医学细胞-24学时李2011.3改第七章

第一节概述第七章细胞骨架一、细胞骨架的组成

细胞骨架(cytoskeleton)是细胞内以蛋白纤维为主要成分的网络结构，由微管(microtubule,MT)、微丝

(microfilament,MF)和中间纤维(intermediatefilament,IF)组成。它们由许多不同的蛋白质亚基装配成纤维状结构，并根据细胞不同的功能状态，改变其排列、分布方式，相互交叉贯穿在整个细胞中。微丝微管中间纤维二、细胞骨架的功能（一）构成细胞内支撑和区域化的网架（二）参与细胞的运动和细胞内物质运输（三）参与细胞的分裂活动（四）参与细胞内信息传递三、细胞骨架的研究方法（一）电子显微镜技术（二）免疫荧光显微镜技术（三）活细胞荧光显微成像技术第二节微管Microtubule,MT一、微管的结构与微管蛋白二、微管结合蛋白三、微管的组装和极性四、微管的功能一、微管的结构与微管蛋白1、微管的形态结构微管呈中空的管状结构，外径24nm，内径15nm。微管的圆柱状结构由13条原纤维纵行螺旋排列构成。Afluorescentlystainedimageofculturedepithelialcellsshowingthenucleus(yellow)andmicrotubules(red)2、微管的化学组成微管蛋白(tubulin)--80%

微管结合蛋白--20%

α-微管蛋白β-微管蛋白微管相关蛋白(microtubule-associatedproteins,MAPs)

微管聚合蛋白(Tau蛋白/ζ蛋白）微管蛋白(tubulin)αβGDP结合位点GTP结合位点微管蛋白常以异二聚体（α微管蛋白+β微管蛋白）的形式存在，也是微管组装的基本结构单位。不可交换位点，GTP不会被水解。可交换位点，组装前GTP，组装后GDP。α+βαβ二聚体αβ+αβ+…+αβ多聚体原纤维13条原纤维微管壁γ微管蛋白含量不足微管蛋白的1%定位于微管组织中心(MTOC)对微管的形成、数量和位置，以及极性的确定和细胞分裂起重要作用3、微管的类型singletdoublettriplet大多数微管鞭毛，纤毛中心体，基体二、微管结合蛋白一般由两个区域组成：

碱性微管结合区

酸性区域，伸出突起与微管结合，并与微管蛋白共同组成微管系统。

主要功能：①参与、促进微管装配②维持微管稳定③成为交联桥把微管连在一起在细胞中微管是一种动态结构，微管与微管蛋白单体之间存在可逆的动态平衡。

微管的自我装配是一种高度有序的生命活动过程，按照特定的方式组装和去组装，并受到严格的控制。

三个时期：

成核期（延迟期）、聚合期（延长期）、稳定期三、微管的组装和极性（一）微管的体外装配：

极性装配:13条原纤维（一段微管）二聚体

片状或环状核心

延长在（＋）极端发生装配使微管伸长在（－）极端发生去组装使微管缩短异二聚体首尾相接，组装成的微管具有极性；一端是α微管蛋白（—），另一端是β微管蛋白（+）。踏车行为（二）微管的体内装配：微管组织中心（microtubuleorganizingcenter,MTOC

）：活细胞内微管组装时总是以某部位为中心开始聚集，这个中心称为微管组织中心,包括中心体、基体。为微管装配提供始发区域，控制着细胞质中微管的数量、位置及方向。

装配过程及极性规律同体外组装。中心体中心体(centrosome)=2个垂直的中心粒+周围物质动物细胞内微管起始的主要位点，通常位于整个微管网络的中心，参与有丝分裂。中心粒结构每个中心粒由9组三联体微管斜向排列呈风车状包围而成，为(9×3＋0)结构。MTarenucleatedbyaproteincomplexcontaining-tubulin。成核模型纤毛和鞭毛9组二联管+一对中央单管，（9×2+2）结构。鞭毛与纤毛轴丝以基体为MTOC组装而成，基体结构同中心粒。（三）作用于微管的特异性药物秋水仙素、长春花碱等抑制微管的组装秋水仙素与β微管蛋白结合后，抑制GTP的水解，从而抑制微管的组装。紫杉醇促进微管的组装并稳定已组装的微管（一）构成细胞的支架，维持细胞形态；四、微管的功能（二）参与细胞内物质运输；四、微管的功能马达蛋白（motorprotein）能沿着细胞骨架铺就的“轨道”运动的蛋白，靠水解ATP提供能量，把化学能转变为机械能，介导细胞内物质沿细胞骨架的运输。

肌球蛋白（myosin）——与微丝有关的运动驱动蛋白（kinesin）和动力蛋白（dynein）

——与微管有关的运动

胞质驱动蛋白：2条重链和2条轻链，头部水解ATP沿微管朝（+）端移动，尾部携带膜泡。（a）胞质动力蛋白(dynein)结构，（b）驱动蛋白（kinesin）和动力蛋白（dynein）介导的胞内物质运输（c）驱动蛋白和动力蛋白介导的胞内物质运输和细胞器移动驱动蛋白沿微管朝（+）端移动，动力蛋白沿微管朝（-）端移动。四、微管的功能（三）维持细胞内细胞器的空间定位和分布；四、微管的功能（四）参与细胞运动；

鞭毛和纤毛运动的机制（9组二联管围绕一对单管）9×2+2“微管滑动假说”:每组二联管的A管伸出动力蛋白臂指向B管，水解ATP释放能量，促使动力蛋白沿相邻的B管朝（-）端移动，结果B管被拨向（+）端，从而引起二联管之间相互滑动。四、微管的功能（五）参与染色体的运动，调节细胞分裂中心体发出的微管有三种:

动粒微管极微管星体微管

后期A：动粒微管解聚缩短，拉动染色体移向两级。后期B：极微管滑动、延长，推动两极更加远离。（微管马达蛋白参与）四、微管的功能（六）参与细胞内信号传递信号分子可直接与微管作用或通过马达蛋白和支架蛋白与微管作用。第三节微丝Microfilament,MF（a）微绒毛；(b)细胞质中的收缩束；（c）运动细胞前缘的鞘和指；(d)细胞分裂时的收缩环。普遍存在于真核细胞中，由肌动蛋白组成的骨架纤维，直径为7nm，成束、网状或散在分布于细胞质中。细胞的肌肉系统一、微丝的结构与肌动蛋白由两条线性排列的肌动蛋白(actin)链组成的实心螺旋状纤维,又称肌动蛋白纤维(actinfilament)。Actin首尾即正端负端相连，微丝具有极性。微丝的分子组成

肌动蛋白(actin)

肌动蛋白结合蛋白

肌动蛋白actin两种存在形式：单体为球形肌动蛋白，称G-actin(globularactin)；多聚体为纤维状肌动蛋白，称F-actin(fibrousactin)。每个actin单体，外观呈碟状，中央有一裂口。有ATP（组装前）、ADP（组装后）和肌球蛋白结合位点。二、肌动蛋白结合蛋白与肌动蛋白纤维结合，调节不同功能，已知的微丝结合蛋白有100多种。三大类：与F-肌动蛋白的聚合有关的蛋白与微丝结构有关的蛋白，如截断蛋白。与微丝收缩有关的蛋白，如肌球蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白。

肌动蛋白结合蛋白（见图2-7-17）如2、单体隔离蛋白，3、末端阻断蛋白，5、去聚合蛋白，

6、交联蛋白，7、显微切割蛋白，8、膜结合蛋白原肌球蛋白和肌钙蛋白在横纹肌细肌丝中与肌动蛋白的结合示三、微丝的组装体外：肌动蛋白可以在适宜条件下装配。胞内：依其功能的改变而发生动态变化，受不同物质调控，有踏车行为。（一）肌动蛋白纤维组装过程：成核期、（生长期）延长期、（稳定期）平衡期（二）影响微丝组装的药物细胞松驰素B切断微丝，并抑制微丝组装。鬼笔环肽抑制微丝解聚，使微丝稳定。四、微丝的功能

（一）构成细胞的支架，维持细胞的形态四、微丝的功能（二）微丝参与细胞的运动成纤维细胞的变形运动①线状足或片状足（肌动蛋白组装）②粘着斑③回缩（肌动蛋白去组装）微丝通过与肌球蛋白的相互作用，参与细胞内的物质运输。肌球蛋白头部水解ATP沿微丝朝（+）端移动，尾部携带膜泡。四、微丝的功能（三）微丝参与细胞质的分裂

胞质分裂（有丝分裂后末期）：

微丝收缩环肌球蛋白参与微丝片段相互滑动插拢，收缩环缩小细胞凹陷产生分裂沟并最终分离四、微丝的功能（四）微丝参与受精作用肌动蛋白（+）端聚合→顶体突起伸长四、微丝的功能（五）微丝参与细胞内信息传递细胞外的某些信号分子与细胞膜上的受体结合，可触发膜下肌动蛋白的结构变化，从而启动细胞内激酶变化的信号转导过程。主要参与Rho(Rashomology)蛋白家族有关的信号转导。四、微丝的功能（六）微丝参与肌肉收缩“滑动丝模型”横纹肌肌原纤维粗丝肌球蛋白丝细丝肌动蛋白丝肌肉收缩时粗丝横桥拉动细丝朝中央移动，肌节缩短。肌球蛋白（myosin）结合肌动蛋白和ATP，水解ATP产生动力结合钙调素等轻链，调节头部活性决定肌球蛋白是单体或二聚体，是否与膜结合肌球蛋白II：2条重链+4条轻链肌球蛋白头部结合在微丝上→水解１分子ATP→朝向微丝（＋）端移动２个肌动蛋白亚基距离→肌球蛋白朝微丝（＋）端移动或微丝被拨动向（－）端移动（粗丝）肌球蛋白头部水解ATP，拨动肌动蛋白纤维（细丝），使微丝向负端移动。第四节中间纤维(intermediatefilament)

中间纤维，是由不同的蛋白质组成的空心纤维结构，直径10nm，介于微管和微丝之间，故名。主要起支撑作用。一、中间纤维的结构和中间纤维蛋白中间纤维蛋白分子，线性蛋白，已发现60多种。共同的结构特点：中间是α螺旋杆状区，两端是非螺旋化的头部（N端）、尾部（C端）构成。杆状区是高度保守的，头部和尾部的氨基序列在不同类型的中间纤维中变化较大。不同来源的组织细胞类型表达不同类型的中间纤维蛋白见表2-7-2，6大主要类型：I：如酸性角蛋白——表皮细胞II：如中性、碱性角蛋白——表皮细胞III：如波形纤维蛋白、结蛋白IV：如神经丝蛋白——神经元V：如核纤层蛋白VI：如巢蛋白二、IF的结合蛋白中间纤维的结合蛋白（intermediatefilamentassociatedprotein，IFAP）的功能是使中间纤维交联成束、成网，并把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上，已知的IFAPs约15种左右，分别与特定的中间纤维结合。IFAPs的共同特点是：①具有中间纤维特异性。②表达有细胞专一性。③不同的IFAP可存在于同一细胞中与不同的中间纤维组织状态相联系。④在细胞中某些IFAP的表达与细胞的功能和发育状态有关。三、中间纤维的组装及其调节四、中间纤维的功能（一）构成细胞完整的支撑网架系统四、中间纤维的功能（二）为细胞提供机械强度支持在受到较大的变形力时，不易断裂。四、中间纤维的功能（三）参与细胞的分化中间纤维的表达和发布具有严格的组织特异性四、中间纤维的功能（四）参与细胞内信息传递如中间纤维水解产物进入核内，通过与组蛋白和DNA的作用来调节复制和转录。微丝微管中间纤维单体肌动蛋白微丝结合蛋白微管蛋白微管相关蛋白角蛋白、波形蛋白等结合核苷酸ATPGTP无纤维直径～7nm～25nm～10nm结构实心双链螺旋空心