的装配调节中间纤维的装配调节三、中三、中间间纤维的功能纤维的功能（一）（一） 形成完整的支持网架体系形成完整的支持网架体系中间纤维外与中间纤维外与质膜质膜和和细胞外基质细胞外基质有直接的联系，内与有直接的联系，内与核膜、核基质核膜、核基质联系，形成联系，形成贯穿整个细胞贯穿整个细胞的网络系的网络系统，起着广泛的骨架功能。统，起着广泛的骨架功能。Cytos

20、keleton and Cell Movement（二）为细胞提供机械强度支持（二）为细胞提供机械强度支持参与细胞连接参与细胞连接 （四）（四）支持和固定核膜支持和固定核膜 （五）参与细胞内信息传递（五）参与细胞内信息传递 中间纤维与中间纤维与DNADNA复制、转录和复制、转录和 mRNAmRNA的运输有关，的运输有关， IFIF在体外与单链在体外与单链DNADNA、核小体的四种核心蛋白高度亲、核小体的四种核心蛋白高度亲和。和。 胞质胞质mRNAmRNA锚定于中间纤维，可能锚定于中间纤维，可能对其在细胞内的定位及是否翻译起重对其在细胞内的定位及是否翻译起重要作用。要作用。(六六) 参与细胞的分化参与细胞的分化1.1.不同类型的不同类型的 I F I F 严格地分布在不严格地分布在不 同类型的细胞中，具有组织细胞的同类型的细胞中，具有组织细胞的 特异性。特异性。2.2.发育不同阶段的细胞，会表达不同发育不同阶段的细胞，会表达不同 类型的中间纤维，是细胞分化的标类型的中间纤维，是细胞分化的标 志。志。 第四节第四节 细胞骨架异常与疾病细胞骨架异常与疾病 一、一、 细胞骨架与肿瘤细胞骨架与肿瘤1.1.肿瘤细胞内细胞骨架结构的破坏和肿瘤细胞内细胞骨架结构的破