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第七章第七章 细胞骨架细胞骨架(cytoskeleton)本章主要内容本章主要内容1、细胞骨架等概念、细胞骨架等概念2、细胞骨架的类型及其特点细胞骨架的类型及其特点3、细胞骨架的功能、细胞骨架的功能一、概念一、概念 指真核细胞质中与保持细胞形态结构和细胞运动有指真核细胞质中与保持细胞形态结构和细胞运动有关的蛋白质纤维网架体系关的蛋白质纤维网架体系(包括微管、微丝、中间丝包括微管、微丝、中间丝)。广义包括：细胞质骨架、核骨架、膜骨架及细胞外基质。广义包括：细胞质骨架、核骨架、膜骨架及细胞外基质。微管微管微丝微丝中间丝中间丝第一节第一节 概述概述 二、功能：维持细胞的形状、参与细胞二、功能：维持细胞的形状、参与细胞运动、细胞内物质运输、染色体的分离和细胞运动、细胞内物质运输、染色体的分离和细胞分裂等重要生命活动。分裂等重要生命活动。微丝微丝中间丝中间丝微管微管一、微管的形态结构：一、微管的形态结构：中空的管状结构中空的管状结构 第二节第二节 微微 管管 (P197)外径约外径约25nm25nm，内径约，内径约14nm14nm。管壁有管壁有13条原纤维组成。条原纤维组成。长春碱二、微管的成分二、微管的成分微管蛋白：微管蛋白：蛋白、蛋白、蛋白、蛋白、蛋白蛋白微管在细胞中的三种存在形式：微管在细胞中的三种存在形式：单管：由单管：由1313根原纤维组成（细胞质中常见）。根原纤维组成（细胞质中常见）。二联管：由二联管：由A A，B B两根单管组成（纤毛、鞭毛内）。两根单管组成（纤毛、鞭毛内）。三联管：由三联管：由A A，B B，C C三根单管组成（中心粒及鞭毛和纤毛的三根单管组成（中心粒及鞭毛和纤毛的基体中）。基体中）。9x2+29x3+012345678910111213单管单管 AB二联管二联管 ABC三联管三联管微管相关蛋白微管相关蛋白（MAP）维持微管的维持微管的稳定，参与微管稳定，参与微管与其它细胞器的与其它细胞器的连接。连接。MAPs的结构中具有的结构中具有两个结构域：一个是碱性两个结构域：一个是碱性的微管蛋白结合区的微管蛋白结合区,另一另一个是酸性的外伸（突出）个是酸性的外伸（突出）的结构域。的结构域。三、微管的组装和极性三、微管的组装和极性 1、成核期：微管蛋白（、成核期：微管蛋白（蛋白和蛋白和蛋白）首尾相连成为异源二聚体，蛋白）首尾相连成为异源二聚体，二聚体与二聚体与GTP结合后被激活，若干二聚体两端添加形成核心。结合后被激活，若干二聚体两端添加形成核心。体外组装：成核期、聚合期、稳定期体外组装：成核期、聚合期、稳定期 2、聚合期：二聚体在核心两端和侧面不断增加并扩展成为片、聚合期：二聚体在核心两端和侧面不断增加并扩展成为片层结构，直至层结构，直至13条原纤维形成管状微管。条原纤维形成管状微管。微管的极性：微管的极性：添加速度快（添加速度快（+极），极）添加速度慢（添加速度慢（-极）。极）。踏车现象：微管正极组装延长，负极去组装缩短，两端踏车现象：微管正极组装延长，负极去组装缩短，两端速度相同，长度相对稳定时的现象。速度相同，长度相对稳定时的现象。3、稳定期：两端速度达到动态平衡。、稳定期：两端速度达到动态平衡。体内组装：（自学）体内组装：（自学）微管在细胞中的组装主要是在微管在细胞中的组装主要是在微管蛋微管蛋白环形复合体（位于微管组织中心），白环形复合体（位于微管组织中心），是集结异二聚体的核心，微管从此生长是集结异二聚体的核心，微管从此生长和延长。和延长。它与微管的负端结合，而使负端稳定。它与微管的负端结合，而使负端稳定。MTOC微管组织中心微管组织中心 (microtubule organizing center MTOC)：微管形成的核心微管形成的核心位点，微管的组装由位点，微管的组装由此开始。此开始。常见的微管组织常见的微管组织中心为中心体、鞭毛中心为中心体、鞭毛或纤毛的基体或纤毛的基体。影响微管稳定性的药物影响微管稳定性的药物秋水仙素秋水仙素 抑制微管组装抑制微管组装抑制微管组装抑制微管组装长春花碱长春花碱紫杉醇紫杉醇 抑制微管解聚（稳定）抑制微管解聚（稳定）抑制微管解聚（稳定）抑制微管解聚（稳定）紫杉醇紫杉醇秋水仙素秋水仙素长春花碱长春花碱五、微管的主要功能五、微管的主要功能支持和维持支持和维持细胞的形态细胞的形态 秋水仙素微管微管参与细胞内物质运输参与细胞内物质运输 细胞内的许多物质的运输都是在微管细胞内的许多物质的运输都是在微管马达蛋白的帮助下完成的。马达蛋白的帮助下完成的。（三）（三）维持细胞内细胞器的定位和分布维持细胞内细胞器的定位和分布秋水仙素处理细胞，高尔基体分散四周，除去药物，位置恢复。秋水仙素处理细胞，高尔基体分散四周，除去药物，位置恢复。（四）微管与细胞运动（四）微管与细胞运动参与染色体的运动参与染色体的运动调节细胞分裂调节细胞分裂参与细胞内信号转导参与细胞内信号转导一、微丝的结构与肌动蛋白一、微丝的结构与肌动蛋白微丝的主要成分微丝的主要成分:肌动蛋白肌动蛋白微丝的电镜结构：呈细丝状，比微管短微丝的电镜结构：呈细丝状，比微管短的多，但在细胞中微丝多数成束排列。的多，但在细胞中微丝多数成束排列。第三节第三节 微丝微丝 肌动蛋白肌动蛋白(单体、多聚体）单体、多聚体）:单体单体:球形肌动蛋白球形肌动蛋白-G-G肌动蛋白（可与肌动蛋白（可与ATPATP结合）。结合）。多聚体多聚体:丝状肌动蛋白丝状肌动蛋白-F-F肌动蛋白（肌动蛋白单体形成）。肌动蛋白（肌动蛋白单体形成）。二、微丝的结合蛋白二、微丝的结合蛋白 微丝结合蛋白的种类要比微管结合蛋白的种微丝结合蛋白的种类要比微管结合蛋白的种类多，且功能复杂。类多，且功能复杂。单体隔离蛋白单体隔离蛋白 交联蛋白交联蛋白 末端阻断蛋白末端阻断蛋白 纤维切割蛋白纤维切割蛋白 肌动蛋白纤维去聚合蛋白肌动蛋白纤维去聚合蛋白 膜结合蛋白膜结合蛋白三、微丝的组装三、微丝的组装过程：成核期、延长期、稳定期。过程：成核期、延长期、稳定期。成核期：成核期：2-32-3个球形肌动蛋白聚集成一个核心；个球形肌动蛋白聚集成一个核心；延长期：延长期：ATP-ATP-球形肌动蛋白分子向核心两端添加（极性）；球形肌动蛋白分子向核心两端添加（极性）；稳定期：稳定期：两端速度达到动态平衡（踏车现象）。两端速度达到动态平衡（踏车现象）。细胞松弛素细胞松弛素B 抑制微管组装：抑制微管组装：抑制微管组装：抑制微管组装：鬼笔环肽鬼笔环肽 抑制微管解聚（稳定）：抑制微管解聚（稳定）：抑制微管解聚（稳定）：抑制微管解聚（稳定）：影响微丝稳定性的药物影响微丝稳定性的药物四、微丝的功能四、微丝的功能构成细胞的支架，维持细胞形态构成细胞的支架，维持细胞形态 微丝微丝（二）参与细胞的运动（二）参与细胞的运动 细胞整体的移动和位置改变主要是在微细胞整体的移动和位置改变主要是在微丝的作用下完成的，如变形虫、巨噬细胞等。丝的作用下完成的，如变形虫、巨噬细胞等。(巨巨噬噬细细胞胞)阿阿米米巴巴运运动动（三）参与细胞内物质运输（三）参与细胞内物质运输（四）参与细胞分裂（四）参与细胞分裂 参与细胞内信号传递参与细胞内信号传递（六）参与受精（六）参与受精促进精子顶体形成刺突，使精子穿透卵子。（七）参与肌肉收缩（七）参与肌肉收缩 肌肉细胞的收缩与微丝关系非常密切。肌肉细胞的收缩与微丝关系非常密切。肌小节肌小节成分成分:肌原纤维肌原纤维肌动蛋白肌动蛋白肌球蛋白肌球蛋白一、中间丝（纤维）的类型一、中间丝（纤维）的类型 根据中间纤维氨基酸序列的相似根据中间纤维氨基酸序列的相似性可分六类：性可分六类：酸性角蛋白酸性角蛋白 中性中性/碱性角蛋白碱性角蛋白 波形蛋白波形蛋白 神经丝蛋白神经丝蛋白 核纤层蛋白核纤层蛋白 巢蛋白巢蛋白第四节第四节 中中 间间 丝（纤丝（纤 维）维）二、中间丝（纤维）蛋白的结构二、中间丝（纤维）蛋白的结构 组成成分：线性蛋白。组成成分：线性蛋白。头部（头部（N N端）和尾部（端）和尾部（C C端）。端）。一个一个螺旋的杆状区（中间）：被螺旋的杆状区（中间）：被3 3个间隔区隔个间隔区隔开，形成开，形成4 4个螺旋区。个螺旋区。形成聚合体的关键部位形成聚合体的关键部位中间丝结合蛋白中间丝结合蛋白 目前发现15种。（自学）。（自学）两个平行排列的中间丝蛋白（杆状区）螺两个平行排列的中间丝蛋白（杆状区）螺旋形成二聚体。旋形成二聚体。三、中间（丝）纤维的组装三、中间（丝）纤维的组装两个二聚体反向平行排列成一个四聚体两个二聚体反向平行排列成一个四聚体无极性（最小单位）。无极性（最小单位）。三、中间（丝）纤维的组装三、中间（丝）纤维的组装两个四聚体组装成一个两个四聚体组装成一个原纤维原纤维。三、中间（丝）纤维的组装三、中间（丝）纤维的组装8条原纤维条原纤维 中间纤维中间纤维。三、中间（丝）纤维的组装三、中间（丝）纤维的组装单体单体 二聚体二聚体（平行对齐）（平行对齐）四聚体四聚体（反向平行）（反向平行）原纤维原纤维中间纤维中间纤维四、中间丝（纤维）的功能四、中间丝（纤维）的功能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为细胞提供机械强度为细胞提供机械强度参与细胞分化参与细胞分化参与细胞内信息传递参与细胞内信息传递细胞骨架三种组分的比较细胞骨架三种组分的比较细胞骨架与肿瘤细胞骨架与肿瘤 细胞骨架与肿瘤的关系可从两个方面进行讨论；一是肿瘤细胞中的细胞骨架形态上会发生一些特异性的改变，这可作为肿瘤诊断的辅助指标。另一个是细胞骨架对药物的敏感性可作为肿瘤治疗的一种重要手段。细胞骨架蛋白与神经系统疾病细胞骨架蛋白与神经系统疾病 老年痴呆症等疾病都与细胞骨架中的成分的改变有关。细胞骨架与遗传性疾病细胞骨架与遗传性疾病 细胞骨架蛋白的基因发生突变同样也会引起遗传病的发生，如单纯性疱性表皮松懈症。（四）细胞骨架与男性不育（四）细胞骨架与男性不育第四节第四节 细胞骨架与疾病细胞骨架与疾病细胞骨架的功能（以下讲述）构成细胞内支撑和区域化网架构成细胞内支撑和区域化网架1、支架系统：、支架系统：秋水仙碱微丝微丝中间丝中间丝微管微管 构成细胞内支撑和区域化网架构成细胞内支撑和区域化网架2、区域化网架区域化网架 参与细胞的运动和细胞内物质运输参与细胞的运动和细胞内物质运输1、细胞运动：、细胞运动：细胞整体的移动和位置改变主要是细胞整体的移动和位置改变主要是在微丝的作用下完成的，如变形虫、巨噬细胞等。在微丝的作用下完成的，如变形虫、巨噬细胞等。(巨巨噬噬细细胞胞)阿阿米米巴巴运运动动 参与细胞的运动和细胞内物质运输参与细胞的运动和细胞内物质运输 2、细胞内物质的运输和细胞器的位移：细胞内物质的运输和细胞器的位移：微管微管马达蛋白马达蛋白动力蛋白动力蛋白驱动蛋白驱动蛋白-极+极（三）参与染色体的运动（三）参与染色体的运动（四）参与细胞内信号传递（四）参与细胞内信号传递参与中心粒、纤毛和鞭毛的组成参与中心粒、纤毛和鞭毛的组成