细胞骨架与细胞的运动.pptx

医学细胞生物学第七章第七章 细胞骨架与细胞的运动细胞骨架与细胞的运动Cytoskeleton医学细胞生物学细胞骨架细胞骨架细胞骨架是在真核细胞发现的蛋白纤维网细胞骨架是在真核细胞发现的蛋白纤维网络。为细胞提供结构的支持，并使细胞器，络。为细胞提供结构的支持，并使细胞器，染色体和细胞自身能直接运动染色体和细胞自身能直接运动。细胞骨架的基本组件有细胞骨架的基本组件有 3种种:微管微管,微丝和中微丝和中间丝（纤维）间丝（纤维）。医学细胞生物学细胞骨架细胞骨架医学细胞生物学细胞骨架细胞骨架医学细胞生物学第一节第一节 微管微管由微管蛋白和微管结合蛋白组成的中空圆由微管蛋白和微管结合蛋白组成的中空圆柱状结构柱状结构存在于细胞质中存在于细胞质中控制膜性细胞器定位及细胞内物质运输；控制膜性细胞器定位及细胞内物质运输；参与装配鞭毛、纤毛、中心体、纺锤体等，参与装配鞭毛、纤毛、中心体、纺锤体等，影响细胞运动、细胞分裂和细胞形态维持影响细胞运动、细胞分裂和细胞形态维持医学细胞生物学第一节第一节 微管微管一、微管蛋白与微管一、微管蛋白与微管的结构的结构,二聚体构成原纤维二聚体构成原纤维13根原纤维成环根原纤维成环动态合成，具有极性动态合成，具有极性三种形式的微管三种形式的微管医学细胞生物学第一节第一节 微管微管医学细胞生物学第一节第一节 微管微管二、微管结合蛋白：二、微管结合蛋白：与微管表面相结合与微管表面相结合参与微管的装配参与微管的装配由碱性的微管结合区由碱性的微管结合区域和酸性的突出区域域和酸性的突出区域构成构成包括包括MAP-1,MAP-2,tau,MAP-4分布不同，功能不同分布不同，功能不同tau and MAP-2 distribution医学细胞生物学微管的组装微管的组装延迟期延迟期延迟期延迟期聚合期聚合期聚合期聚合期稳定期稳定期稳定期稳定期又称又称又称又称成核期成核期成核期成核期，由，由，由，由 、微管蛋白聚合成寡聚体核心，微管蛋白聚合成寡聚体核心，微管蛋白聚合成寡聚体核心，微管蛋白聚合成寡聚体核心，接着二聚体在其两端和侧面增加使之扩展成片状接着二聚体在其两端和侧面增加使之扩展成片状接着二聚体在其两端和侧面增加使之扩展成片状接着二聚体在其两端和侧面增加使之扩展成片状带，加宽成带，加宽成带，加宽成带，加宽成13131313根原纤维即构成一段微管。根原纤维即构成一段微管。根原纤维即构成一段微管。根原纤维即构成一段微管。又称又称又称又称延长期延长期延长期延长期，该期微管蛋白聚合速度大于解聚，该期微管蛋白聚合速度大于解聚，该期微管蛋白聚合速度大于解聚，该期微管蛋白聚合速度大于解聚速度，微管延长。速度，微管延长。速度，微管延长。速度，微管延长。又称又称又称又称平衡期平衡期平衡期平衡期，微管的聚合和解聚速度相等。，微管的聚合和解聚速度相等。，微管的聚合和解聚速度相等。，微管的聚合和解聚速度相等。微管的聚合从特异性核心形成位点开始，主要是中微管的聚合从特异性核心形成位点开始，主要是中微管的聚合从特异性核心形成位点开始，主要是中微管的聚合从特异性核心形成位点开始，主要是中心体和纤毛的基体，称为心体和纤毛的基体，称为心体和纤毛的基体，称为心体和纤毛的基体，称为微管组织中心（微管组织中心（微管组织中心（微管组织中心（MTOCMTOC）。医学细胞生物学第一节第一节 微管微管1.成核成核从位于中心体和纤毛的基体处微管组织中从位于中心体和纤毛的基体处微管组织中心开始心开始g g-微管蛋白复合体影响成核及微管从中心微管蛋白复合体影响成核及微管从中心粒上释放粒上释放医学细胞生物学第一节第一节 微管微管医学细胞生物学第一节第一节 微管微管Aster医学细胞生物学第一节第一节 微管微管MTOC家族：家族：生长期生长期 G 期期 MTOC 中中心体心体(动态微管动态微管)分裂细胞的分裂细胞的 MTOC 有有丝分裂纺锤体丝分裂纺锤体 (动态微管动态微管)鞭毛和纤毛鞭毛和纤毛 MTOC 基基体体(永久性结构永久性结构)医学细胞生物学第一节第一节 微管微管中心体中心体医学细胞生物学第一节第一节 微管微管2.聚合（延长）：聚合（延长）：在体外需要在体外需要GTP,微管蛋白二聚体，适当的温度微管蛋白二聚体，适当的温度,pH和离子浓度环境和离子浓度环境GTP帽能稳定结构，促进合成。帽能稳定结构，促进合成。GDP帽则反之帽则反之踏车运动踏车运动医学细胞生物学踏车踏车运动运动医学细胞生物学影响微管聚合与解聚的因素1.1.温度温度：温度超过温度超过2020利于组装，低于利于组装，低于44引起分解引起分解。2.2.药物药物：秋水仙素秋水仙素和和长春花碱长春花碱促分解，促分解，紫紫杉酚杉酚促组装促组装。3.3.离子离子：CaCa2+2+低时促进组装，高时引起分解低时促进组装，高时引起分解。医学细胞生物学第一节第一节 微管微管影响微管合成的药物影响微管合成的药物紫杉醇：和微管蛋白紧密结合，加速微管紫杉醇：和微管蛋白紧密结合，加速微管聚合，防止微管解聚，聚合，防止微管解聚，导致微管稳定导致微管稳定。秋水仙素：结合稳定游离的微管蛋白，秋水仙素：结合稳定游离的微管蛋白，引引起微管解聚起微管解聚。长春新碱：结合微管蛋白异源二聚体，长春新碱：结合微管蛋白异源二聚体，抑抑制微管聚合制微管聚合。医学细胞生物学第一节第一节 微管微管四、微管的功能四、微管的功能1.形成细胞内网状支架，维持细胞形态形成细胞内网状支架，维持细胞形态2.参与中心粒、纤毛、鞭毛的形成参与中心粒、纤毛、鞭毛的形成医学细胞生物学第一节第一节 微管微管3.参与细胞内物质运输参与细胞内物质运输主要由马达蛋白完成，结构类似，消耗主要由马达蛋白完成，结构类似，消耗ATP运送不运送不同的蛋白和细胞器。同的蛋白和细胞器。动力蛋白：沿微管正极向负极运送动力蛋白：沿微管正极向负极运送驱动蛋白：沿微管负极向正极运送驱动蛋白：沿微管负极向正极运送肌球蛋白：沿肌动蛋白运行（微丝）肌球蛋白：沿肌动蛋白运行（微丝）医学细胞生物学第一节第一节 微管微管4.维持细胞内细胞维持细胞内细胞器的定位和分布器的定位和分布5.参与染色体的运参与染色体的运动，调节细胞分动，调节细胞分裂裂6.参与细胞内信号参与细胞内信号转导转导医学细胞生物学第二节第二节 微丝微丝一、肌动蛋白与微一、肌动蛋白与微丝的结构丝的结构微丝微丝(F-actin)由肌动由肌动蛋白蛋白(G-actin)组成组成具有极性具有极性比微管更短更细，比微管更短更细，细胞内常呈聚合体细胞内常呈聚合体或成束或成束医学细胞生物学肌动蛋白肌动蛋白(actin),由由375375个个AAAA组成组成,单体单体actinactin分子的分分子的分子量为子量为43kDa,43kDa,其上有其上有三个结合位点三个结合位点。一个是。一个是ATPATP结合位结合位点点,另两个都是肌动蛋白结合蛋白的结合位点。另两个都是肌动蛋白结合蛋白的结合位点。医学细胞生物学第二节第二节 微丝微丝二、微丝结合蛋白二、微丝结合蛋白种类繁多，将微丝组织为不同结构，执行不同功能种类繁多，将微丝组织为不同结构，执行不同功能1.单体隔离蛋白：结合单体，抑制聚合，调节单体单体隔离蛋白：结合单体，抑制聚合，调节单体聚合体的平衡聚合体的平衡2.交联蛋白交联蛋白:使肌动蛋白纤维形成网络，改变其三维使肌动蛋白纤维形成网络，改变其三维结构结构3.末端阻断蛋白末端阻断蛋白:结合在纤维末端，抑制纤维增长结合在纤维末端，抑制纤维增长4.纤维切割蛋白：切割纤维，控制长度，增加数量纤维切割蛋白：切割纤维，控制长度，增加数量5.肌动蛋白纤维解聚蛋白：引起纤维解聚肌动蛋白纤维解聚蛋白：引起纤维解聚6.膜结合蛋白：链接肌动蛋白纤维与细胞膜，传递膜结合蛋白：链接肌动蛋白纤维与细胞膜，传递收缩引起细胞膜移动收缩引起细胞膜移动医学细胞生物学第二节第二节 微丝微丝三、微丝的装配机制：三、微丝的装配机制：1.同样分为成核、聚合和稳定三个阶段同样分为成核、聚合和稳定三个阶段三聚体为稳定核心，聚合时有极性三聚体为稳定核心，聚合时有极性医学细胞生物学第二节第二节 微丝微丝2.踏车模型和非稳态踏车模型和非稳态动力学模型动力学模型成核作用发生在质膜成核作用发生在质膜医学细胞生物学uATPATPATPATP是调节微丝组装的动力学不稳定性行为的主要是调节微丝组装的动力学不稳定性行为的主要是调节微丝组装的动力学不稳定性行为的主要是调节微丝组装的动力学不稳定性行为的主要因素。因素。因素。因素。u微丝结合蛋白微丝结合蛋白微丝结合蛋白微丝结合蛋白(ABP)(ABP)(ABP)(ABP)对微丝的组装也具有调控作用。对微丝的组装也具有调控作用。对微丝的组装也具有调控作用。对微丝的组装也具有调控作用。在含在含在含在含：ATPATPATPATP和和和和CaCaCaCa2+2+2+2+、低浓度的单价离子、低浓度的单价离子、低浓度的单价离子、低浓度的单价离子(Na(Na(Na(Na+、K K K K+等等等等)溶液中微丝趋向解聚溶液中微丝趋向解聚溶液中微丝趋向解聚溶液中微丝趋向解聚G-actinG-actinG-actinG-actin在含在含在含在含：MgMgMgMg2+2+2+2+和高浓度的和高浓度的和高浓度的和高浓度的NaNaNaNa+、K K K K+离子溶液中离子溶液中离子溶液中离子溶液中微丝趋向聚合（微丝趋向聚合（微丝趋向聚合（微丝趋向聚合（G-actinG-actinG-actinG-actinF-actinF-actinF-actinF-actin）。）。）。）。第二节第二节 微丝微丝医学细胞生物学第二节第二节 微丝微丝3.影响微丝组装的药物影响微丝组装的药物细胞松弛素细胞松弛素B：与微丝正端结合，抑制聚合：与微丝正端结合，抑制聚合鬼笔环肽鬼笔环肽：与聚合的微丝结合，抑制解聚：与聚合的微丝结合，抑制解聚影响微丝装配动态性的药物对细胞都有毒害，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。这种动态平衡受体库间的动态平衡。这种动态平衡受actin单体单体浓度和微丝结合蛋白的影响。浓度和微丝结合蛋白的影响。医学细胞生物学第二节第二节 微丝微丝四、微丝的功能四、微丝的功能1.构成细胞支架并维持构成细胞支架并维持细胞形态细胞形态医学细胞生物学第二节第二节 微丝微丝2.参与细胞运动参与细胞运动3.参与细胞分裂参与细胞分裂医学细胞生物学第二节第二节 微丝微丝4.肌肉收缩肌肉收缩5.细胞内物质运输细胞内物质运输6.细胞内信号传递细胞内信号传递医学细胞生物学第三节第三节 中间纤维中间纤维一、中间纤维一、中间纤维的结构和类型的结构和类型单体种类较多，单体种类较多，都包含都包含-螺旋螺旋的杆状区，由的杆状区，由4个螺旋区和个螺旋区和3个间隔区构成，个间隔区构成，较为保守。较为保守。N端端C端高度可端高度可变变分子量大小取分子量大小取决于尾部决于尾部医学细胞生物学第三节第三节 中间纤维中间纤维类型型举例例分子分子质量量(kD)细胞内分布胞内分布I酸性角蛋白40-60表皮细胞II中性/碱性角蛋白50-70表皮波形蛋白54成纤维细胞，白细胞及其他细胞结蛋白53肌细胞外周蛋白57外周神经元胶质原纤维酸性蛋白51神经胶质细胞IV神经丝蛋白NF-L67神经元NF-M150神经元NF-H200神经元V核纤层蛋白各种类型细胞核纤层蛋白A70核纤层蛋白B67核纤层蛋白C60VI巢蛋白200中央神经系统的干细胞医学细胞生物学第三节第三节 中间纤维中间纤维二、中间纤维的装配和调二、中间纤维的装配和调节节1.单体为长丝状的丝状蛋单体为长丝状的丝状蛋白，具有白，具有七位复件七位复件，可形，可形成卷曲螺旋二聚体。成卷曲螺旋二聚体。2.卷曲螺旋反向平行相连，卷曲螺旋反向平行相连，形成四聚体的无极性结构。形成四聚体的无极性结构。3.加和包裹，形成长纤维。加和包裹，形成长纤维。4.受头部结构域内丝氨酸受头部结构域内丝氨酸残基的磷酸化调节。残基的磷酸化调节。医学细胞生物学第三节第三节 中间纤维中间纤维三、中间纤维的功能三、中间纤维的功能1.形成完整的网状骨架系统形成完整的网状骨架系统2.为细胞提供机械强度支持为细胞提供机械强度支持医学细胞生物学第三节第三节 中间纤维中间纤维3.参与细胞连接参与细胞连接4.参与细胞内信息传递及物参与细胞内信息传递及物质运输质运输5.维持细胞核膜稳定维持细胞核膜稳定6.参与细胞分化参与细胞分化医学细胞生物学第四节第四节 细胞运动细胞运动一、微管与细胞运动一、微管与细胞运动1.鞭毛：规律性波动鞭毛：规律性波动2.纤毛：猛烈抽打纤毛：猛烈抽打医学细胞生物学第四节第四节 细胞运动细胞运动运动机制：微管滑动模型运动机制：微管滑动模型医学细胞生物学第四节第四节 细胞运动细胞运动二、微丝与细胞运动二、微丝与细胞运动1.细胞前缘伸出伪足：细胞前缘伸出伪足：肌动蛋白丝在质膜下肌动蛋白丝在质膜下聚合生长驱使细胞质聚合生长驱使细胞质膜向外突出，形成丝膜向外突出，形成丝状或片状伪足。状或片状伪足。Figure 6-20 Assembly of an actin meshwork pushes forward the leading edge of a lamellipodium.医学细胞生物学第四节第四节 细胞运动细胞运动2.整合蛋白与细胞整合蛋白与细胞外分子结合，也与外分子结合，也与细胞内肌动蛋白丝细胞内肌动蛋白丝结合，提供锚着点结合，提供锚着点3.肌动蛋白与肌球肌动蛋白与肌球蛋白相互作用，收蛋白相互作用，收缩产生拉力，将细缩产生拉力，将细胞拖动向前。胞拖动向前。Figure 6-19 Forces generated in the actin-rich cortex move a cell forward.医学细胞生物学第四节第四节 细胞运动细胞运动三、细胞运动的调节机制三、细胞运动的调节机制1.细胞外信号可以引起细胞骨架的重排细胞外信号可以引起细胞骨架的重排2.细胞外信号可以指导细胞运动的方向细胞外信号可以指导细胞运动的方向医学细胞生物学第五节第五节 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三、细胞骨架与遗传性疾病三、细胞骨架与遗传性疾病