《细胞生物学课件-第十一章 细胞的骨架体系（1）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《细胞生物学课件-第十一章 细胞的骨架体系（1）（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、细胞骨架（cytoskeleton）指真核细胞中的蛋白纤维网络结构，戊二醛常温固定（1963）。 细胞骨架由微丝（microfilament）、微管（microtubule）和中间纤维（intemediate filament）构成。微丝确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩，微管确定膜性细胞器（membrane-enclosed organelle）的位置和作为膜泡运输的导轨。中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。 广义的细胞骨架还包括核骨架（nucleoskeleton）、核纤层（nuclear lamina）和细胞外基质（extracellular matrix），形成贯穿于细胞核、细胞质、
2、细胞外的一体化网络结构。,第十一章 细胞的骨架体系,第一节 细胞质骨架 一、微丝 微丝（microfilament，MF）是由肌动蛋白(actin)组成的直径约7nm的骨架纤维，又称肌动蛋白纤维actin filament。微丝和它的结合蛋白（association protion）以及肌球蛋白（myosin）三者构成化学机械系统。 （一）成分 肌动蛋白的单体为球形分子，称G-actin(globular actin)，它的多聚体称为纤维形肌动蛋白F-actin (fibrous actin)。 根据等电点的不同可将高等动物细胞内的肌动蛋白分为3类，分布于各种肌肉细胞中，和分布于肌细胞和非肌细
3、胞中。,微丝：肌动蛋白纤维,微丝纤维的负染电镜照片,微丝纤维结构模型,肌动蛋白三维结构和肌动蛋白纤丝,肌动蛋白在进化上高度保守，酵母和兔子肌肉中88%的同源性。不同类型肌肉细胞的-肌动蛋白分子一级结构（约400个氨基酸残基）仅相差46个氨基酸残基，-肌动蛋白或-肌动蛋白与-横纹肌肌动蛋白相差约25个氨基酸残基。 多数简单的真核生物，如酵母或粘菌，含单个肌动蛋白基因，但海胆中有11个，在某些植物中有60个。 （二）装配 微丝(F-actin)由G-actin聚合而成，单体具有极性，装配时首尾相接。在适宜的温度，存在ATP、K+、Mg2+离子的条件下，肌动蛋白单体可自组装为纤维。微丝具有极性，肌动
4、蛋白单体加到（+）极的速度要比加到（-）极的速度快5-10倍。溶液中ATP-肌动蛋白的浓度也影响组装的速度。当处于临界浓度时，ATP-actin可能继续在（+）端添加、而在（-）端开始分离，表现出一种“踏车”现象。,肌动蛋白的体外聚合（踏车现象）,肌动蛋白的踏车行为,ATP-actin（结合ATP的肌动蛋白)对微丝纤维末端的亲和力高，当溶液中ATP-actin浓度高时，微丝快速生长，在微丝纤维的两端形成ATP-actin“帽子”，这样的微丝有较高的稳定性。 细胞中微丝参与形成的结构除肌原纤维、微绒毛等属于稳定结构外，其他大都处于动态的组装和去组装过程中，并通过这种方式实现其功能。 （三）微丝特
5、异性药物 细胞松弛素（cytochalasin）可切断微丝纤维，并结合在微丝末端抑制肌动蛋白加合到微丝纤维上，特异性的抑制微丝功能。 鬼笔环肽（phalloidin）与微丝能够特异性的结合，使微丝纤维稳定而抑制其功能。荧光标记的鬼笔环肽可特异性的显示微丝。,（四）微丝结合蛋白 1、肌肉收缩系统中的有关蛋白：肌肉由肌原纤维组成，肌原纤维由粗肌丝和细肌丝组成，粗肌丝的主要成分是肌球蛋白，而细肌丝的主要成分是肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白。 （1）肌球蛋白（myosin） 约占肌肉总蛋白的一半，450kDa，有2条重链和2条轻链，属于马达蛋白，可利用ATP产生机械能，趋向微丝的（+）极运动，最早发现
6、于肌肉组织(myosin II)，目前已知的有15种类型（myosin I-XV）。 （2）原肌球蛋白（tropomyosin） 约占5-10%，64kDa，两条平行的多肽链形成a螺旋，结合于细肌丝，调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。,（3）肌钙蛋白（troponin） 分子量80kDa，含三个亚基，肌钙蛋白C特异地与钙结合，肌钙蛋白T与原肌球蛋白有高度亲和力，肌钙蛋白I抑制肌球蛋白的ATP酶活性。 2、非肌肉细胞中的微丝结合蛋白 近年来在非肌肉细胞中分离鉴定了几十种微丝结合蛋白，与微丝装配及功能密切相关，如，profilin和cofilin等。 （五）微丝性细胞骨架的功能 1、肌肉的收缩 收
7、缩单位：肌肉肌纤维束肌纤维肌原纤维,肌原纤维,粗肌丝（肌球蛋白） 细肌丝（肌动蛋白，辅以原肌球蛋白和肌钙蛋白）,收缩过程：1，动作电位产生；2，Ca2+释放；3，原肌球蛋白 移位；4，肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动；5，Ca2+ 回收。 2、微绒毛 微绒毛轴心微丝：肌动蛋白，辅以绒毛蛋白、毛缘蛋白、110K蛋白等。 3、应力纤维 成分为肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和a辅肌动蛋白等。 4、溶胶层和阿米巴运动 细胞膜下有一层富含肌动蛋白的溶胶，构成膜下的纤维网，提供韧性、强度和维持细胞形状，参与胞质环流、阿米巴运动、变皱膜运动、吞噬等,5、胞质分裂环 有丝分裂末期，两个即将分离的子细胞内产生收
8、缩环，收缩环由平行排列的微丝和myosin II组成。随着收缩环的收缩，两个子细胞的胞质分离。 5、顶体反应 在精卵结合时，微丝使顶体突出穿入卵子的胶质里，融合后受精卵细胞表面积增大，形成微绒毛，微丝参与形成微绒毛。 6、其他功能 如细胞器运动、质膜的流动性、胞质环流均与微丝的活动有关。,肌球蛋白分子结构,Myosin II 的结构模型,几种常见肌球蛋白分子结构示意图,细肌丝的分子结构,细肌丝的组成,微丝结合蛋白功能示意图,Thymosin和Profilin对肌动蛋白聚合的影响,骨骼肌组织中的肌纤维,肌纤维电镜照片,细肌丝的分子结构,肌动蛋白和肌球蛋白的运动（肌肉收缩）,肌肉收缩过程图解,肌球
9、蛋白在肌动蛋白纤丝上滑动的示意图,肌肉收缩图解,运动细胞中的肌动蛋白纤维,肌动蛋白纤维（肌肉收缩，微绒毛，应力纤维，溶胶层，胞质分裂环）,应力纤维结构模型,Myosin I和Myosin II 的功能,二、微管 微管是由微管蛋白组成的管状结构，平均外经24nm，对低温、高压和秋水仙素敏感，在细胞内成网或成束分布。 （一）成分 由和两种球蛋白分子，构成微管蛋白二聚体。 （二）形态 由微管蛋白二聚体装配成长管状细胞器结构管壁由13根原纤维排列而成。可装配成单管、二联管、三联管等。 （三）装配 8nm 的二聚体原纤维合拢成管 微管具有极性，（+）极生长速度快，（-）极生长速度慢，（+）极的最外端是球
10、蛋白，（-）极的最外端是球蛋白。微管和微丝一样具有踏车行为。,微管纤维,微管蛋白,鞭毛轴丝的结构,微管及微管蛋白,微管蛋白分子模型,微管装配的过程与踏车现象,微管的聚合与解聚,微管末端具不稳定行：生长和萎缩,（四）微管相关蛋白 微管相关蛋白（microtubule associated proteins MAPs）分子至少包含一个结合微管的结构域和一个向外突出的结构域。突出部位伸到微管外与其它细胞组分（如微管束、中间纤维、质膜）结合。主要功能是：促进微管聚集成束；增加微管稳定性或强度；促进微管组装。 （五）微管组织中心 微管组织中心（microtubule organizing center
11、MTOCs）是微管进行组装的区域，着丝粒、成膜体、中心体、基体均具有微管组织中心的功能。所有微管组织中心都具有微管球蛋白，这种球蛋白的含量很低，可聚合成环状复合体，像模板一样参与微管蛋白的核化，帮助和球蛋白聚合为微管纤维。,MAP-2,（六）微管特异性药物 秋水仙素(colchicine)阻断微管装配，Ca2+、高压、和低温直接破坏微管。紫杉酚和重水能促进微管装配、增加其稳定性。 （七）微管的功能 1、维持细胞形态 2、细胞内运输 与微管结合而起运输作用的马达蛋白有两大类：驱动蛋白kinesin，动力蛋白dynein，两者均需ATP提供能量。Kinesin发现于1985年，是由两条轻链和两条重
12、链构成的四聚体，外观具有两个球形的头、一个螺旋状的杆和两个扇子状的尾。通过结合和水解ATP，导致颈部发生构象改变，使两个头部交替与微管结合，从而沿微管“行走” 。据估计哺乳动物中类似于kinesin的蛋白超过50余种。,Dynein发现于1963年，由两条相同的重链和一些种类繁多的轻链以及结合蛋白构成（鞭毛二联微管外臂的动力蛋白具有三个重链）。其作用主要有以下几个方面：在细胞分裂中推动染色体的分离、驱动鞭毛的运动、向着微管（-）极运输小泡。 3、纤毛和鞭毛的运动 纤毛与鞭毛是相似的两种细胞外长物，前者较短，约510um；后者较长，约150um，两者直径相似，均为0.150.3um。鞭毛和纤毛均由基体和鞭杆两部分构成，鞭毛中的微管为9+2结构，即由9个二联微管和一对中央微管构成，其中二联微管由AB两个管组成，A管由13条原纤维组成，B管由10条原纤维组成，两者共用3条。A管对着相邻的B管伸出两条动力蛋白臂，并向鞭毛中央发出一条辐。纤毛和鞭毛的运动是依靠动力蛋白（dynein）水解ATP，使相邻的二联微管相互滑动。,Kinesin and Dynein,Kinesin和Dynein介导的细胞内物质运输模型,驱动蛋白介导的转运活动示意图,染色体运动机制示意图,中心体的结构模型和中心粒的电镜照片,中心体上生成微管的示意图,
