细胞生物学-六细胞骨架

1、细胞生物学-六细胞骨架细胞骨架广义分类细胞骨架狭义分类即细胞质骨架细胞骨架：真核细胞中由蛋白纤维组成的网架结构，由微管、微丝和中间纤维组成。利用常规方法，普通光镜下看不到，利用免疫荧光方法可显示微管和微丝在细胞中的分布第一节 微 管一、微管的形态结构 细长而具有一定刚性 圆管状结构 广泛存在于各种真核细胞中 在细胞内多呈网状或束状分布 与维持细胞形态、细胞运动及细胞分裂有关微管： 中空，长度不等 内径：15nm，外径24-26nm，壁厚5nm二、微管的化学组成（一）微管蛋白(tubulin) 主要成分 占总蛋白质80-95微管蛋白两种: 、微管蛋白 二者组成异二聚体 异二聚体是构成微管的基本亚

2、单位若干异二聚体首尾相接，形成了原丝微管由13根原丝排列而成，大小上均匀一致微管存在形式： 单管 二联管(纤毛和鞭毛) 三联管(中心粒和基体)微管蛋白与微管蛋白 化学性质相似， 相对分子质量均为50kDa， 氨基酸分别为450个和445个氨基酸序列分析表明： 二者有42的顺序相同 第142-148残基均为一甘氨酸群， 为磷酸基或GTP的结合部位； 在-C00H端均为一肌钙蛋白T顺序各种生物的微管蛋白几乎完全相同，说明： 和微管蛋白具有同一个基因祖先， 而且在进化过程中极为保守微管蛋白异二聚体上含有： 鸟嘌呤核苷酸的2个结合位点 二价阳离子的结合位点 一个长春花碱的结合位点微管蛋白肽链中的第20

3、1位的半胱氨酸 为秋水仙素分子的结合部位（二）微管结合蛋白(MAP) 2种高相对分子质量的MAP 即MAP-1(345kDa)和MAP-2(271-286kDa)； 2种低分子量的MAP(28kDa，30kDa) tau蛋白：5种，大小在5577kDa之间MAP和tau蛋白:在微管蛋白装配成微管之后， 结合在微管表面的辅助蛋白。 当微管结合有MAP时， 电镜下可显示出其表面的短微丝 各种微管结构和功能的差异 可能主要取决于MAP的不同MAP的功能：MAP具有调节微管装配的作用 磷酸化的MAP-2可抑制微管装配； MAP-1和tau蛋白控制微管延长MAP通过横向连接相邻微管， 使微管按一定的方式

4、排列; 对已装配好微管空间结构具有稳定作用，使微管能抵御某些化学物质(如秋水仙素)和物理因子(如冷和流体静高压)的影响不解聚如果去掉MAP，微管则很易解聚。例如：神经细胞轴突中tau蛋白特别丰富，无MAP-2，有利于保持微管束的存在。而树突和细胞本体中则MAP-2集中。神经细胞分化：轴突和树突的发生与MAP密切相关 抑制tau蛋白的合成抑制轴突的发生， 树突的发生不受影响。 反之，如果使非神经细胞表达tau蛋白， 细胞也会长出轴突， 和神经细胞一样，微管成束排列， +端朝向突起远端三、微管的特性自我装配 2微管组织中心(MTOC)微管装配总是先由一定区域开始， 该区域称为微管组织中心(MTOC

5、 )动物细胞：中心体是主要的微管组织中心，如：小鼠卵母细胞中鉴别不出中心体 （发育早期的胚胎中出现中心体）最新研究表明： 真正起MTOC作用的可能是中心粒周围的一些蛋白质成分或与之相当的物质。3. 微管极性使所有的微管均具有固定的极性，微管的极性由本身的分子结构来决定， 微管蛋白所处的一端为正(+)端， 微管蛋白所处的一端为负(-)端。微管生长具有极性： 微管的生长是通过向其远端(远离MTOC的一端)不断添加微管蛋白异二聚体来实现的。起始端又称为尾端(-)，生长端称为头端(+)。由微管构成的细胞器也具有一定的极性。微管的极性与有丝分裂后期染色体向细胞两极的移动机制有关。4稳定性微管生长端，GT

6、P微管蛋白不断添加到(+)游离端，GTP微管蛋白在游离端彼此结合，形成了GTP帽，此帽可防止微管解装配，从而使微管继续生长。如果GTP水解成GDP，游离端则倾向于解装配。细胞皮层的带帽蛋白(capping protein)，可稳定游离端，使微管保持稳定。 四、微管的特异性药物 分为破坏微管和稳定微管两类1.抑制微管组装的药物秋水仙素秋水酰胺，鬼臼素2稳定微管的药物紫杉酚、nocodazole和重水五、微管的功能 主要功能： 与细胞运动、 细胞内细胞器的定位及其迁移、 细胞内的物质运输、 以及保持细胞形状有关。1支持和维持细胞的形态2. 维持胞内膜性细胞器的空间定位分布微管以中心体为中心向四周辐

7、射延伸，一直抵质膜下方。3细胞内运输细胞内有些物质的定向运送，特别是膜泡运输， 与微管的存在有关。如：细胞的分泌颗粒和色素细胞的色素颗粒的运输。4细胞运动纤毛和鞭毛是细胞的运动细胞器， 其主要的构成成分即为微管。有些细胞是靠变形进行移动， 其细胞质的运动变化与微管的导向有关。 5纺锤体与染色体运动第二节 微 丝 直径为6-7nm，长度不定， 由肌动蛋白组成，故又名肌动蛋白丝。 普遍存在于各种真核细胞中，分布：质膜下方的外质中、 细胞与细胞之间、 细胞与固体间质相接触的部位。紧临质膜下方的微丝平行排列成束，这种微丝束即所谓的应力纤维(stress fiber)。（一）微丝的组成主要蛋白质成分：肌

8、动蛋白(actin)大小为43kDa，外观呈哑铃形。哺乳动物和鸟类：6种肌动蛋白 4种：肌动蛋白， 横纹肌、心肌、血管平滑肌和肠道平滑肌特有； 2种：肌动蛋白和肌动蛋白：普遍存在（二)微丝的装配纯化单体：G-肌动蛋白，外观哑铃形、 有极性、头尾相接肌动蛋白丝：F-肌动蛋白构成、右手螺旋 有极性、动态结构装配有：“+”极、 “-”极 也形成踏车现象 （三）微丝结合蛋白三类：1.横连蛋白： 两个和多个肌动蛋白结合位点， 同时结合多条肌动蛋白丝， 将多条肌动蛋白丝横连成束。2.戴帽蛋白(capping protein)3.单体稳定蛋白(monomer stablizing protein)（四)微丝

9、的特异性药物主要有细胞松弛素和鬼笔环肽等1.细胞松弛素特异性地破坏微丝。2鬼笔环肽抑制微丝的解聚从而稳定微丝。（五）微丝的功能细胞质膜下方一层特殊的细胞质，称为外质。外质中含有大量的肌动蛋白丝这些微丝与质膜平行排列形成网络状结构并与质膜相连，这层特殊的细胞质为胞质凝胶层，使质膜具有一定的强度和韧度，对于驱动胞质环流、维持细胞外形和细胞运动均具有重要意义。1.维持细胞外形 2.变形运动 许多动物细胞在进行位置移动时 多采用变形运动如：原生动物的变形虫、 高等动物的巨噬细胞和白细胞 以及器官发生时的胚胎细胞等这些细胞的静止外质中含有丰富的微丝，细胞的变形运动与外质中F肌动蛋白的凝胶和溶胶状态之间的

10、相互转变有关。 R. Allen提出了变形运动的前端收缩学说：3.支持微绒毛4.形成应力纤维应力纤维是由微丝束构成的较为稳定的纤维状结构应力纤维： 长而直的纤维， 常与细胞的长轴大致平行并贯穿细胞的全长 由大量平行的微丝束构成 6.胞质分裂将分离的2个子细胞之间由微丝形成收缩环。在肌球蛋白的作用下，不同极性的微丝之间发生相对滑动，使收缩环收缩。在赤道面上的收缩环又借助于辅肌动蛋白等与其外的质膜相连，逐渐收缩，可形成分裂沟，使细胞一分为二。第三节 中 间 丝粗细介于微管和微丝之间的一种微丝，即中间丝中间丝： 直径l0nm的中空管状丝，故又名10nm丝 不受细胞松弛素和秋水仙素的影响， 化学性质上与微丝和微管不同 中间丝的成分复杂， 分布具有高度的组织特异性。 (一)中间丝的类型 (二)中间丝的结构头部、杆部和尾部杆部： 有一段高度保守、约310个氨基酸的螺旋区， 两个相邻亚基螺旋区形成双股超螺旋。头尾部： 头部位于N-端，尾部位于C-端，非螺旋结构， 可进一步分为同源区、可变区和末端区。(三)中间丝的装配中间丝： 八聚体原丝组装成复杂的中空管状结构， 装配过程复杂（四）中间丝的功能1.增强细胞机械应力对表皮细胞特别重要例如：大泡性表皮松解症（遗传病） 由于角蛋白基因发生突变造成的。 病人表皮基底细胞中的角蛋白丝网