第八章细胞骨架

第八章细胞骨架第1页，共65页，2023年，2月20日，星期三第九章细胞骨架(cytoskeleton)形成贯穿于细胞核、细胞质、细胞外的一体化网络结构。细胞骨架：是指真核细胞特有

的蛋白纤维网架体系。第2页，共65页，2023年，2月20日，星期三广义上，细胞骨架各级成分可概括如下:细胞质骨架微管微丝纤维蛋白细胞外基质多糖细胞核骨架核基质核纤层-核孔复合体体系核仁、染色体骨架细胞骨架细胞膜骨架原肌球蛋白、锚蛋白血影蛋白、肌动蛋白（狭义上）中间纤维细胞骨架第3页，共65页，2023年，2月20日，星期三一、微管的形态结构

与化学组成中空的圆柱状结构由13根原纤维纵向螺旋排列15nm24-26nm5-9nm12345678910111213微管横断面

第一节微管1、微管的形态结构异二聚体第4页，共65页，2023年，2月20日，星期三a.微管结构模式图b.微管横切面C.电镜图象第5页，共65页，2023年，2月20日，星期三①α-微管蛋白异二聚体

②β-微管蛋白(80～95％)

微管装配的基本单位

③γ-微管蛋白(1％)(微管组织中心，MTOC)2.化学组成在α微管蛋白和β微管蛋上各有一个GTP结合位点（Mg2+、Ca2+）结合位点和一个秋水仙素和长春花碱结合位点第6页，共65页，2023年，2月20日，星期三γ微管蛋白环状复合物（γ-TuRC）由γ微管蛋白和一些其他相关蛋白构成，是微管的一种高效的集结结构，在中心体中是微管装配的起始结构。第7页，共65页，2023年，2月20日，星期三3.微管的三种存在形式(1)单管（13）细胞质中的主要存在形式

不稳定(2)二联管（A、B23）主要分布于纤毛和鞭毛

稳定(3)三联管（A、B、C33）主要分布于中心粒和鞭毛、纤毛的基体中

稳定12345678910111213A

B

ABC第8页，共65页，2023年，2月20日，星期三二、微管结合蛋白

作为辅助蛋白，不构成微管壁，而是结合在微管表面。微管结合蛋白碱性结合区酸性区域微管相关蛋白MAP-2第9页，共65页，2023年，2月20日，星期三三、微管的组装和极性原纤维的装配αβ微管蛋白异二聚体头尾相接形成原丝片状结构的形成原丝向两侧扩展微管的形成13根原丝合拢成一段微管1.延迟期/成核期2.聚合期3.稳定期微管的延伸微管的组装与去组装速度相等第10页，共65页，2023年，2月20日，星期三8nm的αβ异二聚体先形成原纤维(protofilament)，经过侧面扩展为片层，至13根原纤维时合拢形成一段微管。新的二聚体再不断加到微管使之延长。异二聚体原丝(protofilament)13根原丝排列成微管第11页，共65页，2023年，2月20日，星期三

+-

踏车

体外组装极性装配：β微管蛋白为（+）极，α微管蛋白为（-）极踏车现象：组装和去组装达到平衡第12页，共65页，2023年，2月20日，星期三组装条件：微管蛋白异二聚体达到临界浓度、有Mg2+（无Ca2+）、pH6.9、37℃、GTP。（一）微管的体外组装第13页，共65页，2023年，2月20日，星期三当GTP微管蛋白异二聚体添加到微管正极（+）组装速度大于GDP的水解速度时,形成GTP帽,微管延长;当GTP的微管蛋白聚合速度小于GTP的水解速度，GTP帽不断缩小暴露出GDP微管蛋白，并迅速脱落,使微管缩短，导致微管结构上的不稳定，第14页，共65页，2023年，2月20日，星期三（二）微管的体内装配微管组织中心（microtubuleorganizingcenter，MTOC）在空间上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。包括:中心体、纤毛和鞭毛的基体中心体无定形基质中含γ微管蛋白环第15页，共65页，2023年，2月20日，星期三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MTOC：基体

(永久性结构)第16页，共65页，2023年，2月20日，星期三GTP浓度、压力、温度、酸碱度、离子浓度、微管蛋白临界浓度、药物（三）.影响微管装配的因素1.紫杉醇:与微管结合，阻止解聚，加速聚合2.秋水仙素：结合游离微管蛋白，无法聚合，引起解聚3.长春花碱：结合微管蛋白异二聚体，阻止聚合第17页，共65页，2023年，2月20日，星期三长春花红豆杉红豆杉,又名紫杉,在我国为一级保护植物紫杉醇是从红豆杉属植物中分离纯化得到的天然抗肿瘤药物。现在国际市场上1公斤紫杉醇的最低价格是26.5万美元。每提取1公斤紫杉醇就要活剥10吨树皮第18页，共65页，2023年，2月20日，星期三四、微管的功能（一）构成细胞的支架并维持细胞的形态微管围绕细胞核向外呈放射状分布，维持细胞的形态第19页，共65页，2023年，2月20日，星期三（二）参与细胞内物质的运输1.马达蛋白（motorprotein）这是一类利用ATP水解产生的能量驱动自身携带运载物沿着微管或肌动蛋白丝运动的蛋白质。可分为三个不同的家族：

驱动蛋白（kinesin）动力蛋白（dynein）

肌球蛋白（myosin）微管作为运行轨道肌动蛋白纤维作为运行轨道第20页，共65页，2023年，2月20日，星期三胞内膜泡运输合成部位行使功能的部位

分泌细胞中分泌颗粒的运输色素细胞的色素颗粒的运输细胞器的定向运送

神经细胞中的轴质运输沿微管运送神经细胞的轴质运输第21页，共65页，2023年，2月20日，星期三细胞中微管介导的物质运输第22页，共65页，2023年，2月20日，星期三作为色素颗粒运输轨道第23页，共65页，2023年，2月20日，星期三（三）维持细胞内细胞器的空间定位和分布

第24页，共65页，2023年，2月20日，星期三（四）构成纤毛、鞭毛和中心粒的主要骨架纤毛与鞭毛的结构：

1.纤毛本体：细胞表面突出部分，92+22.基体：质膜下圆筒结构，93+0第25页，共65页，2023年，2月20日，星期三纤毛本体纤毛的整体结构基体纤毛小根纤毛本体基体纤毛小根:由细胞表面向外伸出的细柱状突起。:纤毛基部质膜下的圆筒状结构。:基体发出的微细原纤维，尖端集中形成一圆锥形束，止于细胞核的一侧。第26页，共65页，2023年，2月20日，星期三纤毛本体质膜轴丝动力蛋白ABABABABABABABABABC2C19×2+2二联体微管中央微管中央鞘（内鞘）外臂内臂BA辐条头辐条管间连接丝第27页，共65页，2023年，2月20日，星期三纤毛本体基体（9X3+0）纤毛小根横纹有ATP酶的活性即可固定纤毛，又有收缩功能。第28页，共65页，2023年，2月20日，星期三第29页，共65页，2023年，2月20日，星期三(五).参与染色体的运动，调节细胞分裂（六）微管参与信号传导信号分子通过直接与微管作用或通过马达蛋白或通过一些支架蛋白来与微管作用第30页，共65页，2023年，2月20日，星期三第二节微丝一、肌动蛋白与微丝的结构肌动蛋白的结构由375个氨基酸组成的单链多肽，外观呈哑铃形，具有Mg2+（或Ca2）、ATP（或ADP）和肌球蛋白结合位点。第31页，共65页，2023年，2月20日，星期三存在方式：球状肌动蛋白（肌动蛋白单体，G-actin）纤维状肌动蛋白（肌动蛋白聚合体，F-actin）第32页，共65页，2023年，2月20日，星期三微丝是由双股肌动蛋白丝以右手螺旋排列成的纤维，肌动蛋白单体间以同样的方式结合，肌动蛋白单体都有极性，因此，微丝也有极性第33页，共65页，2023年，2月20日，星期三二、微丝结合蛋白具有两个和多个actin结合位点，能同时结合多条微丝，将多条微丝横连成束或成网根据其功能可分为以下三类:(1)横连蛋白:

(cross-linkingprotein)能结合到微丝的一端，对微丝的长度和装卸具有调节作用(2)戴帽蛋白:(cappingprotein)能与肌动蛋白单体结合,具有抑制G-肌动蛋白装配成F-肌动蛋白、进而调节G-肌动蛋白和F-肌动蛋白之间的动态平衡的作用(3)单体稳定蛋白:(monomerstablizingprotein)第34页，共65页，2023年，2月20日，星期三第35页，共65页，2023年，2月20日，星期三

三、微丝的组装

当溶液中含有ATP、Mg2+以及较高浓度的K+或Na+时，G-肌动蛋白可自组装成F-肌动蛋白；

当溶液中含有适当浓度的Ca2+以及低浓度的Na+、K+时，肌动蛋白纤维趋向于解聚成肌动蛋白单体。第36页，共65页，2023年，2月20日，星期三（一）体外组装：①成核期②延长期③稳定期①成核期②延长期③稳定期第37页，共65页，2023年，2月20日，星期三（二）微丝的体内组装的调节

1.体内组装受肌动蛋白结合蛋白的调节微丝成核蛋白（nucleatingprotein）Arp2/3复合物：促使形成微丝网络结构，由Arp2、Arp3和其他5种附属蛋白组成，具有与微管成核时γ-TuRC相似的作用，是微丝组装的起始复合物。第38页，共65页，2023年，2月20日，星期三

微丝装配的成核作用及微丝网络的形成A.纤丝状肌动蛋白纤维的成核作用；B.微丝成网过程第39页，共65页，2023年，2月20日，星期三踏车2.肌动蛋白临界浓度

肌动蛋白浓度与微丝聚合的速度成正比，能使微丝装配的最低肌动蛋白浓度称为临界浓度。一般负端的临界浓度高于正端。第40页，共65页，2023年，2月20日，星期三（三）影响微丝组装的因素

(2)鬼笔环肽(phalloidin)(1)细胞松弛素与微丝具有强烈的亲合作用,可紧密地结合在微丝上，因而能抑制微丝的解聚从而稳定微丝。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。第41页，共65页，2023年，2月20日，星期三四、微丝的功能：

1.构成细胞支架，维持细胞形态（支撑功能）（致密细胞质）第42页，共65页，2023年，2月20日，星期三2.微丝与细胞运动变形虫的胞质运动胞吞、胞吐作用等。第43页，共65页，2023年，2月20日，星期三2.微丝参与细胞的运动

变形运动、胞质环流、细胞的内吞和外吐等

细胞变形运动：①肌动蛋白的聚合形成伪足②伪足与基质之间行成新的锚定点；③以附着点为支点向前移动（肌动蛋白纤维的解聚）。第44页，共65页，2023年，2月20日，星期三3.参与细胞分裂第45页，共65页，2023年，2月20日，星期三4.微丝参与细胞内物质运输肌球蛋白（myosin）的马达蛋白家族它们以微丝作为运输轨道参与物质运输活动。第46页，共65页，2023年，2月20日，星期三5.参与肌肉收缩第47页，共65页，2023年，2月20日，星期三肌丝滑动机制第48页，共65页，2023年，2月20日，星期三6.参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。第49页，共65页，2023年，2月20日，星期三

第三节.中间纤维.一.（N-端）（C-端）第50页，共65页，2023年，2月20日，星期三二.中间纤维的类型类型分布细胞角质蛋白上皮细胞（头发、指甲等)结蛋白肌肉细胞Ⅲ波形蛋白成纤维细胞、白细胞胶质原纤维酸性蛋白神经胶质细胞和许旺细胞Ⅴ核纤层蛋白核骨架Ⅵ巢蛋白脑神经干细胞第51页，共65页，2023年，2月20日，星期三三、中间纤维结合蛋白(intermediatefilamentassociatedprotein，IFAP)

使中间纤维之间交联成束、成网，并把中间纤维交联到质膜或其他骨架成分上。IFAP与微管、微丝不同，没有发现切割蛋白、加帽蛋白和马达蛋白等成分第52页，共65页，2023年，2月20日，星期三原丝（四聚体）原丝×2=8聚体结构单元4聚体×8=中间纤维四.中间纤维的组装第53页，共65页，2023年，2月20日，星期三五.中间纤维的功能在胞质中形成精细发达的纤维网络外与细胞膜及胞外的ECM相连中间与微管、微丝和细胞器相连内与细胞核内的核纤层相连第54页，共65页，2023年，2月20日，星期三（一）参与构成细胞完整的支撑网架系统

1.参与构成细胞完整的支撑网架系统2.参与细胞核的形态支持和定位、相邻细胞之间、细胞与基膜之间连接结构的形成，第55页，共65页，2023年，2月20日，星期三

（二）为细胞提供机械支持

第56页，共65页，2023年，2月20日，星期三（三）参与细胞的分化1.不同类型的IF严格地分布在不同类型的细胞中，具有组织细胞的特异性。2.发育不同阶段的细胞，会表达不同类型的中间纤维，是细胞分化的标志。（四）参与细胞内信息传递中间纤维与DNA复制、转录和mRNA的运输有关，胞质mRNA锚定于中间纤维，可能对其在细胞内的定位及是否翻译起重要作用。第57页，共65页，2023年，2月20日，星期三细胞骨架的分布

微丝主要分布在质膜的内侧和核膜的内侧,确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩。微管主要分布在核周围,并呈放射状向胞质四周扩散,确定膜性细胞器的位置和作为膜泡运输的导轨。中间纤维则分布在整个细胞中,使细胞具有抗机械压力的能力。第58页，共65