第七章-细胞骨架

第七章细胞骨架细胞骨架(Cytoskeleton)是指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系。有狭义和广义两种概念在细胞质基质中包括微丝、微管和中间纤维构成细胞质骨架。广义的细胞骨架还包括核骨架（nucleoskeleton）、核纤层（nuclearlamina）和细胞外基质（extracellularmatrix），形成贯穿于细胞核、细胞质、细胞外的一体化网络结构。细胞质骨架核骨架1第一节细胞质骨架●微丝(microfilament,MF)●微管（microtubules）●中间纤维（intermediatefilament,IF)●细胞骨架结构与功能总结2第二节细胞核骨架●核基质(NuclearMatrix)●染色体骨架●核纤层(NuclearLamina)3一、微丝(microfilament,MF)微丝又称肌动蛋白纤维(actinfilament),是指真核细胞中由肌动蛋白(actin)组成、直径为7nm的骨架纤维。成分：肌动蛋白(actin)是微丝的结构成分，外观呈哑铃状,这种actin又叫G-actin，将G-actin形成的微丝又称为F-actin。装配微丝特异性药物：细胞松弛素(cytochalasins)和鬼笔环肽(philloidin微丝结合蛋白微丝功能4装配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，既正极与负极之别。体外实验表明，MF正极与负极都能生长，生长快的一端为正极，慢的一端为负极；去装配时，负极比正极快。由于G-actin在正极端装配，负极去装配，从而表现为踏车行为。MF动态变化与细胞生理功能变化相适应。在体内,有些微丝是永久性的结构,有些微丝是暂时性的结构。5微丝结合蛋白整个骨架系统结构和功能在很大程度上受到不同的细胞骨架结合蛋白的调节。actin单体结合蛋白微丝结合蛋白微丝结合蛋白将微丝组织成以下三种主要形式：Parallelbundle:MF同向平行排列，主要发现于微绒毛与丝状伪足。Contractilebundle:MF反向平行排列，主要发现于应力纤维和有丝分裂收缩环。Gel-likenetwork:细胞皮层(cellcortex)中微丝排列形式，MF相互交错排列。

6微丝功能维持细胞形态，赋予质膜机械强度细胞运动：成纤维细胞爬行与微丝装配和解聚相关微绒毛(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。应力纤维(stressfiber)：在形成粘合斑的质膜下，微丝紧密平行排列成束，形成应力纤维,具有收缩功能。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。肌肉收缩(musclecontraction)7肌肉收缩(musclecontraction)肌肉可看作一种特别富含细胞骨架的效力非常高的能量转换器，它直接将化学能转变为机械能。肌肉的细微结构(以骨骼肌为例)肌小节的组成肌肉收缩系统中的有关蛋白肌肉收缩的滑动模型8肌肉收缩系统中的有关蛋白①肌球蛋白(myosin)：其头部具ATP酶活力,沿微丝从负极到正极进行运动。主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构域(具有ATPase活性)和尾部链,多个Myosin尾部相互缠绕，形成myosinfilament,即粗肌丝。②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,结合于细丝,调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。③肌钙蛋白(Troponin,Tn)：为复合物，包括三个亚基：TnC(Ca2+敏感性蛋白)能特异与Ca2+结合;TnT(与原肌球蛋白结合);TnI(抑制肌球蛋白ATPase活性)9二．微管（Microtubules）微管结构与组成：主要成分为微管蛋白（tubulin），分为两种：α微管蛋白和β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单位。微管可装配成单管,二联管(纤毛和鞭毛中),三联管(中心粒和基体中)。装配：α-微管蛋白和β-微管蛋白形成αβ二聚体,αβ二聚体先形成环状核心,经过侧面增加二聚体而扩展为螺旋带,αβ二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维(protofilament)。当螺旋带加宽至13根原纤维时,即合拢形成一段微管。所有的微管都有确定的极性；微管装配是一个动态不稳定过程。微管特异性药物：秋水仙素(colchicine)和紫杉酚(taxol)微管组织中心(MTOC)微管结合蛋白(MAP)微管功能10微管组织中心(MTOC)概念：微管在生理状态或实验处理解聚后重新装配的发生处称为微管组织中心(microtubuleorganizingcenter,MTOC)。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)

中心体(centrosome)基体(basalbody)：位于鞭毛和纤毛根部的类似结构称为基体（basalbody）11微管结合蛋白

(MicrotubuleAssociatedProtein,MAP)微管结合蛋白的功能：调节微管装配增加微管的稳定性和强度作为细胞外信号的靶点参与信号转导12微管功能维持细胞形态用秋水仙素处理细胞破坏微管,导致细胞变圆,说明微管对维持细胞的不对称形状是重要的。对于细胞突起部分,如纤毛、鞭毛、轴突的形成和维持,微管亦起关键作用。细胞内物质的运输细胞器的定位鞭毛(flagella)运动和纤毛(cilia)运动纤毛与鞭毛的结构纤毛运动机制纺锤体与染色体运动13细胞内物质的运输真核细胞内部是高度区域化的体系,细胞中合成的物质、一些细胞器等必须经过细胞内运输过程。这种运输过程与细胞骨架体系中的微管及其Motorprotein有关。Motorproteins胞质中微管motorprotein分为两大类：驱动蛋白(kinesin):通常朝微管的正极方向运动动力蛋白(cytoplasmicdynein)：朝微管的负极运动神经元轴突运输色素颗粒的运输14三、中间纤维（intermediatefilament,IF)10nm纤维，因其直径介于肌粗丝和细丝之间,故被命名为中间纤维。IF几乎分布于所有动物细胞，往往形成一个网络结构，特别是在需要承受机械压力的细胞中含量相当丰富。如上皮细胞中。除了胞质中，在内核膜下的核纤层也属于IF。中间纤维的装配中间纤维的成分与分布：具有组织特异性。IF在形态上相似，而化学组成有明显的差别。中间纤维的功能15中间纤维的装配中间纤维装配过程

IF装配与MF,MT装配相比，有以下几个特点：IF装配的单体是纤维状蛋白(MF,MT的单体呈球形)；反向平行的四聚体导致IF不具有极性；IF在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅助，在体内装配后，细胞中几乎不存在IF单体。16中间纤维分类与分布上皮细胞角蛋白核纤层蛋白巢蛋白神经丝蛋白外周蛋白胶质纤维酸性蛋白结蛋白波形蛋白肌细胞星形胶质细胞外周神经系统神经元中胚层细胞17中间纤维的功能增强细胞抗机械压力的能力角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持结蛋白纤维是肌肉Z盘的重要结构组分，对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用参与传递细胞内机械的或分子的信息中间纤维与mRNA的运输有关18一、核基质(NuclearMatrix)

核骨架：狭义：指核内以纤维蛋白成分为主的纤维网架体系。广义：包括核基质、核纤层和核孔复合体。形态结构成分核骨架不象胞质骨架那样由非常专一的蛋白成分组成,核骨架的成分比较复杂,主要成分是核骨架蛋白及核骨架结合蛋白,并含有少量RNA。核骨架结合序列DNA序列中的核骨架结合序列(matrixassociatedregion,MAR)DNA通过与核骨架蛋白的结合，将DNA放射环锚定在核骨架上；核骨架结合序列作为许多功能性基因调控蛋白的结合位点。功能19功能核骨架与DNA复制：核骨架是DNA复制的空间支架。核骨架与基因表达大量研究工作表明真核细胞中RNA的转录和加工均与核骨架有关。具有转录活性的基因是结合在核骨架上的;RNA聚合酶在核骨架上具有结合位点。核骨架与染色体构建20二、染色体骨架染色体骨架/放射环模型21三、核纤层(NuclearLamina)核纤层分布与形态结构位于细胞核内层核膜下的纤维蛋白片层或纤维网络。切面呈片层，整体呈球状网络。成分——核纤层蛋白(Lamin)A、B、C核纤层在细胞周期中的变化A型核纤层蛋白在组装核纤层时通过蛋白水解失去C端。核膜崩解,核纤层解聚时,A型核纤层蛋白以可溶性单体形式弥散到胞质中。B型核纤层蛋白则与核膜小泡保持结合状态,当核膜重现时,在染色体周围重装配,形成子细胞的核纤层。功能：为核膜及染色质提供了结构支架22232425262728表10-1：微丝结合蛋白29毛缘蛋白绒毛蛋白肌球蛋白-1