生物细胞学课件文字版：第10章细胞骨架

1、第十章 细胞骨架 2012cytoskeleton本 章 内 容前 言第一节 微丝与细胞运动第二节 微管及其功能第三节 中间丝概 述（P264，193）细胞骨架（cytoskeleton）是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系。 细胞核骨架 细胞质骨架 细胞膜骨架 细胞外基质包括三类蛋白质纤丝 微丝（microfilament，MF） 微管（microtubule，MT） 中间丝（intemediate filament，IF）成分：微丝、微管和中间丝均由单体蛋白以较弱的非共价键结合在一起，构成纤维型多聚体。? 微丝多分布在细胞质膜的内侧，确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩。? 微管主要分布在核

2、周围，确定膜性细胞器的位置和作为膜泡运输的导轨。? 中间丝分布在整个细胞中，使细胞具有张力和抗剪切力。细胞骨架的特点：第一、 是动态结构，可以快速装配、去装配、再装配，是高速动态的组织；第二、功能复杂。支撑、定位、运动、运输等。细胞骨架的功能：支架：维持细胞的形态，如红细胞膜骨架；细胞内框架：为各种细胞器提供附着位点；运输轨道：运输膜泡、细胞器、染色体运动；细胞运动动力：伪足、纤毛、鞭毛运动；参与蛋白质翻译：锚定mRNA翻译复合体；参与信号转导：参与细胞分裂：核分裂和胞质分裂。第一节 微丝与细胞运动 p265，194 微丝，又称肌动蛋白丝（actin filament），是指真核细胞中由肌动蛋

3、白（actin）组成的骨架纤维， 直径7nm。一、微丝的组成及其组装266，194（一）结构与成分肌动蛋白（actin） 1、形状、分布： 肌动蛋白单体呈哑铃形，由375个氨基酸残基组成，MW4.3104，存在于所有真核细胞中。 肌动蛋白是真核细胞中含量最丰富的蛋白质。2、分类 序列高度保守，目前发现6种： 肌动蛋白 横纹肌 心肌 血管平滑肌 肠道平滑肌 肌动蛋白 肌动蛋白（二）微丝的组装及其动力学特征 G-actin形成F-actin（P267，195）1、条件：ATP、Mg2+、高浓度的Na+、K+条件下， G-actin装配成F-actin 。2、过程：三个阶段 成核 快速延长 稳定期

4、成核： G-actin形成短的寡聚体；延长：新的G-actin加到微丝末端，使得微丝延伸； 微丝具有极性， (+)极延长的速度要比(-)极快510倍。稳定期： G-actin达到临界浓度，约0.1M。一定条件下，肌动蛋白在(+)端添加，而从(-)端缩短，表现出“踏车”现象。装配的控制有的微丝是永久性结构；有的微丝是动态结构，持续进行装配和解聚，参与细胞形态维持和运动。装配的调节因素： 游离G-actin的浓度； 微丝横向连接成束或者成网的程度； 微丝结合蛋白的调节。 （三）影响微丝组装的特异性药物细胞松弛素（P267,196）（cytochalasin）真菌分泌的生物碱，切断并结合于微丝的末端

5、，阻止肌动蛋白亚基的进一步聚合。活细胞加入细胞松弛素后，肌动蛋白纤维消失，移动、吞噬、胞质分裂消失。对微管、肌肉中的肌动蛋白丝无作用。鬼笔环肽（philloidin）毒蕈产生的双环杆肽，是剧毒的生物碱，与微丝（F肌动蛋白）有强亲和力，抑制解聚。带有荧光标记的鬼笔环肽可以在荧光显微镜下显示细胞中的微丝。二、微丝网络结构的调节与细胞运动微丝结合蛋白（miceofilament-associated protein）参与形成微丝纤维高级结构，执行不同的功能。种类繁多，目前已经分离出100多种。 非肌肉细胞中的微丝结合蛋白 肌肉收缩系统中的微丝结合蛋白 （一）非肌肉细胞中的微丝结合蛋白（P268）种类

6、繁多；功能：涉及微丝的装配和功能。（二）细胞皮层cell cortex （略）（三）应力纤维 （略）（四） 细胞伪足的形成和迁移运动（略）（五）微绒毛（microvilli）微丝束平行排列，无收缩功能。（六）胞质分裂环内吞、外排膜泡形状的变化；细胞分裂末期细胞中部的缢缩胞质分裂环；是非肌肉系统中具有收缩功能的微丝束的代表。三、肌球蛋白分子马达：分子发动机P274 ，201 驱动蛋白、动力蛋白、肌球蛋白 微管结合 微丝结合（一）分类肌球蛋白：是ATPase，将化学能（ATP）转变为机械能，沿微丝轨道运动；18种。 型参与肌丝滑动；V膜泡运输；I、VI、IX、X内吞及运输（二）肌球蛋白的结构1、型

7、肌球蛋白（传统的肌球蛋白）（conventional myosin）结构：由2个重链和4个轻链组成，包含3个结构域：头部结构域：最保守，含有与肌动蛋白和ATP结合的位点，负责产生力；螺旋颈区：通过钙调素（或类似）来调节头部的活性；尾部结构域：决定尾部的结合对象。（二）非传统类型的肌球蛋白 I型、V型等肌球蛋白（自学，略）四、肌细胞的收缩运动（一）肌纤维的结构（P276，203） 肌肉 肌纤维束 肌纤维（肌细胞） 肌原纤维肌原纤维（myofibrils）是骨骼肌的收缩单位。肌原纤维由粗肌丝和细肌丝装配而成； 粗肌丝肌球蛋白细肌丝肌动蛋白（辅以原肌球蛋白和肌钙蛋白）原肌球蛋白（tropomyosi

8、n，Tm）形态、分布：由两条平行的多肽链形成螺旋构型，位于肌动蛋白螺旋沟内，跨度为7个肌动蛋白。功能：调节肌动蛋白和肌球蛋白头部的结合。肌钙蛋白（troponin，Tn）含3个亚基： 肌钙蛋白C（TnC）：与Ca2+结合 肌钙蛋白T（TnT）：与原肌球蛋白结合 肌钙蛋白 I（TnI）：抑制肌球蛋白 ATPase活性神经冲动使肌膜去极化，经T小管传至肌质网 肌质网去极化后释放Ca2+到肌浆中 Ca2+与肌钙蛋白结合解除原肌球蛋白的抑制作用 肌动蛋白丝与肌球蛋白丝相对滑动 神经冲动停止，肌质网回收Ca2+ ，收缩停止肌动蛋白丝与肌球蛋白丝相对滑动。肌球蛋白结合ATP，引起头部与肌动蛋白纤维分离；A

9、TP水解，引起头部与肌动蛋白弱结合；Pi释放，头部与肌动蛋白强结合，头部向M线方向弯曲，引起细肌丝向M线移动；ADP释放，ATP结合上去，头部与肌动蛋白纤维分离。如此循环第二节 微管及其功能 微管（microtubule,MT）P280由微管蛋白（tubulin）装配成的长管状结构，外径24nm，内径15nm。存在于一切真核生物中。一、MT的结构组成、极性1、结构组成微管装配的单位、形成的异二聚体；、微管蛋白亚基分子在进化上极为稳定,并且二者有一定同源性；微管壁由13根原纤维排列构成；可以装配成单管、二联管、三联管。单管：在低温、Ca2和秋水仙素作用下容易解聚；双联管：构成纤毛和鞭毛，对低温、

10、Ca2和秋水仙素稳定；三联管：见于中心粒和基体，对低温、Ca2和秋水仙素稳定；2、微管的极性微管蛋白的添加和释放主要发生在（）极，（）极生长速度慢。 (+)极的最外端是球蛋白，(-)极的最外端是球蛋白。二、微管的组装和去组装（一）微管的体外装配和踏车行为、 二聚体 原纤维 13根原纤维片层 合拢成管状 新二聚体添加到末端微管也具有踏车行为（tread milling）体外微管装配条件（1）微管蛋白浓度：约1mg/ml；（2）pH6.9；（3）离子：需要Mg2+，Ca2+除去；（4）温度：高于20装配，0解聚；（5）GTP体内微管装配动态大多数微管处于动态组装和去组装状态，间期：微管 微管蛋白亚

11、单位 分裂期：微管 纺锤体细胞中某些微管结构非常稳定，如纤毛、鞭毛；（二）作用于微管的特异性药物（P284）秋水仙素（colchicine）生物碱，能与未聚合的微管二聚体结合，一旦加到微管的末端，就阻止其它微管蛋白的组装。 低浓度阻断细胞于中期； 高浓度所有的微管解聚。紫杉醇（taxol）阻止去组装，从而促进微管的装配和稳定，不会解聚。三、微管组织中心（MTOC）(P285，209)具有起始微管组装和延伸的细胞结构。动物的MTOC是中心体(centrosome)和基体（basal body）MTOC的主要功能是帮助微管装配过程中的成核反应，微管从MTOC开始生长； MTOC提供了微管的起点和方

12、向性。基体是鞭毛和纤毛的MTOC；植物细胞没有MTOC。中心体动物细胞中主要的微管组织中心，由一对中心粒组成；基粒位于鞭（纤）毛根部的微管组织中心结构。中心粒和基粒均为微管性结构，由9组三联体微管组成，二者同源；可以自我复制，基粒中含有DNA，可以编码自身蛋白。四、微管的动力学性质（自学）五、微管结合蛋白对微管结构的调节（自学）七、细胞内依赖于微管的物质运输（P290，213）物质从合成部位 功能部位；以神经元轴突运输和鱼色素细胞中色素颗粒运输为例。神经元轴突运输微管可以作为高尔基和其他小泡和颗粒运输的轨道，速度2微米/秒；双向性；2种引擎蛋白 驱动蛋白（向极运输）、 胞质动力蛋白（向极运输）

13、；八、鞭毛、纤毛的结构和功能（P296，217）鞭毛（flagellae）和纤毛（cilia）是具有运动功能的细胞表面特化结构；都具有“92”排列的微管束结构。九、纺锤体和染色体运动（P299）纺锤体微管的来源：分裂期胞质微管网架崩解，微管蛋白重新组装；纺锤体微管的组成： 动粒微管连接动粒和两极； 极性微管两极发出，在中部交错； 星体微管构成星体染色体运动的分子机制：第三节 中间丝中间丝（intermediate filament，IF）直径10nm左右，直径介于微丝和微管之间；IF是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑作用；IF在细胞中围绕着细胞核分布，成束成网，并扩 展到细胞质膜，与质膜相连结。一、IF的类型和组成成分：分为6类具有组织特异性，不同类型细胞含有不同IF。通常一种细胞含有一种中间纤维，少数含有2种以上。肿