细胞生物学之笔记--第7章 细胞骨架与细胞运动.doc

第七章 细胞骨架与细胞运动细胞骨架cytoskeleton=真核细胞质中的蛋白质纤维网架体系。细菌体内不存在细胞骨架。该体系是高度动态结构，由微管、微丝、中间纤维组成，既分散地存在于细胞中，又相互联系形成一个完整的细胞骨架。作用：动态网络，支持 定位 各种 细胞器 引导 胞内物质 运输 产力结构，负责 细胞运动 细胞 有丝分裂器 组分。广义的核骨架nucleoskeleton,核纤层nuclear lamina和细胞外基质extracellular matrix第一节 微管 microtubule微管是真核细胞中普遍存在的细胞骨架成分之一，以脊椎动物的脑组织最多。它是由微管蛋白和微管结合蛋白组成的中控圆柱状结构，在不同类型细胞中有相似结构。一 微管蛋白与微管的结构 尺寸：直径2426nm 内径15nm壁厚5n。 基本构建：微管蛋白、异二聚体，各有一个GTP结合位点 动态性：-微管蛋白的GTP不进行水解也不交换；-微管蛋白的GTP可水解成GDP，而此GDP也可换成GTP，这一变换对微管的动态性有重要作用 形成：、异二聚体 头尾相接原纤维；侧面 13条 原纤维 合拢微管 极性分布走向：微管具有极性，两端增长速度不同；增长快的一端为正端，另一端为负端。微管的极性分布走向跟细胞器定位、物质运输方向有关 三种微管蛋白：微管由三种微管蛋白组成：管蛋白、管蛋白 (前二者占微管蛋白总量 80-95%)；管蛋白定位于微管组织中心microtubule organizing center, MTOC（对微管的形成、数量、位置、极性、细胞分裂有重要作用） 三种存在形式：真核生物微管有三种存在形式：单管（13）、二联管（23纤毛&鞭毛）、三联管（33中心粒、鞭毛和纤毛的基体中）二 微管结合蛋白 microtubule associated protein，MAP MAP=与微管结合的辅助蛋白，总是与微管共存，参与微管的装配。在微管蛋白组装成 微管后，结合在微管表面 两个区域：1.碱性的微管结合域，加速微管成核作用；2.酸性的突出区域，以横桥形式跟其它骨架纤维连接，突出区域的长度决定微管成束时间距 的大小 MAPs包括：MAP1、MAP2、MAP4和tau MAP1-2 和 tau只存在于脑组织；MAP-4哺乳动物非神经元、神经元细胞中，在进化上具有保守性。tau只存在于轴突； MAP-2分布于神经元胞体和树突中。 tau 蛋白的高度磷酸化，导致几种致死性退化性神经疾病，包括Alzheimers disease；因为磷酸化的tau不能结合微管，导致神经纤维缠结 功能：使微管 相互交联 成束，使微管 同其它细胞结构交联，如质膜、微丝和中间丝等与微管成核点的作用，促进 微管的聚合与微管壁的结合，提高 微管的稳定性三 微管的装配与动力学 动力学性质：大多数微管都是不稳定的，能够很快地组装或去组装。 动态不稳定性dynamic instability 微管的装配主要表象为动态不稳定性，即增长的微管末端有微管蛋白-GTP帽（tubulin-GTP cap），在微管组装期间或组装后GTP被水解成GDP，从而使GDP-微管蛋白称为微管的主要成分。微管蛋白-GTP帽及短小的微管原纤维从微管末端脱落，则微管解聚。 微管的装配过程分为三个时期：. 成核期nucleation phase=延迟期lag phase：核心形成片状带（13根原纤维）合拢成微管。核心形成：和微管蛋白聚合成短的寡聚体oligmer。片状带：二聚体在其两端和侧面增加使之拓张成片状带。. 聚合期polymerization phase=延长期elongation phase：高浓度游离的微管蛋白聚合速度 解聚速度，新的二聚体不断加到微管正端，微管延长，直至游离微管蛋白浓度降低。. 稳定期steady state phase=平衡期equilibrium phase：胞质中游离的微管蛋白达到临界浓度，微管的组装（聚合）=去组装（解聚）速度。（一） 微管装配的起始点是微管组织中心 MTOC：微管的聚合从特异性核心形成位点开始，主要是中心体、纤毛的基体，称：微管组织中心 microtubule organizing center, MTOC MTOC作用：帮助微管装配的成核 nucleation 微管从 微管组织中心 开始生长，是微管装配的独特性质 -微管蛋白环形复合体(-tubulin ring complex, -TuRC) 可形成1013个-微管蛋白分子的环形结构(螺旋化排列)，组成一个开放的环状模板，与微管具有相同直径,可刺激微管核心形成，包裹微管负端，阻止微管蛋白渗入，还能影响微管从中心粒上释放。13个-tubulin亚基螺旋化排列，组成一个开放的环状模板，与微管具有相同直径。-TuRC 由MTOC 提供的物质 固定其位置，从而决定微管的极性。 中心体 centrosome 是动物细胞中决定微管形成的一种细胞器，包括：中心粒 centriole 和中心粒旁物质 pericentriolar material，PCM。在细胞间期，中心体位于细胞核附近，在有丝分裂期，位于纺锤体的两极。 中心体的结构：2个桶状垂直排列的中心粒，包埋在中心粒旁物质中，每个中心粒由9组三联管组成。中心粒旁物质 含有 50拷贝以上的-TuRC 。微管的极性总是相同的：负端与 中心体结合，正端远离中心体。 产生：基体basal body：纤毛或鞭毛起源于基体；基体与中心粒可互相产生（如：精子）成核部位：-TuRC中心粒新生微管从中心体发出星形结构称为星状体Aster，及而入伸长达到细胞的边沿，指导再形成原有的微管网架结构（二） 微管的体外装配 体外适当条件下，现存微管可进行自我装配，其装配受到诸多因素影响 聚合条件：（最重要）微管蛋白浓度、GTP存在，因为微管的不稳定行为的发生需要水解GTP 供能 最适条件：游离微管蛋白浓度达到 1mg/ml 临界浓度；pH6.9，温度37，加入Mg2+ 、 GTP 和 EDTA (Ca2+的螯合剂，去除Ca2+的抑制聚合作用) 微管的增长：当/异二聚体均结合 GTP时，聚合成的微管呈直线型， GTP水解成GDP；当微管蛋白聚合迅速时，新生成的微管上全是GTP-微管蛋白亚基，结合比较牢固，形成GTP帽，防止解聚 微管的缩短：当微管生长缓慢时，微管蛋白上的 GTP水解为GDP后，微管蛋白构象变化，微管原纤维弯曲，亚基结合不紧密，微管趋于解聚、缩短 综上，微管两端的 微管蛋白 具有GTP帽时，微管继续组装；而具有GDP帽时，原纤维弯曲，微管解聚。原纤维中微管蛋白异二聚体亚单位重复排列具有极性，所以微管具有极性；尤其当两端组装速度不同时，有明显极性 “踏车运动”treadmilling：微管的 聚合与解聚 持续进行，经常是 一端聚合，为正端；另一端解聚，是负端，这种微管装配方式，称treadmilling（三） 微管的体内装配13个-tubulin亚基螺旋化排列，组成一个开放的环状模板，与微管具有相同直径。-TuRC 由MTOC 提供的物质固定其位置，从而决定微管的极性。-TuRC组织微管形成的能力受 细胞周期调节。间期此能力被关闭，G2期到M期，受细胞周期调节激酶作用，磷酸化-TuRC 成分，开放微管组织能力.（四） 很多因素影响微管的组装与解聚很多因素影响微管的稳定性，比如：GTP浓度、压力 、温度 、pH、离子浓度、微管蛋白临界浓度、药物等。紫杉醇是红豆杉属植物的次生代谢产物，紫杉醇只结合到聚合的微管上，维持了微管的稳定，已用于癌症临床化疗。秋水仙素，长春花碱或长春新碱、诺可唑，结合 并稳定 游离的 微管蛋白，抑制微管的聚合四 微管的功能（一） 微管构成细胞内的网状支架，支持和维持细胞的形态微管本身不能收缩，有一点的强度，抗压力、抗弯曲，为细胞提供机械支持力微管对细胞突起部分，如纤毛、鞭毛、轴突形成和维持起重要作用（支持和维持细胞的形态）。Eg血小板中的环形微管束(血小板骨架主要组成成分)，维持血小板的圆盘形结构；当暴露于低温中，环形微管解聚，血小板变成不规则球形（二） 微管参与中心粒、纤毛、鞭毛的形成中心粒是9组三联体微管围成的圆筒状结构。纤毛、鞭毛 是细胞表面的特化结构，在来源和结构上基本相同，两者主干部分都是9组二联管构成，中央是两条微管中央微管。（三） 微管参与细胞内物质运输细胞内各细胞器和所有的物质转运都与微管密切相关；微管的物质运输由微管动力蛋白(或称 马达蛋白) 完成，共有几十种，可分为 三大家族 马达蛋白Motor protein轨道移动方向头部分子量动力蛋白家族Dynein微管+ -ATP酶（水解活性）1000kD驱动蛋白家族Kinesin微管- +ATP酶（水解活性）380kD肌球蛋白家族Myosin肌动蛋白纤维头部尾部动力蛋白家族球状 与微管专一结合结合小泡/细胞器（货物）物质运输最大的、最快的分子运输蛋白驱动蛋白家族球状 与微管专一结合结合小泡/细胞器 参与细胞器的定位和转运Hand-over-hand model &Inchworm model最大运输速度：1m 每秒；Kinesin每步 需要水解 一分子ATP每步长8nm，等于 一对 - 异二聚体 的长度；总是 结合 亚基（四） 微管支持细胞内细胞器的定位和分布微管及其相关马达蛋白在膜性细胞器的定位上起着重要作用正常细胞高尔基体（绿色）定位在核周；秋水仙素处理细胞，微管（橙色）解聚，高尔基体分散在整个胞质中（五） 微管参与染色体的运动、调节细胞分裂微管是有丝分裂器的主要成分，有丝分裂前期微管聚合，核膜崩解时侵入核区，结合动粒；姊妹染色单体的动粒分别与来自两极的微管结合，被拉到细胞两极（六） 微管参与细胞内信号传导已证明 微管参与 hedgehog、JNK、Wnt、ERK、PAK蛋白激酶 信号转导通路信号分子直接或通过马达蛋白、支架蛋白等与微管作用，调节包括微管的稳定/不稳定、微管方向性、微管组织中心位置、细胞极化等第二节 微丝 microfilament，MF微丝 microfilament, MF 又称 肌动蛋白丝 actin filament，是由 肌动蛋白actin 组成的细丝，普遍存在于真核细胞中，占肌肉细胞总蛋白的10%，非肌肉细胞的 1-5%。呈现束状、网状或散在分布于细胞质的特定空间位置。一 肌动蛋白与微丝的结构v 尺寸形状结构：肌动蛋白丝直径约8nm，由肌动蛋白(actin)单体组成双股螺旋纤维。每个 actin单体(G-actin)由两个亚基组成，每个亚基有375个氨基酸，有一个 ATP/ADP结合位点。每个G-肌动蛋白(G-actin) 由两个亚基组成，具有阳离子(Mg2+、K+、Na+)、ATP(ADP)、肌球蛋白结合位点。每个细胞内的微丝总长度比微管总长度长30倍以上v F-肌动蛋白：微丝是G-肌动蛋白单体形成的多聚体，也称 F-肌动蛋白(F:纤维状)v 极性：肌动蛋白单体具有极性，装配时首尾相接，因而微丝也有极性v 生长端：相对生长慢的一端为负端minus end，又称 point end(指向端)；而相对生长快的一端为 正端plus end，又称barbed end(秃端)v 高度保守：actin 在真核生物中很保守，不同种类生物间有 90%的相似性v 三种actin同源体：哺乳类有三种 actin同源体：、(氨基酸序列略有不同)；-actin只存在于肌肉细胞、 、-actin存在于几乎所有非肌肉细胞二 微丝蛋白及其功能体内的肌动蛋白纤维是由不同的肌动蛋白纤维结合蛋白将肌动蛋纤维组织成各种不同的结构，从而执行不同的功能。（一） 单体隔离蛋白monomer sequenstering protein定义：能够与单体肌动蛋白结合，并抑制它们的聚合的蛋白。包括：抑制蛋白、胸腺素功能：这种蛋白质在非肌细胞中负责维持高浓度的单体肌动蛋白。没有单体隔离蛋白，肌动蛋白都将组装成纤维，这些蛋白的活性和浓度，决定了肌动蛋白趋向聚合还是解聚。（二） 交联蛋白cross linking protein功能：改变细胞内肌动蛋白纤维的三维结构结构：每个交联蛋白有两个或两个以上的肌动蛋白结合位点，能与两个或多个肌动蛋白纤维 交联，使细胞内肌动蛋白纤维形成网络结构。类别：有些交联蛋白是杆状的，能弯曲，交联形成的网络具有弹性，能抵抗机械压力；有的交联蛋白球状，促使肌动蛋白成束排列。（三） 末端阻断蛋白end blocking protein （加帽蛋白）功能：通过与肌动蛋白纤维的一端或两端的结合调节肌动蛋白纤维的长度。作用方式：结合肌动蛋白末端，相当于加上了帽子，抑制微丝生长，导致胞内出现较多短的微丝。（四） 纤维切割蛋白filament severing protein功能：与肌动蛋白纤维结合并切断它；由于能控制肌动蛋白丝的长度，可大大降低细胞中的黏度。切割产生的新末端可作为生长点，促进肌动蛋白装配。切割蛋白也可作为帽子封住肌动蛋白纤维的末端。（五） 肌动蛋白纤维解聚蛋白 Actin filament depolymerizing proteins存在于 肌动蛋白丝 骨架 快速变化的部位，结合肌动蛋白丝，并引起肌动蛋白丝的 快速解聚（六） 膜结合蛋白membrane binding protein单体三 微丝的装配机制在 非肌肉细胞，微丝是 动态结构，不断组装和解聚，与维持细胞形态和运动有关（一） 微丝的组装过程分为成核、聚合、稳定三个阶段球形肌动蛋白 组装成 肌动蛋白纤维需要ATP和一定的Mg2+和K+浓度组装分成三个阶段：成核期、聚合期、稳定期1) 成核期nucleation phase（延迟期lag phase)：成核作用发生在质膜下，由 ARP2/3复合物催化，是微丝组装的限速过程2) 聚合期polymerization phase(生长期growth phase)：微丝两端的组装速度有差异，快速增长的一端是正端，缓慢增长的一端是负端，正端添加单体的速率是负端10倍以上。3) 平衡期equilibrium phase：肌动蛋白聚合微丝的速度与其解离微丝的速度达到平衡，微丝长度不变，仍进行着聚合、解聚活动 steady phase（二） 微丝的组装可用踏车模型&非稳态动力学模型来解释 踏车行为：在微丝装配时，当肌动蛋白分子添加到肌动蛋白丝上的速率正好等于肌动蛋白分子从肌动蛋白丝上解离的速率时，微丝净长度没改变，这种过程 称“踏车行为”。 非稳态动力学模型：ATP 是调节微丝组装的动力学不稳定性的主因。结合了ATP的球状肌动蛋白，对纤维状肌动蛋白末端亲和性高；当ATP-肌动蛋白结合微丝末端后，肌动蛋白构象变化，ATP水解成ADP，亲和性降低，容易脱落，倾向解聚。ATP-肌动蛋白浓度与聚合速度呈正比。 微丝的体内装配也有成核作用，只是发生在质膜 细胞皮层：许多细胞的质膜下有一层由微丝、各种微丝结合蛋白 组成的 网状结构，密度较高，称：细胞皮层。在细胞皮层内，肌动蛋白丝为质膜提供强度和韧性，维持细胞形态；在细胞皮层内，可形成突出细胞表面的微刺、伪足、片状伪足。（三） 微丝的组装受多种因素影响微丝的组装除了受G-肌动蛋白 临界浓度 影响，还受ATP及一些离子、药物的影响：v 有Mg2+存在，Na+ , K+，G-actin 组装成微丝-组装v 有Ca2+存在，Na+ , K+，微丝解聚成 G-actin-解聚v 细胞松弛素B：从霉菌中提取，与微丝正端结合，抑制微丝的聚合-解聚v 鬼笔环肽：从有毒蘑菇中提取，结合聚合型微丝，稳定微丝，抑制解聚-组装四 微丝的功能（一） 微丝构成细胞的支架并维持细胞的形态微丝在细胞内构成网络、或成束才能发挥作用；细胞的特化结构包括微绒毛、应力纤维 微绒毛microvilli =质膜顶端表面的指状形突起。2030个成束的微丝及微丝结合蛋白构成 微绒毛的核心。微绒毛在小肠吸收上皮细胞最多，使细胞的吸收面积增大20倍，对于增强消化和吸收功能具有重要意义。 应力纤维stress fiber =在细胞膜下方由微丝束构成的纤维状结构，常与细胞的长轴平行，往往一端与细胞膜连接，另一端插入胞质，或与中间丝结合，应力纤维赋予细胞韧性和强度（二） 微丝参与细胞的运动许多动物细胞位置移动时采用变形运动；这些细胞含有丰富的微丝，通过肌动蛋白和微丝结合蛋白的相互作用，进行变形运动。Eg在细胞表面形成片状伪足、丝状伪足：当伪足接触到固定表面时，靠伪足膜上的跨膜蛋白整合素，抓住表面，而向细胞内，整合素又抓住 肌动蛋白丝（三） 微丝参与细胞分裂有丝分裂的核分裂完成后，两个即将形成的子细胞间，在赤道面膜下，肌动蛋白微丝与肌球蛋白组装成瞬时性收缩束收缩环contractile ring，收缩产生动力，将质膜向内拉，完成一分为二后解体（ Ca2+参与这个过程）（四） 微丝参与肌肉收缩许多微丝结合蛋白都是在肌细胞中发现；肌细胞(纤维) 由数百个肌原纤维组成；每根肌原纤维由细肌丝和粗肌丝重叠而形成。肌肉收缩基本单位肌小节sarcomere，由肌原纤维构成非肌肉细胞内的收缩结构，如：胞质收缩的收缩环、应力纤维、细胞连接的粘着带，都是肌动蛋白与肌球蛋白(myosin) 作用的结果（五） 微丝参与细胞内物质运输微丝也介导一些靠近细胞膜的远端物质运输，肌球蛋白myosin，从微丝负端向正端 运输货物 （-）（+）另：肌球蛋白尾部同质膜结合，利用其头部，可将微丝从一个部位运向另一个部位（六） 微丝参与细胞内信号传递细胞膜表面的受体在受到外界信号作用时，可触发膜下肌动蛋白结构变化，启动细胞内激酶变化的信号传导第三节 中间纤维 intermediate filaments，IF得名：介于肌肉细胞actin细丝&肌球蛋白粗丝之间而得名“中间”特点：. 最为复杂，最为坚韧、持久。. 没有极性，少有游离四聚体，四聚体多组装为中间纤维. 其装配与稳定、蛋白浓度无关. 其装配不需要 ATP、GTP 或 结合蛋白的辅助一 中间纤维的结构&类型（一） 中间纤维是丝状蛋白多聚体直径10nm，是一种坚韧、持久的蛋白质纤维，不受细胞松弛素或秋水仙素的影响中间纤维单体(亚基) 是蛋白质纤维分子，已经发现50多种，具有共同的结构域：一个 -螺旋的中间区，两侧是球形的N端和C端 中间区：所有亚基中间螺旋结构域都保守，中间杆状区分为4个螺旋区，之间被3个间隔区隔开，间隔区也是保守的。亚基装配时靠-螺旋区配对形成二聚体。 两端：N端与C端高度可变，不同亚基在N、C端大小和氨基酸组成差别很大。中间纤维亚基的大小主要取决于C端的变化。（二） 中间纤维蛋白的类型和分布较为复杂 类型：根据中间纤维氨基酸序列的相似性，可分为六种类型：1.酸性角蛋白2.中性/碱性角蛋白、3.非上皮细胞的中间纤维蛋白、4.神经丝蛋白、5.核纤层蛋白6.巢蛋白。中间纤维的种类、成分，可随细胞的生长或成熟 而改变。 中间纤维结合蛋白 intermediate filaments associated proteins：已知15种左右，分别与特定中间纤维结合，如：flanggrin(聚纤蛋白)、plectin(网蛋白)、ankyrin(锚蛋白) 等具有细胞特异性功能：1.使中间纤维 交联成束、成网。2.把中间纤维 交联到 质膜 或其它 骨架成分上Eg.Plectin网蛋白，是细胞质中含量丰富的一种蛋白质(300 kDa), 与多种中间丝共存，与中间丝、微管和肌球蛋白粗丝的交联和锚定有关二 中间纤维的装配&调节 中间纤维蛋白单体分子大多长丝状的，称丝状蛋白fibrous protein。有氨基末端的头部、羧基末端的尾部、一个中间杆状区域。中间杆状区域由展开的-螺旋区组成，-螺旋区含有纵排的重复组件，称七位复件（heptad repeat） 过程：单体二聚体四聚体中间丝1. 单体二聚体：2个单体的-螺旋区缠绕2. 二聚体四聚体：2个二聚体反向平行交错。二聚体指向相反方向，四聚体失去极性3. 四聚体中间丝：侧向包裹在一起。8个四聚体扭转组成中间丝。大量亚基侧向排列，靠疏水作用相连，使得中间丝成棒状，容易弯曲但不容易折断。8个四聚体并排、首尾衔接地相互结合中间丝 中间纤维的组装调控与头部特殊丝氨酸残基磷酸化有关 中间纤维蛋白分子呈完全聚合态，很少游离四聚体三 中间纤维的功能（一） 中间纤维在细胞内形成一个完整的网状骨架结构IF与质膜和细胞外基质相连，内与核纤层相连，整个纤维网架围绕细胞核，穿过胞质终止于质膜。中间纤维有一定可塑性，对维持细胞整体结构、功能完成有重要作用。（二） 中间纤维为细胞提供机械强度支持在容易受到机械应力的细胞中，中间纤维特别丰富体外实验表明，中间纤维 比微管、微丝 更耐受 剪切力，在受到较大剪切力时 不易断裂，在维持细胞机械强度方面有重要作用（三） 中间纤维参与细胞连接一些器官和皮肤的表皮细胞是通过桥粒和半桥粒连接在一起，中间纤维参与黏着连接的桥粒、半桥粒，在细胞中形成一个网络，既能保持细胞形态，又能提供支持力（四） 中间纤维参与细胞内信息传递及物质运输中间纤维外连质膜、细胞外基质，内穿 核骨架，形成跨膜的信息通道中间纤维在体外与 单链DNA 有高度亲和性，在细胞内 明显聚集在 核周围，可能与 DNA复制、转录有关。近年来发现 中间纤维与 mRNA 运输有关，且胞质mRNA 锚定于 中间纤维，可能对其定位、是否翻译 起作用（五） 中间纤维维持细胞核膜稳定细胞核膜下 有一层由 核纤层蛋白 组成的网络，对于维持细胞核形态有重要作用，核纤层是 中间纤维的一种（六） 中间纤维参与细胞分化中间纤维的表达有组织特异性，表明 跟细胞分化 可能有密切关系微管网状支架，支持、维持细胞形态中心粒、鞭毛、纤毛形成物质运输（马达蛋白）细胞器定位&分布染色体运动，调节细胞分裂细胞内信号传导微丝支架、维持细胞形态参与细胞运动物质运输参与肌肉收缩参与细胞分裂细胞内信号传导中间纤维完整的网状骨架系统。参与细胞连接。维持细胞核膜稳定物质运输提供机械强度支持参与细胞分化细胞内信号传导第四节 细胞的运动一 微管与细胞运动纤毛：以一种猛烈抽打的方式来运动，eg动物呼吸管道上皮细胞靠纤毛的规律摆动向气管外转运痰液。鞭毛：通常比纤毛长，用来推动整个细胞，不做抽打运动，沿着长度方向传播规律性的波动。二 微丝与细胞运动细胞运动是 高度协同的复杂过程，依赖 微丝与 微丝结合蛋白 相互作用，进行细胞的移动，分为 三个过程：1. 细胞在它的前端或前沿伸出突起，形成伪足。 细胞爬行过程中，前缘膜下 肌动蛋白聚合，正端接近细胞膜，使细胞膜形成 突起板状、丝状 伪足2. 这些突起的伪足锚定在其爬行的表面上。当片状/丝状 伪足 接触到 表面时，就依靠细胞膜上的 整合蛋白integrin，与细胞外基质中 的分子或其他细胞表面的分子结合；而integrin的膜内表面 部分，与微丝相连3. 细胞的其余部分通过锚着点上的牵引力将自己往前拉。细胞 通过内部收缩 产生拉力肌动蛋白与肌球蛋白 相互作用，利用 锚着点 将胞体向前拉动；对于此拉力的产生机理 不清楚。三 细胞运动的调节机制（一） 细胞外信号可以引起细胞骨架的重排1. 肌动蛋白聚合使细胞表面形成突起2. 细胞的粘附3. 细胞胞体前移（二） 细胞外信号可以指导细胞运动的方向趋化chemotaxis：在可扩散化学因子调控下，细胞向某个方向的运动细胞运动需要在特定方向上进行极化，而细胞分裂和多细胞结构的形成 都需要 对细胞极化 进行精密调控；细胞骨架在细胞极化中 有主导作用，而 触发极化的 许多分子，在进化上 保守第五节 细胞骨架与疾病一 细胞骨架与肿瘤v 恶性转化 的细胞，其骨架 往往破坏和解聚，而肿瘤浸润转移 也与某些骨架成分 的改变有关v 体外培养的肿瘤细胞共同特点：微管数量减少，网架紊乱；微丝应力纤维破坏和消失，肌动蛋白重组，形成小体，聚集于细胞皮层v 微管和微丝 可作为 肿瘤化疗的药物靶位，长春花碱、秋水仙素和细胞松弛素及其衍生物 作为化疗药物，抑制细胞增殖、诱导凋亡v 绝大多数肿瘤细胞，即使转移后，依旧表达其原发肿瘤的中间纤维类型，可依此区分 肿瘤来源，用于肿瘤诊断二 细胞骨架与神经系统疾病 许多神经性疾病与 骨架蛋白异常 有关，如 老年痴呆症Alzheiners disease AD AD患者神经元中可见不溶性神经纤维缠结，原因是tau的过度磷酸化，导致对微管亲和力降低，使微管稳定性降低，从而微管集聚缺陷 肌萎缩性侧索硬化症 amyotrophic lateral sclerosis, ALS 与 幼稚性脊柱肌肉萎缩症， 神经原纤维在运动神经元胞体、轴突近端大量堆积，导致神经元退化消失、瘫痪、死亡 亨廷顿舞蹈病 Huntington disease, HD 细胞内有多聚谷氨酰胺，包括微管蛋白、微丝结合蛋白等聚集沉积，导致骨架损坏三 细胞骨架与遗传性疾病 一些遗传性疾病患者伴有细胞骨架异常或细胞骨架蛋白基因突变，如单纯性疱性表皮松解症 epidermolysis bullosa simplex，是角蛋白基因突变 的结果，导致中间纤维网络被破坏，使得细胞对 机械损伤 特别敏感，稍微挤压就破坏了基底细胞，皮肤其疱；带有这个突变基因的个体 很脆弱，死于机械创伤 Wiskott Aldrich Syndrome，WAS维-奥综合症，是X连锁 隐性遗传的 免疫缺陷病，患者的 T淋细胞 微丝异常，微绒毛 数量减少，血小板和 淋巴细胞 变小骨架发生异常，导致 不同程度 细胞免疫和体液免疫 缺乏；本病有三个主要症状：血小板减少 引起的 出血倾向、湿疹、反复感染 肌营养不良症，X-连锁遗传，男性发病率1/3300，是编码 横纹肌的基因 突变的结果复习题1.名词解释：细胞骨架(cytoskeleton)、微管组织中心(MTOC)、 -微管蛋白环形复合体(-TuRC)、中心体(centrosome)、踏车运动(treadmilling)、驱动蛋白(kinesin)、动力蛋白(dynein)、2.三种骨架蛋白的分布如何？3.微管由哪三种微管蛋白组成？各有什么结构功能特点？4.哪一种微管蛋白有GTP酶活性？5.微管结合蛋白有几种？分布和功能如何？6.为什么说 微管具有 动态不稳定性？7.微管的装配 分为哪三个时期？8.微管的体外装配 需要哪些条件？9.微管的体内装配是怎样的？10.温度、压力、紫杉醇、秋水仙素、长春花碱 对微管的稳定性 如何影响的？11.微管的功能有哪些？12.哪些结构是9组三联管、9组二联管 结构？13.微管马达蛋白主要有哪两个家族？有何共同特点？14.kinesin与dynein在微管上的运动方向如何？15.微丝 又称 什么？占肌肉细胞与非肌肉细胞各多少百分比？16.肌动蛋白丝 直径多少？是由什么组成的什么样的结构？17.肌动蛋白的保守性如何？在不同真核生物间相似性如何？18.什么是微丝的正端、负端？它们又名 什么？19.微丝结合蛋白共约多少种？书上介绍了哪些种？各有什么作用？20.何种 交联蛋白 能使微丝 成有弹性网络？21.微丝组装的三个阶段是什么？22.为什么说 微丝有 踏车行为？23.微丝装配的 成核 发生在哪里？24.哪些离子、药物因素 能影响微丝的组装？25.微丝的功能有哪些？26.参与有丝分裂胞质收缩环 形成的是哪种肌球蛋白？27.组成肌肉粗肌丝的是哪种肌球蛋白？28.微丝马达蛋白是哪种肌球蛋白？运动方向如何？29.中间纤维的直径？结构？类型？30.中间纤维的特点？31.中间纤维是 如何装配的？32.中间纤维的功能？33.微丝引起细胞运动的三个步骤是什么？34.哪一个细胞膜受体蛋白家族，传导细胞外信号，调节微丝在膜下的聚合和解聚？35.名词解释：趋化36.细胞外信号 如何指导细胞的运动方向？37.老年痴呆症的原因是什么？38.亨廷顿舞蹈病 原因是什么？39.单纯性疱性表皮松解症 致病原因是什么？