第十章细胞骨架细胞生物学全套-PPT.pptx

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配,MF,是由,G-actin,单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性,装配时呈头尾相接,故微丝具有极性，既正极与负极之别。,体外实验表明，,MF,正极与负极都能生长，生长快的一端为正,极，慢的一端为负极；去装配时，负极比正极快。由于,G-actin,在正极端装配，负极去装配，从而表现为,踏车行为,。,体内装配时，,MF,呈现出,动态不稳定性,，主要取决于,F-actin,结,合的,ATP,水解速度与游离的,G-actin,单体浓度之间的关系。,MF,动态变化与细胞生理功能变化相适应。在体内,有些微丝是,永久性的结构,有些微丝是暂时性的,结构,。,微丝特异性药物,细胞松弛素,(cytochalasins),：可以切断微丝,并结合,在微丝正极阻抑肌动蛋白聚合,因而,导致微丝解聚,。,鬼笔环肽,(philloidin),：与微丝侧面结合,防止,MF,解聚。,影响微丝装配动态性的药物对细胞都有毒害，说明,微丝功能的发挥依赖于微丝与肌动蛋白单体库间的动,态平衡。这种动态平衡受,actin,单体浓度和微丝结合蛋,白的影响。,微丝结合蛋白,整个骨架系统结构和功能在很大程度上受到,不同的细胞骨架结合蛋白的调节。,actin,单体结合蛋白,这些小分子蛋白与,actin,单体结合，阻止其添加到,微丝末端，当细胞需要单体时才释放，主要用于,actin,装配的调节，如,proflin,等。,微丝结合蛋白,微丝结合蛋白将微丝组织成以下,三种主要形式,：,Parallel bundle:MF,同向平行排列，主要发 现于,微绒毛,与丝状伪足。,Contractile bundle,:MF,反向平行排列，主要,发现于应力纤维和有丝分裂收缩环。,Gel-like network,:,细胞皮层,(cell cortex),中微丝,排列形式，,MF,相互交错排列。,微丝功能,维持细胞形态，赋予质膜机械强度,细胞运动,微绒毛,(microvillus),应力纤维,(stress fiber),参与胞质分裂,肌肉收缩,(muscle contraction),微丝遍及胞质各处，集中分布于质膜下，和其结合蛋白形成网络结构，维持细胞形状和赋予质膜机械强度，如哺乳地位,红细胞膜骨架,的作用。,成纤维细胞爬行与微丝装配和解聚相关,细胞运动,大家学习辛苦了，还是要坚持,继续保持安静,是肠上皮细胞的指状突起，用以增加肠上皮细胞表面积，以利于营养的快速吸收。,微绒毛,(microvillus),细胞贴壁与粘着斑的形成相关，在形成粘合斑的质膜下，微丝紧密排列成束，形成应力纤维,具有收缩功能。,收缩环,由大量反向平行排列的微丝组成，其收缩机制是肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动。,肌肉收缩,(muscle contraction),肌肉可看作一种特别富含细胞骨架的效力非常高的能量转换器，它直接将化学能转变为机械能。,肌肉的,细微结构,(,以骨骼肌为例,),肌小节,的组成,肌肉收缩系统中的有关蛋白,肌肉收缩的,滑动模型,由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程,肌肉收缩系统中的有关蛋白,肌球蛋白,(myosin),所有,actin-dependent motor proteins,都属于,该家族，其头部具,ATP,酶活力,沿微丝从负极到正极进行运动。,Myosin,主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构域,(,具有,ATPase,活性,),和尾部,链,多个,Myosin,尾部相互缠绕，形成,myosin filament,即粗肌丝。,原肌球蛋白,(tropomyosin,Tm),由两条平行的多肽链形成,-,螺旋构型,位于肌动蛋白螺旋沟内,结合于细丝,调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。,肌钙蛋白,(Troponin,Tn),为复合物，包括一个,Ca,2+,敏感性蛋白,(troponin-,C,TnC),能特异与,Ca,2+,结合。,由神经冲动诱发的肌肉收缩,基本过程,动作电位的产生,Ca,2+,的释放,原肌球蛋白位移,肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动,Ca,2+,的回收,二微 管（,Microtubules,）,微管结构与组成,装配,微管特异性药物,微管组织中心,(MTOC),微管结合蛋白,(MAP),微管功能,微管结构与组成,微管可装配成单管,二联管,(,纤毛和,鞭毛中,),三联管,(,中心粒和基体中,),。,装配,装配方式,所有的微管都有确定的极性,微管装配是一个动态不稳定过程,-,微管蛋白和,-,微管蛋白形成,二聚,体,二聚体先形成环状核心,(ring),经过侧面,增加二聚体而扩展为螺旋带,二聚体平行于,长轴重复排列形成原纤维,(protofilament),。当螺,旋带加宽至,13,根原纤维时,即合拢形成一段微管。,微管装配的动力学不稳定性是指微管装配,生长与快速去装配的一个,交替变换,的现象,动力学不稳定性产生的,原因,：,微管两端具,GTP,帽,(,取决于微管蛋白浓度,),微,管将继续组装,反之,无,GDP,帽则解聚。,微管特异性药物,秋水仙素,(colchicine),阻断微管蛋,白组装成微管，可破坏纺锤体结构。,紫杉酚,(taxol),能促进微管的装配,并使已形成的微管稳定。,为行使正常的微管功能,微管动力学,不稳定性是其功能正常发挥的基础。,微管组织中心,(MTOC),概念,：,常见微管组织中心,中心体,(centrosome),基体,(basal body),微管在生理状态或实验处理解聚,后重新装配的发生处称为微管组织中心,(microtubule organizing center,MTOC),。,常见微管组织中心,间期细胞,MTOC,：,中心体,(,动态微管,),分裂细胞,MTOC,：,有丝分裂纺锤体极,(,动态微管,),鞭毛纤毛细胞,MTOC,：,基体,(,永久性结构,),中心体,(centrosome),中心体,(centrosome),结构,中心体复制周期,管蛋白,：位于中心体周围的基质中，环形,结构，结构稳定，为,微管蛋白二聚体提,供起始装配位点，所以又叫,成核位点,基体,(basal body),位于鞭毛和纤毛根部的类似结构称为,基体,（,basal body,）,中心粒和基体均具有自我复制性质,微管结合蛋白,(Microtubule Associated Protein,MAP),微管功能,维持细胞形态,细胞内物质的运输,细胞器的定位,鞭毛,(flagella),运动和纤毛,(cilia),运动,纺锤体与染色体运动,维持细胞形态,用秋水仙素处理细胞破坏微管,导致细胞,变圆,说明微管对维持细胞的不对称形状是重要,的。对于细胞突起部分,如纤毛、鞭毛、轴突的,形成和维持,微管亦起关键作用。,细胞内物质的运输,真核细胞内部是高度区域化的体系,细胞中合成的,物质、一些细胞器等必须经过细胞内运输过程。这种运,输过程与细胞骨架体系中的微管及其,Motor protein,有关。,Motor proteins,神经元轴突运输的类型,及,运输模式,色素颗粒的运输,Motor proteins,目前已鉴定的,Motor proteins,多达数十种。根据其,结合的骨架纤维以及运动方向和携带的转运物不同而分,为不同类型。胞质中微管,motor protein,分为两大类：,驱动蛋白,(kinesin):,通常朝微管的正极方向运动,动力蛋白,(cytoplasmic dynein),：朝微管的负极运动,Kinesin,与,Dynein,的,分子结构,Kinesin,与,Dynein,的,运输方式,神经元轴突运输的类型,轴突运输的类型,鞭毛,(flagella),运动和纤毛,(cilia),运动,纤毛和鞭毛的,运动形式,纤毛与鞭毛的,结构,纤毛,运动机制,三、中间纤维（,intermediate filament,IF),0nm,纤维,因其直径介于肌粗丝和细丝之间,故被命名为中间纤维。,IF,几乎分布于所有动物细胞，往往形成一个网络结构，特别是在需要承受机械压力的细胞中含量相当丰富。如,上皮细胞,中。除了胞质中，在内核膜下的,核纤层,也属于,IF,。,中间纤维的装配,中间纤维的成分与分布,中间纤维的功能,中间纤维的装配,中间纤维,装配过程,IF,装配与,MF,MT,装配相比，有以下几个特点：,IF,装配的单体是纤维状蛋白,(MF,MT,的单体呈球形,),；,反向平行的四聚体导致,IF,不具有极性；,IF,在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅助，,在体内装配后，细胞中几乎不存在,IF,单体,(,但,IF,的存在,形式也可以受到,细胞调节,，如核纤层的装配与解聚,),。,中间纤维的成分与分布,IF,成分比,MF,MT,复杂，具有组织特异性。,IF,在形态上相似，而化学组成有明显的差别。,中间纤维类型与分布,中间纤维蛋白的表达具有严格的组织特异性,中间纤维分类与分布,中间纤维的功能,增强细胞抗机械压力的能力,角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持,结蛋白纤维是肌肉,Z,盘的重要结构组分，,对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用,神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用,参与传递细胞内机械的或分子的信息,中间纤维与,mRNA,的运输有关,第二节 细胞核骨架,核基质,(Nuclear Matrix),染色体骨架,核纤层,(Nuclear Lamina),核基质,(Nuclear Matrix),形态结构,成分,核骨架结合序列,功能,形态结构,研究核骨架的分级抽提方法,非离子去垢剂溶解膜结构系统,胞质中可溶性成分随之流失,;,再用,Tween40,和脱氧胆酸钠处理,胞质中的微管、微丝与一些蛋白结构被溶去,胞质中只有中间纤维网能完好存留,;,然后用核酸酶与,0.25mol/L,硫酸铵处理,染色质中,DNA,、,RNA,和组蛋白被抽提,最终核内呈现一个精细发达的核骨架网络,结合非树脂包埋,-,去包埋剂电镜制样方法,可清晰地显示核骨架,-,核纤层,-,中间纤维结构体系。,成分,核骨架不象胞质骨架那样由非常专一的蛋白成分组成,核骨架的成分比较复杂,主要成分是核骨架蛋白及核骨架结合蛋白,并含有少量,RNA,。,核骨架蛋白,骨架结合蛋白,其它,核骨架结合序列,DNA,序列中的核骨架结合序列,(matrix associated region,MAR),这部分,DNA,与核骨架蛋白的结合不为高盐溶液抽提所破坏,在基因表,达调控中有作用,核骨架结合序列的基本特征,MAR,的功能,通过与核骨架蛋白的结合，将,DNA,放射环锚定在核骨架上；,作为许多功能性基因调控蛋白的结合位点。,核骨架结合序列的基本特征,富含,AT,富含,DNA,解旋元件,(DNA unwinding elements),富含反向重复序列,(Inverted Repeats),含有转录因子结合位点。,功能,核骨架与,DNA,复制,核骨架与基因表达,大量研究工作表明真核细胞中,RNA,的转录和加工均,与核骨架有关。具有转录活性的基因是结合在核骨架上,的,;RNA,聚合酶在核骨架上具有结合位点。,核骨架与病毒复制,核骨架与染色体构建,二、,染色体骨架,染色体骨架,/,放射环模型,染色体骨架的真实性,银染法能选择性地显示染色体轴结构,DNA,酶和,RNA,酶处理或用,0.4mol/L H,2,SO,4,处理去除组蛋白,对染色体轴没有影响,用胰蛋白酶消化则染色体轴破坏,说明染色体轴是非组蛋白性的。,染色体骨架,/,放射环模型在分子水平上得到两个直接证据,染色体骨架与染色体高级结构,三、核纤层,(Nuclear Lamina),核纤层分布与形态结构,成分,核纤层蛋白,(Lamin),核纤层蛋白的分子结构及其与中间纤维蛋白的,关系,核纤层蛋白在细胞分化中的表达,核纤层在细胞周期中的,变化,功能,成分,核纤层蛋白,(Lamin),哺乳动物和鸟类细胞中有,核纤层蛋白,A,核纤层蛋白,B,核纤层蛋白,C,核纤层蛋白的分子结构及,其与中间纤维蛋白的关系,核纤层与中间纤维之间的共同点,两者均形成,10nm,纤维,;,两者均能抵抗高盐和非离子去垢剂的抽提,;,某些抗中间纤维蛋白的抗体能与核纤层发生交叉反应,核纤层蛋白,A,和核纤层蛋白,C,的,cDNA,克隆推导出核纤层蛋白的氨基酸顺序与中间纤维蛋白高度保守的,-,螺旋区有很强的同源性,说明核纤层蛋白是中间纤维蛋白,.,核纤层在细胞周期中的变化,A,型核纤层蛋白在组装核纤层时通过蛋白水解失去,C,端,(,异戊二烯化,isoprenylation),。核膜崩解,核纤层解聚时,A,型核纤层蛋白以可溶性单体形式弥散到胞质中。,B,型核纤层蛋白则永久法尼基化,(farnesylated),，与核膜小泡保持结合状态,当核膜重现时,在染色体周围重装配,形成子细胞的核纤层。,功能,核膜及染色质提供了结构支架,