第八章-细胞骨架

第八章细胞骨架

细胞骨架cytoskelton：是由位于细胞质、细胞核的蛋白质纤维组成的网架系统。细胞骨架微管微丝中等纤维微梁网络线粒体核糖体内质网细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架、细胞外基质光镜下显示细胞骨架：红色荧光显示微丝

黄色显示微管

兰色显示细胞核

光镜下细胞骨架：黄色荧光显示微管

光镜下显示细胞骨架：红色显示微丝，绿色显示微管

15nm第一节微管一.微管（microtuble)的形态结构与化学组成微管的形态结构：

24-26nm5-9nm12345678910111213微管横断面中空的圆柱状结构。横断面上看：它是由13根原纤维纵向围绕而成。微管的化学组成：

微管蛋白(55KD450aa)

微管蛋白(55KD550aa)异二聚体

2个鸟嘌呤核苷酸(GTP)结合位点。可与秋水仙素、长春花碱结合。微管蛋白12345678910111213单管

AB二联管

微管蛋白

微管蛋白异二聚体聚合首尾相连原纤维

ABC三联管微管（13）12345678910111213微管横断面

NucleusandMicrotubles细胞核(兰色),微管网(浅兰色)Theextensivedistributionofmicrotubulescanreallybeappreciatedinthelightmicroscopeafterimmunolabelingfortubulinwithfluorescein-labeledantibodies.Thismicrographshowscellsinculturelabeledfortubulin.Thelabelingissofine,thesmallmicrotubulescanbedelineated.ThiselectronmicrographshowsmicrotubulesincrosssectionwiththeMAPbridge.Thearrowspointtobridgesbetweenmicrotubules.ThestarpointstoaMAPbridgetothevesicle.Insummary,MAPsacceleratepolymerization,serveas"motors"forvesiclesandgranules,andessentiallycontrolcellcompartmentation.

二.微管的组装1972年—Weisenberg—小鼠—分离微管蛋白—体外组装

+-

踏车

微管的体外组装微管的体内组装

微管的体内组装除遵循体外装配的规律外，还受严格的时间和空间的控制。时间控制：细胞生命活动的特殊时刻。（纺锤丝微管的聚合与解聚发生在细胞分裂期）。可受特殊因素的影响：某些特殊蛋白质、Ca2+浓度等。空间控制1.微管装配的特殊始发区域的影响（微管组织中心：着丝点、中心体）。2.微管的定向、延长和排列及与细胞其它成分的连接等。三.微管的结合蛋白微管微管蛋白类型IMAPs微管结合蛋白微管关联蛋白（MAPs）微管聚合蛋白（Tua）MAP1AMAP1B类型IIMAPsMAP2MAP41.碱性的微管结合结构域2.酸性的突出结构域作用：1.抵抗解聚、稳定微管、在体外加速微管蛋白聚合。

2.调节微管与其他细胞成分的相互关系。四.微管的功能微管的功能1.构成细胞的支架2.参与物质的运输3.参与细胞器的运动第二节微丝一.微丝(microfilament)的形态与组分成分：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)-肌动蛋白(肌细胞)-肌动蛋白(非肌细胞)-肌动蛋白(非肌细胞)形态分布：是一类由蛋白纤维组成的实心纤维细丝。

6-7nm，长短不一。在细胞中：微丝可成束、成网或纤维状分散分布。在肌肉细胞中占细胞总蛋白的10%，结构稳定，组成了肌细胞的收缩单位，在非肌肉细胞中，分布均散，结构与微管一样不稳定。肌动蛋白

纯化肌动蛋白是一个由375个氨基酸组成的单链多肽，分子量45KD，称为球形-肌动蛋白。有三个结合位点，其中之一为ATP结合位点，另外两个为微丝结合蛋白的结合位点。微丝是由球形-肌动蛋白形成的聚合体，也称纤维状-肌动蛋白（F-actin）。微丝的结构也具有极性，有正负极之分。微丝的结合蛋白微丝结合蛋白的种类要比微管结合蛋白的种类多，且功能复杂。目前在肌肉细胞和非肌细胞中已经分离出了100多种不同类型的微丝结合蛋白。㈠单体隔离蛋白㈡交联蛋白㈢末端阻断蛋白㈣纤维切割蛋白㈤肌动蛋白纤维去聚合蛋白㈥膜结合蛋白微丝结合蛋白的作用方式二.微丝的组装G-actinF-actin+-

踏车Mg+

高Na+K+ATPCa+低Na+K+微丝的组装过程分三个步骤：即成核期、生长或延长期、平衡期。成核期与微管不同，微丝的成核作用是发生在质膜上，这一过程还受到细胞外部信号的调节。微丝组装的动力来自于ATP。影响微丝聚合与解聚的特异性药物与离子：细胞松弛素：特异性的破坏微丝组装。鬼笔环肽：稳定微丝、促进微丝聚合。在含：ATP和Ca2+、低浓度的单价离子(Na+、K+等)溶液中微丝趋向解聚

G-actin

在含：Mg2+和高浓度的Na+、K+离子溶液中微丝趋向聚合（G-actin—F-actin）。三.肌动蛋白结合蛋白动物细胞中主要的肌动蛋白结合蛋白类型功能调节蛋白1.原肌球蛋白与肌动蛋白相连，调节肌动蛋白与肌球蛋白的结合。2.钙调蛋白与Ca2+结合，活化肌球蛋白轻链激酶连接蛋白1.-辅肌动蛋白参与微丝与质膜的结合2.纽带蛋白肌动蛋白纤维端点与细胞膜之间结合的中介交联蛋白1.毛缘蛋白使纤维状多聚体肌动蛋白平行连接成束2.细丝蛋白与F-actin结合，使之形成三维网状结构3.血影蛋白与锚蛋白结合，并与肌动蛋白交联4.锚定蛋白血影蛋白与膜上的带III蛋白相连的中介间隔蛋白抑制蛋白结合于G-actin单体，可逆性抑制微丝聚合切断和封端蛋白1.凝溶胶蛋白和绒毛蛋白低Ca2+促进微丝装配成核心，高Ca2+将微丝切成片段2.封端蛋白结合于微丝（+）端，阻止G-actin加上或脱落肌钙蛋白原肌球蛋白单体四.微丝的功能微丝的功能1.肌肉收缩功能3.微丝与细胞运动2.微丝的支撑功能㈠构成细胞的支架微丝不能单独发挥作用，必须在形成网络结构或成束状结构时才能发挥作用。

微绒毛的形态结构特征：微绒毛是细胞表面的一种特化结构，其核心是由20-30个同向平行的微丝组成束状结构其中有微丝结合蛋白绒毛蛋白和毛缘蛋白。另外还有肌球蛋白-1和钙调蛋白将微丝与绒毛处的质膜相连。正是由于微丝及其结合蛋白的存在，才使得微绒毛的形状得以维持。㈡参与细胞的运动细胞整体的移动和位置改变主要是在微丝的作用下完成的，如变形虫、巨噬细胞和白细胞以及器官发生时的胚胎细胞等。㈢参与细胞分裂在有丝分裂的末期，细胞膜沿赤道面向内收缩，这一过程主要是在由微丝组成的收缩环的作用下完成的。㈣参与肌肉收缩肌肉细胞的收缩与微丝关系非常密切。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，电镜下可见肌原纤维由粗肌丝和细肌丝组成。粗肌丝的成分是肌球蛋白，细肌丝主要成分是肌动蛋白，并辅以原肌球蛋白和肌钙蛋白，组成肌动蛋白丝。肌小节图解：肌球蛋白（myosin）属于马达蛋白，可利用ATP产生机械能，趋向微丝的（+）极运动，最早发现于肌肉组织(myosinII)，1970s后逐渐发现许多非肌细胞的myosin，目前已知的有15种类型（myosinI-XV）。

MyosinII是构成肌纤维的主要成分之一。由两个重链和4个轻链组成，重链形成一个双股α螺旋，一半呈杆状，另一半与轻链一起折叠成两个球形区域，位于分子一端，球形的头部具有ATP酶活性原肌球蛋白原肌球蛋白（tropomyosin.Tm）分子量64KD，是由两条平行的多肽链扭成螺旋，每个Tm的长度相当于7个肌动蛋白，呈长杆状。原肌球蛋白与肌动蛋白结合，位于肌动蛋白双螺旋的沟中，主要作用是加强和稳定肌动蛋白丝，抑制肌动蛋白与肌球蛋白结合肌钙蛋白肌钙蛋白（troponin,Tn），分子量80KD，含三个亚基，肌钙蛋白C特异地与钙结合，肌钙蛋白T与原肌球蛋白有高度亲和力，肌钙蛋白I抑制肌球蛋白的ATP酶活性，细肌丝中每隔40nm就有一个肌钙蛋白复合体肌肉收缩的原理——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肌动蛋白（细丝）与粗丝（肌球蛋白）的滑行。

肌细胞的收缩可分五个步骤：⑴接合，⑵释放，⑶直立，⑷力产生，⑸重新结合。㈤参与细胞内物质运输㈥参与细胞内信号传递第三节中等纤维intermediatefilament,IF

直径介与微管与微丝之间，故得名中等纤维（中间纤维IF）

8——10nm。IF结构稳定：既不受秋水仙素也不受细胞松弛素B影响，并且也没有极性。一.中等纤维的类型中等纤维蛋白的类型和分布顺序类型名称分子量(kD)多肽数组织分布

I酸性角蛋白40-5715上皮细胞

II碱性角蛋白53-6715上皮细胞

III结蛋白531肌细胞胶质纤维酸性蛋白501胶质细胞和星形细胞波形蛋白571间充质细胞外周蛋白571神经元IV神经纤维蛋白62-1103成熟的外周和中枢神经元Internexin661发育中的中枢神经系统V核纤层蛋白A.B.C60-703真核细胞VI巢蛋白nestin2401中枢神经系统干细胞角蛋白Keratin波形蛋白二.中等纤维的分子结构中等纤维的基本组成单位——中等纤维单体中等纤维单体共同结构域-螺旋杆状区非螺旋区：310个氨基酸残基(I-IV型和VI型IF)或356个氨基酸残基(V型IF)组成。头部（N-端）尾部（C-端）L1连接区L12连接区L2连接区8-14816-17头部（可变）（N-端）N-端C-端1A-螺旋1B-螺旋2A-螺旋2B-螺旋351019121COOHCOOHNH2NH2尾部（可变）（C-端）杆状区（保守）三.中等纤维的组装单体二聚体超螺旋COOH单体NH2COOHCOOH二聚体NH2NH2COOHCOOHNH2NH2四聚体NH2NH2COOHCOOH四聚体原丝八聚体中等纤维原丝八聚体原纤维中等纤维中等纤维装配的特点：1.四聚体及八聚体（原纤维）的组装是反向平行排列，两端对称，故中等纤维无极性。2.中等纤维遵循半分子长度交错的原则进行组装。3.中等纤维的体外组装既不需要其它蛋白质参与，也不需要核苷酸的或结合蛋白的辅助。4.中等纤维在体内组装时，中等纤维蛋白绝大部分已装配成中等纤维，几乎不存在相应的可溶性蛋白，而微管或微丝组装时只有30%的蛋白分子处于组装状态。四.中等纤维的功能1.骨架功能2.信息传递功能中等纤维的功能㈠在细胞内形成一个完整的网状骨架系统㈡为细胞提供机械强度㈢参与细胞连接㈣参与细胞内信息传递及物质运输㈤维持细胞核膜稳定，染色体和纺锤体空间定向㈥参与细胞分化，DNA复制与转录三种细胞骨架的比较第四节细胞核骨架细胞核骨架：是存在于真核细胞细胞核内的以蛋白质成分为主的纤维网架体系。广义：核基质、核纤层、核孔复合体狭义：核基质，既：细胞核内除核膜、核纤层、染色质、核仁、核孔复合体以外的纤维蛋白成分为主的纤维网架体系。细胞核骨架一、形态结构二、成分核骨架蛋白、核骨架结合蛋白、少量RNA、少量DNA400多种核骨架蛋白各种类型的细胞共有的与细胞类型及分化程度相关的1、核骨架蛋白

核骨架蛋白与富含AT的DNA序列即核骨架结合序列（matrinassociationregion,MAR)结合，又称为MAR结合蛋白，通常与DNA放射环两端的MARDNA序列结合，将其锚定在核骨架上，DNA形成放射环。以鉴定的MAR结合蛋白种类特点(1)DNA拓扑异构酶II是间期细胞核骨架和分裂期染色体骨架的重要成分之一（2）核基质蛋白有DEFG4等，定位于核基质，且呈现纤维颗粒样分布， 很可能是核基质上DNA—LOOP的结合蛋白（3）N2+蛋白蛋白是S。（一种酿酒用的酵母）的基因编码的蛋白，相 对分子质量为76X103。Nuc2+基因在有丝分裂染色体分离 过程中的起重要作用，Nuc2+蛋白存在于核基质以及染色 体支架组分当中，而且与富含AT的DNA序列有特异的亲 和性。 （4）ARBP能够特异地与MAR序列结合，而且在各种此组织中广泛存 在，不具有组织特异性。（5）着丝粒缢痕结合蛋白是酵母中发现的与自动复制序列结合的蛋白。（6）组蛋白H1与基因静息及维持染色质高级结构有关（7）HMG1,2转录因子，识别富含AT的十字形结构，（8）核纤层蛋白A，B定位于核周，与MARDNA结合，将染色质锚定于核纤层。（9）支架附着因子A体外实验中与裸露DNA形成放射环结构。（10）SATB1AT特异性MAR结合蛋白，与球蛋白3`增强子结合。（11）SP120相对分子质量为120X103的蛋白与IGKMAR结合。（12）核仁蛋白与RNA或富含T的单链DNA结合，调控RRNA的转录和核糖 体的装配。2、核骨架结合蛋白种类特点（1）转录因子具有严格的DNA序列特异性腺病毒E1A蛋白腺病毒的转录因子与复制因子，与核骨架结合NF—1（核因子—1）与H5增强子结合，抗0.25mol/L硫酸铵或2mol/LNaCl抽提，见 于成熟红细胞，肝细胞核基质SV—40T抗原复制起始因子和解旋酶，病毒复制起始时锚定于核骨架。艾滋病毒Tat蛋白将病毒基因组锚定于核骨架上。（2）酶组蛋白乙酰化酶和组蛋白去乙酰化酶鸡未成熟红细胞中60%~70%酶活性位于核骨架上，调节活性染 色质与核骨架的结合状态DNA聚合酶

及

定位于核骨架，与DNA合成及修复有关。多ADP—核糖聚合酶不同细胞中5%~26%酶活性与核骨架有关，DNA链断裂激活PARP酪蛋白激酶（3）受体研究发现，许多细胞核内激素受体是核骨架结合蛋白肾上腺皮质激素受体雄激素受体甲状腺素受体（4）供体视网膜母细胞瘤蛋白与E2F,C—Myc,Cyclin相互作用，调节基因表达和Gys的转变， G1早期高度磷酸化的RP蛋白结合于核骨架，肿瘤细胞中突变的 RP蛋白不与核骨架结合前列腺素受体结合蛋白1和2肝细胞核骨架中含量丰富，参与癌基因c-myc和c-jun的调节。4、核骨架与染色体构建3、其它（1）B23:核仁中40K蛋白，与核糖体装配和rRNA加工有关（2）肌动蛋白：有报道在核骨架蛋白中发现肌动蛋白三、功能1、核骨架与DNA复