中国海洋大学细胞生物学课件12细胞骨架02

3.有丝分裂器染色体中心粒中心粒纺锤体微管动粒微管动粒星体有丝分裂器的模式图解2021/10/101纤毛虫纲有盘亚纲(Suctoria)动物:

能伸缩,是捕食“器官”4.轴足(axopodia)太阳虫的光镜照片(a)及一条轴足横切面的电镜照片(b)(a)太阳虫伸出许多辐射样轴足;(b)一条轴足在横切面上排列成双螺旋第一节微管(a)

(b)2021/10/102某些杆菌和弧菌在表面上长有线状的运动结构，称为鞭毛。七、细菌鞭毛细菌鞭毛无论是在结构上还是在运动机制上，与真核细胞的鞭毛完全不同。它没有"9+2"式的微管结构，但在功能上二者有相似之处。第一节微管2021/10/103第一节微管在细胞壁的外面，鞭毛的基部包围着的一层弯形鞘基粒(motor)(stator)转子和定子相互配合，从而使细菌的鞭毛能进行旋转运动鞭毛外表无质膜包围(长10~15m)鞭丝弯钩基粒鞭毛肠杆菌鞭毛基部结构模式图2021/10/104第一节微管一、微管的结构和化学组成

微管蛋白二、微管结合蛋白MAP三、微管的特性4.稳定性3.极性2.微管组织中心1.自我装配五、微管的功能1.支持和维持细胞的形态6.纤毛和鞭毛运动5.植物细胞壁形成4.纺锤体与染色体运动3.细胞运动2.细胞内运输六、微管组成的细胞器4.轴足3.有丝分裂器2.纤毛和鞭毛1.中心体四、微管的特异性药物秋水仙素、鬼臼素紫杉酚、Nacodazole七、细菌鞭毛2021/10/105第二节纤丝肌动蛋白丝(microfilament,MF)：微丝中间丝(intermediatefilament,IF)：10nm丝10nm/中间丝蛋白15nm/肌球蛋白/肌肉细胞粗丝(thickfilament,TF)：肌球蛋白丝纤丝(粗细化学性质)6~7nm/肌动蛋白/近质膜下方2021/10/106培养细胞中的微管(MT)、肌动蛋白丝(MF)和中间丝(IF)微管肌动蛋白丝中间丝第二节纤丝2021/10/107——粗肌丝(thickmyofilament)——细肌丝(thinmyofilament)第二节纤丝肌肉细胞肌动蛋白丝中间丝粗丝非肌肉细胞肌动蛋白丝中间丝2021/10/108（二）非肌细胞中的肌动蛋白丝（一）骨骼肌的结构及收缩机制（三）中间丝小结第二节纤丝本节讲授提纲2021/10/109（一）骨骼肌的结构及收缩机制第二节纤丝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2021/10/1010肌节的电镜图象及其模式图解昆虫飞翔肌的电镜照片第二节纤丝2021/10/10111.肌丝的分子结构(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α-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活性第二节纤丝2021/10/1012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带第二节纤丝M线(M线蛋白)2021/10/1013(2)细肌丝肌动蛋白(actin)：47kDaG-肌动蛋白(globularactin)缺乏离子中性盐溶液F-肌动蛋白(fibrousactin)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第二节纤丝2021/10/1014细肌丝中原肌球蛋白、肌钙蛋白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也有一些肌动蛋白结合蛋白：第二节纤丝2021/10/1015滑动学说：粗、细肌丝相互间滑动2.肌肉收缩的机制第二节纤丝粗肌丝细肌丝Z盘舒张收缩2021/10/1016肌肉收缩的过程(1)动作电位的产生(2)Ca2+的释放(3)原肌球蛋白的位移(4)肌动球蛋白复合物的形成1个捕钙蛋白(calsequestrin)可结合43个Ca2+(5)Ca2+的回收第二节纤丝2021/10/1017肌动蛋白肌肉收缩过程中肌钙蛋白分子的调节作用图解肌钙蛋白原肌球蛋白第二节纤丝肌动蛋白TnTTnITnCTmTmTnTTnITnCTnTTnITnC肌球蛋白头部肌球蛋白头部原肌球蛋白TmTm肌球蛋白结合位点Ca2+2021/10/1018细肌丝中原肌球蛋白、肌钙蛋白与肌动蛋白的相互关系TnI,抑制亚基;TnC,钙结合亚基;TnT,原肌球蛋白结合亚基Tm,原肌球蛋白Myosin,肌球蛋白肌动蛋白TnTTnCTmTmTnICa2+2021/10/1019①紧密结合在肌动蛋白上的肌球蛋白头部结合ATP后,与肌动蛋白的亲合力降低,从肌动蛋白丝上脱落下来;②ATP水解成ADP和Pi,仍然结合在肌球蛋白头部;③肌球蛋白头部释放出Pi,再与肌动丝紧密结合;④肌球蛋白头部发生剧烈的构象变化,产生“有力鞭击”,同时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。第二节纤丝肌球蛋白分子利用ATP从细肌丝“-”端向“+”端的移动机制图解2021/10/1020粗肌丝头部与细肌丝结合/分离1次—消耗1分子ATP

—滑动10nm：1个周期。肌纤维收缩最充分时，其长度可为舒张时的65%时接时离：兔肌纤维可达50~100次/sec第二节纤丝粗肌丝细肌丝Z盘舒张收缩2021/10/1021脊椎动物肌肉中：磷酸肌酸(phosphoreatine)(高能化合物)，其浓度约为ATP的5倍。无ATP：肌动球蛋白僵直复合物——肌肉僵直第二节纤丝

磷酸肌酸＋ADP肌酸＋ATP肌酸磷酸酶2021/10/10223.平滑肌收缩机制钙离子对平滑肌收缩的调控作用机制在钙离子存在时，肌球蛋白轻链激酶催化肌球蛋白两条轻链中的一条轻链的一特定位点发生磷酸化,从而引起平滑肌收缩。CaM第二节纤丝2021/10/1023平滑肌细胞的收缩机制图解与横纹肌(0.04~0.1秒)相比，平滑肌收缩速度慢(0.2~40秒)；持久性大！第二节纤丝2021/10/1024（一）骨骼肌的结构及收缩机制1.肌丝的分子结构2.肌肉收缩的机制第二节纤丝粗肌丝的分子结构细肌丝的分子结构小结2021/10/1025（二）非肌细胞中的肌动蛋白丝第二节纤丝1.肌动蛋白丝的形态结构肌动蛋白丝(微丝)：6~7nm，长度不定微丝的电镜图象与模式图解(a),微丝的电镜图象；(b),(a)的模式图解；(c),微丝在细胞中分布的模式图解2021/10/1026质膜下方(外质)微绒毛片足肌动蛋白丝在各种真核细胞中的几种分布形式图解应力纤维(stressfiber)2021/10/10272.肌动蛋白丝的组成哑铃形肌动蛋白(actin)(43kDa)肌动蛋白在进化上非常保守，由同一祖先基因进化而来第二节纤丝6种(哺乳动物和鸟类)-肌动蛋白和-肌动蛋白:所有真核细胞4种-肌动蛋白横纹肌心肌血管平滑肌肠道平滑肌2021/10/10283.肌动蛋白丝的装配G-肌动蛋白F-肌动蛋白(肌动蛋白丝)的右手螺旋结构“+”极“-”极第二节纤丝2021/10/1029微丝装配的成核作用及微丝网格的形成(a)肌动蛋白纤维的成核作用;(b)微丝成网过程第二节纤丝2021/10/1030肌动蛋白丝装配的踏车现象第二节纤丝2021/10/1031在大多数非肌肉细胞中：一种动态结构——组装和解聚——维持细胞形态和细胞运动“+”极“-”极第二节纤丝微绒毛永久性结构胞质分裂环暂时性结构2021/10/10324.非肌肉细胞中的肌动蛋白丝结合蛋白具有两个以上actin结合位点，能同时结合多条肌动蛋白丝，将多条肌动蛋白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)能结合到肌动蛋白丝的一端，对肌动蛋白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-肌动蛋白之间动态平衡的作用(3)单体稳定蛋白:(monomerstablizingprotein)第二节纤丝2021/10/1033-辅肌动蛋白(-actinin) 细丝蛋白(filamin)毛缘蛋白(fimbrin) 血影蛋白(spectrin)粘着斑蛋白(vinculin) 踝蛋白(talin)束捆蛋白(fascin) 肌球蛋白Ⅰ(myosinI)肌球蛋白II(myosinII) 张力蛋白(tensin)细丝蛋白毛缘蛋白血影蛋白-辅肌动蛋白(1)横连蛋白(Cross-linkingProtein):第二节纤丝2021/10/1034毛缘蛋白-辅肌动蛋白分子的EM图像-辅肌动蛋白血影蛋白第二节纤丝细丝蛋白2021/10/1035横连蛋白的功能图解第二节纤丝2021/10/1036(2)戴帽蛋白(CappingProtein):凝溶胶蛋白(gelsolin)片断化蛋白(fragmin)+微绒毛蛋白(villin)第二节纤丝2021/10/1037促聚蛋白(profilin)胸腺素(thymosin)DNA聚合酶I(DNAPolI)钙调结合蛋白(caldesmon)等(3)单体稳定蛋白(monomerstablizingprotein):胸腺素第二节纤丝2021/10/1038胸腺素和抑丝蛋白对肌动蛋白单体聚合的影响机制图解第二节纤丝2021/10/1039肌球蛋白-I和II分子的一级结构及其三维结构图解一级结构三维形态肌球蛋白-1肌球蛋白-2非肌细胞中的肌球蛋白(myosin)：第二节纤丝2021/10/1040非肌肉细胞中肌球蛋白分子的模式图解非肌肉细胞中肌球蛋白分子的组装机制肌球蛋白II分子的轻链被磷酸化后，便从无活性时的折叠状态伸展开来，从而自发地进行自我组装，形成双极性纤维第二节纤丝非肌肉细胞中肌球蛋白分子组成的双极性纤维的EM图像2021/10/1041肌球蛋白Ⅰ(myosinI)肌球蛋白II(myosinII)肌球蛋白-I和II分子与肌动蛋白丝之间的作用方式图解第二节纤丝2021/10/1042非肌细胞中肌球蛋白与肌动蛋白分子的作用方式图解+++++第二节纤丝肌球蛋白-12021/10/1043肌动蛋白结合蛋白小结第二节纤丝2021/10/1044肌动蛋白结合蛋白的种类及其功能第二节纤丝类别名称大小功能横连蛋白毛缘蛋白(fimbrin)将平行微丝横向连接成束束捆蛋白(fascin)将平行微丝横向连接成束细丝蛋白(filamin)250kD使微丝成束或网;介导微丝连接到质膜上肌球蛋白Ⅰ(myosinI)130kD与actin结合可引起非肌肉细胞收缩;与血影蛋白一起可将微丝束连接至微绒毛膜上;介导细胞变形、运动和胞内物质运输肌球蛋白II(myosinII)480kD血影蛋白(spectrin)在RBC中与微丝连成网;与肌球蛋白一起将微丝束连至微绒毛膜110kDa蛋白110kD将微丝束连接至微绒毛膜上粘着斑蛋白(vinculin)130kD将微丝连接到质膜上-辅肌动蛋白(-actinin)190kD粘接多条微丝端点，将平行微丝连接成束；介导微丝连到质膜上踝蛋白(talin)介导微丝连接到质膜上形成粘着斑张力蛋白(tensin)维持微丝锚着点的张力戴帽蛋白凝溶胶蛋白(gelsolin)91kD高Ca2+浓度下可断解微丝，调控微丝长度,actin凝胶溶胶片断化蛋白(fragmin)42kD高Ca2+浓度下可断解长微丝绒毛蛋白(villin)95kD高Ca2+浓度下可断解微丝，并结合断丝的端点上以阻止其装配Acumentin结合到微丝的-极，阻止G-actin的添加单体稳定蛋白促聚蛋白(profilin)16kD结合到G-actin单体上，通过结合与解离调控微丝的解聚与装配胸腺素(thymosin)DNA聚合酶I(DNAPolI)109kD与G-actin有高亲合性，可抑制微丝装配钙调结合蛋白(caldesmon)与actin结合后可抑制actin同myosin的结合(类似于肌钙蛋白)2021/10/10455.肌动蛋白丝的特异性药物(2)鬼笔环肽(phalloidin)(1)细胞松弛素(cytochalasins)与肌动蛋白丝具有强烈的亲合作用,可紧密地结合在肌动蛋白丝上，因而能抑制肌动蛋白丝的解聚从而稳定肌动蛋白丝通过切断肌动蛋白丝并结合在肌动蛋白丝的正端,抑制其组装，从而导致肌动蛋白丝解聚第二节纤丝2021/10/10466.肌动蛋白丝的功能第二节纤丝(1)维持细胞外形(2)胞质环流(cyclosis)(3)变形运动(amoeboidmovement)(4)形成微绒毛(microvillus)(5)形成应力纤维(stressfiber)(6)胞质分裂(cytokinesis)(7)参与信号传导2021/10/1047(1)维持细胞外形肌动蛋白丝与细胞形状的维持图解第二节纤丝肌动蛋白丝存在于外质中2021/10/1048(2)胞质环流(cyclosis)植物细胞中胞质环流的模式图解(a)植物细胞的胞质分层；(b)胞质环流的方向第二节纤丝2021/10/1049(3)变形运动(amoeboidmovement)第二节纤丝阿米巴的变形运动2021/10/1050富含肌动蛋白的皮层为细胞变形运动提供动力凝胶凝胶溶胶凝胶溶胶溶胶细丝蛋白：将肌动蛋白丝连接成立体网架，使外质呈凝胶状态凝溶胶蛋白：与肌动蛋白丝结合使之断解，使外质由凝胶变为溶胶状态溶胶肌动蛋白丝组装延长推动质膜前移；肌球蛋白牵引肌动蛋白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)凝胶第二节纤丝2021/10/1051(4)形成微绒毛(microvillus)小肠上皮细胞微绒毛的冰冻蚀刻照片及其结构图解

(a)微绒毛的冰冻蚀刻照片;(b)微绒毛的透射电镜照片;(c)微绒毛的模式图解

毛缘蛋白绒毛蛋白血影蛋白肌球蛋白-1钙调蛋白第二节纤丝2021/10/1052小肠上皮细胞微绒毛的冰冻蚀刻照片微绒毛肌动蛋白丝束基部与其他骨架成分之间的关系图解第二节纤丝2021/10/1053(5)形成应力纤维(stressfiber)第二节纤丝2021/10/1054人皮肤成纤维细胞中应力纤维的免疫荧光照片及其结构模式图解肌动蛋白-辅肌动蛋白肌球蛋白原肌球蛋白第二节纤丝2021/10/1055细胞中的应力纤维通过点接触与其他细胞或基膜建立结构联系点接触的分子结构图解-辅肌动蛋白粘着斑蛋白踝蛋白桩蛋白应力纤维整联蛋白(ECM受体)纤粘连蛋白戴帽蛋白第二节纤丝2021/10/1056点接触(粘着斑)结构的模式图解点接触第二节纤丝2021/10/1057收缩环的模式图解(6)胞质分裂(cytokinesis)肌动蛋白与肌球蛋白分子的相互作用使肌动蛋白丝之间发生相对滑动，使收缩环收缩收缩环借助于-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,使细胞一分为二第二节纤丝2021/10/1058近几年研究发现，微丝骨架与细胞信号传导有关。在动物细胞中广泛存在着细胞外基质-质膜-细胞骨架连续体。胞外信号可以通过这个连续体向胞内传递信号，胞内信号也可以通过这个连续体向胞外传递信号，这是微丝骨架参与信号转导的主要方式。有些微丝结合蛋白，如纽蛋白，就是蛋白激酶及癌基因产物的作用底物。(7)参与信号传导第二节纤丝2021/10/1059另有研究结果表明，肌动蛋白微丝是一类新的PKC结合蛋白，两者的结合需要PKC提前激活。Rho、Rac被胞外信号激活直接诱导肌动蛋白骨架的组装，从而诱导形态建成变化。Rho2GTPases也可以对依赖肌动蛋白细胞骨架的功能进行调节，如上皮细胞的极性、粘着连接、内吞作用、分泌、吞噬作用和轴突生成等。第二节纤丝在神经末梢，花生四烯酸与二酰基甘油反应，刺激磷脂酶C2ε与肌动蛋白结合，两者的结合将PKC锚定于细胞骨架上，且维持PKC催化活性。2021/10/1060MyrtoRaftopoulouandAlanHall.Cellmigration:RhoGTPasesleadtheway.DevelopmentalBiology265(2004)23–32RhoGTPase对细胞迁移方向的引导作用第二节纤丝2021/10/1061（二）非肌细胞中肌动蛋白丝1.肌动蛋白丝的形态结构2.肌动蛋白丝的组成3.肌动蛋白丝的装配4.非肌细胞中的肌动蛋白丝结合蛋白5.肌动蛋白丝的特异性药物6.肌动蛋白丝的功能第二节纤丝小结2021/10/1062（三）中间丝直径10nm的中空管状丝主要与维持细胞外形和各种细胞器的位置有关！第二节纤丝中间丝的细胞内定位、电镜图象及其模式图解2021/10/1063神经蛋白丝微管角蛋白丝波形蛋白丝结蛋白丝神经蛋白丝神经胶质蛋白丝核纤层蛋白丝1.中间丝的类型中间丝组织来源免疫原性第二节纤丝2021/10/1064各种中间丝的类型、性质及其分布第二节纤丝中间丝类型基本构件分子所含构件分子数分子量(kDa)存在的细胞种类角蛋白丝角质纤维蛋白(cytokeratin)140~68各种上皮细胞波形蛋白丝波形纤维蛋白(vimentin)154间质细胞和中胚层来源的细胞,如成纤维细胞和软骨细胞等;体外培养细胞核纤层蛋白丝核纤层蛋白(lamin)365~75真核细胞核的核纤层结蛋白丝结蛋白(desmin)153各种肌肉细胞神经蛋白丝神经纤维蛋白(neurofilamentpr.)368~200神经元神经胶质蛋白丝胶质纤维酸性蛋白(glialfibrilacidicpr.)151神经胶质细胞，星形细胞2021/10/10652.中间丝的结构中间丝蛋白来源于同一基因家族,具有高度同源性中间丝结构的模式图解4条多肽链构成四聚体,2个四聚体交错排列成八聚体的原纤维，8条原纤维紧密排列并卷成中空的中间丝第二节纤丝2021/10/1066中间丝蛋白单体功能区的组成图解杆部头部尾部同源区末端区可变区中间丝蛋白的大小主要取决于尾部的变化第二节纤丝核纤层蛋白角蛋白波形纤维蛋白神经丝蛋白2021/10/10673.中间丝的装配中间丝装配过程示意图第二节纤丝亚基8个八聚体排成片状，卷曲成管二聚体四聚体2个四聚体叠合2021/10/1068中间丝结合蛋白是一类在结构和功能上与中间丝有密切联系，但其本身并非中间丝组分的蛋白。第二节纤丝4、中间丝结合蛋白（intermediatefilamentassociatedprotein，IFAP）迄今为止已报道了约15种IFAP，其功能可能是作为中间丝超分子结构的调节者。2021/10/1069第二节纤丝(1)丝聚蛋白(filaggrin):(2)网蛋白(plectin):(3)中间丝结合蛋白300(IFAP300):(4)BPAG1:在不同的细胞中使角蛋白纤维聚集成束，提供表皮的最外层以特别的韧性，可以作为区分不同的上皮细胞的特异性标志。能使波形蛋白成束，还能使中间丝与微管连接，使肌动蛋白纤维成束，帮助肌球蛋白II与微丝的结合,以及介导中间丝与质膜的连接。将中间丝锚定与桥粒上。定位在内侧桥板，参与角蛋白与桥粒的连接。中间丝结合蛋白(IFAP)的类别：2021/10/1070第二节纤丝最近还鉴定出一类横连结合蛋白，可介导中间丝与其他细胞骨架网络间的相互作用。另外，还有一些蛋白质也具有中间丝结合蛋白的性质:MAP2参与中间丝与微管间横桥的连接；血影蛋白和踝蛋白(ankyrin)参与中间丝与质膜的连接；桥粒斑蛋白(desmoplakin)参与桥粒的形成。2021/10/10715.中间丝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相连中间与胞质中的微管、肌动蛋白丝和细胞器相连内与细胞核内的核纤层相连第二节纤丝2021/10/1072(1)

中间丝在从细胞核到细胞膜和细胞外基质的贯穿整个细胞的结构系统中起着广泛的骨架功能(2)

参与桥粒和半桥粒的形成(3)

很可能还参与细胞内机械或分子信息的传递：

①