第九章细胞骨架

第九章细胞骨架第1页，课件共63页，创作于2023年2月第2页，课件共63页，创作于2023年2月一、微管的组成与极性α、β微管蛋白异二聚体，是微管装配的基本单位。微管蛋白在生物进化中非常稳定。第3页，课件共63页，创作于2023年2月微管蛋白二聚体具有两个GTP结合位点α球蛋白结合的GTP从不发生水解或交换。β球蛋白是一种G蛋白，结合的GTP可发生水解，结合的GDP可交换为GTP。第4页，课件共63页，创作于2023年2月微管蛋白二聚体线性排列形成一条微管原纤维。微管是由13条原纤维构成的中空管状结构，外径为24nm，内径15nm。第5页，课件共63页，创作于2023年2月

每个装配单位一端是α微管蛋白，另一端是β微管蛋白。所以原纤维不对称。第6页，课件共63页，创作于2023年2月SingletDoubleABTripletABC细胞内微管的类型单管：13条原纤维组成，细胞质中大部分微管为单管。三联管：A与B、B与C各共用三根纤维，主要构成中心粒和基体。二联管：A管B管共用三根原纤维，主要构成鞭毛、纤毛。131313101010第7页，课件共63页，创作于2023年2月二、微管的组装和去组装（一）微管装配的过程：成核延伸第一步，两种微管蛋白形成长度为8nm的二聚体，ɑβ二聚体先沿纵向聚合形成一个短的原纤维；第二步：以原纤维为基础，经侧面增加二聚体成为弯曲的片状结构,至13根原纤维时,即合拢形成一段微管;第三步：新的二聚体不断加入新生微管的端点,最终微管蛋白与微管达到平衡。→第8页，课件共63页，创作于2023年2月（二）微管装配的特点1、与GTP结合的微管蛋白二聚体参与装配过程；2、装配形成的微管具有极性，正极为β微管蛋白，负极为α微管蛋白；3、装配速度两极不同，正极快，负极慢；4、存在踏车现象；第9页，课件共63页，创作于2023年2月ThefunctionofGTP-tubulincap第10页，课件共63页，创作于2023年2月

MicrotubuledisassemblewhenGDP-tubulinareexposed.第11页，课件共63页，创作于2023年2月（三）微管特异性药物秋水仙素抑制微管装配，长春花碱具有类似的功能。紫杉醇能促进微管的装配,并使已形成的微管稳定。稳定性对细胞是有害的，使细胞周期停止于有丝分裂期。紫杉醇类化合物在体内优先杀死肿瘤细胞，已用于癌症的化疗。微管的组装与去组装与温度有关第12页，课件共63页，创作于2023年2月三、微管组织中心（MTOC）在活细胞内，能够起始微管的成核，并使之延伸的细胞结构称为微管组织中心（microtubulecenter，MTOC）。常见的MTOC：间期细胞：中心体（动态微管）；鞭毛、纤毛细胞：基体（永久性微管）。MTOC决定微管的极性，负极指向MTOC，正极背向MTOC。第13页，课件共63页，创作于2023年2月TheOrientationofMicrotubulesinaCell

第14页，课件共63页，创作于2023年2月中心体(centrosome)中心体(centrosome)结构：中心体由两个相互垂直的中心粒构成，周围是一些无定形物质，叫做外中心粒物质（PCM）。中心粒(centriole)直径0.2mm，长0.4mm，由9组间距均匀3联微管构成，不直接参与微管蛋白的核化，具有召集PCM的作用。第15页，课件共63页，创作于2023年2月成核模型γ-微管蛋白在细胞内的含量极微，位于中心体周围的基质中，形成环形结构为αβ微管蛋白二聚体提供起始装配位点，所以又叫成核位点。13个γ-微管蛋白在中心体的周围基质中呈螺旋状排列形成一个开放的环状模板，微管组装时，αβ微管蛋白二聚体有序的加到γ-微管蛋白构成的环上，且γ-微管蛋白只与α微管蛋白结合。第16页，课件共63页，创作于2023年2月微管蛋白在中心体上的聚合第17页，课件共63页，创作于2023年2月微管的增长与缩短

红色箭头：新的微管不断生成；蓝色箭头：旧的微管不断缩短第18页，课件共63页，创作于2023年2月第19页，课件共63页，创作于2023年2月基体位于鞭毛和纤毛根部的结构称为基体。第20页，课件共63页，创作于2023年2月纤毛/鞭毛轴丝的结构。可见轴心的“9＋2”结构：外周的9组二联管（13+10）和2条中央微管（完整微管）。第21页，课件共63页，创作于2023年2月四、微管的动力学性质1、微管的动态不稳定性：

在间期细胞，大部分微管与中心体相连，呈辐射状向细胞四周延伸。一些微管向中心体方向缩短，另一些不断伸长，到达一定程度又开始缩短或再次伸长，还有一些新的微管从中心体部位产生。进入分裂期，细胞质微管几乎全部解聚，而装配形成星微管和纺锤体微管。第22页，课件共63页，创作于2023年2月四、微管的动力学性质2、微管的稳定性差异：

源于中心体的微管时刻处于动态平衡中，并对各种理化因素和化学药物敏感；源于基体的微管，结构稳定；神经突起内的微管，结构稳定第23页，课件共63页，创作于2023年2月五、微管结合蛋白对微管网络的调节微管结合蛋白（microtubuleassociatedproteinsMAPs）MAP分子至少包含一个结合微管的结构域和一个向外突出的结构域。突出部位伸到微管外与其它细胞组分（如微管束、中间纤维、质膜）结合。第24页，课件共63页，创作于2023年2月OrganizationofMTbundlesbyMAPs.SpacingofMTsdependsonMAPsInsectcellexpressingMAP2Insectcellexpressingtau第25页，课件共63页，创作于2023年2月MAP的功能使微管相互交联成束，也可使微管同质膜、微丝和中间纤维交联。通过与微管成核点作用促进微管的聚合。在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒。提高微管的稳定性。第26页，课件共63页，创作于2023年2月六、微管对细胞结构的组织作用细胞形态的维持作为动态支架，提供结构支撑，决定细胞形态和抵抗细胞变形。微管从细胞的核周区域呈放射状向外伸展，各条微管逐渐弯曲并与细胞形状一致。

大而扁平的培养小鼠细胞中微管的定位第27页，课件共63页，创作于2023年2月大鼠结肠分泌黏液的

杯状细胞的极化结构图细胞器的定位和分布细胞器沿着从顶端到基底端的轴以确定的模式排列物质运输第28页，课件共63页，创作于2023年2月七、细胞内依赖于微管的物质运输细胞中的马达蛋白(motorproteins)将ATP的化学能转变为机械能，转运与马达蛋白结合的货物。运输小泡、分泌颗粒、色素颗粒、线粒体、溶酶体和染色体等单个细胞含有几十种不同的马达蛋白，分为三大家族：动力蛋白(dyneins)沿微管运动驱动蛋白(kinesin)沿微管运动肌球蛋白(myosin)沿微丝运动每种马达蛋白用于运输细胞特定区域的一类特定物质。它们结合的纤维不同、移动的方向不同、携带的“货物”不同。第29页，课件共63页，创作于2023年2月驱动蛋白沿着微管运输小泡的示意图驱动蛋白负责从胞体向轴突末端运输小泡和细胞器。由2条重链和2条轻链组成的四聚体。一对球状头部（水解ATP产生能量）与微管结合。每个头部与一个颈部、一个杆状的柄部和一个结合运载“货物”的扇形尾部相连。第30页，课件共63页，创作于2023年2月动力蛋白两条相同的重链和一些轻链及结合蛋白构成(鞭毛二联微管外臂的动力蛋白具有三个重链)。2个产力的球状头部（具有ATP水解酶活性）、1个柄部和基部的许多小亚基。小亚基介导马达蛋白与要转运的“货物”结合。第31页，课件共63页，创作于2023年2月作用主要有：A.在有丝分裂中推动染色体的分离;B.驱动鞭毛的运动;C.向着微管（-）极运输小泡，与驱动蛋白运输方向相反。动力蛋白第32页，课件共63页，创作于2023年2月驱动蛋白(kinesin):通常朝微管的正极方向运动动力蛋白(dynein)：朝微管的负极运动在体外培养的非极性细胞中，驱动蛋白和动力蛋白介导的小泡和细胞器运输的示意图。第33页，课件共63页，创作于2023年2月红色：驱动向外的物质运输；蓝色：驱动向内的物质运输，由轴突顶端摄入的物质和蛋白降解产物。第34页，课件共63页，创作于2023年2月第35页，课件共63页，创作于2023年2月依赖微管物质运输的特点微管在快速运输中充当“轨道”的作用。物质沿着单根微管进行双向运输。不同方向的运输所需提供动力的蛋白质不同。一种是驱动蛋白，利用ATP水解释放的能量向微管的(+)极运输；另一种是胞质动力蛋白，它利用ATP水解释放的能量向微管的(-)极运输。第36页，课件共63页，创作于2023年2月八、纤毛和鞭毛的结构与功能（一）鞭毛和纤毛的结构第37页，课件共63页，创作于2023年2月第38页，课件共63页，创作于2023年2月纤毛和鞭毛运动的微管滑动模型:①A管上的动力蛋白与相邻二联管B管接触,使动力蛋白结合的ATP水解,并释放出ADP+Pi;②ATP水解改变了动力蛋白头部的构象和角度,使头部向相邻二联管的正端滑动,使相邻二连管间产生弯曲力;③新结合的ATP,促使动力蛋白头部与B管脱离;④ATP水解使动力蛋白头部角度复原,与相邻二联管的B管上的另一位点结合,开始下一循环。第39页，课件共63页，创作于2023年2月九、纺锤体与染色体运动第40页，课件共63页，创作于2023年2月细胞分裂过程中染色体的分离是靠纺锤体的形成、运动和解聚开完成的纺锤体又称有丝分裂器，它是在有丝分裂期间，从中心粒形成的各种微管：动粒微管、极微管、星微管等九、纺锤体与染色体运动第41页，课件共63页，创作于2023年2月第42页，课件共63页，创作于2023年2月染色体的运动第43页，课件共63页，创作于2023年2月中心体循环始于G1期，两个子代中心粒达到了足够长度，但仍处于同一中心体，有丝分裂早期，中心体裂开，每对中心粒移向细胞相反的两端，然后装配成有丝分裂器。第44页，课件共63页，创作于2023年2月第45页，课件共63页，创作于2023年2月第三节中间纤维中间纤维(intermediatefilament,IF)的直径为10nm左右，介于粗肌丝和细肌丝之间。IF是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑作用。IF在细胞中围绕着细胞核分布，成束成网，并扩展到细胞质膜，与质膜相连结。第46页，课件共63页，创作于2023年2月中间纤维是丝状蛋白多聚体，具有一个由310个氨基酸组成的α螺旋杆状区，两端是非螺旋的头部和尾部。N端的头部和C端的尾部高度可变IF的主要区别取决于头和尾的长度及氨基酸顺序一、IF的主要类型和组成成分第47页，课件共63页，创作于2023年2月IF成分复杂，具有组织特异性。不同类型IF在形态上相似，而化学组成有明显的差别。根据其组织分布、生化、遗传及免疫学标准分为六大类。

角蛋白、结蛋白、胶质原纤维酸性蛋白、波形纤维蛋白、神经纤丝蛋白、核纤层蛋白(lamin)。中间纤维蛋白的表达具有严格的组织特异性。第48页，课件共63页，创作于2023年2月中间纤维的类型IF蛋白序列类型主要组织分布酸性角蛋白I上皮中性/碱性角蛋白II上皮波形蛋白III间充质细胞结蛋白III肌肉外周蛋白胶质原纤维酸性蛋白IIIIII外周神经元神经胶质细胞神经丝蛋白(NF-L,M,H)IV中枢神经元和外周神经核纤层蛋白(lamin)(LaminA,B,C)V所有细胞类型（核被膜）巢蛋白VI多样的异质来源第49页，课件共63页，创作于2023年2月角蛋白：人类上皮细胞有20余种不同的角蛋白，分为α和β两类。根据组成氨基酸的不同，也可分为酸性角蛋白(I型)、中性/碱性角蛋白(II型)。通过两者的异二聚体形成角蛋白纤维结蛋白（desmin）：又称骨骼蛋白，存在于肌肉细胞中，主要功能是为肌球、肌动蛋白丝提供支架

。胶质原纤维酸性蛋白：存在于神经胶质细胞，主要起支撑作用。波形纤维蛋白：存在于间质细胞及中胚层来源的细胞。波形蛋白一端与核膜相连，另一端与细胞表面处的桥粒或半桥粒相连，将细胞核和细胞器维持在特定的空间。第50页，课件共63页，创作于2023年2月神经纤丝蛋白：由三种分子量不同的多肽组成的异聚体，NF-L、NF-M、NF-H。功能：提供弹性使神经纤维易于伸展、防止断裂。核纤层蛋白：真核细胞内核膜内表面连接的一层致密的纤维网络结构。核纤层纤维核纤层冰冻蚀刻电镜照片核纤层（红色），核基质（绿色）第51页，课件共63页，创作于2023年2月二、中间纤维的组装与表达第52页，课件共63页，创作于2023年2月处于细胞分裂周期的细胞内，中间纤维网络在细胞分裂前解体，分裂结束后重新组装；动态过程与中间纤维蛋白的磷酸化和去磷酸化有关；在细胞分化过程中，细胞内的中间纤维类型随细胞的分化过程而发生变化。第53页，课件共63页，创作于2023年2月组装特点：IF不具有极性；相邻超螺旋中的α－螺旋是反向平行的；装配与温度和蛋白浓度无关；不需要ATP、GTP或结合蛋白的辅助。第54页，课件共63页，创作于2023年2月三、中间纤维与其他细胞结构的关系

在细胞内形成完整的网状骨架系统：中间纤维在靠近核区域多次分支，且与核纤层相连，整个纤维网架穿过胞质终止于质膜。中间纤维微管成纤维细胞局部细胞骨架的冰冻蚀刻电镜照片（已选择性去除微丝）第55页，课件共63页，创作于2023年2月为细胞提供机械支持：细胞内的中间纤维通过桥粒相互连接形成贯穿于整个组织的网络，支持该组织并抵抗外界压力与张力。第56页，课件共63页，创作于2023年2月参与细胞连接：中间纤维通过锚定在桥粒和半桥粒上，把一些器官和皮肤表皮细胞连接在其他细胞或固着在基底