细胞蠕动机制

细胞蠕动机制高二（9）班贺天洋细胞迁移 细胞迁移(cellmigration)也称为细胞爬行、细胞移动或细胞运动，是指细胞在接收到迁移信号或感受到某些物质的梯度后而产生的移动。细胞迁移为细胞头部伪足的延伸、新的黏附建立、细胞体尾部收缩在时空上的交替过程。细胞迁移是正常细胞的基本功能之一，是机体正常生长发育的生理过程，也是活细胞普遍存在的一种运动形式。胚胎发育、血管生成、伤口愈合、免疫反应、炎症反应、动脉粥样硬化、癌症转移等过程中都涉及细胞迁移。细胞迁移的运动特性 细胞迁移是通过胞体形变进行的定向移动，这有别于其他如细胞靠鞭毛或纤毛的运动、细胞随血流而发生的位置变化。迁移细胞的最显著特征就是细胞在移动平面上沿前后轴线的极化，尤其是当细胞在二维平面上爬行时，很容易区别其前端和后端。前端形成一个扁平的、无细胞器的扇形突出，称为片状伪足，后端是细胞体的主体并延伸成尾足。细胞迁移的过程 细胞迁移的过程大致分为4步，①细胞前端伸出片状伪足；②细胞前端伪足和细胞外基质形成新的细胞黏附；③细胞体收缩；④细胞尾端和周围基质黏着解离，细胞向前运动。细胞迁移需要胞外、胞内信号分子调控细胞骨架动力装置所给予的驱动力与肌动蛋白细胞骨架介导的黏附所提供的锚定力之间的协调运作。多项研究表明，黏着斑、黏着斑激酶、整合素及Rho家族蛋白等在调控细胞迁移中发挥着重要作用。参与细胞迁移的分子 细胞迁移需要内外因素的配合。外部的因素指的是细胞外的信号分子。内部因素则指细胞的信号传导系统和执行运动的细胞骨架和分子马达，还有参与粘着斑形成的各种分子。细胞外信号结合胞膜受体完成其使命后，需要细胞内信号分子接力，将运动信息进一步传给细胞迁移的执行单位——细胞骨架和分子马达。种类繁多的细胞内信号分子会相互作用，影响后述这两种分子的分布，结构和活性，达到精细调整细胞运动的目的。细胞外信号 在一定条件下，细胞外的化学信号能引发细胞的定向移动。这些信号有些时候是底质表面上一些难溶物质，有些时候则是可溶物质。信号分子有很多，可以是肽，代谢产物，细胞壁或是细胞膜的残片，但是作用方式却是一样的，就是与细胞膜表面上的受体结合，启动细胞内信号，完成一系列的反应，去激活或抑制肌动蛋白结合蛋白的活性，最终改变细胞骨架的状态。可溶物质通常不是均匀溶解在溶剂中，而是靠近源的区域浓度高，远离源的区域浓度低，形成所谓的“浓度梯度”。细胞膜上的受体可感受到那些被称为化学趋向吸引物（chemotacticattractant），并且逆着它们的浓度梯度去追根寻源。某些信号分子甚至会影响细胞移行的速度，这些信号分子则被称为化学趋向剂（chemokineticagent）。细胞这种因化学分子改变自己移动的行为，被称为化学趋向性。细胞骨架 细胞迁移的关键物质—细胞骨架则要等到20世纪才被发现。虽然1939年科学家阿尔伯特·山特吉尔吉（A.SzentGyrgyi）就已发现细胞骨架的成分—肌动蛋白和肌球蛋白，但是因为电子显微镜制作样本时需要对样品进行0到4℃的低温固定，在这样的温度下细胞骨架会被破坏，即所谓的“解聚”。所以当时认为细胞质不过是一“蛋白汤”，各种细胞器悬浮于细胞质液（Cytosol）中。但在60年代后，人们使用戊二醛常温固定的方法开始逐渐发现细胞骨架。科学家发现，细胞骨架在这个细胞迁移过程起到承载和支撑的作用。在20世纪末21世纪初，科学家对细胞迁移复杂机理的认识有了非常大的进步，对细胞与基质的粘着，非对称性极化和胞内分层运动都有了进一步的了解。但是整个过程其实仍未被了解透彻，很多中间过程就是连起作用的物质都未明。科学家对其中部分需要进行假设，再进一步通过实验去证实。细胞骨架 使细胞运动起来的部分主要是细胞骨架上的分子马达，分子马达（Motorprotein）是一类蛋白质，它们的构象会随着与ATP和ADP的交替结合而改变，ATP水解的能量转化为机械能，引起马达形变，或者是它和与其结合的分子产生移动。就是说，分子马达本质上是一类ATP酶。例如肌肉中的肌球蛋白（Myosin）会拉动粗肌丝向中板移动，引起肌肉收缩。而另外两种分子马达：驱动蛋白（Kinesin）和动力蛋白（Dynein），它们能够承载着分子“货物”——如质膜微粒，甚至是线粒体和溶酶体，在由微管构成的轨道上滑行，起到运输的作用。驱动蛋白 驱动蛋白是能利用ATP水解所释放的能量驱动自身及所携带的货物分子沿微管运动的一类马达蛋白，与细胞内物质运输有关。 驱动蛋白是1985年从鱿鱼的轴质(axonplasm)中分离的一种发动机蛋白。用低角度旋转投影电子显示技术观察结果显示，驱动蛋白是一条长80nm的杆状结构，头部一端有两个成球状的马达结构域，另一端是重链（(kinesinheavychain，KHC）和轻链(kinesinlightchain，KLC）组成的扇形尾端，中间是重链组成的杆状区。球状的头部具有ATP结合部位和微管结合部位。 体外实验证明驱动蛋白的运输具有方向性，从微管的负极移向微管的正极，是正端走向的微管发动机(plusend-directedmicrotublarmotor)。也有少数驱动蛋白的马达结构域位于重链的C段，这类驱动蛋白的运动方向与前两类的相反，是从微管的正极向负极移动。动力蛋白——细胞质动力蛋白 轴丝动力蛋白可以使纤毛和鞭毛滑动，轴丝动力蛋白只在有纤毛和鞭毛结构的细胞中发现。而细胞质动力蛋白则在所有的动物细胞和绝大部分植物细胞中发现。细胞质动力蛋白履行细胞生存所必须的职能，如物质运输和中心体装配。 细胞质动力蛋白可以沿着微管进行性移动，即动力蛋白其中一个杆总是链结在微管上，依靠这种方式，细胞质动力蛋