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1、1,第9章,细胞骨架与细胞运动,2,细胞骨架 (Cytoskeleton ),狭义细胞骨架： 真核细胞内的 蛋白纤维网架体系。 广义细胞骨架： 细胞质骨架 细胞核骨架 细胞膜骨架,3,9.1 细胞质骨架的结构,微管* 微丝* 中间丝,4,微管、微丝、中间丝,微管：是由微管蛋白构成的中空圆柱体，外径25nm。,微丝：是肌动蛋白的螺旋形聚合体，直径7nm。,中间丝：由纤维蛋白组成的绳状纤维，直10nm。,5,细胞骨架,6,细胞骨架的荧光显微镜显示,A fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucle
2、us (yellow) and microtubules (red),7,8,细胞骨架具有多功能,细胞支架 胞内框架 运输轨道 细胞动力源 细胞分裂,9,9.1.1 微管的结构 （Microtubule）,* 微管： 动态结构； * 存在： 所有真核细胞； * 状态：束状 、网状；构成特定结构 ： 纺锤体、中心体、鞭毛、纤毛、轴突,10,1、微管的结构与组成 （1）微管的形态结构,Microtubule, MT,11,*由微管蛋白组成的中空管状结构。 *原纤维由微管蛋白聚合而成。 *由13根原纤维构成的中空小管。,微管的结构特点,12,（2）微管的存在形式,13,三种微管的特点,单管：构成纺锤
3、丝等。对低温、Ca2、秋水仙素敏感，易解聚； 双联管：构成纤毛和鞭毛。对低温、Ca2和秋水仙素稳定； 三联管：构成中心粒和基体。对低温、Ca2和秋水仙素稳定；,14,（3）微管的化学组成 微管蛋白、微管结合蛋白,微管蛋白（tubulin） *酸性蛋白，进化上保守。 *占微管总蛋白80， *分3种：管蛋白、管蛋白、 管蛋白。 以异二聚体形式存在； *含有GTP/GDP的结合位点。,15,微管结合蛋白（MAP） microtubule-asssociated proteins,功能：参与微管组成、微管聚合与稳定维持、 连接微管与其他细胞器； 类型：MAP-1、 MAP-2 、tau、 MAP-4
4、前3种存在神经C； MAP-4存在广泛 MAP能在微管间形成横桥，使微管成束； Tau蛋白 加速管蛋白聚合；横向连接微管成束。,16,微管结合蛋白（MAP）结构,MAP含2个结构域： 碱性的结合微管域 酸性的向外突出域 突出部分可以横桥的方式与质膜、中间丝或其它微管相连。,17,2. 微管的组装（体外、体内）,微管蛋白通过聚合or 解聚使微管组装or去组装。,18,二聚体在2个GTP、适量Mg2+ 、37时聚合。 GTP为聚合供能。 秋水仙素、Ca2+、0等促微管解聚。 管蛋白结合的GTP稳定 管蛋白结合的GTP可转变为GDP。,（1） 微管的体外组装,19,微管的装配过程： 二聚体-短原纤维
5、-片层-短管-继续添加,装配速度快的一端称为正极,20,微管延长（GTP-管蛋白多）与微管缩短（GDP-管蛋白易脱离）,21,微管的踏车行为 微管组装后处于动态平衡的现象,22,（2）微管的体内组装,遵循体外组装的基本规律，但比体外复杂得多。 微管的装配和去装配受到严格调控。 在间期，微管蛋白主要装配胞质微管 分裂期，胞质微管解聚，组装纺锤丝,23,（3）微管组织中心 ( MTOC ) microtubule organizing center,细胞中，微管的装配在一些特定的位点开始。微管装配的发生处称MTOC 。 间期细胞的MTOC： 中心体、基体 分裂期细胞的MTOC： 中心体、动粒,24
6、,管蛋白中心体周围基质，环形，稳定， 为管蛋白提供起始装配位点成核位点,25,中心体 （动态微管）,26,（4）微管敏感的药物,*秋水仙素（colchicine） *长春新碱（vincristine）能结合管蛋白，阻断微管的组装，破坏纺锤体结构。 *紫杉醇（紫杉酚） 促进微管装配，并使已形成的微管稳定。 问题：在临床上有何用途？,秋水仙素,紫杉醇,27,9.1.2 微丝的结构,微丝 （microfilament， MF ） 又称肌动蛋白丝 （actin filament）， 是由两条线性排列的 肌动蛋白链形成的螺旋 ， 形状如双线捻成的绳子， 直径约7nm 。,28,1. 微丝形态结构与组成
7、（1）微丝的超微结构, 有极性的动态构造,大多情况下：动态结构,29,（2）微丝的化学成分 肌动蛋白、微丝结合蛋白,1、 肌动蛋白（actin） 微丝基本单位。 河蚌状，有ATP、ADP、 钙镁结合位；分子有极性（正极、负极）； 球形肌动蛋白（G-actin） 纤维状肌动蛋白（F-actin ） G-actin 按相同方式头尾相连 肌动蛋白丝 。,30,肌动蛋白结构与极性 肌动蛋白的类型：、,31,2. 微丝结合蛋白：40 余种,分为两类：肌细胞的、非肌细胞的 肌细胞中的微丝结合蛋白 非肌细胞中的微丝结合蛋白,32,1、肌细胞中的微丝结合蛋白, 肌球蛋白（myosin） 原肌球蛋白（tropo
8、myosin） 肌钙蛋白（troponin）,33,肌球蛋白 （myosin）,*收缩蛋白，属马达蛋白，可利用ATP产生机械能。有十几种。 * 肌球蛋白II量大，约占肌细胞蛋白50%，含6条肽链（2H链4L链） 形似豆芽。 头部有actin结合位。 具ATP酶活性。 多对尾尾相连，再聚合成束粗肌丝。,34,肌球蛋白分子结构,35,肌原纤维：肌动蛋白-肌球蛋白,36,原肌球蛋白、肌钙蛋白,原肌球蛋白：2条肽链缠绕成的螺旋。 位于F-actin 的螺旋沟内， 一个覆盖7个G-actin，附着一个肌钙蛋白。 肌钙蛋白：3亚基：C、T、I。C可与4个钙离子结合；T对原肌球高亲和； I抑制肌球的ATP酶
9、活性，并抑制肌动与肌球头部的接触。,37,原肌球蛋白、肌钙蛋白 与肌动蛋白的关系,38,(2) 非肌细胞微丝结合蛋白 发现40余种，功能多样，辅助微丝的装配与功能。,膜结合蛋白,单体隔离蛋白,交联蛋白,封端蛋白,39,微丝,微丝结合蛋白,肌肉收缩系统中的有关蛋白,非肌肉系统中的有关蛋白,肌球蛋白,原肌球蛋白,肌钙蛋白,肌球蛋白,原肌球蛋白,辅肌动蛋白,肌动蛋白纤维,单体隔离蛋白,交联蛋白,膜结合蛋白,40,3. 微丝的组装与调节,41,（1）微丝的组装,体外： G-actin有极性，装配时头尾相接，故微丝有极性（正、负）。 MF正极与负极都能生长，生长快为正极，慢的一端为负极；去装配时，负极比
10、正极快。 在一定条件，微丝正极组装速度与负极去组装相等，表现出踏车现象。,42,微丝的踏车现象： 正极装配、负极去装配,43,微丝装配机理,*一定条件下，actin形成装配核心； *ATP-actin迅速在核心两端聚合；当ATP-actin浓度高时，微丝快长，成帽。 *ATP-actin结合到末端后，构象改变，ATP被水解为ADP； *ADP-actin对末端的亲和力低，易脱落，使微丝变短。,44,（2）微丝敏感药物,细胞松弛素 （cytochalasins） -真菌分泌生物碱，可切断微丝，并结合在微丝正极、阻止肌动蛋白聚合，使微丝解聚。 鬼笔环肽 （philloidin） -剧毒生物碱。与微
11、丝高亲合，防MF解聚。带有荧光标记的鬼笔环肽可以在荧光显微镜下显示细胞中的微丝。 说明影响微丝装配动态性的药物对细胞有毒,45,细胞松弛素,细胞松弛素作用于细胞后，肌动蛋白纤维消失，移动、吞噬、胞质的分裂消失。 但对微管、肌肉细胞中的微丝无作用。,46,利用鬼笔环肽染色后显示人成纤维细胞中的F肌动蛋白,47,永久性微丝与暂时性微丝,48,第9章 细胞骨架与细胞运动,9.1 细胞质骨架的结构与组成 9.2 细胞的运动 9.3 核骨架（自学）,49,9.2 细胞的运动,9.2.1 微管的功能与细胞运动 9.2.2 微丝的功能与细胞运动,50,9.2.1 微管功能与细胞运动,维持细胞形态与细胞器的定
12、位； 物质运输与信息传递； 纺锤体形成与染色体运动； 鞭毛纤毛的形成与运动（自学）； 中心粒的形成（自学）；,51,1、细胞形态维持与细胞器定位,*微管的刚性对细胞形态有支撑作用。用秋水仙素处理细胞，细胞将变圆。 *细胞突起（纤毛、鞭毛、轴突）形成与维持。 *巨噬细胞活动时，微管使伪足形成（秋水仙素可以阻止）。,52,2、物质运输,微管在胞内大分子物质的运输过程中充当路轨。 eg：神经细胞 合成的蛋白沿轴突运到末梢； 变色龙皮肤快速变色，是色素颗粒快速沿微管运输的结果。,53,微管介导的物质运输,54,细胞内物质的运输机理 马达蛋白（动力蛋白、驱动蛋白）驱动,*动力蛋白（dynein prot
13、ein） *含9-12条肽链（2重链）的复合体。 *具ATP酶活性。 *沿微管向负端移动。为物质运输和纤毛鞭毛的运动提供动力。,55,动力蛋白、驱动蛋白与微管,56,动力蛋白、驱动蛋白的功能,驱动蛋白,动力蛋白,57,驱动蛋白（kinesin protein）,性质： 一类微管激活的ATP酶，四聚体蛋白（含2重链和2轻链）； 结构： 两个球形的头部（N端） 螺旋状的杆部； 两个扇子状尾巴（C端）,58,驱动蛋白工作原理：结合并水解ATP，使两个头交替与微管结合，沿微管行走（向极），将尾巴上驮的货物转运到其它地方。,驱动向正极运输； 每步跨幅约8nm（管蛋白二聚体长度） 移动速度与ATP的浓度有
14、关； 最快可达900nm/s,59,3.纺锤体的形成与染色体运动,*纺锤丝长度改变依管蛋白的聚合与解聚； *分裂期，构建纺锤体所需管蛋白来自细胞质微管网的解体；,60,染色体运动的分子机制,61,纺锤丝微管、马达蛋白 与染色体运动,62,9.2.2 微丝功能与细胞运动,1、细胞形态支撑作用； 2、参与细胞运动 （1）肌肉收缩 （2）细胞分裂 （3）变形运动 3、参与细胞内信息传递。,63,1. 细胞形态支撑作用,微丝遍及胞质，集中分布质膜下，与其结合蛋白形成网络结构。 维持细胞形状、 赋予质膜机械强度。,64,微丝支持微绒毛 小肠上皮细胞 1000个微绒毛。 平行排列的肌动蛋白纤维+微丝结合蛋
15、白,65,2. 参与细胞运动（肌肉收缩） 肌丝（微丝）间的相对滑动产生肌肉收缩,66,肌原纤维是骨骼肌的收缩单位 肌原纤维由粗肌丝和细肌丝构成,肌细胞动作电位引起肌质网Ca电压闸门通道开启，Ca与肌钙蛋白结合，原肌球构象改变，暴露结合点。肌球蛋白结合与水解ATP，构象改变，引起粗丝和细丝相对滑动。,67,肌收缩时肌节的收缩,M线,68,69,肌动蛋白与肌球蛋白作用,结合态,释放,直立,力的产生,结合态,70,2. 参与细胞运动（胞质分裂）,71,微丝与微管的比较,72,本章小结,1.细胞骨架的构成与功能； 2.微管与微丝结构的比较； 3.微管与微丝组装过程的比较； 4.微管与微丝功能的比较； 5.肌肉收缩的机理。,73,第9章完,
