医学细胞生物学 第08章 细胞骨架课件

1、 第八章 细胞骨架Chapter 8 cytoskeleton广东医学院基础学院生物教研室张华华细胞骨架（cytoskeleton）:是真核细胞中由蛋白纤维交织而成的立体网架体系。 1.狭义：指细胞质骨架，由微管、微丝和中间纤维组成。 2.广义：包括细胞质骨架、细胞核骨架、细胞膜骨架和细胞外基质。细胞骨架(Cytoskeleton) 是指真核细胞细胞质内的蛋白质纤维网架体系。由微丝、微管、中间纤维三类骨架成分组成。对于细胞的形态、细胞的运动、细胞的分裂、细胞的信息传递等起着重要的作用。 微 管microtubule微 丝microfilament 中间丝intermediate filamen

2、t outline微管(microtubule，MT) 微丝（microfilament，MF）中间纤维(intermediate filament，IF)route： a、结构与化学组成 b、组装和极性 c、功能真核细胞中普遍存在，主要存在于细胞质中，由核向四周呈放射状排布。由微管蛋白和微管结合蛋白形成的中空管状结构，直径2426nm，内径15nm，壁厚5nm。 Microtubules Microtubule aligned end to end原纤维（protofilament）微管（microtubule）a 结构与化学组成微管蛋白（ tubulin）微管蛋白（ tubulin）异二聚

3、体（Heterodimer）polymerized微管构成片层（sheet）Microtubule 细胞内微管的存在形式a 结构与化学组成单管（Singlet）二联管（Doublet）三联管（Triplet ）Microtubule （Microtubule-associated protein，MAP） 微管结合蛋白MAP的主要功能是：促进微管聚集成束；增加微管稳定性或强度；促进微管组装 连接其他蛋白纤维Microtubule Assembly in vitro 踏车现象：在一定条件下，微管正端发生装配使微管伸长，而在负端发生解聚使微管缩短，表现出明显的极性装配。当微管两极的聚合和解聚达到平

4、衡时，微管的长度相对恒定。实际上是一种微管的组装与去组装动态稳定现象。 The best-studied MTOC: 中心体Microtubule -微管蛋白环形复合体 (The -Tubulin Ring Complex) 促使微管蛋白二聚体亚基聚合成核。 b 微管组装和极性微管的体内组装（Microtubule Assembly in vivo）微管组装从微管组织中心（microtubule-organizing centers, MTOCs）开始。The role of -tubulin in microtubule assemblyMicrotubule -微管蛋白环形复合体 (The

5、 -Tubulin Ring Complex) 促使微管蛋白二聚体亚基聚合成核。 b 微管组装和极性微管的体内组装（Microtubule Assembly in vivo）微管组装从微管组织中心（microtubule-organizing centers, MTOCs）开始。微管蛋白二聚体在远离MTOC的微管正端加入,使微管生长。Microtubule 微管的动态不稳定性(Dynamic instability of microtubules) b 微管组装和极性Microtubule 影响微管体组装与组装的因素药物: 紫杉醇(taxol), 秋水仙素(colchicine)和 长春花碱(

6、 vincristine)b 微管组装和极性秋水仙素(colchicine) 阻断微管蛋白组装成微管，可破坏纺锤体结构。 长春花碱（vinblastine）也能抑制微管的装配。 紫杉醇(taxol) 能促进微管的装配,并使已形成的微管稳定。Microtubule c 微管的功能支持和维持细胞的形态 具有一定的强度，能够抗压和抗弯曲，为细胞提供了机械支持力Microtubule c 微管的功能细胞内物质运输微管可以作为运输小泡等的定向运输的轨道。利用马达蛋白作为运输工具完成。马达蛋白：一类介导细胞内物质沿细胞骨架运输的蛋白质。Microtubule c 微管的功能细胞内物质运输以微管为轨道的马达

7、蛋白驱动蛋白Kinesin动力蛋白Dynein向“”运输向“”运输Microtubule c 微管的功能细胞器的定位与分布微管及其相关马达蛋白在细胞内的膜性细胞器的空间定位上有重要作用。Microtubule c 微管的功能支持细胞运动 Microtubule c 微管的功能参与细胞分裂Microtubule c 微管的功能细胞内信号传导 微管广泛分布于胞质中，具有足够的空间进行信号转导。信号分子可直接与微管作用，或通过马达蛋白、或通过一些支架蛋白与微管作用Section II Microfilament 成束、成网或纤维状分散分布。由肌动蛋白形成的实心纤维细丝，直径约5-8nm。较多位于细胞

8、膜面下，参与多种功能。Microfilaments Microfilament a 结构与化学组成微丝是由G-肌动蛋白亚基形成的多聚体G-actin subunitsMicrofilament (Fibrillar actin)assemble head to tailMicrofilament 微丝结合蛋白(Microfilament associate proteins) play important role in microfilament assembly and function. a 结构与化学组成单体隔离蛋白去聚合蛋白膜结合蛋白末端阻断蛋白 纤维切割蛋白交联蛋白微丝结合蛋白类型

9、a 结构与化学组成Microfilament 肌球蛋白(Myosin): 微丝的分子马达微丝结合蛋白(Microfilament associate proteins) 微丝是由G-肌动蛋白亚基形成的多聚体a结构与化学组成Microfilament a结构与化学组成Microfilament 微丝的体外组装 b 组装和极性成核期 限速过程生长期 肌动蛋白在核心两端聚合,正端快，负端慢平衡期 聚合速度与解离速度达到平衡踏车模型（treadmilling model）ATP是调节的主要因素ATP-肌动蛋白 对微丝末端亲和性高ADP-肌动蛋白 对微丝末端亲和性低ATP-肌动蛋白浓度与聚合速度成正比M

10、icrofilament b 组装和极性微丝的任何一端都可以以添加肌动蛋白单体的方式增长，不过由于极性，两端的速度不同，速度快的一端为正端，速度慢的一端为负端，表现为踏车现象。当到达平衡期，肌动蛋白分子添加到肌动蛋白丝上的速度正好等于肌动蛋白分子从肌动蛋白上失去的速度，微丝的净长度没有改变，这种过程称为微丝的踏车行为。Microfilament b 组装和极性Microfilament b 组装和极性Microfilament b 组装和极性(2) 鬼笔环肽(phalloidin)(1) 细胞松弛素(cytochalasins)与微丝具有强烈的亲合作用, 可紧密地结合在微丝上，因而能抑制微丝的

11、解聚从而稳定微丝。 微丝特异性药物通过切断微丝并结合在微丝的正端, 抑制其组装，从而导致微丝解聚。Microfilament C 微丝的功能（Functions of microfilament）构成细胞支架，维持细胞形态应力纤维（stress fiber）是真核细胞中广泛存在的由微丝束构成的较为稳定的纤维状结构，位于细胞内紧邻质膜下方。可以维持细胞的扁平铺展和特异形状并赋予细胞韧性和强度。培养上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色） 构成细胞支架，维持细胞形态Microfilament C 微丝的功能（Functions of microfilament）Microfilament C 微

12、丝的功能（Functions of microfilament）参与细胞运动细胞依赖于肌动蛋白和微丝结合蛋白的相互作用进行移动。富含肌动蛋白的皮层为细胞变形运动提供动力微丝组装延长推动质膜前移；肌球蛋白牵引微丝与其发生相互滑动，进而产生胞质流动的动力变形运动嗜中性粒细胞的趋向性点接触(粘着斑)收缩环的模式图解胞质分裂通过收缩环的收缩来完成。A肌动蛋白与肌球蛋白分子的相互作用使微丝之间发生相对滑动，使收缩环收缩B收缩环借助于-辅肌动蛋白等与其外的质膜相连，故其逐渐收缩，可形成分裂沟, 使细胞一分为二Microfilaments 参与细胞质分裂微丝的功能Microfilaments 参与肌肉收缩微

13、丝的功能横纹肌各级结构示意图肌原纤维肌纤维肌纤维束肌膜肌节肌肉核暗带明带明带暗带腱腱骨Z线M线Z线M线H带H带Muscle Motility与肌肉收缩有关的蛋白(1) 粗肌丝肌球蛋白(myosin)：占肌细胞总蛋白的50%肌球蛋白的电镜图象和分子结构(a) 肌球蛋白的电镜图象：肌球蛋白分子可分为球形头部和杆状尾部两部分; (b) 肌球蛋白分子含有2条重链和4条轻链 。2条重链的疏水性C-端为-螺旋结构, 相互缠绕，形成杆状尾部; N-端则形成球形头部。450kDa具有ATPase活性每条粗肌丝：约由4000个肌球蛋白分子规则排列而成粗肌丝的电镜图象及其模式图解(a) 从扇贝肌肉中分离出的粗肌丝

14、的电镜图象; (b)在粗肌丝中， 肌球蛋白分子以其尾部相互聚集在一起，其头部向四周伸出H带M线(M线蛋白)(2) 细肌丝肌动蛋白(actin)：47kDaG-肌动蛋白(globular actin)缺乏离子中性盐溶液F-肌动蛋白(fibrous actin)细肌丝的电镜图象及其模式图解(a) 肌动蛋白丝的负染色电镜图象; (b) 由肌动蛋白单体形成了紧密缠绕的螺旋状结构细肌丝中原肌球蛋白(Tm)、肌钙蛋白（Tn)与肌动蛋白的相互关系I, 抑制亚基; C, 钙结合亚基; T, 原肌球蛋白结合亚基由2条平行多肽链形成的-螺旋结构，长约40nm7个G-actin：1个肌钙蛋白和1个原肌球蛋白细肌丝上

15、也有一些肌动蛋白结合蛋白：结合：肌动蛋白和肌球蛋白头部紧密结合释放：结合ATP后, 与肌动蛋白的亲合力降低, 从肌动蛋白丝上脱落下来; 直立：ATP水解成ADP和Pi, 仍然结合在肌球蛋白头部; 产力：肌球蛋白头部释放出Pi, 再与肌动丝紧密结合;肌球蛋白头部发生剧烈的构象变化, 产生“机械力”再结合：肌球蛋白头部释放出ADP , 使它又回复到下一次新循环的起点。肌球蛋白分子利用ATP从细肌丝“-”端向“+”端的移动机制图解Section III Intermediate FilamentIntermediate Filaments 结构最为复杂，一种坚韧、稳定的蛋白质纤维。由中间纤维蛋白形成的中空纤维状结构，直径约10nm。单根或成束分布在细胞质中，形成纤维网络。a 结构与化学组成Intermediate Filament 基本结构单位：中间纤维蛋白单体，六种类型Monomer（单体）Dimer（二聚体）Tetramer（四聚体）IFb 组装原纤维Intermediate Filament c中间丝的功能形成完整的网状骨架,为细胞提供机械支持细胞内物质运输及信号传递参与细胞分化有有有结合蛋白8根原纤维组成的非空心多级螺旋结构，直径10nm原纤维组成的螺旋结构，直径58nm13根原纤维组成的空心管状结构，直径2425nm结 构6类