细胞生物学-第六章细胞骨架1课件

细胞骨架Cytoskeleton存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系细胞生物学第六章细胞骨架1培养细胞经过固定后用考马斯亮蓝染色，便可显示出遍布于整个细胞内的各种蛋白质性的丝状结构细胞生物学第六章细胞骨架1广义细胞骨架细胞外基质细胞膜骨架细胞质骨架细胞核骨架胶原非胶原糖蛋白氨基聚糖和蛋白聚糖弹性蛋白微丝微管中间纤维核基质核纤层染色体骨架细胞生物学第六章细胞骨架1细胞生物学第六章细胞骨架1细胞质骨架的组成和分布肌动蛋白纤维(AF)主要分布在细胞质膜的内侧和细胞核膜的内侧细胞生物学第六章细胞骨架1细胞质骨架的组成和分布微管主要分布在核周围,并呈放射状向胞质四周扩散细胞生物学第六章细胞骨架1细胞质骨架的组成和分布中间纤维分布在整个细胞中细胞生物学第六章细胞骨架1细胞骨架的主要功能细胞生物学第六章细胞骨架1第一节微丝

Section1Microfilament细胞生物学第六章细胞骨架1微丝的分类和存在的部位永久性微丝:eg.肌肉中细丝MF;肠上皮细胞微绒毛中MF。NonvolatileMF:MFinmuscle,MFinmicrovillusoftheintestinalepithelialcell.暂时性微丝,只在需要时装配:eg.胞质分裂环中MF；无脊椎动物精子细胞顶体反应中MF，血小板。TemporaryMF:assembledwhenneeded.Eg.MFincytokinesisring,MFinacrosomereactionininvertebratespermiccell,MFinplatelet.细胞生物学第六章细胞骨架1微绒毛有丝分裂环细胞生物学第六章细胞骨架1一、MF的组成和结构基本单位——肌动蛋白

球状肌动蛋白（G-actin)纤维状肌动蛋白（F-actin)细胞生物学第六章细胞骨架11G-actin的结构：

（1）立体结构：Actinmonomerisdepictedaboveintwodisplaymodes.ATPbinds,alongwithMg++,withinadeepcleftintheprotein.细胞生物学第六章细胞骨架1（2）Actinhaspolarity：plusend；minusend：细胞生物学第六章细胞骨架12.F-actin的结构（1）结构：直径约7nm，单根微丝形成的双螺旋结构，每圈14个G-actin.细胞生物学第六章细胞骨架12.F-actin的结构（2）极性：Eachsubunithaspolarity&allsubunitsarepointedinsamedirection,soentireMFhaspolarity。细胞生物学第六章细胞骨架1（一）微丝的组装1.组装的条件：需要ATP和一定的盐浓度2.组装的过程：

成核期

生长期

平衡期二、微丝的组装和动态调节细胞生物学第六章细胞骨架1二、微丝的组装成核期nucleationphase或延迟期：限速过程。形成稳定的三聚体核心。生长期growthphase或延长期：聚合速度＞解聚速度正极的组装速度＞＞负极，平衡期equilibriumphase聚合速度≌解聚速度细胞生物学第六章细胞骨架1微丝纤维的负染电镜照片微丝的正极聚合速度较快，负极较慢细胞生物学第六章细胞骨架1MF体外组装的三个阶段FIGURE:PolymerizationofG-actininvitrooccursinthreephases.Intheinitialnucleationphase,ATP–G-actinmonomers(pink)slowlyformstablecomplexesofactin(purple).Thesenucleiarerapidlyelongatedinthesecondphasebytheadditionofsubunitstobothendsofthefilament.Inthethirdphase,theendsofactinfilamentsareinasteadystatewithmonomericATP–G-actin.Aftertheirincorporationintoafilament,subunitsslowlyhydrolyzeATPandbecomestableADP–F-actin(white).细胞生物学第六章细胞骨架1（二）微丝组装的动态调节1.非稳态动力学模型dynamicinstabilitymodel，调节延长期。ATP是调节微丝组装的动力学不稳定行为的主要因素。ATP-actin对F-actin末端的亲和性高，ADP-actin对F-actin末端的亲和性低。ATP-actin浓度与其聚合速度成正比。细胞生物学第六章细胞骨架1调节机制：①ATP-actin对F-actin末端具有高亲和力，其一旦结合到末端则ATP→ADP+Pi，即ATP-actin→ADP-actin，ADP-actin与F-actin末端亲和力低，易从末端脱落。②当ATP-actin浓度高时，ATP-actin聚合的速度大于ATP-actin

转化为ADP-actin的速度，在微丝末端形成一串ATP-actin，构成ATP帽。③随着浓度的降低，聚合速度下降，而ATP→ADP+Pi的速度不变，帽不断缩小而消失，暴露ADP-actin，由于ADP-actin亲和力低，微丝不断解聚。细胞生物学第六章细胞骨架1肌动蛋白的非稳态动力学模型细胞生物学第六章细胞骨架12.踏车运动微丝在装配时，若G肌动蛋白分子添加到F肌动蛋白丝上的速率正好等于G-肌动蛋白分子从F-肌动蛋白上失去的速率时，微丝的净长度没有改变。细胞生物学第六章细胞骨架1细胞生物学第六章细胞骨架1三微丝特异性药物I细胞松弛素(cytochalasins)—切断MF,结合在MF末端,阻抑actin聚合—破坏微丝的三维网络II鬼笔环肽(philloidin)—与微丝有强亲合作用,稳定微丝,抑制解聚—只与F-actin/MF结合,不与G-actin结合,标记细胞中的微丝细胞生物学第六章细胞骨架1（一）构成细胞的支架，维持细胞的形态（二）作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩（三）参与细胞分裂（四）参与细胞运动（五）参与细胞内的物质运输（六）参与细胞内的信号转导四微丝的功能细胞生物学第六章细胞骨架1（一）构成细胞的支架，维持细胞的形态

1、MicrovillionIntestinalEpithelialCells（1）function①增加肠上皮表面积：肠上皮C有1000个微绒毛②营养物质传递功能（2）structure（3）Microvillicomponent：微绒毛的核心是由20-30个同向平行的微丝组成的束状结构，其中含有绒毛蛋白、毛缘蛋白、肌球蛋白-1、钙调蛋白和血影蛋白细胞生物学第六章细胞骨架1小肠绒毛细胞生物学第六章细胞骨架1细胞生物学第六章细胞骨架1（二）肌肉收缩(musclecontraction)

肌肉可看作一种特别富含细胞骨架的效力非常高的能量转换器，它直接将化学能转变为机械能。◆肌肉的细微结构(以骨骼肌为例)◆肌小节的组成

◆肌肉收缩系统中的有关蛋白

◆肌肉收缩的滑动模型

细胞生物学第六章细胞骨架1肌纤维TEM照片细胞生物学第六章细胞骨架1肌小节细胞生物学第六章细胞骨架1细胞生物学第六章细胞骨架1肌原纤维粗肌丝细肌丝肌动蛋白原肌球蛋白肌钙蛋白肌球蛋白细胞生物学第六章细胞骨架1肌肉收缩系统中的有关蛋白肌球蛋白MyosinⅡ主要分布于肌细胞。由两个重链和4个轻链组成，重链形成一个双股α螺旋，一半呈杆状，另一半与轻链一起折叠成两个球形区域，位于分子一端，球形的头部具有ATP酶活性,多个Myosin尾部相互缠绕，形成myosinfilament,即粗肌丝。细胞生物学第六章细胞骨架1②原肌球蛋白(tropomyosin,Tm)由两条平行的多肽链形成α-螺旋构型,位于肌动蛋白螺旋沟内,结合于细丝,调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。细胞生物学第六章细胞骨架1③肌钙蛋白(Troponin,Tn)为复合物，包括三个亚基：TnC(Ca2+敏感性蛋白)能特异与Ca2+结合;TnT(与原肌球蛋白结合);TnI(抑制肌球蛋白ATPase活性)细胞生物学第六章细胞骨架1细胞生物学第六章细胞骨架1动作电位产生Ca++的释放肌肉收缩的原理细胞生物学第六章细胞骨架1原肌球蛋白的位移当肌浆中的钙离子达到一定浓度时，钙离子与肌钙蛋白的TnC结合，TnI亚基同肌动蛋白的连接减弱，并从肌动蛋白生的原结合部位移开，肌钙蛋白牵引着原肌球蛋白移向肌动蛋白双螺旋沟的深部。使肌动蛋白上原来被原肌球蛋白占据的肌球蛋白结合位点暴露出来接合肌球蛋白的头部与肌动蛋白丝紧密结合，又称强直构象细胞生物学第六章细胞骨架1释放结合过程非常短暂，ATP可以很快与肌球蛋白结合。ATP结合与肌球蛋白头部后可诱导肌动蛋白发生构象变化，使肌球蛋白头部对细肌丝的亲和力下降细胞生物学第六章细胞骨架1直立肌球蛋白头部的ATP结合位点关闭，启动一明显的构想变化，使ATP的头部沿细肌丝移动，在该过程中，ATP水解，水解产生的ADP和Pi仍结合在肌球蛋白上细胞生物学第六章细胞骨架1力产生肌球蛋白头部微弱的结合到细丝的一个新结合位点上，释放出Pi，使肌球蛋白头部与肌动蛋白紧密结合，产生机械力，使肌球蛋白发生构象变化，肌球蛋白头部结合的ADP释放，恢复到原始构象肌球蛋白头部与细肌丝紧密地结合，但此时肌动蛋白头部结合在细肌丝的新位点，并沿细肌丝正端行走了一段距离，从而导致肌肉收缩重新接合细胞生物学第六章细胞骨架1钙离