细胞骨架与细胞的运动

关于细胞骨架与细胞的运动微丝（Microfilament）微管中间纤维第2页,共59页，2024年2月25日，星期天概述第3页,共59页，2024年2月25日，星期天微丝：罗丹明标记的鬼笔环肽染色（红色）微管：荧光素标记的抗微管蛋白的抗体显示（绿色）第4页,共59页，2024年2月25日，星期天第一节微管一、微管的结构二、微管结合蛋白三、微管的装配四、微管的功能退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动第5页,共59页，2024年2月25日，星期天第6页,共59页，2024年2月25日，星期天一、微管的形态结构与化学组成1.微管的化学组成主要为微管蛋白（tubulin）包括α-微管蛋白、β-微管蛋白和γ-微管蛋白2.微管的形态中空小管，内径约15nm，壁厚约5nm第7页,共59页，2024年2月25日，星期天3.微管的分子结构α-微管蛋白和β-微管蛋白构成的异二聚体是微管基本单位γ-微管蛋白位于微管组织中心第8页,共59页，2024年2月25日，星期天4.微管的动态性动态性:能很快的组装和解聚,细胞内这2种状态是不断发生的。第9页,共59页，2024年2月25日，星期天5.微管的极性两端的增长速度和组装速度不同,(+)端：β-管蛋白(－)端：α-管蛋白第10页,共59页，2024年2月25日，星期天6.微管在细胞中存在的形式单管（Singlet):二联管（doublet):纤毛和鞭毛的微管三联管（triplet):中心粒微管第11页,共59页，2024年2月25日，星期天第12页,共59页，2024年2月25日，星期天3.微管结合蛋白的功能调节微管的装配增加微管的稳定性和强度在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒作为细胞外信号的靶位点参与信号转导第13页,共59页，2024年2月25日，星期天三、微管的装配微管的组装可分三个过程：成核期（nucleationphase）管蛋白聚合成短的寡聚体（核心）片状微管。聚合期（polymerizationphase）聚合速度大于解聚速度。稳定期（steadystatephase）聚合速度等于解聚速度（游离管蛋白达到临界浓度）。退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动除了特化细胞的微管外，大多数微管都是不稳定的，能够很快地组装或去组装。第14页,共59页，2024年2月25日，星期天1.微管组织中心(microtubuleorganizingcenter,MTOC)微管形成的核心位点，微管的组装由此开始。常见的微管组织中心为中心体和纤毛的基体。帮助细胞质中的微管在装配过程中成核，接着微管从微管组织中心开始生长。2.γ-管蛋白

γ蛋白一般形成γ-管蛋白环形复合体，它可刺激微管核心形成，并包裹微管蛋白的负端防止微管蛋白的掺入。(一)微管装配的起始点是微管组织中心退出首页CytoskeletonandCellMovement第15页,共59页，2024年2月25日，星期天3.中心体(centrosome)⑴中心体的结构中心体位于细胞核的附近，在细胞有丝分裂时位于细胞的两极，中心体包括两个中心粒和中心粒旁物质。它是细胞内重要的微管组织中心。周围基质⑵中心体的功能是细胞中决定微管形成的一种细胞器，它与细胞的有丝分裂关系密切，主要参与纺缍体的形成。退出首页CytoskeletonandCellMovement第16页,共59页，2024年2月25日，星期天3.中心体(centrosome)周围基质

中心体结构模式图退出首页CytoskeletonandCellMovement第17页,共59页，2024年2月25日，星期天微管蛋白在中心体上的聚合退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动第18页,共59页，2024年2月25日，星期天在适当的情况下，微管可以在体外组装。微管组装以非稳态动力学模型为主，其中微管蛋白浓度和GTP是重要的调节微管组装的物质。管蛋白浓度高微管聚合管蛋白浓度低、GTP水解微管解聚(二)微管的体外装配退出首页CytoskeletonandCellMovement第19页,共59页，2024年2月25日，星期天

微管在细胞中的组装主要是在γ-管蛋白环形复合体，它位于微管组织中心，是集结异二聚体的核心，微管从此生长和延长。它与微管的负端结合，而使负端稳定。(三)微管的体内装配退出首页CytoskeletonandCellMovement第20页,共59页，2024年2月25日，星期天GTP浓度、温度、压力、pH值（6.9）、离子浓度（Mg2+、无Ca2+）、微管蛋白临界浓度、药物等。(四)影响微管装配的因素秋水仙素、长春新碱抑制微管装配。紫杉醇能促进微管的装配,并使已形成的微管稳定。药物因素常见影响因素退出首页CytoskeletonandCellMovement第21页,共59页，2024年2月25日，星期天四、微管的功能

微管具有一定的强度，能够抗压和抗弯曲，给细胞提供机械支持力，是支撑和维持细胞形状的主要物质。(一)支持和维持细胞的形态退出首页CytoskeletonandCellMovement第22页,共59页，2024年2月25日，星期天在电镜下可见中心粒由9组三联微管组成，中央无微管（9X3+0）。在细胞间期，中心体组织形成胞质微管，在细胞分裂期，参与纺锤体的形成。(二)参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成1.中心粒和中心粒旁物质构成中心体退出首页CytoskeletonandCellMovement中心粒模式图和电镜照片第23页,共59页，2024年2月25日，星期天2.纤毛与鞭毛：9×2＋2结构A.纤毛横切电镜照片B.纤毛结构示意图纤毛的结构退出首页CytoskeletonandCellMovement第24页,共59页，2024年2月25日，星期天细胞内的细胞器移动和胞质中的物质转运都和微管有着密切的关系，具体功能由马达蛋白来完成。马达蛋白是指介导细胞内物质沿细胞骨架运输的蛋白。主要分三大类：

动力蛋白(cytoplasmicdynein)

驱动蛋白(kinesin)

肌球蛋白(myosin)

(三)参与细胞内物质运输将物质沿微管运输将物质沿微丝运输退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动第25页,共59页，2024年2月25日，星期天

驱动蛋白：沿微管由负端向正端移动2.运输方式：相反

1.结构：具有ATP酶活性，水解ATP产生能量与微管结合

尾部——与被转运组分结合两个球形头部退出首页CytoskeletonandCellMovement

动力蛋白：沿微管由正端向负端移动微管驱动蛋白与动力蛋白第26页,共59页，2024年2月25日，星期天沿微管运输的马达蛋白退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动第27页,共59页，2024年2月25日，星期天神经轴突中沿微管的转运

红色：驱动蛋白

蓝色：动力蛋白运输分泌小泡间期参与细胞器

的定位与转运

退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动第28页,共59页，2024年2月25日，星期天(四)维持细胞内细胞器的定位和分布微管及其相关的马达蛋白在真核细胞内的膜性细胞器的定位上起着重要作用。

线粒体的分布与微管相伴随；

游离核糖体附着于微管和微丝的交叉点上；

内质网沿微管在细胞质中展开分布；

高尔基体沿微管向核区牵拉，定位于细胞中央。退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动第29页,共59页，2024年2月25日，星期天细胞器依靠微管在细胞内定位（A）一个细胞中典型的微管（绿色）、内质网（蓝色）和高尔基体（黄色）的分布方式。

细胞核为褐色，中心体为浅绿色。（B）细胞经内质网抗体染色（上图）和微管抗体染色（下图）。马达蛋白沿着微管将内质

网向外牵拉。（C）细胞经高尔基抗体染色（上图）和微管抗体染色（下图）。马达蛋白将高尔基体向内

侧移动到邻近中心体的位置。退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动第30页,共59页，2024年2月25日，星期天第31页,共59页，2024年2月25日，星期天

第二节微丝一、肌动蛋白与微丝的结构二、微丝结合蛋白及其功能三、微丝的装配四、微丝的功能退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动第32页,共59页，2024年2月25日，星期天图示：上皮细胞的微丝细胞核：黄色；微丝：红色；形态：束状或网状第33页,共59页，2024年2月25日，星期天一、微丝的形态结构与化学组成1.微丝的形态电镜下是细丝状实心纤维，直径5-8nm2.微丝的组成及结构肌动蛋白（actin)纤维以右手螺旋缠绕而成的纤维3.微丝的极性

生长快的正端（plusend），生长慢的负端（minusend）第34页,共59页，2024年2月25日，星期天4.肌动蛋白的结构第35页,共59页，2024年2月25日，星期天二、微丝结合蛋白是一类对纤维状肌动蛋白的结构和行为起调节作用，与微丝的组装及功能有关的蛋白质。主要的类型及其相应功能：第36页,共59页，2024年2月25日，星期天三、微丝的装配成核期：微丝组装的限速过程。聚合期：肌动蛋白在核心两端聚合，正端快，负端慢。稳定期：聚合速度与解离速度达到平衡。(一)微丝的组装过程分为三个阶段退出首页CytoskeletonandCellMovement第37页,共59页，2024年2月25日，星期天(二)微丝组装的动态调节微丝的组装可用踏车模型和非稳态动力学模型来解释。目前认为踏车模型在微丝组装过程中可能起主导作用。退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动当G-actin达到一定浓度时，微丝出现一端因加G-actin单体而延长，另一端因单体的解离而缩短，肌动蛋白丝的净长度不变。

肌动蛋白的踏车行为

1.踏车模型+-第38页,共59页，2024年2月25日，星期天2.非稳态动力学模型

该模型认为ATP是调节微丝组装的主要因素，主要调节微丝组装的生长期。ATP-肌动蛋白：对纤维状肌动蛋白末端的亲和力高，

使微丝蛋白纤维延长。ADP-肌动蛋白：对纤维状末端的亲和力低，易脱落，

使微丝蛋白纤维缩短。ATP-肌动蛋白浓度与其聚合速度呈正比。退出首页CytoskeletonandCellMovement第39页,共59页，2024年2月25日，星期天(三)影响微丝组装的因素1.G-肌动蛋白临界浓度；2.含有ATP、Ca2+及低浓度Na+、K+：

微丝解聚成肌动蛋白单体；

在Mg2+和高浓度Na+、K+：肌动蛋白单体装配成微丝。3.药物因素细胞松弛素B(cytochalasinB)：抑制微丝的聚合，对微管无作用。鬼笔环肽(phalloidin)：同聚合的微丝结合后，抑制微丝的解体。退出首页CytoskeletonandCellMovement第40页,共59页，2024年2月25日，星期天四、微丝的功能(一)构成细胞的支架，维持细胞形态培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色）退出首页CytoskeletonandCellMovementA.微绒毛；B.细胞质中的收缩束；C.运动细胞前缘的片状伪足和丝状伪足；D.细胞分裂时的收缩环第41页,共59页，2024年2月25日，星期天第42页,共59页，2024年2月25日，星期天（四）参与肌肉的收缩骨骼肌收缩的基本结构单位－－肌小节肌小节的主要成分是肌原纤维第43页,共59页，2024年2月25日，星期天CytoskeletonandCellMovement肌肉收缩的原理——滑动丝模型。肌肉的收缩是由于粗肌丝（肌球蛋白）与细肌丝之间相互滑动的结果。粗肌丝上伸出的横桥与相邻细肌丝连接，在肌细胞收缩时，横桥可推动细丝（肌动蛋白）与粗丝（肌球蛋白）的滑行。第44页,共59页，2024年2月25日，星期天第45页,共59页，2024年2月25日，星期天

第三节中间纤维一、中间纤维的结构和类型二、中间纤维的装配和调节三、中间纤维的功能CytoskeletonandCellMovement第46页,共59页，2024年2月25日，星期天第47页,共59页，2024年2月25日，星期天一、中间纤维的结构和类型(一)中间纤维是丝状蛋白多聚体中间纤维蛋白的结构特点：一个α螺旋的中间区，两侧是球形的N端和C端；中间区4个α螺旋结构比较保守，N端和C端高度可变。组成中间纤维的基本单位——中间纤维蛋白。退出首页N第七章细胞骨架与细胞的运动C第48页,共59页，2024年2月25日，星期天(二)中间纤维的类型根据中间纤维氨基酸序列的相似性可分六类：酸性角蛋白；中性/碱性角蛋白；波形蛋白神经丝蛋白核纤层蛋白神经[上皮]干细胞蛋白退出首页CytoskeletonandCellMovement上皮细胞间充质来源的细胞神经元各种类型的细胞中枢神经干细胞第49页,共59页，2024年2月25日，星期天⑴角蛋白纤维（keratinfilament）第50页,共59页，2024年2月25日，星期天（2）神经元纤维（neurofilament）第51页,共59页，2024年2月25日，星期天（3）神经胶质纤维（neuroglialfilament）

中间纤维的分布具有严格组织特异性。这一点已经被应用于肿瘤临床鉴别诊断，以鉴别肿瘤细胞的组织来源。第52页,共59页，2024年2月25日，星期天二、中间纤维的装配和调节两个平行排列的中间纤维蛋白分子形成螺旋状的二聚体；由两个二聚体反向-平行排列成一个四聚体；两个四聚体组装成一个八聚体；八个四聚体组装成中间纤维。1.装配中间纤维的装配模型

中间纤维两端是对称的，不具有极性。退出首页CytoskeletonandCellMovement2.调节中间纤维的去组装和