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1、第七章 细胞骨架 与细胞的运动 （Cytoskeleton and Cell Movement)李明细胞生物学教研室； 020-61648207,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、微管的装配与动力学四、微管的功能,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
2、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、微管的装配与动力学,微管的组装可分三个过程：,Cytoskeleton and Cell Mo
3、vement,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,Cytoskeleton and Cell Movement,3.中心体(centrosom
4、e) 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。,Cytoskeleton and Cell Movement,3.中心体(centrosome),周围基质,中心体结构模式图,Cytoskeleton and Cell Movement,微管蛋白在中心体上的聚合,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
5、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,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,Cytoskeleton and Cell Movement,GTP浓度、温度、压力、 pH值（6.9）、离子浓度（Mg2+、无Ca2+）、微管蛋白临界浓度、药物等。,(四) 影响微管装配的因素,秋水仙
6、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,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,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,Cytoskeleton an
7、d Cell Movement,中心粒模式图和电镜照片,2.纤毛与鞭毛：922结构,A. 纤毛横切电镜照片 B. 纤毛结构示意图纤毛的结构,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,Cytoskeleton and Cell Movement,第七章 细胞骨架
8、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,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,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,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。
9、,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。,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。,Cytoskel
10、eton 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,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5-8nm2.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
11、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,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。,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
12、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。,Cytoskeleton and Cell Movement,(三) 影响微丝组装的因素,G-肌动蛋白临界浓度、ATP、Mg2+、Na+、K+浓度和药物 。,常见影响因素,药物因素,细胞松弛素B(cy
13、tochalasin 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。,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）,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
14、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。,N,第七章 细胞骨架与细胞的运动,C,(二) 中
15、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,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。,
