第七章 细胞骨架课件

第七章

细胞骨架

生命科学学院刘永章第七章细胞骨架

微管（microtubules,MT）微丝（microfilament,MF）中间纤维（intermediatefilament,IF）

细胞运动机制第七章细胞骨架细胞骨架Cytoskeleton第七章细胞骨架细胞骨架的定义

细胞骨架(cytoskeleton)是由细胞内蛋白质成分组成的一个复合的网架系统，包括微管(microtubule)、微丝

(microfilament)和中间丝(intermediatefilament)。功能：维持细胞形态和区域化的网架，保持细胞内部结构的有序性；参与细胞运动、参与物质运输、参与细胞分裂、参与细胞内信息传递等生命活动密切相关。第七章细胞骨架第七章细胞骨架研究方法:1、电子显微镜技术（1）透射电镜（2）超高压电镜（3）免疫电镜（4）整装电镜技术（5）快速冷冻深度蚀刻技术2、免疫荧光显微镜技术3、活细胞荧光显微成像技术第七章细胞骨架第七章细胞骨架第一节微管Microtubule,MT一、微管的结构和化学组成

1、微管的形态结构：微管呈中空圆筒状，能动态组装与去组装，对低温、高压和秋水仙素等药物敏感。10-15nm20-30nm第七章细胞骨架Afluorescentlystainedimageofculturedepithelialcellsshowingthenucleus(yellow)andmicrotubules(red)第七章细胞骨架2、微管的化学组成微管蛋白(tubulin)--80%

微管结合蛋白--20%

α-微管蛋白β-微管蛋白微管相关蛋白(microtubule-associatedproteins,MAPs)

微管聚合蛋白(Tau蛋白/ζ蛋白）第七章细胞骨架（1）微管蛋白(tubulin)αβGDP结合位点GTP结合位点微管蛋白以异二聚体(heterodimer)的形式存在,由α和β两个亚单位组成。第七章细胞骨架α+βαβ二聚体αβ+αβ+…+αβ多聚体原纤维13条原纤维微管壁第七章细胞骨架第七章细胞骨架(2)微管结合蛋白

微管结合蛋白分为两大类：

微管相关蛋白MAPs

微管聚合蛋白Tau蛋白与微管结合，并与微管蛋白共同组成微管系统。

主要功能：①促进微管组装。②增加微管稳定性。③促进微管聚集成束。第七章细胞骨架GTPMg2+秋水仙素长春花碱等：(3)与微管结合的有关分子微管蛋白+GTP聚合成微管激活可阻断微管组装，破坏纺锤体。第七章细胞骨架

二、微管的类型singletdoublettriplet大多数微管鞭毛，纤毛中心体，基体第七章细胞骨架微管组成的细胞结构1.中心粒(centriole)中心体(centrosome)=2个垂直的中心粒+周围物质第七章细胞骨架中心粒结构短筒状小体，成对存在且相互垂直。每个中心粒由9组三联体微管斜向排列呈风车状包围而成，为(9＋0)结构微管组织中心（MTOC），参与有丝分裂。第七章细胞骨架第七章细胞骨架2.纤毛和鞭毛

鞭毛少而长，纤毛短而多。9组二联管+一对中央单管，（9+2）结构。第七章细胞骨架鞭毛与纤毛轴丝以基体为MTOC组装而成，基体结构同中心粒。第七章细胞骨架在细胞中微管是一种动态结构，微管与微管蛋白单体之间存在可逆的动态平衡。

根据组装与去组装的速度不同可将微管分为：动态微管，如纺锤体稳定微管，如纤毛

三、微管的组装和极性第七章细胞骨架微管的体外装配：

极性装配:13条原纤维（一段微管）二聚体

片状或环状核心

延长在（＋）极端发生装配使微管伸长在（－）极端发生去组装使微管缩短异二聚体首尾相接，组装成的微管具有极性；-----踏车行为第七章细胞骨架第七章细胞骨架2.微管的体内装配：微管组织中心（microtubuleorganizingcenter,MTOC

）：活细胞内微管组装时总是以某部位为中心开始聚集，这个中心称为微管组织中心,包括中心体、基体和着丝粒等。

装配过程及极性规律同体外组装。第七章细胞骨架3、作用于微管的特异性药物特异性药物：1、秋水仙素、长春花碱等抑制微管组装；2、紫杉醇能抑制微管的去组装，增强微管的稳定性。其它影响微管装配的因素：微管蛋白的浓度温度：<4℃解聚，>20℃促进组装[Ca2+]：低则促进组装,高则趋向解聚压力：高则趋向解聚pH值：调节组装第七章细胞骨架1、构成细胞的支架并维持细胞形态；2、参与细胞内物质运输（见细胞运动）；3、维持细胞内细胞器的空间定位和分布；4、构成鞭毛与纤毛的主体结构成分；5、组装成纺锤体（见染色体分离），参与有丝分裂中染色体的定向移动；6、参与细胞内信号传递。

四、微管的主要功能第七章细胞骨架2、参与细胞内物质运输所有的细胞运动都和细胞内的细胞骨架体系（尤其是微管、微丝）有关，同时需要ATP和马达蛋白（motorprotein.分解ATP释放能量）。

P203P214马达蛋白（特殊的酶）：水解ATP获得能量，沿着微丝或微管移动。第七章细胞骨架

马达蛋白（motorprotein）

肌球蛋白（myosin）——与微丝运动有关驱动蛋白（kinesin）和动力蛋白（dynein）

——与微管运动有关以细胞骨架为轨道，ATP提供能量。肌球蛋白Ⅱ——肌肉收缩、胞质分裂

I、V——膜泡运输第七章细胞骨架结合肌动蛋白与ATP，水解ATP产生动力结合钙调素等轻链，调节头部活性决定肌球蛋白是单体或二聚体，是否与膜结合肌球蛋白：1条重链+数条轻链P214第七章细胞骨架

驱动蛋白及动力蛋白以微管为轨道，微管马达蛋白的运输是单方向：驱动蛋白朝微管（+）端运动动力蛋白朝微管（－）端运动P204第七章细胞骨架驱动蛋白：2条重链+2条轻链第七章细胞骨架动力蛋白动力蛋白第七章细胞骨架4.鞭毛和纤毛运动的机制P205鞭毛结构为：9×2+2（9组二联管围绕一对单管）每组二联管的A管伸出动力蛋白臂指向B管，水解释放能量，促使动力蛋白沿相邻的B管朝（—）端走动，从而引起二联管之间相互滑动。动力蛋白第七章细胞骨架5、参与染色体分离P206

纺锤体微管有三种:

动粒微管极微管星体微管第七章细胞骨架第七章细胞骨架第二节微丝Microfilament,MF（a）微绒毛；(b)细胞质中的收缩束；（c）运动细胞前缘的鞘和指；(d)细胞分裂时的收缩环。第七章细胞骨架

一、微丝的结构和分子组成：图示1、微丝的结构由肌动蛋白(actin)组成的实心螺旋状纤维,又称肌动蛋白纤维(actinfilament)，直径约７nm。两条线性排列的肌动蛋白链形成螺旋，形状如双线捻成的绳子。

Actin首尾相连，微丝具有极性。第七章细胞骨架2、微丝的分子组成

肌动蛋白(actin)

肌动蛋白结合蛋白(actin-bindingprotein)

已知40余种

第七章细胞骨架（1）肌动蛋白actin单体为球形肌动蛋白，称G-actin(globularactin)；多聚体为纤维状肌动蛋白，称F-actin(fibrousactin)。每个actin单体由两个亚基组成，外观呈哑铃形。有阳离子（Mg2+、K+、Na+）、ATP/ADP和肌球蛋白结合位点。具有极性：正端和负端第七章细胞骨架（2）肌动蛋白结合蛋白actin-bindingprotein以不同方式与肌动蛋白结合，形成多种不同的亚细胞结构，执行不同功能，已知的微丝结合蛋白有40多种。如：原肌球蛋白（tropomyosin,Tm）、肌球蛋白(myosin)、肌钙蛋白

(troponin,Tn)、非肌细胞中肌动蛋白结合蛋白等。第七章细胞骨架原肌球蛋白和肌钙蛋白在横纹肌细肌丝中与肌动蛋白结合示第七章细胞骨架二、微丝的组装体外：肌动蛋白可以在适宜条件下装配成肌动蛋白丝。

胞内：依其功能的改变而发生动态变化，受不同物质调控，有踏车行为。第七章细胞骨架影响微丝组装的药物药物：1、细胞松驰素B特异性地破坏微丝组装；2、鬼笔环肽抑制微丝解聚，增强微丝的稳定性。其它影响微丝装配的因素：G-肌动蛋白浓度ATP、适宜的温度、K+和Mg2+

等离子的存在促进微丝组装。细胞内部分肌动蛋白结合蛋白可抑制微丝组装。第七章细胞骨架

三、微丝的类型张力丝（tonfilament）：存在于一般细胞中，常位于膜内侧，其基部构成细胞间连接装置如桥粒。起支架作用，使细胞有韧性及弹性。

肌丝（myofilament）：存在于肌细胞中，有收缩作用。神经丝（neurofilament）：存在于树突及轴突中，与乙酰胆碱（Ach）运输有关。第七章细胞骨架四、微丝的主要功能

1、组成细胞骨架，维持细胞形态

2、参与细胞运动：变形虫的胞质运动，胞吞、胞吐作用，膜泡运输作用等。

3、微丝参与胞质分裂

4、参与受精作用

5、参与细胞内信息传导等

6、参与肌肉收缩第七章细胞骨架2、参与细胞运动:成纤维细胞的运动（慢速）（图）（1）线状足或片状足→粘着斑→防止回缩→向前移动（2）肌动蛋白组装

P213第七章细胞骨架第七章细胞骨架3、微丝参与胞质分裂（有丝分裂后末期、以断裂方式分开）：

微丝收缩形成收缩环肌球蛋白参与微丝收缩细胞凹陷产生分裂沟并最终分离

P215第七章细胞骨架4、参与受精作用P215由肌动蛋白的组装与去组装引起

顶体反应（acrosomalreaction）

精子细胞伸出顶体突起，穿透卵细胞胶质层与卵黄层，促使精卵结合完成。肌动蛋白聚合成微丝束→顶体突起伸长第七章细胞骨架第七章细胞骨架5、参与细胞内信息传导生长因子→成纤维细胞（激活G蛋白相关的信号传递途径）→生长分裂。两种Ras相关的G蛋白（Rac和Rho）：Rac能激活PIP2代谢途径，引起细胞移动的早期事件（肌动蛋白聚合，膜变皱等）。Rho激活酪氨酸激酶，引起细胞运动的后期事件（张力丝、粘着斑形成等）。第七章细胞骨架

6、参与肌肉收缩（P216）

肌肉收缩：（1）横纹肌：肌原纤维（电镜）（图）

粗丝肌球蛋白丝，肌节的A带

细丝肌动蛋白丝，结合有原肌球蛋白（TM）、肌钙蛋白（TN），形成I带。（2）肌肉收缩时粗丝横桥拉动细丝朝中央移动，肌节缩短，但粗丝和细丝的长度保持不变。（3）细胞质Ca2+↑→触发肌肉收缩第七章细胞骨架第七章细胞骨架

肌球蛋白头部结合在微丝（肌动蛋白丝）上→水解1分子ATP→朝微丝（+）端移动2个肌动蛋白亚基距离→产生力量引起膜泡运输、肌细胞中粗细肌丝的滑动。以肌球蛋白为例说明肌肉收缩机制:第七章细胞骨架①肌球蛋白结合ATP，引起头部与肌动蛋白纤维分离；②ATP水解，引起头部与肌动蛋白弱结合；第七章细胞骨架③Pi释放，头部与肌动蛋白强结合，头部弯曲，引起细肌丝向(+)端移动；④ADP释放。进入新一轮循环。第七章细胞骨架第三节中间丝(intermediatefilament)

（了解与自学部分）中间纤维也称居间纤维或中等纤维，是由不同的蛋白质组成的空心纤维结构，直径10nm，介于微管和微丝之间，故名。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。不同细胞中中间丝的化学组成不一样，但结构相似。第七章细胞骨架第七章细胞骨架微丝微管中间纤维单体肌动蛋白微丝结合蛋