细胞骨架与细胞运动示范课件

细胞骨架与细胞运动细胞骨架与细胞运动1（优选）细胞骨架与细胞运动（优选）细胞骨架与细胞运动2●分布◆微管主要分布在核周围,并呈放射状向胞质四周扩散。◆微丝主要分布在细胞质膜的内侧。◆中间纤维则分布在整个细胞中。10.1细胞骨架(cytoskeleton)的组成和功能细胞骨架的组成和分布●组成微管、微丝（肌动蛋白纤维）和中间纤维。●分布10.1细胞骨架(cytoskeleton)的组成3细胞骨架与细胞运动示范课件4细胞骨架的功能●作为支架(scaffold)●在细胞内形成一个框架(framework)结构●为细胞器的运动和细胞内物质运输提供机械支持●为细胞从一个位置向另一位置移动，纤毛和鞭毛●为信使RNA提供锚定位点，促进mRNA翻译成多肽●参与细胞的信号传导●是细胞分裂的机器，核分裂和胞质分裂细胞骨架的功能●作为支架(scaffold)5■荧光显微镜在细胞骨架研究中的应用■电视显微镜(videomicroscopy)■电子显微技术的应用细胞骨架的研究方法相同细胞中微管、微丝和中间纤维的荧光定位用电视显微镜观察到的微管发动机的运动示意图细胞骨架的电子显微镜检查■荧光显微镜在细胞骨架研究中的应用细胞骨架的研究方法相同细610.2微管（Microtubules）微管结构和类型（一）成分：α，β微管蛋白，其二聚体是微管装配的基本单位，α，β微管蛋白都长4nm,二聚体为8nm。

两个GTP结合位点：α上的GTP是不能水解β结合的GTP水解成GDP（二）形态：长管状结构，外径24nm，内径15nm，其壁包括13条原纤维。10.2微管（Microtubules）微管结构和类型（7（三）类型：单管：又称单体二联管：又称双联体(纤毛和鞭毛中)三联管：称三联体(中心粒和基体中)（三）类型：8微管装配的动力学◆微管装配的起点微管组织中心◆概念:存在于细胞质中决定微管在生理状态或实验处理解聚后重新组装的结构叫微管组织中心。微管从微管组织中心向外生长微管装配的动力学◆微管装配的起点微管组织中心◆概念:存在于细9常见微管组织中心：◆间期细胞MTOC：中心体(动态微管)◆分裂细胞MTOC：有丝分裂纺锤体极(动态微管）◆鞭毛纤毛细胞MTOC：基体(永久性结构)常见微管组织中心：10中心粒结构●MTOCs与微管的方向靠近MTOCs的一端由于生长慢而称之为负端(minusend)远离MTOCs一端的微管生长速度快,被称为正端(plusend)

γ微管蛋白的作用：中心粒结构●MTOCs与微管的方向γ微管蛋白的作用：11①α微管蛋白和β微管蛋白形成αβ二聚体。②αβ二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维。③进一步经过侧面增加二聚体而扩展为螺旋带,当螺旋带加宽至13根原纤维时,即合拢形成一段微管。④然后在端部不断添加二聚体使微管延长。◆微管装配过程①α微管蛋白和β微管蛋白形成αβ二聚体。◆微管装配过程12◆微管的极性

①装配的方向性，有“头”、“尾”之分。

②生长速度的快慢正端生长得快,负端则慢,同样,如果微管去组装也是正端快负端慢。◆微管的极性13●1972年，Weisenberg首次体外组装,组装的基本条件:Mg2+、GTP和EGTA和适当的温度。●造成微管不稳定性的因素GTP浓度、压力、温度(最适温度37℃)、pH(最适pH=6.9)、微管蛋白临界浓度(criticalconcentration)、药物等(图)。■影响微管组装和去组装的因素●1972年，Weisenberg首次体外组装,组装的14◆影响微管稳定性的药物◆秋水仙素(colchicine)：秋水仙素同未聚合的微管蛋白二聚体结合,形成的复合物可以阻止微管的成核反应，阻止微管聚合。

◆紫杉酚(taxol)：紫杉醇只结合到聚合的微管上,维持了微管的稳定，阻止微管解聚。

◆影响微管稳定性的药物◆秋水仙素(colchicine)：秋15有丝分裂纺锤体极(动态微管）（二）形态：长管状结构，外径24nm，内径15nm，其壁包括13条原纤维。由肌动蛋白和肌球蛋白的运动介导。●Ca2+离子浓度调节:肌收缩与神经兴奋相偶联●在细胞内形成一个框架(framework)结构●在细胞内形成一个框架(framework)结构★变形运动（变形虫式运动）●MTOCs与微管的方向1细胞骨架(cytoskeleton)的组成和功能■Ca2+离子在肌收缩中的作用驱动蛋白(kinesins)的结构和功能：■肌收缩的滑动丝模型及分子基础3微丝(microfilament)●在细胞内形成一个框架(framework)结构鱼的色素细胞中色素分子的分散与聚集①成核作用(nucleation),G-肌动蛋白慢慢地聚合形成短的、不稳定的寡聚体，该过程较慢。■电视显微镜(videomicroscopy)TnI(抑制肌动蛋白和肌球蛋白的结合)②αβ二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维。◆肌细胞：特化的肌收缩功能●踏车现象(treadmilling)又称轮回现象,是微管组装后处于动态平衡的一种现象。即微管的总长度不变，但结合上的二聚体从(+)端不断向(-)端推移,最后到达负端(受各种物质浓度和生理状态的影响)。◆微管组装的动力学现象:有丝分裂纺锤体极(动态微管）●踏车现象(treadmi16微管随反应体系中游离αβ二聚体的浓度变化而发生的生长状态和缩短状态的转变◆动态不稳定性(dynamicinstability)微管随反应体系中游◆动态不稳定性(dynamicinsta17微管结合蛋白(microtubule-associatedproteins,MAPs)蛋白质相对分子质量(kDa)来源MAP350神经组织MAP1B(MPA5)325神经组织MAP，MPA2B270神经组织MAP70神经组织Tau蛋白50-65神经组织MAP4200广泛存在MAP3180广泛存在发动蛋白(dynamin)100神经组织■微管结合蛋白的种类和结构特点MAPs家族：具有两个结构域,一个是碱性的微管蛋白结合结构域,另一个是酸性的外伸的结构域。微管结合蛋白(microtubule-associated18①使微管相互交联形成束状结构，也可以使微管同其它细胞结构交联,这些结构包括质膜、微丝和中间纤维等；②通过与微管成核点的作用促进微管的聚合；③在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒，因为一些分子发动机能够同微管结合转运细胞内的物质；④提高微管的稳定性。■MAPs的功能①使微管相互交联形成束状结构，也可以使微管同其它细胞结构交联19概念：细胞内有一类蛋白质能够用ATP供能,产生推动力，进行细胞内的物质运输，这种蛋白分子称为分子发动机或发动机蛋白(motorproteins)。分子发动机(molecularmotor)机械发动机发动机蛋白概念：细胞内有一类蛋白质能够用ATP供能,产生推动力，进行细20分子发动机移动的主要特点

◆第一：运输是单方向的，一种发动机只能引导一个方向的运输发动机蛋白单向运输分子发动机移动的主要特点◆第一：运输是单方向的，一种发动21◆第二：运输是逐步进行而非连续进的：●能源是ATP●通过构像的变化才能完成行进的动作◆第二：运输是逐步进行而非连续进的：22分子发动机的类型

驱动蛋白(kinesins)家族：Tomovealongmicrotubules

动力蛋白(dyneins)家族:Tomovealongmicrotubules肌球蛋白(myosins)家族:

Tomovealongmicrofilaments分子发动机的类型驱动蛋白(kinesins)家族：动力23●分子结构：四聚体，两条重链（球形的头部，ATP结合位点，供能，称为“引擎”）和2条轻链（构成扇形的尾部，货物结合位点）●运输方向：从微管的(-)端移向微管的(+)端●运输速度：驱动蛋白每跨一步的长度为8nm,正好是一个αβ微管二聚体的长度。速度高时可达每秒900nm驱动蛋白(kinesins)的结构和功能：●分子结构：四聚体，两条重链（球形的头部，ATP结合位点，24◆胞质动力蛋白是一个巨大的分子◆包括两条重链和几条轻链◆沿微管的正端（+）向负端（）移动◆功能●参与细胞分裂●运输小泡和各种膜结合细胞器胞质动力蛋白

驱动蛋白与动力蛋白◆胞质动力蛋白是一个巨大的分子胞质动力蛋白驱动蛋白与动力25微管的功能：◆支架作用◆细胞内物质的运输◆鞭毛(flagella)运动和纤毛(cilia)运动◆纺锤体与染色体运动◆1、支架作用培养的动物细胞中的微管微管的功能：◆支架作用◆细胞内物质的运输◆1、支架作用培养的26◆2、细胞内物质的运输：神经元轴突的运输顺向运输：从细胞体到轴突和轴突末梢，靠驱动蛋白，如分泌泡和神经递质逆向运输：从轴突和轴突末梢到细胞体到，靠动力蛋白，如内吞泡和营养物质◆2、细胞内物质的运输：神经元轴突的运输顺向运输：从细胞体到273、◆色素颗粒的运输：微管依赖性的鱼的色素细胞中色素分子的分散与聚集3、◆色素颗粒的运输：微管依赖性的鱼的色素细胞中色素分子的分28◆鞭毛(flagella)运动和纤毛(cilia)运动◆纺锤体与染色体运动β结合的GTP水解成GDP●Ca2+离子浓度调节:肌收缩与神经兴奋相偶联●球形肌动蛋白由两个裂片构成，中间有ATP结合位点②αβ二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维。远离MTOCs一端的微管生长速度快,被称为正端(plusend)介导细胞间或细胞与基质表面的粘着。肌钙蛋白(Tn)胞质环流：菌类、藻类和高等植物中非常活跃的运动现象。●肌动蛋白(actin)◆肌球蛋白的结构：由一个重链和几个轻链组成，并组成三个结构域后重新组装的结构叫微管组织中心。3微丝(microfilament)两个GTP结合位点：三联管：称三联体(中心粒和基体中)●肌原纤维(myofibril)4中间纤维（intermediatefilament,IF)有丝分裂的中期：染色体要排列在赤道板上◆胞质动力蛋白（+到－）：运输小泡和动粒●球形肌动蛋白由两个裂片构成，中间有ATP结合位点如Mg2+、K+、Na+◆MTOC（－）位于高尔基体附近，向外发射（+）。◆COPⅡ被膜小泡：需要胞质动力蛋白◆COPⅠ被膜小泡：需要胞质驱动蛋白◆披网格蛋白小泡：需要胞质驱动蛋白运输细胞中微管介导的物质运输：◆包括胞质驱动蛋白（－到+）：主要运输小泡◆纺锤体驱动蛋白（－到+）：运输纺锤体和星微管、中心粒和动粒◆胞质动力蛋白（+到－

）：运输小泡和动粒◆轴丝动力蛋白（+到－

）：鞭毛和纤毛中的单管的运动◆鞭毛(flagella)运动和纤毛(cilia)运动◆纺锤294、◆鞭毛(flagella)和纤毛(cilia)运动功能：

◆使细胞锚定在某一个地方不易移动◆使细胞在液体介质中运动◆鞭毛：长而细，长150微米，以波浪式摆动◆纤毛：短而粗，5-10微米，运动复杂无规则4、◆鞭毛(flagella)和纤毛(cilia)运动功能：30典型的真核细胞的纤毛或鞭毛结构组成微管组成的轴丝结构：◆9组（二联管）+2个（中央单管）围成9+2的微管形式◆其中9组二联管中每组由靠内的A管和靠外的B管组成，A管上有2个动力蛋白臂鞭毛和纤毛的运动机制：微管滑动模型◆由轴丝中微管蛋白动力臂相互滑动引起的弯曲运动◆动力蛋白头部与相邻二联管的B管接触，通过动力蛋白水解ATP产生A管与B管的相互滑动典型的真核细胞的纤毛或鞭毛结构组成微管组成的轴丝结构：鞭毛和31基体与纤毛/鞭毛轴丝中心体：9组三联管基体与纤毛/鞭毛轴丝中心体：9组三联管32◆纺锤体与染色体运动有丝分裂的中期：染色体要排列在赤道板上有丝分裂后期：染色单体要均分到细胞的两极依赖于纺锤体微管的装配和解聚而实现纺锤体微管的变化必须依靠分子发动机◆纺锤体与染色体运动有丝分裂的中期：染色体要排列在赤道板上依3310.3微丝(microfilament)◆微丝的形态和组成◆微丝的装配动力学◆微丝结合蛋白◆肌细胞：特化的肌收缩功能◆肌动蛋白和肌球蛋白在非肌细胞中的作用10.3微丝(microfilament)34概念：又称肌动蛋白纤维(actinfilament),是指真核细胞中由肌动蛋白(actin)组成、直径为7-9nm的骨架纤维。微丝的形态和组成■微丝的存在方式与分布●存在方式：由肌动蛋白(actin)组成的●分布：肌细胞,如横纹肌和心肌细胞，以及非肌细胞中概念：又称肌动蛋白纤维(actinfilament),是35■微丝的结构单位:肌动蛋白●肌动蛋白(actin)

肌动蛋白以两种形式存在：单体和多聚体。

◆单体的肌动蛋白是由一条多肽链构成的球形分子,又称球状肌动蛋白(globularactin,G-actin)，◆多聚体形成肌动蛋白丝,称为纤维状肌动蛋白(fibrosactin,F-actin)。

■微丝的结构单位:肌动蛋白●肌动蛋白(actin)36微丝的装配动力学◆MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性,装配时呈头尾相接,故微丝具有极性，即正极与负极之别。●球形肌动蛋白由两个裂片构成，中间有ATP结合位点●肌动蛋白存在形式：ATP-G肌动蛋白、ADP-G肌动蛋白、ATP-F肌动蛋白、ADP-F肌动蛋白微丝的装配动力学◆MF是由G-actin单体形成的多聚体，37■肌动蛋白纤维的装配过程①成核作用(nucleation),G-肌动蛋白慢慢地聚合形成短的、不稳定的寡聚体，该过程较慢。②快速延长阶段③稳定期(steadystate)■影响装配的因素①G-肌动蛋白临界浓度的影响；②一些离子浓度的影响。如Mg2+、K+、Na+■肌动蛋白纤维的装配过程①成核作用(nucleation)38◆装配的踏车现象(treadmilling)在微丝装配时,若G-肌动蛋白分子添加到F-肌动蛋白丝上的速率正好等于G-肌动蛋白分子从F-肌动蛋白上失去的速率时,微丝净长度没有改变,这种过程称为肌动蛋白的踏车现象。◆装配的踏车现象(treadmilling)39★变形运动（变形虫式运动）■肌收缩的滑动丝模型及分子基础◆MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性,装配时呈头尾相接,故微丝具有极性，即正极与负极之别。●Ca2+离子对肌收缩的调节作用■电子显微技术的应用●运输速度：驱动蛋白每跨一步的长度为8nm,正好是一个αβ微管二聚体的长度。◆应力纤维（stressfiber）微丝紧密平行排列成束，形成应力纤维,具有收缩功能。作用：调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。所以其主要涉及细胞骨架与膜之间的相互作用。（优选）细胞骨架与细胞运动原肌球蛋白（Tm）：不速之客①装配的方向性，有“头”、“尾”之分。●MTOCs与微管的方向★变形运动（变形虫式运动）微管结合蛋白(microtubule-associatedproteins,MAPs)●在细胞内形成一个框架(framework)结构肌动蛋白以两种形式存在：单体和多聚体。微丝特异性药物◆细胞松弛素(cytochalasins)：可以切断微丝,并结合在微丝正极阻抑肌动蛋白聚合,因而导致微丝解聚。将其加到活细胞中，导致细胞移动、吞噬、胞质分裂瘫痪。◆鬼笔环肽(philloidin)：与微丝侧面结合,防止MF解聚。★变形运动（变形虫式运动）微丝特异性药物◆细胞松弛素(cyt40微丝结合蛋白(actinbindingproteins)抑制聚合交联蛋白其抗压作用末端阻断蛋白阻止微丝的生长微丝结合蛋白(actinbindingproteins)抑41●肌球蛋白的类型已鉴定了三种主要类型肌球蛋白:肌球蛋白Ⅰ肌球蛋白Ⅱ肌球蛋白Ⅴ■肌球蛋白(myosin)∶第三类分子发动机，以微丝作为运行轨道，从微丝的-端移向+端◆肌球蛋白的结构：由一个重链和几个轻链组成，并组成三个结构域●头部：含有与肌动蛋白、ATP结合的位点，具ATPase活性，负责产生力●颈部：颈部通过同钙调素或类似钙调素的调节轻链亚基的结合来调节头部的活性。●尾部：含有决定尾部是否同膜结合还是同其它的尾部结合的位点●肌球蛋白的类型■肌球蛋白(myosin)∶第三类分子发42MyosinⅡ●两个球形头部和一个长杆尾部●两条相同的重链和四条轻链●用凝乳蛋白酶处理，尾部发生断裂MyosinⅡ●两个球形头部和一个长杆尾部43◆肌球蛋白的功能不同种类肌球蛋白的特殊功能由它们的尾部决定●肌球蛋白Ⅱ:参与肌收缩和胞质分裂，为肌肉收缩和胞质分裂提供力；●肌球蛋白Ⅰ:运输作用●肌球蛋白Ⅴ:运输作用肌球蛋白Ⅰ和Ⅴ的尾部具有与膜结合的功能，推测能进行膜泡的运输。所以其主要涉及细胞骨架与膜之间的相互作用。◆肌球蛋白的功能不同种类肌球蛋白的特殊功能由它们的尾部决定44●肌球蛋白的运动机理：水解ATP的滑动模型●肌球蛋白的运动机理：水解ATP的滑动模型45■骨骼肌细胞的基本结构■肌原纤维的结构■肌收缩的滑动丝模型

(slidingfilamentmodel)及分子基础■Ca2+离子在肌收缩中的作用肌细胞:特化的肌收缩功能■骨骼肌细胞的基本结构肌细胞:特化的肌收缩功能46■骨骼肌细胞的基本结构●肌纤维(myofibers)●肌原纤维(myofibril)●肌节(sarcomere)肌细胞的结构■骨骼肌细胞的基本结构肌细胞的结构47■肌原纤维的结构肌动蛋白细肌丝■肌原纤维的结构肌动蛋白细肌丝48■肌收缩的滑动丝模型及分子基础肌收缩时肌节的收缩■肌收缩的滑动丝模型及分子基础肌收缩时肌节的收缩49●原肌球蛋白的抑制作用●Ca2+离子对肌收缩的调节作用●Ca2+离子浓度调节:肌收缩与神经兴奋相偶联■Ca2+离子在肌收缩中的作用细肌丝的组成:

肌动蛋白：占25%原肌球蛋白（Tm）：不速之客肌钙蛋白(Tn)●原肌球蛋白的抑制作用■Ca2+离子在肌收缩中的作用细肌50肌钙蛋白(Troponin,Tn)为复合物，包括三个亚基：TnC(Ca2+敏感性蛋白亚基)能特异与Ca2+结合;TnT(与原肌球蛋白结合);TnI(抑制肌动蛋白和肌球蛋白的结合)原肌球蛋白(tropomyosin,Tm):由两条平行的多肽链形成α-螺旋构型,位于肌动蛋白螺旋沟内,与细肌丝的肌动蛋白结合

作用：调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。肌钙蛋白(Troponin,Tn)为复合物，包括三个亚基51

Ca2+在调节肌钙蛋白中胡作用：

52由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程●动作电位的产生神经细胞产生动作电位，促使肌细胞质膜去极化，并形成T形小管，T管末端靠近肌质网。●Ca2+的释放T管末端靠近肌质网促发肌质网上Ca2+通道释放出Ca2+。●原肌球蛋白位移Ca2+浓度增加，与肌钙蛋白结合，改变肌钙蛋白的构型，从而带动原肌球蛋白移位，解除原肌球蛋白对肌动蛋白的抑制作用，露出肌动蛋白与肌球蛋白结合的位点。●肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动肌动蛋白与肌球蛋白结合产生交联桥，在ATP供能的条件下产生肌收缩。

●Ca2+的回收一旦神经冲动消失，Ca2+被钙泵泵回到肌质网储存，肌肉舒张。由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程●动作电位的产生神经细胞产生53肌质网对骨骼肌胞质溶胶中Ca2+离子浓度的调节作用肌质网对骨骼肌胞质溶胶中Ca2+离子浓度的调节作用54肌动蛋白和肌球蛋白在非肌细胞中的作用■粘着斑和微绒毛中的束状肌动蛋白纤维■细胞内运输作用■胞质环流■细胞运动■参与胞质分裂■肌动蛋白纤维对细胞形态的影响■微丝参与胞吞与分泌■限制膜蛋白的移动肌动蛋白和肌球蛋白在非肌细胞中的作用55◆微绒毛(microvillus):是肠上皮细胞的指状突起，用以增加肠上皮细胞表面积，以利于营养的快速吸收。■粘着斑和微绒毛中的束状肌动蛋白纤维◆微绒毛(microvillus):■粘着斑和微绒毛中的束56◆应力纤维（stressfiber）广泛存在于真核细胞。微丝紧密平行排列成束，形成应力纤维,具有收缩功能。成分：肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和-辅肌动蛋白。介导细胞间或细胞与基质表面的粘着。◆应力纤维（stressfiber）57■细胞内的运输肌球蛋白的功能通过肌球蛋白Ⅰ进行物质运输：◆小泡的运输◆微丝的运输■细胞内的运输肌球蛋白的功能通过肌球蛋白Ⅰ进行物质运输：58■胞质环流：植物细胞的胞质环流胞质环流：菌类、藻类和高等植物中非常活跃的运动现象。由肌动蛋白和肌球蛋白的运动介导。■胞质环流：植物细胞的胞质环流胞质环流：菌类、藻类和高等植物59★变形运动（变形虫式运动）单细胞移动■细胞运动细胞爬行：★变形运动（变形虫式运动）■细胞运动细胞爬行：60■参与胞质分裂收缩环:由大量反向平行排列的微丝组成，其收缩机制是肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动。■参与胞质分裂收缩环:由大量反向平行排列的微丝组成，其收缩机61■肌动蛋白纤维对细胞形态的影响■肌动蛋白纤维对细胞形态的影响62■限制膜蛋白的移动■限制膜蛋白的移动6310.4中间纤维（intermediatefilament,IF)

●中间纤维的结构和类型

●中间纤维的装配

●中间纤维的功能10.4中间纤维（intermediatefilamen64■中间纤维的结构和类型又称为10nm纤维，是由长的、杆状蛋白质装配而来。是一种坚韧的，耐久的蛋白质纤维网络结构。结构：中间是α螺旋区，两端是N端和C端，单体能形成同源二聚体纤维■中间纤维的结构和类型又称为10nm纤维，是由长的、杆状蛋白65细胞骨架与细胞运动细胞骨架与细胞运动66（优选）细胞骨架与细胞运动（优选）细胞骨架与细胞运动67●分布◆微管主要分布在核周围,并呈放射状向胞质四周扩散。◆微丝主要分布在细胞质膜的内侧。◆中间纤维则分布在整个细胞中。10.1细胞骨架(cytoskeleton)的组成和功能细胞骨架的组成和分布●组成微管、微丝（肌动蛋白纤维）和中间纤维。●分布10.1细胞骨架(cytoskeleton)的组成68细胞骨架与细胞运动示范课件69细胞骨架的功能●作为支架(scaffold)●在细胞内形成一个框架(framework)结构●为细胞器的运动和细胞内物质运输提供机械支持●为细胞从一个位置向另一位置移动，纤毛和鞭毛●为信使RNA提供锚定位点，促进mRNA翻译成多肽●参与细胞的信号传导●是细胞分裂的机器，核分裂和胞质分裂细胞骨架的功能●作为支架(scaffold)70■荧光显微镜在细胞骨架研究中的应用■电视显微镜(videomicroscopy)■电子显微技术的应用细胞骨架的研究方法相同细胞中微管、微丝和中间纤维的荧光定位用电视显微镜观察到的微管发动机的运动示意图细胞骨架的电子显微镜检查■荧光显微镜在细胞骨架研究中的应用细胞骨架的研究方法相同细7110.2微管（Microtubules）微管结构和类型（一）成分：α，β微管蛋白，其二聚体是微管装配的基本单位，α，β微管蛋白都长4nm,二聚体为8nm。

两个GTP结合位点：α上的GTP是不能水解β结合的GTP水解成GDP（二）形态：长管状结构，外径24nm，内径15nm，其壁包括13条原纤维。10.2微管（Microtubules）微管结构和类型（72（三）类型：单管：又称单体二联管：又称双联体(纤毛和鞭毛中)三联管：称三联体(中心粒和基体中)（三）类型：73微管装配的动力学◆微管装配的起点微管组织中心◆概念:存在于细胞质中决定微管在生理状态或实验处理解聚后重新组装的结构叫微管组织中心。微管从微管组织中心向外生长微管装配的动力学◆微管装配的起点微管组织中心◆概念:存在于细74常见微管组织中心：◆间期细胞MTOC：中心体(动态微管)◆分裂细胞MTOC：有丝分裂纺锤体极(动态微管）◆鞭毛纤毛细胞MTOC：基体(永久性结构)常见微管组织中心：75中心粒结构●MTOCs与微管的方向靠近MTOCs的一端由于生长慢而称之为负端(minusend)远离MTOCs一端的微管生长速度快,被称为正端(plusend)

γ微管蛋白的作用：中心粒结构●MTOCs与微管的方向γ微管蛋白的作用：76①α微管蛋白和β微管蛋白形成αβ二聚体。②αβ二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维。③进一步经过侧面增加二聚体而扩展为螺旋带,当螺旋带加宽至13根原纤维时,即合拢形成一段微管。④然后在端部不断添加二聚体使微管延长。◆微管装配过程①α微管蛋白和β微管蛋白形成αβ二聚体。◆微管装配过程77◆微管的极性

①装配的方向性，有“头”、“尾”之分。

②生长速度的快慢正端生长得快,负端则慢,同样,如果微管去组装也是正端快负端慢。◆微管的极性78●1972年，Weisenberg首次体外组装,组装的基本条件:Mg2+、GTP和EGTA和适当的温度。●造成微管不稳定性的因素GTP浓度、压力、温度(最适温度37℃)、pH(最适pH=6.9)、微管蛋白临界浓度(criticalconcentration)、药物等(图)。■影响微管组装和去组装的因素●1972年，Weisenberg首次体外组装,组装的79◆影响微管稳定性的药物◆秋水仙素(colchicine)：秋水仙素同未聚合的微管蛋白二聚体结合,形成的复合物可以阻止微管的成核反应，阻止微管聚合。

◆紫杉酚(taxol)：紫杉醇只结合到聚合的微管上,维持了微管的稳定，阻止微管解聚。

◆影响微管稳定性的药物◆秋水仙素(colchicine)：秋80有丝分裂纺锤体极(动态微管）（二）形态：长管状结构，外径24nm，内径15nm，其壁包括13条原纤维。由肌动蛋白和肌球蛋白的运动介导。●Ca2+离子浓度调节:肌收缩与神经兴奋相偶联●在细胞内形成一个框架(framework)结构●在细胞内形成一个框架(framework)结构★变形运动（变形虫式运动）●MTOCs与微管的方向1细胞骨架(cytoskeleton)的组成和功能■Ca2+离子在肌收缩中的作用驱动蛋白(kinesins)的结构和功能：■肌收缩的滑动丝模型及分子基础3微丝(microfilament)●在细胞内形成一个框架(framework)结构鱼的色素细胞中色素分子的分散与聚集①成核作用(nucleation),G-肌动蛋白慢慢地聚合形成短的、不稳定的寡聚体，该过程较慢。■电视显微镜(videomicroscopy)TnI(抑制肌动蛋白和肌球蛋白的结合)②αβ二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维。◆肌细胞：特化的肌收缩功能●踏车现象(treadmilling)又称轮回现象,是微管组装后处于动态平衡的一种现象。即微管的总长度不变，但结合上的二聚体从(+)端不断向(-)端推移,最后到达负端(受各种物质浓度和生理状态的影响)。◆微管组装的动力学现象:有丝分裂纺锤体极(动态微管）●踏车现象(treadmi81微管随反应体系中游离αβ二聚体的浓度变化而发生的生长状态和缩短状态的转变◆动态不稳定性(dynamicinstability)微管随反应体系中游◆动态不稳定性(dynamicinsta82微管结合蛋白(microtubule-associatedproteins,MAPs)蛋白质相对分子质量(kDa)来源MAP350神经组织MAP1B(MPA5)325神经组织MAP，MPA2B270神经组织MAP70神经组织Tau蛋白50-65神经组织MAP4200广泛存在MAP3180广泛存在发动蛋白(dynamin)100神经组织■微管结合蛋白的种类和结构特点MAPs家族：具有两个结构域,一个是碱性的微管蛋白结合结构域,另一个是酸性的外伸的结构域。微管结合蛋白(microtubule-associated83①使微管相互交联形成束状结构，也可以使微管同其它细胞结构交联,这些结构包括质膜、微丝和中间纤维等；②通过与微管成核点的作用促进微管的聚合；③在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒，因为一些分子发动机能够同微管结合转运细胞内的物质；④提高微管的稳定性。■MAPs的功能①使微管相互交联形成束状结构，也可以使微管同其它细胞结构交联84概念：细胞内有一类蛋白质能够用ATP供能,产生推动力，进行细胞内的物质运输，这种蛋白分子称为分子发动机或发动机蛋白(motorproteins)。分子发动机(molecularmotor)机械发动机发动机蛋白概念：细胞内有一类蛋白质能够用ATP供能,产生推动力，进行细85分子发动机移动的主要特点

◆第一：运输是单方向的，一种发动机只能引导一个方向的运输发动机蛋白单向运输分子发动机移动的主要特点◆第一：运输是单方向的，一种发动86◆第二：运输是逐步进行而非连续进的：●能源是ATP●通过构像的变化才能完成行进的动作◆第二：运输是逐步进行而非连续进的：87分子发动机的类型

驱动蛋白(kinesins)家族：Tomovealongmicrotubules

动力蛋白(dyneins)家族:Tomovealongmicrotubules肌球蛋白(myosins)家族:

Tomovealongmicrofilaments分子发动机的类型驱动蛋白(kinesins)家族：动力88●分子结构：四聚体，两条重链（球形的头部，ATP结合位点，供能，称为“引擎”）和2条轻链（构成扇形的尾部，货物结合位点）●运输方向：从微管的(-)端移向微管的(+)端●运输速度：驱动蛋白每跨一步的长度为8nm,正好是一个αβ微管二聚体的长度。速度高时可达每秒900nm驱动蛋白(kinesins)的结构和功能：●分子结构：四聚体，两条重链（球形的头部，ATP结合位点，89◆胞质动力蛋白是一个巨大的分子◆包括两条重链和几条轻链◆沿微管的正端（+）向负端（）移动◆功能●参与细胞分裂●运输小泡和各种膜结合细胞器胞质动力蛋白

驱动蛋白与动力蛋白◆胞质动力蛋白是一个巨大的分子胞质动力蛋白驱动蛋白与动力90微管的功能：◆支架作用◆细胞内物质的运输◆鞭毛(flagella)运动和纤毛(cilia)运动◆纺锤体与染色体运动◆1、支架作用培养的动物细胞中的微管微管的功能：◆支架作用◆细胞内物质的运输◆1、支架作用培养的91◆2、细胞内物质的运输：神经元轴突的运输顺向运输：从细胞体到轴突和轴突末梢，靠驱动蛋白，如分泌泡和神经递质逆向运输：从轴突和轴突末梢到细胞体到，靠动力蛋白，如内吞泡和营养物质◆2、细胞内物质的运输：神经元轴突的运输顺向运输：从细胞体到923、◆色素颗粒的运输：微管依赖性的鱼的色素细胞中色素分子的分散与聚集3、◆色素颗粒的运输：微管依赖性的鱼的色素细胞中色素分子的分93◆鞭毛(flagella)运动和纤毛(cilia)运动◆纺锤体与染色体运动β结合的GTP水解成GDP●Ca2+离子浓度调节:肌收缩与神经兴奋相偶联●球形肌动蛋白由两个裂片构成，中间有ATP结合位点②αβ二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维。远离MTOCs一端的微管生长速度快,被称为正端(plusend)介导细胞间或细胞与基质表面的粘着。肌钙蛋白(Tn)胞质环流：菌类、藻类和高等植物中非常活跃的运动现象。●肌动蛋白(actin)◆肌球蛋白的结构：由一个重链和几个轻链组成，并组成三个结构域后重新组装的结构叫微管组织中心。3微丝(microfilament)两个GTP结合位点：三联管：称三联体(中心粒和基体中)●肌原纤维(myofibril)4中间纤维（intermediatefilament,IF)有丝分裂的中期：染色体要排列在赤道板上◆胞质动力蛋白（+到－）：运输小泡和动粒●球形肌动蛋白由两个裂片构成，中间有ATP结合位点如Mg2+、K+、Na+◆MTOC（－）位于高尔基体附近，向外发射（+）。◆COPⅡ被膜小泡：需要胞质动力蛋白◆COPⅠ被膜小泡：需要胞质驱动蛋白◆披网格蛋白小泡：需要胞质驱动蛋白运输细胞中微管介导的物质运输：◆包括胞质驱动蛋白（－到+）：主要运输小泡◆纺锤体驱动蛋白（－到+）：运输纺锤体和星微管、中心粒和动粒◆胞质动力蛋白（+到－

）：运输小泡和动粒◆轴丝动力蛋白（+到－

）：鞭毛和纤毛中的单管的运动◆鞭毛(flagella)运动和纤毛(cilia)运动◆纺锤944、◆鞭毛(flagella)和纤毛(cilia)运动功能：

◆使细胞锚定在某一个地方不易移动◆使细胞在液体介质中运动◆鞭毛：长而细，长150微米，以波浪式摆动◆纤毛：短而粗，5-10微米，运动复杂无规则4、◆鞭毛(flagella)和纤毛(cilia)运动功能：95典型的真核细胞的纤毛或鞭毛结构组成微管组成的轴丝结构：◆9组（二联管）+2个（中央单管）围成9+2的微管形式◆其中9组二联管中每组由靠内的A管和靠外的B管组成，A管上有2个动力蛋白臂鞭毛和纤毛的运动机制：微管滑动模型◆由轴丝中微管蛋白动力臂相互滑动引起的弯曲运动◆动力蛋白头部与相邻二联管的B管接触，通过动力蛋白水解ATP产生A管与B管的相互滑动典型的真核细胞的纤毛或鞭毛结构组成微管组成的轴丝结构：鞭毛和96基体与纤毛/鞭毛轴丝中心体：9组三联管基体与纤毛/鞭毛轴丝中心体：9组三联管97◆纺锤体与染色体运动有丝分裂的中期：染色体要排列在赤道板上有丝分裂后期：染色单体要均分到细胞的两极依赖于纺锤体微管的装配和解聚而实现纺锤体微管的变化必须依靠分子发动机◆纺锤体与染色体运动有丝分裂的中期：染色体要排列在赤道板上依9810.3微丝(microfilament)◆微丝的形态和组成◆微丝的装配动力学◆微丝结合蛋白◆肌细胞：特化的肌收缩功能◆肌动蛋白和肌球蛋白在非肌细胞中的作用10.3微丝(microfilament)99概念：又称肌动蛋白纤维(actinfilament),是指真核细胞中由肌动蛋白(actin)组成、直径为7-9nm的骨架纤维。微丝的形态和组成■微丝的存在方式与分布●存在方式：由肌动蛋白(actin)组成的●分布：肌细胞,如横纹肌和心肌细胞，以及非肌细胞中概念：又称肌动蛋白纤维(actinfilament),是100■微丝的结构单位:肌动蛋白●肌动蛋白(actin)

肌动蛋白以两种形式存在：单体和多聚体。

◆单体的肌动蛋白是由一条多肽链构成的球形分子,又称球状肌动蛋白(globularactin,G-actin)，◆多聚体形成肌动蛋白丝,称为纤维状肌动蛋白(fibrosactin,F-actin)。

■微丝的结构单位:肌动蛋白●肌动蛋白(actin)101微丝的装配动力学◆MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性,装配时呈头尾相接,故微丝具有极性，即正极与负极之别。●球形肌动蛋白由两个裂片构成，中间有ATP结合位点●肌动蛋白存在形式：ATP-G肌动蛋白、ADP-G肌动蛋白、ATP-F肌动蛋白、ADP-F肌动蛋白微丝的装配动力学◆MF是由G-actin单体形成的多聚体，102■肌动蛋白纤维的装配过程①成核作用(nucleation),G-肌动蛋白慢慢地聚合形成短的、不稳定的寡聚体，该过程较慢。②快速延长阶段③稳定期(steadystate)■影响装配的因素①G-肌动蛋白临界浓度的影响；②一些离子浓度的影响。如Mg2+、K+、Na+■肌动蛋白纤维的装配过程①成核作用(nucleation)103◆装配的踏车现象(treadmilling)在微丝装配时,若G-肌动蛋白分子添加到F-肌动蛋白丝上的速率正好等于G-肌动蛋白分子从F-肌动蛋白上失去的速率时,微丝净长度没有改变,这种过程称为肌动蛋白的踏车现象。◆装配的踏车现象(treadmilling)104★变形运动（变形虫式运动）■肌收缩的滑动丝模型及分子基础◆MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性,装配时呈头尾相接,故微丝具有极性，即正极与负极之别。●Ca2+离子对肌收缩的调节作用■电子显微技术的应用●运输速度：驱动蛋白每跨一步的长度为8nm,正好是一个αβ微管二聚体的长度。◆应力纤维（stressfiber）微丝紧密平行排列成束，形成应力纤维,具有收缩功能。作用：调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。所以其主要涉及细胞骨架与膜之间的相互作用。（优选）细胞骨架与细胞运动原肌球蛋白（Tm）：不速之客①装配的方向性，有“头”、“尾”之分。●MTOCs与微管的方向★变形运动（变形虫式运动）微管结合蛋白(microtubule-associatedproteins,MAPs)●在细胞内形成一个框架(framework)结构肌动蛋白以两种形式存在：单体和多聚体。微丝特异性药物◆细胞松弛素(cytochalasins)：可以切断微丝,并结合在微丝正极阻抑肌动蛋白聚合,因而导致微丝解聚。将其加到活细胞中，导致细胞移动、吞噬、胞质分裂瘫痪。◆鬼笔环肽(philloidin)：与微丝侧面结合,防止MF解聚。★变形运动（变形虫式运动）微丝特异性药物◆细胞松弛素(cyt105微丝结合蛋白(actinbindingproteins)抑制聚合交联蛋白其抗压作用末端阻断蛋白阻止微丝的生长微丝结合蛋白(actinbindingproteins)抑106●肌球蛋白的类型已鉴定了三种主要类型肌球蛋白:肌球蛋白Ⅰ肌球蛋白Ⅱ肌球蛋白Ⅴ■肌球蛋白(myosin)∶第三类分子发动机，以微丝作为运行轨道，从微丝的-端移向+端◆肌球蛋白的结构：由一个重链和几个轻链组成，并组成三个结构域●头部：含有与肌动蛋白、ATP结合的位点，具ATPase活性，负责产生力●颈部：颈部通过同钙调素或类似钙调素的调节轻链亚基的结合来调节头部的活性。●尾部：含有决定尾部是否同膜结合还是同其它的尾部结合的位点●肌球蛋白的类型■肌球蛋白(myosin)∶第三类分子发107MyosinⅡ●两个球形头部和一个长杆尾部●两条相同的重链和四条轻链●用凝乳蛋白酶处理，尾部发生断裂MyosinⅡ●两个球形头部和一个长杆尾部108◆肌球蛋白的功能不同种类肌球蛋白的特殊功能由它们的尾部决定●肌球蛋白Ⅱ:参与肌收缩和胞质分裂，为肌肉收缩和胞质分裂提供力；●肌球蛋白Ⅰ:运输作用●肌球蛋白Ⅴ:运输作用肌球蛋白Ⅰ和Ⅴ的尾部具有与膜结合的功能，推测能进行膜泡的运输。所以其主要涉及细胞骨架与膜之间的相互作用。◆肌球蛋白的功能不同种类肌球蛋白的特殊功能由它们的尾部决定109●肌球蛋白的运动机理：水解ATP的滑动模型●肌球蛋白的运动机理：水解ATP的滑动模型110■骨骼肌细胞的基本结构■肌原纤维的结构■肌收缩的滑动丝模型

(slidingfilamentmodel)及分子基础■Ca2+离子在肌收缩中的作用肌细胞:特化的肌收缩功能■骨骼肌细胞的基本结构肌细胞:特化的肌收缩功能111■骨骼肌细胞的基本结构●肌纤维(myofibers)●肌原纤维(myofibril)●肌节(sarcomere)肌细胞的结构■骨骼肌细胞的基本结构肌细胞的结构112■肌原纤维的结构肌动蛋白细肌丝■肌原纤维的结构肌动蛋白细肌丝113■肌收缩的滑动丝模型及分子基础肌收缩时肌节的收缩■肌收缩的滑动丝模型及分子基础肌收缩时肌节的收缩114●原肌球蛋白的抑制作用●Ca2+离子对