第十章--細(xì)胞骨架

1、第十章　細(xì)胞骨架cytoskeleton,細(xì)胞骨架（cytoskeleton）指真核細(xì)胞中由蛋白質(zhì)構(gòu)成的纖維網(wǎng)架體系。包括微絲、微管、中間絲三種結(jié)構(gòu)組分。,第一節(jié) 微絲與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)第二節(jié) 微管及其功能第三節(jié) 中間絲,第一節(jié)　微絲與細(xì)胞運(yùn)動(dòng),微絲(microfilament，MF)又稱肌動(dòng)蛋白纖維（actin filament），是指真核細(xì)胞中由肌動(dòng)蛋白組成，直徑為7nm的骨架纖維。微絲網(wǎng)絡(luò)的空間結(jié)構(gòu)和功能取決于所結(jié)合的微絲結(jié)

2、合蛋白的種類。,一、微絲的組成及其組裝,（一）結(jié)構(gòu)與成分微絲的主要結(jié)構(gòu)成分是肌動(dòng)蛋白(actin)。在大多數(shù)真核細(xì)胞中，肌動(dòng)蛋白是含量最豐富的蛋白質(zhì)之一。Actin在細(xì)胞內(nèi)有兩種存在形式，即肌動(dòng)蛋白單體（G-actin）和由單體組裝成的纖維形肌動(dòng)蛋白（F-actin）。,actin單體稱為球形肌動(dòng)蛋白（G-actin），多聚體稱為纖維形肌動(dòng)蛋白（F-actin）。,肌動(dòng)蛋白在進(jìn)化過程中是高度保守的，酵母和兔子肌肉的肌動(dòng)蛋白有88%的

3、同源性。 在哺乳動(dòng)物和鳥類細(xì)胞中至少已分離到6種肌動(dòng)蛋白，4種α-肌動(dòng)蛋白（分布于肌肉細(xì)胞）；另2種為β-和γ-肌動(dòng)蛋白（分布于肌肉細(xì)胞和非肌細(xì)胞）。 不同肌動(dòng)蛋白基因是從同一個(gè)祖先基因進(jìn)化來的。多數(shù)簡(jiǎn)單的真核生物（如酵母或黏菌）僅含單個(gè)肌動(dòng)蛋白基因，而許多多細(xì)胞真核生物含有多個(gè)肌動(dòng)蛋白基因。,在體外，微絲的組裝與去組裝與溶液中所含actin單體的狀態(tài)、離子的種類及濃度等參數(shù)相關(guān)聯(lián)。 G-actin裝配成微絲的過程可分為幾個(gè)階段

4、：1.成核反應(yīng)， 2. 纖維的延長(zhǎng)。肌動(dòng)蛋白具有ATP酶的活性。肌動(dòng)蛋白單體在參與微絲的組裝前必須與ATP結(jié)合。,(二)微絲的裝配及其動(dòng)力學(xué)特性,2.快速延長(zhǎng)3.動(dòng)態(tài)穩(wěn)定期,微絲的裝配過程,+端,-端,,微絲在體外裝配過程中，常表現(xiàn)出其正極由于不斷添加單體而延長(zhǎng)，負(fù)極不斷去組裝而縮短，這一現(xiàn)象稱為踏車行為。,,G-actins首尾連接組裝成MF，因此MF的兩端具不同的極性: 一端為（+）端 一端為（-）端

5、 在組裝過程中，兩端都可以加添上G-actin，同時(shí)又可能解離下G-actin。 不同的是，（+）端的加添速度始終大于（-）端，而解離的速度一般小于（-）端。,微絲的組裝和解聚都需要有ATP存在。游離的G-actin都結(jié)合有一個(gè)ATP，當(dāng)其聚合時(shí)，ATP水解且ADP保持結(jié)合狀態(tài)，因此F-actin中的actin都結(jié)合有ADP，而脫離F-actin后，則需要ATP置換下ADP。,ATP的作用和動(dòng)態(tài)平衡,細(xì)胞松弛素（Cyto

6、halasin）可切斷微絲，并結(jié)合于微絲末端阻抑G-actin在該部位聚合，但對(duì)微絲的解聚沒有明顯影響。因此用細(xì)胞松弛素處理細(xì)胞可以破壞微絲的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并阻止細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。鬼筆環(huán)肽（philloiclin）與微絲表面有強(qiáng)親和力，與F-actin結(jié)合抑制其解聚，但不與肌動(dòng)蛋白單體結(jié)合。將鬼筆環(huán)肽注入細(xì)胞同樣能阻止細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。微絲的功能依賴于肌動(dòng)蛋白的組裝和去組裝的動(dòng)態(tài)平衡。,（三）影響微絲組裝的特異性藥物,二、微絲網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)與細(xì)胞運(yùn)

7、動(dòng),（一）非肌肉細(xì)胞內(nèi)的微絲結(jié)合蛋白在大多數(shù)非肌肉細(xì)胞中，微絲是一種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，它們持續(xù)的進(jìn)行組裝和去組裝。微絲的這種動(dòng)態(tài)變化與細(xì)胞形態(tài)的維持及細(xì)胞運(yùn)動(dòng)有密切關(guān)系。微絲系統(tǒng)的主要成分是肌動(dòng)蛋白纖維，此外還包括許多微絲結(jié)合蛋白(MAP)，它們共同形成微絲的高級(jí)結(jié)構(gòu)，并對(duì)微絲網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變構(gòu)起調(diào)節(jié)作用。,細(xì)胞內(nèi)微絲及其結(jié)合蛋白共同構(gòu)成的微絲網(wǎng)絡(luò)有的相當(dāng)穩(wěn)定（如小腸上皮細(xì)胞微絨毛中的軸心微絲束等），而另一些微絲結(jié)構(gòu)則是暫時(shí)性的,細(xì)胞內(nèi)微絲網(wǎng)絡(luò)的

8、組織形式和功能通常取決于與之結(jié)合的微絲結(jié)合蛋白，而不是微絲本身。微絲結(jié)合蛋白功能：1.影響微絲的組裝與去組裝。2.介導(dǎo)微絲與其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)之間的相互作用。3.有些蛋白（如肌球蛋白）通過與微絲間的相互作用來運(yùn)送貨物，對(duì)細(xì)胞內(nèi)生物大分子和細(xì)胞器的分布起組織作用，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的行為。,非肌肉細(xì)胞中的微絲結(jié)合蛋白種類多樣,成核蛋白Arp ：使游離actin核化，開始組裝。 α輔肌動(dòng)蛋白：參與微絲與膜的結(jié)合封端蛋白：結(jié)合于纖維一端，使纖維穩(wěn)定

9、細(xì)絲蛋白：橫向連接相鄰微絲，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。毛緣蛋白：在平行微絲之間形成緊密的連接。截?cái)嗟鞍祝涸谝欢l件下將微絲切斷。凝溶膠蛋白：高Ca2+條件下，將微絲切成片段，使肌動(dòng) 蛋白由凝膠向溶膠態(tài)轉(zhuǎn)化。血影蛋白：相鄰微絲間的橫向連接.,微絲結(jié)合蛋白的主要類型及其功能,踝蛋白（Talin）：與細(xì)胞粘著有關(guān).絨毛蛋白（villin）：在微絨毛的發(fā)生中起關(guān)鍵作用.紐蛋白：介導(dǎo)微絲結(jié)合于細(xì)胞膜.單體隱蔽蛋白：阻止游離actin向纖維

10、添加，如 thymosin。 單體聚合蛋白：將結(jié)合的單體安裝到纖維，如 profilin。微絲解聚蛋白：使微絲去組裝，如 cofilin。 膜結(jié)合蛋白：如 vinculin、ponticulin 等。,核化蛋白,單體聚合蛋白,微絲解聚蛋白,單體聚合蛋白,凝溶膠蛋白,單體隱蔽蛋白,交聯(lián)蛋白,細(xì)胞皮層指微絲集中在緊貼細(xì)胞質(zhì)膜的下方，與微絲結(jié)合蛋白交聯(lián)成凝膠狀的三維網(wǎng)絡(luò)。細(xì)胞皮層中的一些微絲還與細(xì)胞質(zhì)膜上的蛋白連接，使膜蛋白的流動(dòng)性受

11、到某種程度的限制。細(xì)胞皮層不僅為細(xì)胞質(zhì)膜提供支撐，增加其強(qiáng)度和韌性，維持細(xì)胞形狀，還參與細(xì)胞的多種運(yùn)動(dòng)（如胞質(zhì)環(huán)流、阿米巴運(yùn)動(dòng)、吞噬等）,(二) 細(xì)胞皮層,（三）應(yīng)力纖維,應(yīng)力纖維是真核細(xì)胞中廣泛存在的微絲束結(jié)構(gòu), 它由大量平行排列的肌動(dòng)蛋白纖維組成, 還含有肌球蛋白Ⅱ、原肌球蛋白、α-輔肌動(dòng)蛋白和細(xì)絲蛋白, 這些蛋白在肌動(dòng)蛋白纖維上呈非連續(xù)排列, 但肌動(dòng)蛋白纖維是連續(xù)的。應(yīng)力纖維具有收縮功能。它在細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生、細(xì)胞分化和組織形成

12、中具有重要作用。由整聯(lián)蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞外基質(zhì)同細(xì)胞內(nèi)的連接也是通過應(yīng)力纖維。,（四）細(xì)胞偽足的 形成與遷移運(yùn)動(dòng),培養(yǎng)細(xì)胞的遷移等細(xì)胞運(yùn)動(dòng)往往不直接涉及肌球蛋白的運(yùn)動(dòng)，而僅僅是通過肌動(dòng)蛋白的聚合以及與其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)組分的相互作用來實(shí)現(xiàn)。細(xì)胞遷移過程通常包含以下幾個(gè)相繼發(fā)生的事件：1.細(xì)胞伸出偽足；2.偽足與基質(zhì)間形成新的錨定位點(diǎn)（粘著斑）；3.細(xì)胞以附著點(diǎn)為支點(diǎn)向前運(yùn)動(dòng)；4.細(xì)胞后部的附著點(diǎn)與基質(zhì)脫離，細(xì)胞的尾部前移。,（五）微絨毛在

13、小腸上皮細(xì)胞微絨毛的軸心，所有的微絲平行排列，高度有序的微絲束正極指向微絨毛的頂端，微絲束下端終止于端網(wǎng)結(jié)構(gòu)。微絲束對(duì)微絨毛的形態(tài)起支撐作用。這里的微絲束無收縮功能。,（六）胞質(zhì)分裂環(huán)是有絲分裂末期在兩個(gè)即將分裂的子細(xì)胞之間產(chǎn)生的一個(gè)對(duì)細(xì)胞質(zhì)起收縮作用的環(huán)。它由大量平行排列的微絲組成。收縮環(huán)的動(dòng)力來源于肌球蛋白在極性相反的微絲之間的滑動(dòng)。,分子馬達(dá)包括依賴于微絲的肌球蛋白(myosin)及依賴于微管的驅(qū)動(dòng)蛋白(kinesin)和胞質(zhì)動(dòng)

14、力蛋白(dynein)。這三類蛋白超家族的成員。它們既能與微管或微絲結(jié)合，又能與一些細(xì)胞器或膜狀小泡特異性結(jié)合，并利用水解ATP所產(chǎn)生的能量有規(guī)則的沿微管或微絲等細(xì)胞骨架纖維運(yùn)輸所攜帶的貨物。 肌球蛋白已發(fā)現(xiàn)有15類（myosin I-XV），其共同特征是都含有一個(gè)作為馬達(dá)結(jié)構(gòu)域的頭部（該頭部包含一個(gè)微絲結(jié)合位點(diǎn)和一個(gè)具有ATPase活性的ATP結(jié)合位點(diǎn)），它通過水解ATP導(dǎo)致構(gòu)象變化而移動(dòng)，微絲是它的運(yùn)行軌道，從負(fù)端（-）向正端（+

15、）運(yùn)動(dòng)。,三、肌球蛋白：依賴于微絲的分子馬達(dá),,Myosin II 存在于多種細(xì)胞。在肌細(xì)胞中，MyosinII構(gòu)成肌原纖維的粗絲。在非肌細(xì)胞中， MyosinII參與胞質(zhì)分裂環(huán)的形成和張力纖維的活動(dòng)。,（一）II型肌球蛋白,典型的MyosinII由2個(gè)重鏈和4個(gè)輕鏈組成，外觀具有兩個(gè)球形的頭和一個(gè)螺旋化的干部，頭部（頭部由每條重鏈的N端肽段和各一條輕鏈折疊結(jié)合而成）能與微絲結(jié)合，并有ATP酶活性。Myosin II的尾部主要起結(jié)構(gòu)

16、作用,Myosin II的結(jié)構(gòu),Myosin II,,胰凝乳蛋白酶酶切位點(diǎn),木瓜蛋白酶酶切位點(diǎn),S2,,LMM,HMM,S1,頭部與尾部之間可被木瓜蛋白酶切斷，尾部的近頭端一段又可被胰酶切斷。,Myosin II的酶解特性,,,輕鏈,不活躍狀態(tài),活躍狀態(tài),15-20個(gè)分子的雙向纖維,自發(fā)組裝,負(fù)染色照片,,,磷酸化,MyosinII組裝形成粗肌絲在骨骼肌細(xì)胞中，由Myosin構(gòu)成的粗絲是穩(wěn)定的。,,(二) 非傳統(tǒng)類型的肌球蛋白,現(xiàn)已分

17、離出一系列與myosin II不同的肌球蛋白，稱之為非傳統(tǒng)類型的肌球蛋白，并根據(jù)其氨基酸序列進(jìn)行了分型。 Myosin I 由一個(gè)重鏈和兩個(gè)輕鏈組成。 Myosin V結(jié)構(gòu)類似myosin II ，但重鏈有球形尾部。 Myosin I、II、V都存在于非肌細(xì)胞中，II型參與形成應(yīng)力纖維和胞質(zhì)收縮環(huán)，I、V型結(jié)合在膜上與膜泡運(yùn)輸有關(guān),肌球蛋白的運(yùn)動(dòng)機(jī)制,ATP水解與肌球蛋白沿微絲移動(dòng)相偶聯(lián)的模型,肌球蛋白的功能,3種肌球蛋白的功能

18、不同，肌球蛋白II為肌肉收縮和胞質(zhì)分裂提供動(dòng)力，而肌球蛋白I和V涉及細(xì)胞骨架與膜之間的相互作用，如膜泡運(yùn)輸。不同肌球蛋白的特殊功能由它們的尾部來決定,,運(yùn)輸膜泡,運(yùn)輸微絲,四、肌細(xì)胞的收縮運(yùn)動(dòng),(一)肌纖維的結(jié)構(gòu)骨骼肌細(xì)胞又稱肌纖維，是在胚胎期由大量的單核成肌細(xì)胞融合而成的。用電鏡觀察肌纖維的縱切面，可見其是由數(shù)百條更細(xì)的肌原纖維組成的集束。每根肌原纖維由稱為肌節(jié)的收縮單元呈線性重復(fù)排列而成。肌原纖維的帶狀條紋由不同的粗（肌絲）細(xì)

19、（肌絲）的纖維以十分有序的方式組裝在一起。 粗肌絲的成分是肌球蛋白；細(xì)肌絲主要成分是肌動(dòng)蛋白，輔以原肌球蛋白和肌鈣蛋白。,肌纖維的解剖圖,在顯微水平，骨骼肌的特征是具有周期性重復(fù)的橫紋，橫紋肌也因此得名?；铙w標(biāo)本所顯示的是明暗交替的橫紋。,暗帶稱為A帶，明帶稱為I帶。在I帶的中央，也有一深染的線狀橫帶，稱為Z線；而A帶的中央則有一稍淺染的橫帶，稱為H盤，H盤的中央又有一深染的線狀橫帶，稱為M線。兩個(gè)Z線之間的節(jié)段稱為肌節(jié)，肌節(jié)是收縮活動(dòng)

20、的單位。,Electron micrographs of an insect flight muscle viewed in cross-section.    The myosin and actin filaments are packed together with almost crystalline regularity. (From J. Auber, J. de Microsc. 8

21、:197-232),（2）原肌球蛋白（Tm）為纖維狀分子，位于細(xì)肌絲的螺旋溝內(nèi)，1個(gè)Tm分子的長(zhǎng)度相當(dāng)于7個(gè)肌動(dòng)蛋白單體，對(duì)肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白頭部的結(jié)合行使調(diào)節(jié)功能。,（3）肌鈣蛋白（Troponin） 由3個(gè)亞基組成，其中Tn-T與原肌球蛋白有高度的親和力, Tn-C與Ca2+結(jié)合，Tn-I抑制肌球蛋白ATP酶的活性。細(xì)肌絲中每隔40nm有1個(gè)肌鈣蛋白復(fù)合體結(jié)合在原肌球蛋白上。,肌動(dòng)蛋白、原肌球蛋白、肌鈣蛋白共同組成肌纖維的細(xì)肌

22、絲,(二)肌肉收縮的滑動(dòng)模型 粗、細(xì)肌絲間彼此滑動(dòng)（彼此插入）造成彼此的縮短和整個(gè)肌纖維的縮短，造成這種滑動(dòng)的原因和動(dòng)力則是肌球蛋白的頭部與細(xì)肌絲內(nèi)周期性的接觸，脫離，ATP水解和構(gòu)像改變。收縮的基本過程如下： 1.動(dòng)作電位的產(chǎn)生 2. Ca2+ 的釋放 3. 原肌球蛋白的位移 4. 肌動(dòng)蛋白絲雨肌球蛋白絲的相對(duì)滑動(dòng) 5. Ca2+ 的回收,神經(jīng)元沖動(dòng) → 突觸傳遞 → 橫管傳遞沖動(dòng) → 肌質(zhì)網(wǎng)釋放Ca2+ →

23、Tn-c結(jié)合Ca2+ → 與Tn-T相連的原肌球蛋白滑動(dòng) → 肌球蛋白頭部結(jié)合位點(diǎn)的暴露并結(jié)合、滑動(dòng)… …,,放松,收縮,肌球蛋白頸部是擺動(dòng)杠桿臂,沖動(dòng)停止 → Ca2+被泵入ER → Ca2+-Tn-c分離 → 原肌球蛋白回原位 → ATPase不能再與細(xì)絲結(jié)合→肌肉松弛,微絲參與 細(xì)胞形態(tài)的維持,細(xì)胞骨架,微絨毛(microvilli),微絲參與凝血過程,Platelet activation is a controlled seq

24、uence of actin filament severing,uncapping, elongation,recapping, and cross-linking.,微絲受精作用,第二節(jié) 微管(microtubule)及其功能,是真核細(xì)胞中由微管蛋白(tubulin)裝配而成的長(zhǎng)管狀結(jié)構(gòu)，平均外徑為24nm。微管在細(xì)胞內(nèi)呈管網(wǎng)狀或束狀分布，并能與其他蛋白共同裝配成紡錘體、基粒、中心粒、鞭毛、纖毛、軸突、神經(jīng)管等結(jié)構(gòu)，參與細(xì)胞形態(tài)

25、的維持、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞分裂。,一、 微管的結(jié)構(gòu)組成與極性,微管蛋白異源二聚體縱向排列成原纖絲，13根原纖絲合攏后構(gòu)成微管的管壁。在微管合攏的位置微管蛋白構(gòu)成的螺旋被終止，出現(xiàn)α-微管蛋白與β-微管蛋白間的橫向結(jié)合，并產(chǎn)生縱貫微管長(zhǎng)軸的“接縫”,微管的形態(tài),50,微管的類型,單體: 多數(shù)微管, 易解聚 雙聯(lián)體: 纖毛和鞭毛 三聯(lián)體: 中心粒和基體,二、 微管的組裝和去組裝,（一）微管的體外組裝與踏車行為 大多數(shù)細(xì)胞微管都是

26、不穩(wěn)定的, 能快速地組裝和去組裝。低溫、高Ca2+濃度和秋水仙素等化學(xué)試劑處理都會(huì)破壞微管的動(dòng)態(tài)變化，阻止微管組裝和去組裝。微管在體外裝配可分為成核和延長(zhǎng)兩個(gè)階段。由于缺少中心體，微管蛋白二聚體往往先縱向聚合形成短的絲狀結(jié)構(gòu)，此即成核反應(yīng)。然后通過在兩端以及側(cè)面增加二聚體而擴(kuò)展成片狀，當(dāng)片狀聚合物加寬到若13根原纖絲時(shí)，即合攏為1段微管。,52,原纖維的裝配,加寬,加長(zhǎng),?,?,GTP帽,,GDP 微管,,,,微管的組裝過程圖解,5

27、3,GTP帽,,54,微管的極性(polarity),1) 裝配的方向性 2) 生長(zhǎng)速度的快慢,55,微管的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性,1.微管的蛋白成分的動(dòng)態(tài)性 – 踏車 (treadmilling) 2. 生長(zhǎng)或縮短(growth or shrinkage),踏車現(xiàn)象,a. 非特異性影響 影響組裝動(dòng)力學(xué)的因素： GTP濃度、壓力、溫度、pH值、微管蛋白臨界濃度；,（二） 影響微管組裝 和去組裝的因素,b. 影響微管組裝和去組裝的特異性

28、藥物,微管結(jié)合蛋白、修飾微管的酶和藥物 秋水仙素：一種生物堿，與未聚合的微管蛋白二聚體結(jié)合，形成復(fù)合物可阻止微管的成核反應(yīng)，加到微管兩頭可阻止其它二聚體的加入和丟失。紫杉醇：結(jié)合到聚合的微管上，促進(jìn)微管聚合和穩(wěn)定已聚合的微管，不與未聚合的微管蛋白二聚體反應(yīng)。,三、 微管組織中心 (microtubule organizing center, MTOC),微管組織中心的功能： 1. 提供微管的生長(zhǎng)位點(diǎn) ——促進(jìn)成核反應(yīng) 2. 決

29、定微管的方向性（極性） 3. 使細(xì)胞質(zhì)微管的裝配受統(tǒng)一的功能位點(diǎn)控制,指活細(xì)胞中能夠起始微管的成核作用，并使之延伸的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。包括中心體、纖毛和鞭毛基部的基體。,（一）中心體 (centrosome)： 是動(dòng)物細(xì)胞中決定微管形成的細(xì)胞器。它含有1對(duì)中心粒，兩者相互垂直排列，外面被有無定型的外周物質(zhì)。電鏡觀察顯示，微管并不是起源于中心粒，而是在中心粒外周物質(zhì)區(qū)域成核。 在細(xì)胞內(nèi)并不是所有的微管都與中心體相連。

30、 高等植物細(xì)胞內(nèi)缺少中心粒結(jié)構(gòu)。 20世紀(jì)80年代，在酵母中發(fā)現(xiàn)了r-微管蛋白與微管的裝配有關(guān)，并提出了微管在中心體部位的成核模型。,60,中心體的結(jié)構(gòu),在細(xì)胞間期，中心粒位于細(xì)胞核附近；在有絲分裂期，位于紡錘體的兩極。,◇ 9個(gè)距離相等的三聯(lián)管 ◇ A管由放射幅在中心相連 ◇ A管伸出的另一短臂連接下一組微管的C管,(二)基體和其他微管組織中心,基體是纖毛和鞭毛的MTOC，其結(jié)構(gòu)與中心?；疽恢?。中心粒和基體是

31、同源結(jié)構(gòu)，在某些時(shí)候可以相互轉(zhuǎn)變。中心粒和基體都具有自我復(fù)制的性質(zhì)，一般情況下，新的中心粒是由原來的中心粒在S期復(fù)制而來。但也發(fā)現(xiàn)在某些細(xì)胞中，中心粒能自我發(fā)生。最近，人們又發(fā)現(xiàn)高爾基體的反面囊膜區(qū)域也有微管裝配的能力。,四、微管的動(dòng)力學(xué)性質(zhì),微管的穩(wěn)定性與微管所在細(xì)胞的生理狀態(tài)以及所結(jié)合的細(xì)胞結(jié)構(gòu)組分相關(guān)。在間期細(xì)胞中，大部分微管的一端與中心體相連，呈輻射狀向細(xì)胞的周緣伸展。當(dāng)細(xì)胞由間期進(jìn)入分裂期時(shí)，細(xì)胞質(zhì)微管幾乎全部解聚，新的微

32、管從細(xì)胞兩極的中心體部位長(zhǎng)出，形成星體微管和紡錘體微管。在正常生長(zhǎng)狀態(tài)的細(xì)胞中，微管的裝配和去組裝并不是同步進(jìn)行的，有的在組裝，而另一些在解聚。,五、 微管結(jié)合蛋白(microtubule associated protein, MAP),微管結(jié)合蛋白指始終伴隨著微管的組裝和去組裝而存在的一類蛋白質(zhì)。MAP通常都是單基因編碼的，具有1至數(shù)個(gè)與微管側(cè)面相附著的結(jié)構(gòu)域和1個(gè)從微管表面伸出去的臂。,64,種類: 已發(fā)現(xiàn)的MAP種類多數(shù)

33、存在于大腦中 I型: MAP1A和MAP1B II型: MAP2、MAP4和Tau,微管結(jié)合蛋白的活性主要由磷酸化和去磷酸化控制。,神經(jīng)細(xì)胞 軸突的物 質(zhì)運(yùn)輸,MAP功能: 1.使微管相互交聯(lián)形成束狀結(jié)構(gòu), 與其它細(xì)胞結(jié)構(gòu)交聯(lián), 如質(zhì)膜、微絲和中等纖維等，提高微管的穩(wěn)定性或改變其剛性。 2.影響微管的裝配速度（微管成核、延長(zhǎng)或縮短），調(diào)節(jié)微管在細(xì)胞內(nèi)的分布和功能。 3.分子動(dòng)力蛋白沿微管移動(dòng)，可轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡或大分子顆粒物質(zhì)。,

34、六、微管對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組織作用,真核細(xì)胞內(nèi)部都是高度區(qū)域化的結(jié)構(gòu)，微管與細(xì)胞器的分布以及細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生和維持有密切關(guān)系，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在細(xì)胞內(nèi)的鋪展、高爾基體在細(xì)胞內(nèi)的裝配和定向、細(xì)胞不對(duì)稱形狀（如神經(jīng)細(xì)胞和上皮細(xì)胞等）的產(chǎn)生和維持以及其中的物質(zhì)運(yùn)輸都需要微管的參與。,七、細(xì)胞內(nèi)依賴于 微管的物質(zhì)運(yùn)輸,真核細(xì)胞內(nèi)存在著精細(xì)的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)和分選機(jī)制，微管為細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸提供了軌道，在分子馬達(dá)的幫助下完成細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的物質(zhì)運(yùn)輸。,68,沿著微管

35、運(yùn)輸貨物的分子馬達(dá)主要有驅(qū)動(dòng)蛋白(kinesin)和動(dòng)力蛋白(dynein)兩大家族。 它們利用ATP供能產(chǎn)生推動(dòng)力、進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸。分子馬達(dá)的特性： ? 是能量轉(zhuǎn)化器,將化學(xué)能ATP轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。? 運(yùn)送細(xì)胞內(nèi)貨物多種多樣,包括各種類型的小泡、線粒體、溶酶體、染色體等。? 微管只作為物質(zhì)運(yùn)輸?shù)能壍溃粵Q定物質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆较?。而物質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆较驔Q定于不同的分子馬達(dá)。,69,（一）驅(qū)動(dòng)蛋白（kinesin）的結(jié)構(gòu)和功能,重鏈,輕鏈,

36、,,,由四聚體構(gòu)成，含兩個(gè)相同的重鏈和兩個(gè)相同的輕鏈。,大多數(shù)驅(qū)動(dòng)蛋白的馬達(dá)結(jié)構(gòu)域在重鏈的N端間或在重鏈的中部，這些驅(qū)動(dòng)蛋白所介導(dǎo)的物質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆较蚴怯晌⒐艿呢?fù)極向正極移動(dòng)。也有少數(shù)馬達(dá)結(jié)構(gòu)域在重鏈的C端，這類驅(qū)動(dòng)蛋白的運(yùn)動(dòng)方向則是由微管的正極向負(fù)極移動(dòng)。它們運(yùn)輸物質(zhì)的速度與ATP濃度相關(guān)，而且其運(yùn)動(dòng)是一步一步地進(jìn)行的。,+,,一類跨 膜蛋白,（二）驅(qū)動(dòng)蛋白沿微管運(yùn)動(dòng)的分子機(jī)制,驅(qū)動(dòng)蛋白沿微管運(yùn)動(dòng)的分子模型有兩種：1. 步行模型：認(rèn)為

37、驅(qū)動(dòng)蛋白的兩個(gè)球形頭部交替向前，酶水解1個(gè)ATP分子，位于后面的那個(gè)馬達(dá)結(jié)構(gòu)域?qū)⒁苿?dòng)兩倍的步距（即16 nm），變?yōu)轭I(lǐng)先位置。2. 尺蠖爬行模型：認(rèn)為驅(qū)動(dòng)蛋白兩個(gè)頭部，其中一個(gè)始終在前，另一個(gè)永遠(yuǎn)在后，每步移動(dòng)8 nm。,（三）動(dòng)力蛋白(dynein)的結(jié)構(gòu)和功能,含2-3條重鏈，不同種的輕鏈,有兩類動(dòng)力蛋白： ◇ 胞質(zhì)動(dòng)力蛋白：含2個(gè)馬達(dá)結(jié)構(gòu)域。 ◇ 纖毛和鞭毛的軸絲動(dòng)力蛋白：含3個(gè)馬達(dá)結(jié)構(gòu)域。,重鏈頭部是動(dòng)力產(chǎn)生部位,動(dòng)力蛋白

38、是已知馬達(dá)蛋白中最大、移動(dòng)速度最快的成員。含有2-3條重鏈和多條大小不等的輕鏈。,73,胞質(zhì)動(dòng)力蛋白的功能主要是介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)膜泡和細(xì)胞器沿微管從正極向負(fù)極運(yùn)輸、 高爾基體的定位，以及與有絲分裂紡錘體動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)相關(guān)。,在神經(jīng)細(xì)胞，左圖中兩類分子馬達(dá)蛋白把物質(zhì)向兩個(gè)相反方向運(yùn)輸 ?被運(yùn)輸物上可以結(jié)合著兩類分子馬達(dá)，物質(zhì)被運(yùn)輸?shù)姆较蛉Q于兩者所處的活性狀態(tài)。?動(dòng)力蛋白通過可溶的多亞基蛋白復(fù)合體與被運(yùn)輸物結(jié)合,74,有絲分裂中期,細(xì)胞質(zhì)動(dòng)力蛋白

39、（可能）參與的有絲分裂中的紡錘體的定位和染色體運(yùn)動(dòng),75,微管的功能,1. 支架作用，維持細(xì)胞的形態(tài),植物細(xì)胞內(nèi)微管的排列,2. 細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)能壍?物質(zhì)運(yùn)輸 －神經(jīng)細(xì)胞軸突，色素細(xì)胞,3.紡錘體和染色體的運(yùn)動(dòng),動(dòng)力蛋白,八、纖毛和鞭毛的結(jié)構(gòu)與功能,兩者都是從細(xì)胞質(zhì)中的基體（微管組織中心）生長(zhǎng)出來的，由排列成一捆的穩(wěn)定微管組成的，表面有細(xì)胞質(zhì)膜覆蓋的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。主要功能是移動(dòng)細(xì)胞表面的液體和推動(dòng)單細(xì)胞在液體中運(yùn)動(dòng)。,纖毛運(yùn)動(dòng),鞭

40、毛運(yùn)動(dòng),85,纖毛和鞭毛的結(jié)構(gòu),由規(guī)則排列的微管相互連接形成的骨架，稱軸絲。 基體是纖毛和鞭毛的MTOC。,軸絲橫截面：,88,微管滑動(dòng)模型 (sliding-microtubule model),?動(dòng)力蛋白頭部與二連管相鄰B管接觸，促使與動(dòng)力蛋白結(jié)合的ADP和Pi釋放，使動(dòng)力蛋白的頭部角度改變，頭部將B管向＋極推動(dòng)； ?新ATP的結(jié)合，促使動(dòng)力蛋白與相鄰B管脫落； ATP水解，頭部的角度恢復(fù)； ?帶有水解產(chǎn)物的動(dòng)力蛋白頭部與B

41、管的另一位點(diǎn)結(jié)合，開始下一循環(huán)。,,+,-,89,纖毛和鞭毛的運(yùn)動(dòng),＊在分離的二聯(lián)體微管之間，動(dòng)力蛋白的作用產(chǎn)生微管間 的滑動(dòng)； ＊在一條完整的鞭毛或纖毛中，通過其微管相互之間的滑 動(dòng)造成的是整個(gè)系統(tǒng)的彎曲。,,90,5.基體和中心粒,◇ 9個(gè)距離相等的三聯(lián)管 ◇ A管由放射幅在中心相連 ◇ A管伸出的另一短臂連接下一組微管的C管,基體只含有一個(gè)而非一對(duì)中心粒。,第三節(jié) 中間纖維intermediate filaments，

42、IF,中間絲存在于絕大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)，是最穩(wěn)定的細(xì)胞骨架成分，主要起支撐作用。IF在細(xì)胞質(zhì)中圍繞著細(xì)胞核分布，成束成網(wǎng)，并擴(kuò)展到細(xì)胞質(zhì)膜，與質(zhì)膜上的橋粒、半橋粒等相連，并由此將相鄰細(xì)胞連為一體。在細(xì)胞核內(nèi)也有中間絲分布。中間絲并不是所有真核細(xì)胞都必需的結(jié)構(gòu)組分。,橋粒,半橋粒,中間絲組成較復(fù)雜，不同來源的組織細(xì)胞表達(dá)不同類型的中間絲蛋白。通常一種細(xì)胞含有一種中間纖維，少數(shù)含有2種以上。中間絲可分為6種主要類型：1.角蛋白纖維2.

43、波形蛋白纖維3.結(jié)蛋白纖維4.膠質(zhì)纖維絲蛋白5.神經(jīng)絲蛋白6.外周蛋白,一、中間絲的主要類型和組成成分,（一）角蛋白纖維(keratin filament)為表皮細(xì)胞特有，具有α和β兩類，β角蛋白存在于細(xì)胞中，α角蛋白形成頭發(fā)、指甲等堅(jiān)韌結(jié)構(gòu)。細(xì)胞內(nèi)角蛋白纖維分為：酸性角蛋白（I型）、中性或堿性角蛋白（II型）。組裝時(shí)首先由I型和II型組成異二聚體，再形成中間纖維。（二）結(jié)蛋白纖維(desmin filament)又稱骨

44、骼蛋白skeletin，存在于肌肉細(xì)胞中，主要功能是使肌纖維連在一起。,（三）神經(jīng)膠質(zhì)纖維(neuroglial filament)存在于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。起支撐作用。（四）波形纖維蛋白(vimentin filament)存在于間充質(zhì)細(xì)胞及中胚層來源的細(xì)胞中。（五）神經(jīng)元纖維(neurofilament)是由三種分子量不同的多肽組成的異聚體，功能是提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展和防止斷裂。,胞質(zhì)中間絲蛋白分子中部為高度保守的螺旋化桿狀區(qū)；

45、兩端是非螺旋化的球形頭（N端）尾（C端）部，這兩個(gè)結(jié)構(gòu)域序列和長(zhǎng)度多變，在中間絲的組裝過程中發(fā)揮作用。,中間絲桿狀區(qū)由2個(gè)螺旋和3個(gè)β-折疊構(gòu)成，每個(gè)螺旋區(qū)還分為A、B兩個(gè)亞區(qū)。,二、IF的裝配與表達(dá),中間絲蛋白在合適的緩沖體系中能自我組裝，而且組裝過程不需要ATP或GTP供能。其組裝過程如下：①兩個(gè)單體形成超螺旋二聚體（角蛋白為異二聚體）；②兩個(gè)二聚體反向平行組裝成四聚體；③四聚體組成原纖維；④8根原纖維組成中間纖維。中間絲

46、裝配的特點(diǎn)：IF沒有極性；無動(dòng)態(tài)蛋白庫(kù)；裝配與溫度和蛋白濃度無關(guān)；不需要ATP、GTP或結(jié)合蛋白的輔助。,,中間纖維在胞質(zhì)中形成發(fā)達(dá)的纖維網(wǎng)絡(luò)，在外側(cè)與質(zhì)膜上的特定部位連接；在細(xì)胞內(nèi)側(cè)中間絲源自細(xì)胞核的周緣，并與核膜有聯(lián)系。在核膜內(nèi)側(cè)有核纖層構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。核纖層還是染色質(zhì)的主要錨定位點(diǎn)。,三、IF與其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)的聯(lián)系,胞質(zhì)骨架三種組分的比較,三種細(xì)胞骨架成分間的區(qū)分與關(guān)系表現(xiàn)為：1.細(xì)胞內(nèi)三種骨架成分可同時(shí)存在，自成系統(tǒng)。微絲、微管和中