细胞生物学9章-细胞骨架.ppt

细胞生物学细胞生物学细胞生物学与遗传学教研室细胞生物学与遗传学教研室.p姓姓 名名:张娟张娟p授课章节授课章节:第第 9 章章 细胞骨架细胞骨架 第第10章章 细胞核细胞核p联系方式联系方式:南南U字楼字楼6号楼号楼3层层333 .第9章 细胞骨架（Cytoskeleton）细胞生物与遗传学教研室细胞生物与遗传学教研室.p微管、微丝、中间纤维和微梁网格微管、微丝、中间纤维和微梁网格p由蛋白形成的纤维网状结构由蛋白形成的纤维网状结构p细胞各种活动的细胞各种活动的结构基础结构基础。涉及细胞的：形状支撑、吸收分泌、物质运输、涉及细胞的：形状支撑、吸收分泌、物质运输、信息传递、能量转换、免疫行为、信息传递、能量转换、免疫行为、细胞分裂、细胞器分布等细胞分裂、细胞器分布等 细胞骨架使以上活动具有细胞骨架使以上活动具有组织性组织性和和方向性方向性。.p细胞骨架三个鲜明的特点：细胞骨架三个鲜明的特点：弥散性弥散性 整体性整体性 变动性变动性.p广义的细胞骨架概念包括广义的细胞骨架概念包括4部分：部分：细胞核骨架细胞核骨架 细胞质骨架细胞质骨架 细胞膜骨架细胞膜骨架 细胞外基质细胞外基质.第一节第一节 微管微管（microtubule）.一、微管的化学组成一、微管的化学组成 （一）微管蛋白（一）微管蛋白（tubulin）、两种球状亚单位两种球状亚单位 、微管蛋白微管蛋白异二聚体是微管的基本单位异二聚体是微管的基本单位 异二聚体异二聚体 微管蛋白微管蛋白 微管蛋白微管蛋白 微管（极性结构）微管（极性结构）原丝原丝.结合位点：鸟嘌呤核苷酸（结合位点：鸟嘌呤核苷酸（GTPGTP）二价阳离子（二价阳离子（MgMg2+2+、CaCa2+2+）药物（秋水仙碱、长春花碱）药物（秋水仙碱、长春花碱）微管工具药：秋水仙碱、长春花碱微管工具药：秋水仙碱、长春花碱 可特异性抑制微管聚合可特异性抑制微管聚合.（二）微管结合蛋白（二）微管结合蛋白 （microtubule-associate protein,MAP）1.MAP-1、MAP-2 附在微管壁外侧附在微管壁外侧调节微管装配调节微管装配2.（达因）动力蛋白（达因）动力蛋白 具具ATPase活性活性 将化学能转换为机械能将化学能转换为机械能3.微管修饰蛋白（微管修饰蛋白（tau蛋白，蛋白，蛋白）蛋白）存在于神经轴突中存在于神经轴突中 加速微管组装加速微管组装.p外形笔直、坚硬中空直管状结构外形笔直、坚硬中空直管状结构p外径外径24nm 内径内径15nmp长短不一长短不一p13根原纤维围成一圈根原纤维围成一圈p每根原纤维含每根原纤维含、两种微管蛋两种微管蛋 白交替排列（白交替排列（-）首尾相接。原纤维单位）首尾相接。原纤维单位 间位移，斜向（间位移，斜向（10-2010-20）盘旋。）盘旋。二、微管的结构形态二、微管的结构形态.三、微管的分类三、微管的分类（一）单管（一）单管（singletsinglet）1313根原纤维根原纤维（二）二联管（二）二联管（doubletdoublet）2323根原纤维根原纤维（三）三联管（三）三联管（triplettriplet）3333根原纤维根原纤维.(一一)微管的组装过程微管的组装过程四、微管的组装四、微管的组装p双环状多聚体双环状多聚体p片状多聚体片状多聚体p侧面加合为侧面加合为1313条原纤维宽条原纤维宽p弯曲合拢为空心圆柱体弯曲合拢为空心圆柱体p短微管延长或短微管连接短微管延长或短微管连接.踏车现象：踏车现象：在一定条件下，微管一端发生组装使微管延长，在一定条件下，微管一端发生组装使微管延长，同时另一端发生去组装使微管缩短。同时另一端发生去组装使微管缩短。.(二二)微管组装的条件微管组装的条件p微管蛋白浓度微管蛋白浓度p温度和温度和PHPHp离子环境离子环境p影响微管组装的药物影响微管组装的药物.（1）微管蛋白的体外装配）微管蛋白的体外装配 反应液必须具备下列条件：反应液必须具备下列条件：足够的微管蛋白浓度（足够的微管蛋白浓度（和和）GTP和适量的和适量的Mg2+存在存在 去除反应液中的去除反应液中的Ca2+温度保持温度保持37，pH 6.9 .（2）微管蛋白的体内装配）微管蛋白的体内装配 还须具备下列条件：还须具备下列条件：微管组织中心（微管组织中心（MTOC）微管进行组装的区域，发源部位。微管进行组装的区域，发源部位。如：中心体、鞭毛基体。如：中心体、鞭毛基体。.中心体：是动物细胞中决定微管形成的一种细胞器中心体：是动物细胞中决定微管形成的一种细胞器中心体：是动物细胞中决定微管形成的一种细胞器中心体：是动物细胞中决定微管形成的一种细胞器.基体：是纤毛和鞭毛的微管组织中心基体：是纤毛和鞭毛的微管组织中心 .（2）微管蛋白的体内装配）微管蛋白的体内装配 还须具备下列条件：还须具备下列条件：微管组织中心（微管组织中心（MTOC）MAPs,蛋白因子蛋白因子.五、微管的生物学功能五、微管的生物学功能（一）维持细胞形态（一）维持细胞形态 如：细胞的伪足如：细胞的伪足 神经细胞的轴突神经细胞的轴突 双凹圆盘状红细胞双凹圆盘状红细胞 血小板的外形血小板的外形.（二）形态建成运动（二）形态建成运动 如：胚胎发育中的细胞迁移如：胚胎发育中的细胞迁移 精细胞的变态成形精细胞的变态成形.（三）细胞分裂的极性（三）细胞分裂的极性 有丝分裂时染色体移向两级有丝分裂时染色体移向两级.（四）物质的循环与运输（四）物质的循环与运输 p微管作为一种微管作为一种“轨道轨道”进行运输进行运输p运输分泌颗粒、营养物质、色素颗粒、病毒运输分泌颗粒、营养物质、色素颗粒、病毒 颗粒、线粒体等颗粒、线粒体等p消耗消耗ATPATP.（五）细胞与细胞器运动（五）细胞与细胞器运动 鞭毛、纤毛的摆动驱使细胞运动鞭毛、纤毛的摆动驱使细胞运动.六、纤毛和鞭毛的结构与运动六、纤毛和鞭毛的结构与运动 纤毛（纤毛（ciliumcilium）和鞭毛（）和鞭毛（flagellumflagellum）是细胞基质向细胞表面突起的、能收缩的、是细胞基质向细胞表面突起的、能收缩的、丝状的细胞附件。丝状的细胞附件。基本结构：杆部和基体基本结构：杆部和基体.（一）纤毛、鞭毛的杆部（一）纤毛、鞭毛的杆部.中央微管中央微管 （central singlet）9对二联管对二联管架桥（架桥（bridge）中央鞘中央鞘（sheath）辐条辐条(radial spoke)(radial spoke)辐条头辐条头(spoke head)(spoke head)内臂内臂(inner arm)(inner arm)外臂外臂(outer arm)(outer arm)达因蛋白达因蛋白(dynein)(dynein)管间连接丝管间连接丝(nexin(nexin蛋白蛋白)轴索轴索(axoneme)(axoneme).（二）纤毛、鞭毛的基体（二）纤毛、鞭毛的基体 纤毛、鞭毛是由基体产生的。纤毛、鞭毛是由基体产生的。呈呈“9+0”或或“93+0”结构图式结构图式.（三）纤毛、鞭毛的运动机制（三）纤毛、鞭毛的运动机制 “微管滑动假说微管滑动假说”（sliding microtubule hypothesis）1.二联管的滑动过程二联管的滑动过程 分分4步：接触、作功、分离、复原步：接触、作功、分离、复原.2.二联管间的滑动转换成弯曲运动二联管间的滑动转换成弯曲运动.二联管间的滑动转换成鞭毛的波浪（螺旋）二联管间的滑动转换成鞭毛的波浪（螺旋）式运动和纤毛的节律性摆动。式运动和纤毛的节律性摆动。弯曲运动是连接丝、辐条、中央鞘、中央单管弯曲运动是连接丝、辐条、中央鞘、中央单管等的共同作用。等的共同作用。.p先天性精子不动症：先天性精子不动症：是一种具是一种具ATPATP酶活性的达因蛋白臂缺失或缺陷酶活性的达因蛋白臂缺失或缺陷 造成的男性不育。造成的男性不育。.存在于动物和低等植物细胞中，成对出现存在于动物和低等植物细胞中，成对出现 的细胞器。的细胞器。七、中心粒（七、中心粒（centriole）.p光镜下：中心体（光镜下：中心体（centrosome）由中心粒和中心粒周围物质由中心粒和中心粒周围物质(pericentriolar material)组成复合结构。组成复合结构。p电镜下：中心粒（双心体）电镜下：中心粒（双心体）相互垂直的圆柱状小体，呈相互垂直的圆柱状小体，呈“9+0”或或“93+0”结构图式。结构图式。.中心粒周围物质：中心粒周围物质：微管蛋白是微管生成的微管蛋白是微管生成的 真正诱导起点。真正诱导起点。.p中心粒由微管蛋白库自体组装而成。中心粒由微管蛋白库自体组装而成。相互垂直排列相互垂直排列 G1G1期后稍稍分开期后稍稍分开 S S期复制为前中心粒期复制为前中心粒 G2G2期子中心粒延长期子中心粒延长 前期两成熟中心粒分离前期两成熟中心粒分离 前期末，中心粒分开至细胞核对侧（细胞两极）前期末，中心粒分开至细胞核对侧（细胞两极）.染色体运动机制示意图染色体运动机制示意图.p永久性的细胞功能结构：鞭毛、纤毛、中心粒永久性的细胞功能结构：鞭毛、纤毛、中心粒p临时性的细胞功能结构：纺锤丝临时性的细胞功能结构：纺锤丝p分散的微管蛋白的形式分散的微管蛋白的形式.第二节第二节 微丝微丝（microfilament）.一、微丝（一、微丝（MF）的形态）的形态p实心纤维结构，直径实心纤维结构，直径5-6nm5-6nmp肌细胞内微丝稳定肌细胞内微丝稳定p非肌细胞内微丝分稳定和不稳定两种非肌细胞内微丝分稳定和不稳定两种.Microfilament,MF.二、微丝的化学组成二、微丝的化学组成 1 1、肌动蛋白、肌动蛋白 构成微丝的基本成分构成微丝的基本成分 球形肌动蛋白（球形肌动蛋白（G-actinG-actin）纤维状肌动蛋白（纤维状肌动蛋白（F-actinF-actin）结合位点：结合位点：肌球蛋白肌球蛋白 ATPATP（或（或ADPADP）阳离子（阳离子（K K+.Na.Na+.Mg.Mg2+2+或或CaCa2+2+）.3 3种肌动蛋白：种肌动蛋白：.和和 肌动蛋白：肌细胞肌动蛋白：肌细胞 .肌动蛋白：在非肌细胞肌动蛋白：在非肌细胞 .肌动蛋白：体外培养的成纤维细胞肌动蛋白：体外培养的成纤维细胞.2 2、微丝（肌动蛋白）结合蛋白、微丝（肌动蛋白）结合蛋白 4040多种：多种：肌球蛋白肌球蛋白 隔绝蛋白隔绝蛋白 封端蛋白封端蛋白 截断蛋白等截断蛋白等.各种微丝结合蛋白各种微丝结合蛋白隔绝蛋白隔绝蛋白去聚合蛋白去聚合蛋白膜结合蛋白膜结合蛋白封端蛋白封端蛋白 截断蛋白截断蛋白交联蛋白交联蛋白集束蛋白集束蛋白.三、微丝的组装三、微丝的组装微丝微丝是由两条球形肌动蛋白单体链呈右手螺是由两条球形肌动蛋白单体链呈右手螺 旋盘绕形成的纤维。旋盘绕形成的纤维。.1 1、组装过程、组装过程G-G-actinactin聚合为较短的寡聚体聚合为较短的寡聚体3-43-4个单体为装配核心个单体为装配核心G-G-actinactin 附着到寡聚体核心两端（附着到寡聚体核心两端（F-F-actinactin生长）生长）成为螺旋纤维成为螺旋纤维.F-actin向两个相反的方向延长，有向两个相反的方向延长，有“+”级和级和“”级。级。.Treadmilling+-.2 2、影响组装的因素、影响组装的因素肌动蛋白浓度肌动蛋白浓度ATPATPK K+.Na.Na+.Mg.Mg2+2+利于组装利于组装PH7PH7利于组装利于组装CaCa2+2+不利于组装不利于组装工具药：工具药：细胞松弛素细胞松弛素B B（抑制聚合）（抑制聚合）细胞松弛素细胞松弛素D D（抑制聚合）（抑制聚合）鬼笔环肽（促进聚合）鬼笔环肽（促进聚合）.四、微丝的功能四、微丝的功能1 1、在肌细胞中的作用（肌肉收缩）、在肌细胞中的作用（肌肉收缩）横纹肌由肌细胞组成横纹肌由肌细胞组成横纹肌收缩的基本单位横纹肌收缩的基本单位肌原纤维肌原纤维(myofibrils)(myofibrils)肌原纤维的基本单位肌原纤维的基本单位肌节肌节(sarcomere)(sarcomere).p每一肌节含有细肌丝每一肌节含有细肌丝(thin myofibrils)(thin myofibrils)和粗肌丝和粗肌丝(thick myofibrils)(thick myofibrils)细肌丝细肌丝:肌动蛋白肌动蛋白 原肌球蛋白原肌球蛋白(Tm)(Tm)肌钙蛋白肌钙蛋白(Tn)(Tn)粗肌丝：粗肌丝：肌球蛋白肌球蛋白(myosin)(myosin).肌球蛋白肌球蛋白p组成组成n两条重链两条重链n四条轻链四条轻链p结构特点结构特点n两个头部两个头部p与肌动蛋白结合，水解与肌动蛋白结合，水解 ATPn一个尾部一个尾部p装配成粗肌丝装配成粗肌丝.肌原纤维肌原纤维肌原纤维肌原纤维TEMTEM照片照片照片照片.肌肉收缩是粗肌丝与细肌丝相互滑动造成的。肌肉收缩是粗肌丝与细肌丝相互滑动造成的。.p支撑作用支撑作用p细胞质流动细胞质流动p变形运动变形运动p胞质分裂胞质分裂p胞吞胞吐作用胞吞胞吐作用p信息传递信息传递2 2、在非肌细胞中的作用、在非肌细胞中的作用.第三节第三节 中间纤维中间纤维（intermediate filament,IF）.一、形态分布一、形态分布p中空纤维结构中空纤维结构p直径直径10nm10nmp纤维网络纤维网络.中间纤维中间纤维.二、类型与化学组成二、类型与化学组成1.角蛋白纤维（角蛋白纤维（keratin）2.波形蛋白纤维（波形蛋白纤维（vimentin）3.结蛋白纤维（结蛋白纤维（desmin）4.神经胶质纤维（神经胶质纤维（neuroglial filament）5.神经丝纤维（神经丝纤维（neurofilament）6.核纤层蛋白丝（核纤层蛋白丝（lamin）.化学组成：化学组成：中间纤维蛋白中间纤维蛋白 中间纤维结合蛋白中间纤维结合蛋白（IFAPs）.中间纤维蛋白结构中间纤维蛋白结构 头部区头部区 氨基端氨基端 尾部区尾部区 羧基端羧基端 杆状区杆状区 310 aa 310 aa 中心区中心区 （螺旋区）（螺旋区）形成聚合体的关键部位形成聚合体的关键部位非螺旋区，高度可变非螺旋区，高度可变.*四聚体是最小稳定单位四聚体是最小稳定单位 *横截面是横截面是3232个多肽分子个多肽分子 三、组装三、组装.单体单体 超螺旋超螺旋（平行对齐）（平行对齐）原纤丝原纤丝（反向平行）（反向平行）原纤维原纤维中间纤维中间纤维.两种观点：两种观点：*两组双股螺旋各形成四聚体，两个四聚体组两组双股螺旋各形成四聚体，两个四聚体组成一亚丝；四根亚丝盘绕围成一条中丝；成一亚丝；四根亚丝盘绕围成一条中丝；4 42 424=324 42 424=32条条 *八个四聚体围成一条中空管状的中丝八个四聚体围成一条中空管状的中丝 4 48=32 4 48=32条条.中间纤维的结构特点：中间纤维的结构特点：*3232条多肽链围成的空心管状纤维条多肽链围成的空心管状纤维 *两端对称两端对称 *非极性非极性 *无特异性药物无特异性药物 *无踏车现象无踏车现象.四、功能四、功能 *支持作用支持作用 *核功能核功能 *物质运输物质运输 *细胞分化细胞分化 *细胞连接细胞连接.细胞骨架三种成分的比较细胞骨架三种成分的比较.第四节第四节 细胞骨架与医学细胞骨架与医学1 1、肿瘤细胞、肿瘤细胞2 2、神经退行性病、神经退行性病3 3、临床应用、临床应用.第第9 9章要求：章要求：1 1、掌握细胞骨架的概念；、掌握细胞骨架的概念；2 2、掌握微管、微丝的组成和功能；、掌握微管、微丝的组成和功能；3 3、熟悉中间纤维的组成和功能。、熟悉中间纤维的组成和功能。.第十章第十章 细胞核细胞核（nucleus）细胞生物与遗传学教研室细胞生物与遗传学教研室.n最大最重要的细胞器最大最重要的细胞器n真核生物进化的重要标志真核生物进化的重要标志n控制整个细胞的生命活动控制整个细胞的生命活动n细胞负载基因组，细胞负载基因组，DNA复制、复制、RNA转录的中心转录的中心.n数量：数量：通常一个，哺乳动物红细胞通常一个，哺乳动物红细胞(0)(0)、肝细胞、肝细胞、心心 肌细胞肌细胞(1-2)(1-2)、破骨细胞、骨骼肌细胞、破骨细胞、骨骼肌细胞(数百数百)。n形状：形状：n大小：大小：核质比核质比 间间 期期：有细胞核有细胞核 分裂期：分裂期：无细胞核无细胞核.核被膜核被膜染色质染色质核核 仁仁核基质核基质.第第1节节 核被膜核被膜(nuclear membrane)一、核膜结构一、核膜结构 不对称双层膜结构不对称双层膜结构(一一)外核膜外核膜(outer nuclear membrane)粗糙坚韧，表面有核糖体，与粗糙坚韧，表面有核糖体，与rER相连相连 .(二二)内内核膜核膜(inner nuclear membrane)光滑平整，有与核纤层蛋白光滑平整，有与核纤层蛋白B的结合位点的结合位点.(三三)核周间隙核周间隙(perinuclear space)两层膜之间的间隙，宽两层膜之间的间隙，宽20-40nm，充满液态无，充满液态无 定形物质定形物质 .(四四)核纤层核纤层(nuclear lamina)核纤层蛋白核纤层蛋白A 核纤层蛋白核纤层蛋白B 核纤层蛋白核纤层蛋白C .1 1、核纤层蛋白对核膜有支持作用，与核膜的形、核纤层蛋白对核膜有支持作用，与核膜的形 状有关状有关2 2、核纤层蛋白与核膜的消失与重建有关、核纤层蛋白与核膜的消失与重建有关 分裂前期：核纤层蛋白磷酸化分裂前期：核纤层蛋白磷酸化核膜消失核膜消失 分裂末期：核纤层蛋白去磷酸化分裂末期：核纤层蛋白去磷酸化核膜重建核膜重建.Periperal nuclear lamina(green).(五五)核孔复合体核孔复合体(nuclear pore complex,NPC)核孔直径核孔直径75nm，核孔面积占整个核膜面积的，核孔面积占整个核膜面积的5-15%复杂可变性结构复杂可变性结构 .NPC at cytosolic faceNPC at exoplasmic face.1.1.纤丝模型纤丝模型孔环颗粒孔环颗粒周边颗粒周边颗粒中央颗粒中央颗粒细纤丝细纤丝.2.2.滴漏样核孔复合体结构模型滴漏样核孔复合体结构模型胞质环胞质环核质环核质环纤维丝状物（胞质纤维丝状物（胞质 核质）核质）核篮核篮8 8个颗粒（辐）和中央颗粒个颗粒（辐）和中央颗粒.3.3.新核孔复合体结构模型新核孔复合体结构模型柱状成分亚单位柱状成分亚单位环形成分亚单位环形成分亚单位腔成分亚单位腔成分亚单位.核孔复合体：核孔复合体：5050多种蛋白质，进化上高度多种蛋白质，进化上高度 保守，统称为核孔蛋白。保守，统称为核孔蛋白。.