细胞生物学细胞骨架与细胞运动.pptx

第七章第七章 细胞骨架与细胞运动细胞骨架与细胞运动 细胞骨架（细胞骨架（cytoskeleton）:真核细胞质中由蛋真核细胞质中由蛋白纤维交织形成的立体网架构白纤维交织形成的立体网架构,充满细胞质空间，充满细胞质空间，维持细胞的形状并参与细胞的运动。维持细胞的形状并参与细胞的运动。微管（微管（microtubule,MT）微丝（微丝（microfilament,MF）中间纤维（中间纤维（intermediate filament,IF）第一节第一节 微微 管管（microtubule,MT）由由微管蛋白微管蛋白和和微管结合蛋白微管结合蛋白组成的组成的中空中空圆柱状结构，圆柱状结构，存在于细胞质中；存在于细胞质中；动态结构动态结构 基本功能：细胞器的定位和物质运输基本功能：细胞器的定位和物质运输 组成的细胞器：纤毛、鞭毛、纺锤体、中心体组成的细胞器：纤毛、鞭毛、纺锤体、中心体 微管蛋白单体微管蛋白单体 微管蛋白单体微管蛋白单体 微管蛋白位于微管组织中心，微管蛋白位于微管组织中心，影响微管成核、定位及极性等影响微管成核、定位及极性等一组成：一组成：微管蛋白（微管蛋白（tubulintubulin）异二聚体异二聚体微管微管二形态结构：二形态结构：中空圆柱状中空圆柱状结构，结构，1313根根原纤维围原纤维围成成一周，一周，和和微管蛋白首尾相接，具有极性。微管蛋白首尾相接，具有极性。有三种存在形式：有三种存在形式：单管、单管、二联管二联管和三联管。和三联管。三微管结合蛋白：三微管结合蛋白：（microtubule-associated protein,MAP）结合在微管表面的辅助蛋白结合在微管表面的辅助蛋白 结构区域结构区域功能：功能：碱性的微管结合区域加速微管成核作用；碱性的微管结合区域加速微管成核作用；酸性的突出区域与其他骨架纤维联系酸性的突出区域与其他骨架纤维联系主要类型：主要类型：MAP-1MAP-1（轴突和树突中）（轴突和树突中）MAP-2MAP-2（胞体和树突中）（胞体和树突中）tautau（只存在（只存在 于轴突中）于轴突中）MAP-4MAP-4（大多数细胞中）（大多数细胞中）神经元神经元细胞细胞 四四微管的组装：微管的组装：微管蛋白亚基微管蛋白亚基 结合紧密结合紧密组装组装水解水解微管蛋白亚基微管蛋白亚基 易脱落易脱落解聚解聚微管组装过程：微管组装过程：成核期（延迟期）成核期（延迟期）：异二聚体异二聚体寡聚体寡聚体侧面增加侧面增加片状带片状带 合拢合拢一段微管一段微管聚合期（延长期）：聚合期（延长期）：聚合速度大于解聚速度聚合速度大于解聚速度稳定期稳定期 ：聚合速度等于解聚速度聚合速度等于解聚速度 微管组织中心微管组织中心微管组织中心微管组织中心（microtubule organizing center,MTOCsmicrotubule organizing center,MTOCs）l是是微微管管形形成成的的核核心心位位点点，微微管管的的组组装装由由此此开开始始，常常见见的的微微管管组织中心有：中心体、鞭毛基体、动粒。组织中心有：中心体、鞭毛基体、动粒。l都都具具有有微微管管蛋蛋白白，形形成成微微管管蛋蛋白白环环形形复复合合体体，刺刺激激微微管管核核心的形成，包裹微管蛋白的负端，防止微管蛋白的掺入。心的形成，包裹微管蛋白的负端，防止微管蛋白的掺入。l在空间上提供微管装配的始发区域。在空间上提供微管装配的始发区域。(一一)体外组装体外组装:微管踏车模型和非稳态动力模型微管踏车模型和非稳态动力模型 微管组装以微管组装以非稳态动力模型非稳态动力模型为主，其中为主，其中微管蛋白的浓微管蛋白的浓 度度和和GTP 是调节微管组装的物质。是调节微管组装的物质。和和微管蛋白微管蛋白37370 0C,C,有有GTPGTP和和MgMg2+2+微管微管（二）（二）体内组装体内组装：微管装配的微管装配的起始点是微管组织中心起始点是微管组织中心（中心体、鞭毛（中心体、鞭毛 和纤毛基体）和纤毛基体）微管蛋白环行复合体微管蛋白环行复合体是集结异二聚体的核心，微是集结异二聚体的核心，微管从此生长和延长，它与微管的管从此生长和延长，它与微管的负端负端结合，使负端结合，使负端稳定。稳定。（三）影响微管组装和去组装因素（三）影响微管组装和去组装因素组装：组装：37370 0C,C,有有GTPGTP和和MgMg2+2+游离游离GTP-GTP-微管蛋白浓度微管蛋白浓度 紫杉醇紫杉醇 和和微管蛋白微管微管蛋白微管 解聚：解聚：4 40 0C,C,或或CaCa2+2+,游离游离GTP-GTP-微管蛋白浓度微管蛋白浓度 秋水仙碱和长春新碱秋水仙碱和长春新碱 微管的聚合与微管的聚合与GTP-GTP-微管蛋白浓度呈正比微管蛋白浓度呈正比 六微管的功能六微管的功能（一）（一）形成网状支架，支持和维持细胞的形态形成网状支架，支持和维持细胞的形态（二）构成纤毛、鞭毛和中心粒，参与细胞运动（二）构成纤毛、鞭毛和中心粒，参与细胞运动 纤毛和鞭毛纤毛和鞭毛是微管形成的细胞特化结构，是细胞是微管形成的细胞特化结构，是细胞 能收缩的附属物。能收缩的附属物。纤毛纤毛短而多；短而多；鞭毛鞭毛少而长少而长 中心粒中心粒：成对出现的成对出现的圆柱形小体圆柱形小体，彼此垂直排列。，彼此垂直排列。功能：功能：参与微管蛋白的合成与微管的聚合，参与微管蛋白的合成与微管的聚合，与细胞分裂、能量代谢有关。与细胞分裂、能量代谢有关。（三）维持细胞器的定位与分布（三）维持细胞器的定位与分布 线粒体线粒体的分布与的分布与MT平行；平行；游离核糖体游离核糖体位于位于MT和和MF的交叉点上；的交叉点上；ER沿微管在细胞质中展开；沿微管在细胞质中展开；Gc沿沿MT向核区牵拉，定位于细胞中央。向核区牵拉，定位于细胞中央。（四）参与细胞内物质运输（四）参与细胞内物质运输马达蛋白：介导细胞内物质沿细胞骨架运动的蛋白。马达蛋白：介导细胞内物质沿细胞骨架运动的蛋白。动力蛋白动力蛋白 MT(+)MT(-)驱动蛋白驱动蛋白 MT(-)MT(+)肌球蛋白肌球蛋白(MF)（五）参与染色体的运动，调节细胞分裂（五）参与染色体的运动，调节细胞分裂（六）参与细胞内信号传导（六）参与细胞内信号传导第二节第二节 微微 丝丝 microfilament,MF一组成：一组成：基本单位基本单位肌动蛋白（肌动蛋白（actinactin）（极性：正）（极性：正/负端）负端）6种亚型种亚型 肌动蛋白肌动蛋白 骨骼肌型肌动蛋白骨骼肌型肌动蛋白 心肌型肌动蛋白心肌型肌动蛋白 血管型肌动蛋白血管型肌动蛋白 肌动蛋白肌动蛋白l 肌动蛋白肌动蛋白 细胞质型肌动蛋白细胞质型肌动蛋白l 肠型肌动蛋白肠型肌动蛋白 l 存在方式存在方式:球状肌动蛋白（球状肌动蛋白（globular actin,G-actinglobular actin,G-actin）纤维状肌动蛋白（纤维状肌动蛋白（filamentous actin,F-actinfilamentous actin,F-actin）二结构：二结构：可弯曲性蛋白纤维，双螺旋结构可弯曲性蛋白纤维，双螺旋结构/单根，单根，具有极性，位于细胞膜内侧具有极性，位于细胞膜内侧细胞皮质区细胞皮质区三组装三组装：需需ATPATP和和K K+、MgMg2+2+存在及适宜的温度存在及适宜的温度成核期成核期：三聚体核心：三聚体核心生长期生长期：正极：正极快于快于负极（负极（ATPATP调节）调节）平衡期平衡期：形成速度：形成速度等于等于解离速度解离速度踏踏车车模模型型影响组装与去组装因素影响组装与去组装因素 组装：组装：TPTP和和Mg2+Mg2+，+-肌动蛋白浓度肌动蛋白浓度，鬼笔环肽，鬼笔环肽 -肌动蛋白微丝肌动蛋白微丝解聚：解聚：CaCa2+2+-肌动蛋白浓度肌动蛋白浓度，细胞松弛素，细胞松弛素B B 四动态调节：四动态调节：五微丝结合蛋白及其功能：五微丝结合蛋白及其功能：100100余种余种 调节肌动蛋白单体调节肌动蛋白单体肌动蛋白多聚体肌动蛋白多聚体微丝微丝 以不同方式与肌动蛋白相结合，形成多种不同的以不同方式与肌动蛋白相结合，形成多种不同的 亚细胞结构，执行不同的功能。亚细胞结构，执行不同的功能。核化蛋白核化蛋白微丝解微丝解聚蛋白聚蛋白单体聚合蛋白单体聚合蛋白六功能：六功能：1构成细胞支架、维持细胞形态构成细胞支架、维持细胞形态:细胞皮层：细胞膜下，由微丝和微丝结合蛋白组成网状结构细胞皮层：细胞膜下，由微丝和微丝结合蛋白组成网状结构 培养的上皮细胞（微丝红色、微管绿色）微绒毛微绒毛2参与肌肉收缩参与肌肉收缩：肌小节肌小节肌原纤维：粗肌丝（肌球蛋白）肌原纤维：粗肌丝（肌球蛋白）+细肌丝（细肌丝（肌动肌动蛋白蛋白+原肌球蛋白原肌球蛋白+肌钙蛋白）肌钙蛋白）3参与细胞分裂：参与细胞分裂：收缩环（大量平行排列、不同极性微丝组成收缩环（大量平行排列、不同极性微丝组成)4参与细胞内物质运输：参与细胞内物质运输：与微管一道进行细胞内物质运输与微管一道进行细胞内物质运输 肌球蛋白的功能（a）运输小泡；(b)运输微丝。6参与细胞内信号转导：参与细胞内信号转导：可作为某些信息传递的介质可作为某些信息传递的介质5参与细胞运动：参与细胞运动：参与细胞的各种运动参与细胞的各种运动,如如 变形运动变形运动,细胞的内吞和外吐等细胞的内吞和外吐等 微丝可以两种不同的方式产生运动：微丝可以两种不同的方式产生运动：滑动机制，如微丝与肌球蛋白丝相互滑动滑动机制，如微丝与肌球蛋白丝相互滑动 微丝束的聚合和解聚微丝束的聚合和解聚 第三节第三节 中间纤维中间纤维 直径介于微丝和微管之间，位于核膜下直径介于微丝和微管之间，位于核膜下核纤层（坚固），核纤层（坚固），胞质中胞质中网架结构。网架结构。赋予细胞强大的机械强度，维持细胞的形态结构和功能。赋予细胞强大的机械强度，维持细胞的形态结构和功能。一化学组成：一化学组成：至少由至少由5050多种异源性纤维状蛋白多种异源性纤维状蛋白 组成组成，分为六大类。分为六大类。具有具有组织特异性组织特异性，不同类型细胞含有不同，不同类型细胞含有不同IF。通常一种细胞含有一种中间纤维，少数含有通常一种细胞含有一种中间纤维，少数含有2种以上。种以上。肿瘤细胞转移后仍保留源细胞的肿瘤细胞转移后仍保留源细胞的IF。二形态结构：二形态结构：长的线性蛋白。长的线性蛋白。由螺旋化由螺旋化杆状区杆状区，以及两端非螺旋化的球形，以及两端非螺旋化的球形头头（N端）端）尾尾（C端）部构成。端）部构成。角蛋白角蛋白keratin 波形纤维蛋白波形纤维蛋白vimentin 神经纤维蛋白神经纤维蛋白neurofilament protein三组装三组装四组装的动态调节：四组装的动态调节：体内：中间纤维蛋白丝氨酸和苏氨酸的磷酸化体内：中间纤维蛋白丝氨酸和苏氨酸的磷酸化体外：低离子强度和微碱性时明显解聚，体外：低离子强度和微碱性时明显解聚，当离当离子强度和子强度和pHpH恢复生理水平时，恢复生理水平时，装配成中间纤维装配成中间纤维。五中间纤维结合蛋白及其功能：五中间纤维结合蛋白及其功能：使中间纤维交联成束、成网，使中间纤维交联成束、成网，把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上特点：具有细胞特异性特点：具有细胞特异性六中间纤维的功能：六中间纤维的功能：1在细胞内形成一个完整的网状骨架系统在细胞内形成一个完整的网状骨架系统 2提供细胞机械强度作用：提供细胞机械强度作用：比微管、微丝更耐剪切力，比微管、微丝更耐剪切力，变形时不断裂变形时不断裂。3参与细胞连接参与细胞连接4参与细胞内的信息传递与物质运输参与细胞内的信息传递与物质运输5维持细胞核膜稳定，与维持细胞核膜稳定，与DNA的复制有关的复制有关6与细胞的分化与细胞的分化*胞质骨架三种组分的比较胞质骨架三种组分的比较*第五节第五节 细胞骨架与疾病细胞骨架与疾病一细胞骨架与肿瘤一细胞骨架与肿瘤（一）细胞骨架在肿瘤细胞中的变化：（一）细胞骨架在肿瘤细胞中的变化：恶性肿瘤细胞的细胞骨架被破坏恶性肿瘤细胞的细胞骨架被破坏 微管减少甚至缺如。微管减少甚至缺如。肌动蛋白小体的出现肌动蛋白小体的出现高转移表型高转移表型（二）微管和微丝与肿瘤化疗（二）微管和微丝与肿瘤化疗 长春新碱、秋水仙素（与纺锤体微管蛋白结合）长春新碱、秋水仙素（与纺锤体微管蛋白结合）抑制细胞增殖抑制细胞增殖（三）中间纤维与肿瘤诊断：（三）中间纤维与肿瘤诊断：1.不同类型的中间纤维严格分布在不同类型的细胞中，不同类型的中间纤维严格分布在不同类型的细胞中，用于区分上皮细胞、肌细胞、间质细胞、胶质细胞用于区分上皮细胞、肌细胞、间质细胞、胶质细胞、神经细胞。神经细胞。2细胞出现转化时仍保持原来细胞的特征性中间纤维细胞出现转化时仍保持原来细胞的特征性中间纤维 3具有与原来组织相关的特异性抗原具有与原来组织相关的特异性抗原 4用于区分肿瘤细胞的类型及来源用于区分肿瘤细胞的类型及来源二细胞骨架蛋白与神经系统疾病二细胞骨架蛋白与神经系统疾病 阿尔茨海默氏病阿尔茨海默氏病大量损伤的神经元纤维大量损伤的神经元纤维（微管蛋白聚集缺陷（微管蛋白聚集缺陷 信号传递紊乱）信号传递紊乱）三三细胞骨架与遗传性疾病细胞骨架与遗传性疾病中间纤维增强细胞的强度