细胞骨架与细胞运输(详细介绍“微管”共94张)

细胞骨架与细胞运输第1页，共94页。狭义细胞骨架：微管、微丝、和中间纤维。广义细胞骨架：细胞质骨架、细胞核骨架、细胞膜骨架、细胞外基质等。第2页，共94页。细胞核骨架核基质核纤层-核孔复合体体系染色体骨架细胞骨架细胞外基质胶原蛋白弹性蛋白氨基聚糖蛋白聚糖粘附分子

细胞质骨架微丝微管中等纤维细胞膜骨架皮层区、应力纤维等第3页，共94页。运动方式：由运输分子沿着微管和微丝等轨道运行。（三）微管组成纤毛和鞭毛的运动器官Recently,useofamousemodelofthediseaseidentifiedanenzymethatmayberesponsiblefortheincreaseinamyloidproductioncharacteristicofAD.细胞骨架：微管、微丝和中等纤维2·3结蛋白(desmin)存在于肌肉细胞动力蛋白（例肌球蛋白）的运动：（五）参与细胞内物质的运转1．肌球蛋白(myosin)分子结构：由一或二条重链和数条轻链组成。2．驱动蛋白(kinesin)动力蛋白携带膜泡沿微管移动卡通图：动力蛋白（dynein）广义的细胞骨架包括（）中心粒旁物质(pericentrio1armaterial);第三节

细胞运动的调节A．肌肉收缩装置B．肌肉收缩原理：C．单个肌球蛋白运动。细胞骨架特点：复合网状、弥散性、整体性、变动性。细胞骨架意义：①维持细胞形态②保持细胞有序性③与细胞的运动、细胞器的运动④与物质运输、能量、信息信号交换⑤细胞分裂、细胞分化有关。第4页，共94页。第二节微管（microtubules）一、形状：三、化学组成：二、类型：四、微管的组装：五、微管的功能第5页，共94页。一、微管的形状：为中空管状结构，内径15nm、外经25nm，管壁5nm、管壁由13根原纤维组成。第6页，共94页。电镜下微管（Microtubules

）光镜下的细胞骨架：红色荧光显示微丝

黄色显示微管兰色显示细胞核第7页，共94页。微管在细胞内的分布第8页，共94页。微管的特化结构：纤毛、鞭毛、基体、中心粒等。第9页，共94页。二、微管类型：单体、二聚体、三聚体（13根纤维共用3根）第10页，共94页。立体图第11页，共94页。图？第12页，共94页。中心粒形态结构图第13页，共94页。纤毛第14页，共94页。.组成鞭毛的微管有()。A.单个微管

B.二联微管C.三联微管D片状微管

E右手螺旋微管第15页，共94页。三、微管化学组成：微管蛋白和微管结合蛋白

①微管蛋白：构成微管本体结构，是球状酸性蛋白，分α、β、γ三种，通常α和β组成异二聚体，γ组成环形同聚体。第16页，共94页。②微管结合蛋白(microtubule-associatedprotein,MAP)：构成微管附加结构，促进其形成和聚合。结构：☆碱性区域与微管结合,可加速成核作用；☆酸性区域与其它细胞骨架结合，促进微管多聚体或者与形成细胞骨架网状结构。例.MAP-1、MAP-2、tau、MAP-4。不同的微管结合蛋白在细胞中有不同的分布区域，执行特殊功能。如：神经细胞中微管结合蛋白分布：tau只存在于轴突中，而MAP-2则在胞体和树突中。第17页，共94页。四、微管的组装：非稳态动力学模型(dynamicinstabilitymodel)：①描述：聚合与解离聚合元件为αβGTP三聚体，GTP与αβ结合后使得αβ结构变直而容易相互聚合→聚合后成αβGDP微管的正极端与负极端微管组装的三阶段：成核期、聚合期、稳定期第18页，共94页。②组装过程：α+β+GTP→αβGTP→αβGTP+αβGTP+αβGTP…（头尾相连成→GTP水解成GDP→αβGDP+αβGDP+αβGDP…

→成片状→管状。细胞外微管组装时成核：随机碰撞形，第19页，共94页。第20页，共94页。第21页，共94页。细胞内组装时成核：中心体、基体形上的γ

-TuRC)。γ微管蛋白环形复合体(γtubulinringcomplex，γ-TuRC)功能：①刺激微管核心②阻止负极端的微管蛋白解离，③促使新生微管从的释放的。微管组织中心(MTOC)

第22页，共94页。第23页，共94页。中心体复制周期第24页，共94页。③影响组装因素：A．生理条件：

PH值（最适6.9）、温度（最适37℃、Mg2+使聚合力上升、Ca2+使聚合力下降、微管蛋白二聚体（临界浓度为lmg/ml)，GTP，压力等。②药物：秋水仙素（colchicine）或秋水仙胺(colcemid)，长春花硷（catharanthine

）或新长春花硷(vincristine)，

Noeodazole等，结合游离的微管蛋白二聚体，使之不能聚合成微管，促使微管的解聚。但反应是可逆的。紫杉醇（taxol）结合到组装后的微管上，抑制其解聚。第25页，共94页。五、微管的功能①支持功能②与动力蛋白组成运动单位微管的具体功能（一）构成细胞的网状支架：（二）保持细胞器的形状和位置：（三）组成纤毛和鞭毛的运动器官（四）组成中心粒、纺锤体（五）参与细胞内物质的运转（六）参与细胞器的移动。（七）参与细胞内信号传导第26页，共94页。（一）微管构成细胞的网状支架：微管最粗最刚性的结构。例：血小板中央的一圈微管使其呈圆盘形状，低温处理或秋水仙素处理后？第27页，共94页。（二）微管保持细胞器的形状和细胞器的位置：

微管使内质网展开分布，使高尔基体位于细胞核附近等。当用秋水仙素处理后内质网坍塌，高尔基体分解成各种囊泡并分散在整个细胞质中。撤除秋水仙素后细胞器的形状和分布重新恢复。微管内质网高尔基体中心体细胞核上图：内质网抗体染色下图：微管抗体染色上图：高尔基抗体染色下图：微管抗体染色第28页，共94页。第29页，共94页。（三）微管组成纤毛和鞭毛的运动器官1.纤毛的功能：①锚定②运动2.纤毛的结构：中央部:“9+2”

顶端部：二联管逐渐形成单管互相合并一起。基部：一对单管消失，成“9+0”中心粒结构第30页，共94页。第31页，共94页。3.纤毛的运动机理：二联管的A管向B管伸出二个动位蛋白，（轴丝动位蛋白），其头部有微管和ATP结合位点，通过水解ATP释放能量推动A管向B管二联管之间相互滑动，而实现纤毛和鞭毛的摆动、扭动。第32页，共94页。9个二联管之间速率不均等的滑动可纤毛和鞭毛弯曲，经过与联结蛋白(如放射辐蛋白、连接丝蛋白等)可完成纤毛和鞭毛各种运动第33页，共94页。(四)微管参与中心粒、纺锤体的形成1.中心粒和纺锤体的组成:

中心体（centrosome）：中心粒(centriole)和中心粒旁物质(pericentrio1armaterial);

纺锤体的三种微管：①动粒微管(kinetochoremicrotubule)②极微管(polarmicrotubule)

③星体微管(astermicrotubule)第34页，共94页。2．染色体的移动：细胞分裂时染色体的运动方式是综合运动，包含了：微管组装和解聚运动、和动力蛋白沿轨道运动两种机制。第35页，共94页。（五）微管参与细胞内物质的运转膜泡来源：细胞膜、内质网膜以及高尔基复合体。运动方式：由运输分子沿着微管和微丝等轨道运行。作用：物质运输，细胞膜运输第36页，共94页。如生长因子→刺激静息状态的成纤维细胞→G蛋白相关的信号传递途径→相关G蛋白激活(Rac和Rao）Ifawaytoregulatethisenzymecouldbefound,thenADmaybeslowedorhaltedinsomepeople.一、形态与分布：中间丝是中空的纤维状，广泛存在于细胞质中，构成网状纤维的主体。①鞭毛动位蛋白：大头上有小头，功能有鞭毛或纤毛的运动货物：各种小泡、线粒体、溶酶体、染色体和分子团块①支持功能②与动力蛋白组成运动单位一、细胞内信号调节如：G蛋白的作用细胞运动具有方向性、速度性Spherocytosisisadiseaseofabnormalshapedredbloodcell(RBC).中心粒旁物质(pericentrio1armaterial);广义的细胞骨架包括（）四、三种细胞骨架的比较：①头部：又称S1片段，由重链的N端构成，含：肌动蛋白、ATP结合位点和水解ATP酶如：神经细胞中微管结合蛋白分布：tau只存在于轴突中，而MAP-2则在胞体和树突中。基部：一对单管消失，成“9+0”中心粒结构紫杉醇（taxol）结合到组装后的微管上，抑制其解聚。动力蛋白dynein例1：突触小泡的运动负极正极驱动蛋白kinesin第37页，共94页。例2.色素颗粒的运动许多两栖类和鱼类生皮肤的变色原因。在皮肤中含有色素细胞，色素颗粒在神经和激素的控制下，数秒钟内迅速分布到细胞各处，使皮肤颜色变深；又能迅速回到细胞中心，使皮肤颜色变浅。第38页，共94页。（六）微管参与细胞器的移动。第39页，共94页。（七）微管参与细胞内信号传导

例：微管参与hedgehog、JNK、Wnt、ERK蛋白激酶信号转导通路有关。信号分子可能是通过直接作用微管或通过马达蛋白调节细胞骨架的极性和形状等来进行信号的传导。第40页，共94页。第三节微丝（microfilament）一、形状：微丝又称肌动蛋白纤维(actinfilament)，是实心的丝状纤维，直径为7nm。常形成束状或网状，在细胞膜下皮层区中最多。第41页，共94页。光镜下上皮细胞红色显示微丝

第42页，共94页。二、化学组成：肌动蛋白和微丝结合蛋白①肌动蛋白（actin）占细胞总蛋白的10％,肌动蛋白分子是由375个氨基酸组成单链，呈哑铃形，并紧密结合一分子ATP，一个肌动蛋白称G-肌动蛋白，多个G-肌动蛋白排列组成多聚体称F-肌动蛋白，肌动蛋白分子种类有6种。第43页，共94页。②微丝结合蛋白：

100多种，功能复杂。第44页，共94页。第45页，共94页。三、微丝的组装：踏车模型(treadmilingmodel)组装三阶段：成核期、生长期、平衡期。体外聚合：肌动蛋白单体→→三聚体→延长→平衡第46页，共94页。细胞内聚合：细胞膜下肌动蛋白皮层区(actincortex)→肌动相关蛋白(actin-relatedproteins，ARPs)成核，称为ARP2／3复合物(ARPcomplex)

→生长，70℃。第47页，共94页。第48页，共94页。影响微丝组装的因素：①生理条件：G-蛋白浓度↑，ATP↑，Ca2+↑,Mg2+↓Na↓。②药物：细胞松弛素B：只与聚合中的微丝正极端结合，抑制微丝聚合，不与聚合后的微丝结合，如:不抑制肌纤维中的微丝。

鬼笔环肽：只与聚合后的微丝结合，不与聚合中的微丝或肌动蛋白单体结合。抑制微丝的解体。第49页，共94页。四、微丝的功能：a.支持功能b.与动力蛋白组成运动单元①微丝构成细胞的网状支架②微丝参与细胞的变形运动③微丝参与细胞的分裂④微丝参与肌肉收缩⑤微丝构成细胞膜骨架的主体⑥微丝参与细胞连接第50页，共94页。四、微丝的功能：①构成细胞的网状支架维持细胞的形态在细胞中，微丝不能单独发挥作用，而必须形成网络结构或束状结构才发挥作用。微丝能形成特化结构，如微绒毛(microvilli)和应力纤维(stressfiber)。第51页，共94页。②参与细胞的变形运动肌动蛋白皮层片状伪足基质回缩非聚合态肌动蛋白的移动＋端肌动蛋白聚合,使伪足向前延伸点接触第52页，共94页。③微丝参与细胞的分裂第53页，共94页。④参与肌肉收缩A．肌肉收缩装置B．肌肉收缩原理：C．单个肌球蛋白运动。肌动蛋白和肌球蛋白的滑动产生肌肉收缩第54页，共94页。第55页，共94页。⑤微丝构成细胞膜骨架的主体第56页，共94页。⑥微丝参与细胞连接第57页，共94页。第三节中间丝（intermediatefilaments）一、形态与分布：中间丝是中空的纤维状，广泛存在于细胞质中，构成网状纤维的主体。特点：①直径10nm，②结构稳定，一般无聚合与分解，不受细胞内的离子浓度、去垢剂或秋水仙素、细胞松弛素等影响。③组分有组织特异性。微管组织中心(MTOC)微管组织中心(MTOC)第58页，共94页。2·1

角蛋白(keratin)存在于上皮细胞2·2

波形蛋白(vimetin)分布于间质细胞2·3结蛋白(desmin)存在于肌肉细胞2·4胶质原纤维酸性蛋白存在于神经胶质细胞2·5神经丝蛋白，分布于神经细胞

组成中间纤维成分的组织特异性：第59页，共94页。第60页，共94页。组成中等纤维的蛋白分子结构相似：中间为保守区，是310Aa的α螺旋区，两端为非保守区，是无规则区。杆状α-螺旋区头部氨基端尾部羧基端角蛋白波行纤维蛋白神经丝蛋白核纤层含重复区段第61页，共94页。第62页，共94页。二、中间丝组装：单丝→双股螺旋→四聚体→许多四聚体首尾连接成原纤维→八个原纤维围成中空的中间丝。第63页，共94页。二聚体四聚体原丝中间丝中间丝蛋白单体二、中间丝组装：单丝→双股螺旋→四聚体→许多四聚体首尾连接成原纤维→八个原纤维围成中空的中间丝。第64页，共94页。三、中间丝功能①构成细胞的网状支架：中间丝广泛存在于细胞质中，构成网状纤维主体，使整个细胞形成整体性结构，其耐剪切性最强，使细胞核、细胞器串联在细胞质中。第65页，共94页。②参与细胞的连接：使组织成为网状整体，锚定连接。第66页，共94页。③参与细胞的运动。如：mRNA的运动。第67页，共94页。④参与细胞的信号传导⑤参与细胞的分化网蛋白中间丝微管抗网蛋白抗体的金颗粒第68页，共94页。⑥构成细胞核骨架的主要成分:核外膜外侧有中间丝与细胞质骨架相连，核内膜的内侧有核纤层Ｂ受体,它与核纤层B结合，再与细胞核基质的核骨架相连,构成网状的细胞核骨架。第69页，共94页。四、三种细胞骨架的比较：第70页，共94页。第四节细胞骨架与疾病

1.男性不育ALZHEIMERDISEASE(AD)isthefourthleadingcauseofdeathinadults.Theincidenceofthediseaserisessteeplywithage.ADistwiceascommoninwomenthaninmen,althoughex-presidentRonaldReaganisawellknowndiseasesufferer.Someofthemostfrequentlyobservedsymptomsofthediseaseincludeaprogressiveinabilitytorememberfactsandeventsand,later,torecognizefriendsandfamily.

ADtendstoruninfamilies:currently,mutationsinfourgenes,situatedonchromosomes1,14,19and21,arebelievedtoplayaroleinthedisease.Thebest-characterizedofthesearePS1(orAD3)onchromosome14andPS2(orAD4)onchromosome1.Theformationoflesionsmadeoffragmentedbraincellssurroundedbyamyloid-familyproteinsarecharacteristicofthedisease.Interestingly,theselesionsandtheirassociatedproteinsarecloselyrelatedtosimilarstructuresfoundinDown'sSyndrome.TanglesoffilamentslargelymadeupofaproteinassociatedwiththecytoskeletonhavealsobeenobservedinsamplestakenfromAlzheimerbraintissue.第71页，共94页。2.老年痴呆（Alzheimers)Currently,scientistsarestudyingtheinterrelationshipbetweenthevariousgeneloci(particularlythemutationonchromosome21),andhowenvironmentalfactorscouldeffectaperson'ssusceptibilitytoAD.Recently,useofamousemodelofthediseaseidentifiedanenzymethatmayberesponsiblefortheincreaseinamyloidproductioncharacteristicofAD.Ifawaytoregulatethisenzymecouldbefound,thenADmaybeslowedorhaltedinsomepeople.第72页，共94页。3.假肥大型肌营养不良（DMD）第73页，共94页。3.假肥大型肌营养不良（DMD）病因第74页，共94页。Spherocytosisisadiseaseofabnormalshapedredbloodcell(RBC).RBC'sfromspherocytosispatientshavealteredmembraneandcytoskeletalstructure.ThoseRBC'sdonotsurviveaslongasnormalRBC'sThesizeofmanyoftheseRBC'sisquitesmallcomparedwithnormalRBC's.Inhereditaryspherocytosis,thereisalackofepctrin,akeyRBCcytoskeletalprotein.Thisproducesmembraneinstabilitythatforcesthecelltosmallestvolume-asphere.Inthelaboratory,thisisshownbyincreasedosmoticfragility.

4.球形红细胞症第75页，共94页。5.中等纤维与肿瘤诊断特异性：中间纤维单克隆抗体可作肿瘤鉴别诊断的有力工具。利用羊水穿刺检查可确诊胎儿某些畸型。总的来说，细胞骨架的三种结构在功能上不能完全分开，而是相互依存共同完成细胞内各种生理活动。

第76页，共94页。第五节细胞运动的机理（补充）

细胞运动形式分类：①细胞的位移运动②细胞的形态改变运动③细胞的内部运动第77页，共94页。细胞结构的重新认识：细胞呈膜相网格形状：由生物膜分隔成许多空间细胞呈纤维网格形状：细胞器、大分子和超分子复合物等被相对固定在网络中如：微管与高尔基体小泡相连，核糖体在微管与微丝的交叉点上，信使RNA翻译有锚点，线粒体周围有微管等。细胞器沿着网络轨道运动

第78页，共94页。驱动蛋白kinesins动位蛋白dyneins第79页，共94页。运动三要素；运动支架、运动肌肉和能量细胞的运动条件：细胞骨架：微管、微丝和中等纤维马达蛋白：肌球蛋白、驱动蛋白、动力蛋白能量:ATP运动组合体：①肌球蛋与微丝组合体

②驱动蛋白和动力蛋白与微管组合体③中等纤维的马达蛋白等待发现

细胞运动的机制

第80页，共94页。马达蛋白分类：肌球蛋白、驱动蛋白、动力蛋白动力蛋白与轨道组合：①肌球蛋与微丝有关

②驱动蛋白和动力蛋白与微管有关一、动力蛋白沿轨道运动的机制细胞运动的机制分类：

①马达蛋白沿轨道运动机制

②微管与微丝组装引起的运动机制第81页，共94页。（一）、动力蛋白分子结构引言:

发动机！发动机能将一种能量转变成机械能的机器动力蛋白又称发动机蛋白(motorprotein)，或分子发动机细胞中由动力蛋白将ATP的化学能转为机械能拉动货物运动货物：各种小泡、线粒体、溶酶体、染色体和分子团块沿轨道在细胞内行走第82页，共94页。动力蛋白携带膜泡沿微管移动卡通图：第83页，共94页。1．肌球蛋白(myosin)分子结构：由一或二条重链和数条轻链组成。重链:①头部：又称S1片段，由重链的N端构成，含：肌动蛋白、ATP结合位点和水解ATP酶②颈部：为高度α螺旋区域，可以结合钙调素和轻链，受钙离子调节③尾部：是重链的C端，含膜结合位点和重链二聚体结合位点第84页，共94页。2．驱动蛋白(kinesin)

分子结构：两条重链和两条轻链聚合而成重链：和肌球蛋白重链相似：包括

头部、颈部和尾部①头部：一对大球型，含微管蛋白结合、ATP位点和水解ATP酶②柄部，为高度α螺旋的区域③尾部一对小球形头部是产生动力的部位尾部能与膜或微管结合轻链：与重链尾部结合第85页，共94页。3.动力蛋白（dynein）分类：鞭毛动力蛋白、胞质动力蛋白①鞭毛动位蛋白：大头上有小头，功能有鞭毛或纤毛的运动第86页，共94页。②胞质动力蛋白：分子巨大，由9～10个多肽链组成它有两个大的球形的头部，是生成力的部位；尾部有膜结合位点功能：有丝分裂中染色体运动动力膜泡向微管负端运输的发动机第87页，共94页。（二）动力蛋白介导细胞运动的机制

动力蛋白（例肌球蛋白）的运动：运动过程简介：通过肌球蛋白与肌动蛋白结合与否，头部弯曲，水解ATP等实现运动。动特点：不连续性、方向性能量和力量：酶水解1分子ATP，肌球蛋白移动2～3个肌动蛋白亚基的距离(11～15nm)，同时产生3-4pN的力量，引起膜泡运输或肌细胞中粗细肌丝的滑动。第88页，共94页。运动周期（使用1分子ATP）详细步骤①

初始状态：肌球蛋白与肌动蛋白紧密结合，

无ATP结合②

结合ATP后：肌球蛋白头部与肌动蛋白结合解离第89页，共94页。③ATP水解:ATP结合位点关闭，引起肌球蛋白头部变构弯曲④变构的肌球蛋白头部松散结合到新的肌动蛋白亚基上，Pi释放

⑤ADP释放:肌球蛋白与肌动蛋白牢固结合，恢复初始状态第90页，共94页。第三节

细胞运动的调节细胞运动具有方向性