细胞骨架和细胞的运动课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。,微丝,（,Microfilament,）,微管,中间纤维,概述,微丝：,罗丹明标记的鬼笔环肽染色（红色）,微管：,荧光素标记的抗微管蛋白的抗体显示（绿色）,第一节 微管,一、微管的结构,二、微管结合蛋白,三、微管的装配,四、微管的功能,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,第七章 细胞骨架与细胞的运动,一、微管的形态结构与化学组成,1.,微管的化学组成,主要为,微管蛋白（,tubulin,）,包括,-,微管蛋白、,-,微管蛋白,和,-,微管蛋白,2.,微管的形态,中空小管，内径约,15nm,，壁厚约,5nm,3.,微管的分子结构,-,微管蛋白和,-,微管蛋白构成的,异二聚体,是微管,基本单位,-,微管蛋白位于微管组织中心,4.,微管的动态性,动态性,:,能很快的组装和解聚,细胞内这,2,种状态是不断发生的。,5.,微管的极性,两端的增长速度和组装速度不同,(+),端：,-,管蛋白,(,),端：,-,管蛋白,6.,微管在细胞中存在的形式,单管,（,Singlet):,二联管,（,doublet):,纤毛和鞭毛的微管,三联管,（,triplet):,中心粒微管,3.,微管结合蛋白的功能,调节微管的装配,增加微管的稳定性和强度,在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒,作为细胞外信号的靶位点参与信号转导,三、微管的装配,微管的组装可分三个过程：,成核期（,nucleation phase,）,管蛋白聚合成短的寡聚体（核心）片状 微管。,聚合期（,polymerization phase,）,聚合速度大于解聚速度。,稳定期（,steady state phase,）,聚合速度等于解聚速度（游离管蛋白达到临界浓度）。,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,第七章 细胞骨架与细胞的运动,除了特化细胞的微管外，大多数微管都是不稳定的，能够很快地组装或去组装。,1.,微管组织中心,(microtubule organizing center,MTOC),微管形成的,核心位点,，微管的组装由此开始。常见的微管组织中心为,中心体,和,纤毛的基体。,帮助细胞质中的微管在装配过程中,成核,，接着微管从微管组织中心开始生长。,2.-,管蛋白,蛋白一般形成,-,管蛋白环形复合体,，它可,刺激微管核心形成,，并包裹微管蛋白的负端防止微管蛋白的掺入。,(,一,),微管装配的起始点是微管组织中心退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,3.,中心体,(centrosome),中心体的结构,中心体位于细胞核的附近，在细胞,有丝分裂,时位于细胞的,两极,，中心体包括,两个中心粒,和,中心粒旁物质,。它是细胞内重要的微管组织中心。,周围基质,中心体的功能,是细胞中,决定微管形成,的一种细胞器，它与细胞的,有丝分裂,关系密切，主要,参与纺缍体的形成,。,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,3.,中心体,(centrosome),周围基质,中心体结构模式图,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,微管蛋白在中心体上的聚合,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,第七章 细胞骨架与细胞的运动,在适当的情况下，微管可以在体外组装。,微管组装,以非稳态动力学模型为主,，其中,微管蛋白浓度,和,GTP,是重要的调节微管组装的物质。,管蛋白浓度,高,微管,聚合,管蛋白浓度,低、,GTP,水解,微管,解聚,(,二,),微管的体外装配,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,微管在细胞中的组装主要是在,-,管蛋白环形复,合体,，它位于微管组织中心，,是集结异二聚体的核,心，,微管从此生长和延长。它与微管的负端,结合，,而使负端稳定。,(,三,),微管的体内装配,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,GTP,浓度、温度、压力、,pH,值（,6.9,）、离子浓度（,Mg,2+,、无,Ca,2+,）、微管蛋白临界浓度、药物等。,(,四,),影响微管装配的因素,秋水仙素,、,长春新碱,抑制微管装配。,紫杉醇,能促进微管的装配,并使已形成的微管稳定。,药物因素,常见影响因素,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,四、微管的功能,微管具有一定的,强度,，能够,抗压,和,抗弯曲,，给细胞提供,机械支持力,，是支撑和维持细胞形状的主要物质。,(,一,),支持和维持细胞的形态,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,在电镜下可见,中心粒,由,9,组三联微管,组成，中央无微管（,9X3+0,）。,在,细胞间期,，中心体组织形成,胞质微管,，在,细胞分裂期,，参与,纺锤体,的形成。,(,二,),参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成,1.,中心粒和中心粒旁物质构成中心体,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,中心粒模式图和电镜照片,2.,纤毛与鞭毛,：,92,2,结构,A.,纤毛横切电镜照片,B.,纤毛结构示意图,纤毛的结构,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,细胞内的细胞器移动和胞质中的物质转运都和微管有着密切的关系，具体功能由,马达蛋白,来完成。,马达蛋白,是指介导细胞内物质沿细胞骨架运输的蛋白。,主要分三大类：,动力蛋白,(cytoplasmic dynein),驱动蛋白,(kinesin),肌球蛋白,(myosin),(,三,),参与细胞内物质运输,将物质沿,微管,运输,将物质沿,微丝,运输,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,第七章 细胞骨架与细胞的运动,驱动蛋白,：,沿微管,由负端向正端,移动,2.,运输方式：相反,1.,结构：,具有,ATP,酶,活性，水解,ATP,产生能量,与,微管结合,尾部,与被转运组分结合,两个球形,头部,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,动力蛋白,：,沿微管,由正端向负端,移动,微管驱动蛋白与动力蛋白,沿微管运输的马达蛋白,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,第七章 细胞骨架与细胞的运动,神经轴突中沿微管的转运,红色：驱动蛋白,蓝色,：,动力蛋白,运输分泌小泡 间期参与细胞器,的定位与转运,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,第七章 细胞骨架与细胞的运动,(,四,),维持细胞内细胞器的定位和分布,微管,及其,相关的马达蛋白,在真核细胞内的膜性细胞器的定位上起着重要作用。,线粒体,的分布与微管相伴随；,游离核糖体,附着于微管和微丝的交叉点上；,内质网,沿微管在细胞质中展开分布；,高尔基体,沿微管向核区牵拉，定位于细胞中央。,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,第七章 细胞骨架与细胞的运动,细胞器依靠微管在细胞内定位,（,A,）一个细胞中典型的微管（绿色）、内质网（蓝色）和高尔基体（黄色）的分布方式。,细胞核为褐色，中心体为浅绿色。,（,B,）细胞经内质网抗体染色（上图）和微管抗体染色（下图）。马达蛋白沿着微管将内质,网向外牵拉。,（,C细胞经高尔基抗体染色（上图）和微管抗体染色（下图）。马达蛋白将高尔基体向内 侧移动到邻近中心体的位置。,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,第七章 细胞骨架与细胞的运动,第二节 微丝,一、肌动蛋白与微丝的结构,二、微丝结合蛋白及其功能,三、微丝的装配,四、微丝的功能,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,第七章 细胞骨架与细胞的运动,图示：上皮细胞的微丝,细胞核：黄色；,微丝：红色；,形态：束状或网状,一、微丝的形态结构与化学组成,1.,微丝的形态,电镜下是细丝状实心纤维，直径,5-8nm,2.,微丝的组成及结构,肌动蛋白（,actin),纤维以右手螺旋缠绕而成的纤维,3.,微丝的极性,生长快的正端（,plus end,），生长慢的负端（,minus end,）,4.,肌动蛋白的结构,二、微丝结合蛋白,是一类对纤维状肌动蛋白的结构和行为起调节作用，与微丝的组装及功能有关的蛋白质。,主要的类型及其相应功能：,三、微丝的装配,成核期：,微丝组装的,限速,过程。,聚合期：,肌动蛋白在核心两端聚合，正端快，负端慢。,稳定期：,聚合速度与解离速度达到,平衡。,(,一,),微丝的组装过程分为三个阶段,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,(,二,),微丝组装的动态调节,微丝的组装可用,踏车模型,和,非稳态动力学,模型来解释。目前认为,踏车模型,在微丝组装过程中可能起,主导,作用。,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,第七章 细胞骨架与细胞的运动,当,G-actin,达到一定浓度,时，微丝出现,一端,因加,G-actin,单体而,延长,，,另一端,因单体的解离而,缩短,，肌动蛋白丝的,净长度不变,。,肌动蛋白的踏车行为,1.,踏车模型,+,-,2.,非稳态动力学模型,该模型认为,ATP,是调节微丝组装的主要因素，主要调节微丝组装的生长期。,ATP-,肌动蛋白：,对纤维状肌动蛋白,末端的亲和力高,，,使微丝蛋白纤维延长。ADP-,肌动蛋白：,对纤维状,末端的亲和力低,，易脱落，,使微丝蛋白纤维缩短。,ATP-,肌动蛋白浓度与其聚合速度呈正比。,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,(,三,),影响微丝组装的因素,1.,G-,肌动蛋白,临界浓度；,2.,含有,ATP,、,Ca,2+,及低浓度,Na,+,、,K,+,：,微丝,解聚,成肌动蛋白单体；,在,Mg,2+,和高浓度,Na,+,、,K,+,：,肌动蛋白单体,装配,成微丝。,3.,药物因素,细胞松弛素,B(cytochalasin B),：,抑制,微丝的,聚合,，,对微管无作用。,鬼笔环肽,(phalloidin),同聚合的微丝结合后，,抑制微丝的解体。,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,四、微丝的功能,(,一,),构成细胞的支架，维持细胞形态,培养的上皮细胞中的应力纤维（,微丝红色,、,微管绿色,）,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,A.,微绒毛；,B.,细胞质中的收缩束；,C.,运动细胞前缘的片状伪足和丝状伪足；,D.,细胞分裂时的收缩环,（四）参与肌肉的收缩,骨骼肌收缩的基本结构单位肌小节,肌小节的主要成分是肌原纤维,Cytoskeleton and Cell Movement,肌肉收缩的原理,滑动丝模型。,肌肉的收缩是由于,粗肌丝,（肌球蛋白）与,细肌丝,之间,相互滑动,的结果。,粗肌丝,上伸出的,横桥,与相邻,细肌丝,连接，在肌细胞收缩时，,横桥,可,推动细丝,（肌动蛋白）,与粗丝,（肌球蛋白）的滑行。,第三节 中间纤维,一、中间纤维的结构和类型,二、中间纤维的装配和调节,三、中间纤维的功能,Cytoskeleton and Cell Movement,一、中间纤维的结构和类型,(,一,),中间纤维是丝状蛋白多聚体,中间纤维蛋白的结构特点：,一个,螺旋,的中间区，两侧是球形的,N,端和,C,端；,中间区,4,个,螺旋结构比较,保守,，,N,端和,C,端,高度可变。,组成中间纤维的基本单位,中间纤维蛋白。,退 出,首 页,N,第七章 细胞骨架与细胞的运动,C,(,二,),中间纤维的类型,根据中间纤维氨基酸序列的相似性可分六类：,酸性角蛋白；,中性,/,碱性角蛋白；,波形蛋白,神经丝蛋白,核纤层蛋白,神经,上皮,干细胞蛋白,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,上皮细胞,间充质来源的细胞,神经元,各种类型的细胞,中枢神经干细胞,角蛋白纤维（,keratin filament,）,（,2,）神经元纤维（,neurofilament,）,（,3,）神经胶质纤维（,neuroglial filament,）,中间纤维,的分布具有严格组织特异性。这一点已经被应用于肿瘤临床鉴别诊断，以鉴别肿瘤细胞的组织来源。,二、中间纤维的装配和调节,两个平行排列的中间纤维蛋白分子形成螺旋状的,二聚体；,由两个二聚体反向,-,平行排列成一个,四聚体；,两个四聚体组装成一个,八聚体；,八个四聚体组装成,中间纤维。,1.,装配,中间纤维的装配模型,中间纤维两端是对称的，不具有极性,。,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,2.,调节,中间纤维的去组装和组装是通过,磷酸化,和,去磷酸化,进行控制的。,中间纤维蛋白,丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化作用,是中间纤维,动态调节,最常见最有效的调节方式。,三、中间纤维的功能,（一）在细胞内形成完整的网状骨架系统,外接细胞膜，内连核膜,（二）为细胞提供机械强度支持,(,三,),参与细胞连接,参与黏着连接中的,桥粒连接,和,半桥粒连接，,在细胞中形成网络，维持细胞形态，提供支持力。,(,四,),参与细胞内信息传递及物质运输,中间纤维外连质膜和胞外基质，内达核骨架，形成一个,跨膜的信息通道,。,中间纤维与,mRNA,的运输,有关，胞质,mRNA,锚定于中间纤维，可能对其在细胞内的定位及是否翻译起重要作用。,退 出,首 页,Cytoskeleton and Cell Movement,(,六,),参与细胞分化,(,五,),维持细胞核膜稳定,中间纤维蛋白的,表达具有组织特异性,，表明中间纤维可能与细胞分化有密切的关系,。,核纤层蛋白是中间纤维的一种,。,第五节 细胞骨架与疾病,1.,细胞骨架与肿瘤,肿瘤细胞骨架发生特异性改变,细胞骨架对药物敏感，可作为治疗靶标,2.,细胞骨架蛋白与神经系统疾病,老年痴呆症等与细胞骨架成分改变有关,3.,细胞骨架与遗传性疾病,如单纯性大疱性表皮松懈症,遗传性细胞骨架异常疾病,表皮松懈症,WAS,综合征（微丝异常）,肌萎缩性侧索硬化症（渐冻症）,神经原纤维在运动神经元胞体和轴突近端堆积,小结,基本概念：细胞骨架、微管、微丝和中间纤维,结构功能：微丝、微管的形态结构、化学组成,和功能；中间纤维的主要功能,其他知识：影响微丝、微管组装和解聚的主要药物,重点掌握：,难点：,微管的结构特点及微管结合蛋白,微丝的结构特点,