第七次课-细胞骨架.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,是广泛存在于真核细胞中由蛋白质纤维组成的网络系统。,功能：,保持细胞形态、参与细胞运动、细胞分裂、细胞内运输以及信息传递等。,狭义：,指由,微管,、,微丝,、,中间纤维,组成的,细胞质骨架,。,广义：,包括细胞质骨架、细胞核骨架、细胞膜骨架、细胞外基质等纤维体系。,（,microtubule,MT,）,A fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucleus(yellow)and microtubules(red).,第一节 微 管,一、微管的组成及一般形态结构,微管（,microtubule,，,MT,）是一种,具有极性,、,直而中空,的圆筒状结构，直径,24-26nm,，长短不一。,主要成分：,微管蛋白,微管相关蛋白,2,、微管相关蛋白（,MAP,microtubule associated protein,）,（了解）,（,P210,）,是微管结构和功能的必需成分。决定不同微管间的差异，种类较多。,主要有,MAP1,、,MAP-2,、,MAP4,和,Tau,蛋白等几种，分为,型,MAP,和,型,MAP,。,二、微管的组装,微管是一种具有,极性、动态的、不稳定的,结构，可依细胞活动不断组装和去组装（微管微管蛋白）。,（一）微管组装的条件和影响因素,1,、微管蛋白浓度,关键因素之一。微管的组装需要一定的微管蛋白浓度。把,微管蛋白聚合与微管组装时,必需的最低微管蛋白浓度,，,称为,临界浓度,。,其值大约为,1mg/ml,，但会受到其他因素的影响。,2,、组装其他条件,高,Mg,2+,浓度、适当,PH,（约,6.9,）、合适的温度（,20,）、,GTP,（,关键因素之二,）、氧化氘（,D,2,O,）的供应、,紫杉醇,能,促进,微管的组装。,反之，小于,4,的温度、高,Ca,2+,浓度、,秋水仙素（碱）,、,长春花碱,等，可,抑制,微管的聚合组装，甚至使其解体。,（三）微管的组装过程,异二聚体,原纤维,微 管,正端,(,端或头端,),负端,(,端或尾端,),极性,“踏车”模型,1,、成核期（,nucleation phase,）,由于该期异二聚体的聚合速度缓慢，是微管聚合,限速阶段,，故也称为,延迟期（,lag phase,）,。,异二聚体,寡聚体,核心,片状结构,13,根原纤维,一段微管,2,、聚合期（,polymerization phase,）,也称,延长期（,elongation phase,）,，细胞内高浓度的游离微管蛋白使微管蛋白二聚体在微管,正端,聚合、组装的速度远远,快于负端,的解离速度，微管因此得不断地,延长,。,3,、稳定期（,steady state phase,）,随着细胞质中游离微管蛋白浓度的下降，微管在,正、负两端,的聚合与解聚速度,达到平衡,，使微管长度趋于,相对稳定,的状态。,表现出动力学不稳,定性。,GTP,帽,GDP,帽,微管组织中心（,microtubule organizing center,MTOC,）：,是微管形成的,核心位点,，,微管的组装由此开始。,常见的,MTOC,：,中心体、纤毛的基体,。,MTOC,的作用：,帮助细胞质中的微管在组装过程中成核，接着微管从微管组织中心开始生长。,微管蛋白环状复合物（,TuRC,）,作为微管蛋白二聚体结合的核心，是微管组装的始发位置。不但可促使微管的生长和延长，而且也控制着细胞质中微管形成的数量、位置和方向。,通常，微管的,负端,总是,指向,MTOC,，而,正端,则与之相背，,游离,于胞质的一侧。,四、微管的存在形式,二联管,三联管,单管,是细胞质中最常见的微管存在形式。,由,13,根原纤维包围而成。常以分散或成束状态分布在细胞质中,不稳定。,由,A,、,B,两根微管组成，其中,A,管与,B,管构造相同，并有,3,根原纤维与,B,管共有，主要是构成,鞭毛和纤毛的杆状部分,。,由,A,、,B,、,C,三根微管组成，其中,A,与B,、,B,与,C,各有三根原纤维共有。,中心粒和纤毛的基体是三联管。,五、微管的主要功能及其与其他细胞结构的关系,（一）微管的主要功能,1,、构成细胞的网状支架，维持细胞的形态，固定和支持细胞器的位置。,2,、参与细胞的收缩与变形运动，是纤毛和鞭毛等细胞运动器官的主体结构成分。,3,、参与细胞器的位移和细胞分裂过程中染色体的定向移动。,4,、参与细胞内大分子颗粒物质及囊泡的定向转送运输。,微管的主要功能有（,ABCD,）,A.,维持细胞的形态,B.,参与细胞的收缩与变形运动,C,参与细胞器的位移,D.,参与细胞内物质的定向运输,E.,构成细胞间的连接装置,微管与医学,泰素帝,泰素帝,：属于紫杉类化合物抗肿瘤药,乳腺癌和非小细胞癌。肺癌、卵巢癌有效，对胰腺癌、胃癌、头颈癌等也有效。,加强微管蛋白聚合作用和抑制微管解聚作用，导致形成稳定的非功能性微管束，因而破坏肿瘤细胞的有丝分裂。,纤毛不动综合征,：纤（鞭）毛中具有,ATP,酶活性的动力蛋白臂缺陷或缺失，导致气管上皮纤毛和精子的鞭毛不能运动。,阿尔茨海默病：微管扭曲变形，脑脊液中微管相关蛋白,Tau,含量显著增高。可能的发病机理：微管蛋白和微管相关蛋白高磷酸化，微管聚合受阻，影像胞内物质的运输，导致神经元营养代谢障碍，引发痴呆症状。,P130:,微管显著减少，是恶性转化细胞的重要特征之一。,掌握：,1,、细胞质骨架的概念；,2,、微管的化学组成、存在形式；,3,、微管的主要功能。,熟悉：,1,、微管的形态结构；,2,、微管的组装（条件和影响因素、过程、微管组织中心）,小 结,1,、何为细胞骨架？细胞质骨架的构成包括哪些主要组分？,2,、试述微管的化学组成及其组装过程。,3,、微管组装的影响因素有哪些？,4,、何为微管组织中心？其有何作用？,5,、微管的主要功能是什么？,复习思考题,第二节 微 丝,Section 2 Microfilament,北京师范大学：校训：学高为师，身正为范。,细胞骨架,微丝,微丝有两种类型：,能被细胞松弛素,B,破坏，以疏松网状形式分布于质膜下。,不被细胞松弛素破坏，形成鞘或粗纤维。,细胞松弛素：,A-E,细胞松弛素（,cytochalasin,）是一组真菌的代谢产物，与细胞内微丝结合后,抑制,肌动蛋白在该部位的聚合，破坏微丝的网格结构，是影响微丝组装的特异性药物。,细胞松弛素,(Phytoalexins),是植物对环境应激反应产生的类似抗生素的物质。各种入侵的生物体,如细菌,病毒,真菌和线虫均可使植物产生细胞松弛素。这些植物诱导产生的成分对动物具有潜在的毒性。,（一）微丝的基本结构成分,微丝（,microfilament,，,MF,）是一种,具有极性,的,实心纤维状,结构，直径为,7nm,，直而长度不一。,主要成分：,一、微丝的主要组成及结构,肌动蛋白,微丝结合蛋白,1,、基本结构成分：,球形肌动蛋白（,globular actin,G-actin,）,其单体外观呈哑铃状，有,极性,；,具有与,ATP/ADP,以及,Mg,2+,、,K,+,、,Na,+,等阳离子结合的位点。,分为三类：,、,和,肌动蛋白,2,、微丝结合蛋白（,P215,）（了解）,是微丝结构和功能的必需成分。其不仅直接参与微丝纤维系统高级结构的形成，而且对肌动蛋白纤维的动态组装具有重要的调节功能。,种类较多。,（二）微丝的结构及组装,1,、微丝的结构形式及特征,G-,肌动蛋白,F-,肌动蛋白,纤维状微丝,2,、微丝组装的影响因素及基本过程,（,1,）组装基本过程：,有“踏车”现象,成核期（,nucleation phase,）,该期是微丝组装的,限速阶段,，会滞留相对较长的时间，故也称为,延迟期,。,G-,肌动蛋白,三聚体或四聚体,核心,F-,肌动蛋白,生长期（,growth phase,）,也称,延长期,。此期,G,肌动蛋白在核心两端的集结、聚合速度不断加快，使得,F,肌动蛋白,得以,迅速增长、延伸,。,F,肌动蛋白两端表显出明显的差速生长和延伸。一般，把生长、延伸速度,快,的一端称作,正,（,+,）端，另一端即为负（）端。,平衡期（,equilibrium phase,）,随着,G,肌动蛋白浓度的下降，,G,肌动蛋白,聚集、结合,到微丝上的速度与其从微丝上,解离、脱落,的,速度逐渐接近最终达到一种平衡状态，使微丝长度相对恒定。,（,2,）组装的影响因素,微丝的组装需要有一定浓度的,G,肌动蛋白单体,、,ATP,提供能量（作用主要表现在延长阶段）、以及一定浓度的,无机离子,（主要是,Mg,2+,）。,若在,Ca,2+,以及很低浓度的,Na,+,、,K,+,溶液中，微丝趋向于解聚成,G,肌动蛋白；而在,Mg,2+,和高浓度的,Na,+,、,K,+,溶液的诱导下，,G,肌动蛋白则装配成,F,肌动蛋白。,某些药物也能够特异性地影响微丝的组装与功能。,如：,细胞松驰素,，能阻止新的,G,肌动蛋白单体的添加聚合，,破坏,微丝的组装；而,鬼笔环肽,则可,促进,微丝的组装，抑制微丝的解聚。（,P133,，微丝特异性药物）,三、微丝的分布类型和主要功能,（一）微丝的分布和类型,(,了解,),（二）微丝的主要功能,1,、组成细胞骨架，维持细胞形态。,2,、参与细胞运动。,如：肌肉收缩、胞质环流、变形运动、胞质分裂等。,3,、构成细胞间的连接装置。,4,、其他,第三节 中间纤维,Section 3 Intermediate filament,中间纤维（,intermediate filament,IF,）：,又称,中等纤维，,化学成分、种类复杂，结构独特，,对解聚微管（秋水仙素）和抑制微丝（细胞松弛素,B,）的药物均不敏感，,是广泛存在于真核细胞中的第三种骨架成分。,组成中间纤维的成分极为复杂，而且有,严格的细胞类型分布,。,各种细胞内的中间纤维，由于各自的免疫学特性、化学性质不同，因而功能各异。,二、中间纤维的分子结构与组装,形态：,中空管状纤维，长而不分支，直径约为,10nm,，介于微管和微丝之间。,（一）中间纤维蛋白的分子结构,中间纤维的共同结构为：,螺旋杆状中心段,+,两端非螺旋的,头部区,（氨基端，,N,端）和,尾部区,（羧基端，,C,端）,螺旋区,约含,310,个氨基酸残基，其长度和氨基酸顺序,高度保守,。而,头、尾区,是,高度可变,的，具有不同的氨基酸组成和化学性质。,（二）中间纤维的,组装,1,、双股超螺旋二聚体结构的形成,2,、四聚体的形成,3,、原纤维的形成和中间纤维最终的组装,亚 丝,四聚体,原纤维,中间纤维,（三）中间纤维组装的相关条件及影响因素,中间纤维的体外组装不需要核苷酸参加；,不依赖于蛋白质浓度；,无需结合蛋白的辅助；,也不受温度变化的影响。,但是，一些中间纤维在低离子强度和微碱条件下，可有明显的解聚。,四、中间纤维的主要功能,1,、支架作用，特别是对细胞核的定位和固定。,2,、与细胞内微丝、微管一起发挥物质的定向运输作用。,3,、在细胞癌变调控中具有一定的作用。,4,、与,mRNA,的运输有关，并对,mRNA,的细胞内定位和翻译有决定性的作用。,5,、不以纤维形式存在的中间纤维蛋白，可作为一种信息分子或者信息分子的前体，参与细胞内的信号转导过程，影响,DNA,的复制和转录。,五、中间纤维与医学,中间纤维的不同类型严格分布于不同类型的细胞中。因此，可作为,细胞类型区分的特征性标志之一。,如：作为肿瘤诊断和分类鉴别的工具。,第四节 中心粒、纤毛和鞭毛,一、中心粒（,centriole,）,普遍存在于动物细胞和低等植物细胞中，,是微管构成的非膜性细胞器。,细胞分裂时成对出现。,光镜下：中心体,中心粒,+,中心球,电镜下：中心粒,中心粒,中心球,光镜结构,1,、中心粒的亚微结构,中心粒,是,成对,的彼此,相互垂直,排列的圆筒状小体。,横切面观，,中心粒圆柱小体是由,9,束三联微管,按一定角度排列成似风车旋翼状的中心粒小轮。每束三联微管由内向外为,A,、,B,、,C,三根亚微管组成。,93+0,2,、功能,与细胞分裂和运动有关。,中心体是低等植物细胞和动物细胞中的微管组织中心。,中心粒存在有,ATP,酶，表明它为细胞运动和染色体移动提供能量。,3,、中心粒的起源（了解，,细胞周期时讲,）,二、鞭毛和纤毛,鞭毛和纤毛是由细胞膜特化而成的附属结构，少而长的为鞭毛，多而短的为纤毛，其来源和结构基本相同。,基本结构（熟悉）：,轴丝部分主要由二联微管构成,，基体部分同中心粒由三联微管构成。,92+2,表,1,细胞质骨架三种组分的比较,小 结,微管,微丝,中间纤维,基本形态,中空管状,直径,24,26nm,实心纤维,直径约,7nm,中空管状,直径约,10nm,化学组成,微管蛋白、微管相关蛋白,肌动蛋白、微丝结合蛋白,成分复杂，有严格的细胞类型分布,单体,球形,异二聚体,球形,G,肌动蛋白,杆状蛋白,结合核苷酸,GTP,ATP,无,结构,13,根原纤维组成,螺旋状纤维,4,根,8,聚体亚丝组成,极性,有,有,无,组织特异性,无,无,有,踏车行为,有,有,无,蛋白库,有,有,无,特异性药物,秋水仙素、长春花碱,紫杉醇,细胞松弛素,B,鬼笔环肽,掌握：,1,、微丝的化学组成、主要功能。,2,、中间纤维的分子结构特点。,3,、中心粒的亚微结构。,熟悉：,1,、微丝的形态结构和组装。,2,、中间纤维的组装；中间纤维与医学的关系。,3,、鞭毛和纤毛轴丝部分的亚微结构。,小 结,1,、试述微丝的形态结构、化学组成及其组装过程。,2,、,微丝组装的影响因素有哪些？微丝的主要功能是什么？,3,、中间纤维的分子结构特点是什么？中间纤维如何组装？,复习思考题,A.,中心体,B,纺锤体,C,星体,D.,染色体,E.,纤毛的毛部,动物细胞中的微管组织中心位于（,A,）,牵拉染色体向细胞两极移动的细胞结构是（,B,）,谢 谢！,