细胞骨架、细胞连接课件.docx

第十二章 细胞骨架 cytoskeleton概述概念：由微管(microtubule)、微丝(microfilament)、中间纤维(intermediate filament)构成的蛋白质网架结构。保持细胞的形状结构、参与细胞的运动、分裂等。组成/分类：微管（MT） 20-30 nm 微丝（MF） 5-6 nm 中间纤维（IF） 7-11nm 各种纤维均由单体/亚单位聚合形成含量：细胞总蛋白的 10-30%特点：真核细胞特有，进化上高度保守功能：几乎参与一切重要的生命活动：细胞、细胞核的形态；细胞器的定位；细胞运动；细胞内外的物质运输；细胞信号转导；细胞分裂与分化；肌肉收缩第一节 微 管 主要由、微管蛋白构成的中空小管，具有极性，在细胞中以三种不同的形式存在，行使维系细胞形态结构、细胞器位置、物质运输等作用。一、 化学组成与形态结构1. 化学组成：微管蛋白（tubulin）、微管蛋白主要成分，含有GTP/GDP、二价阳离子结合位点等 微管蛋白微管组织中心（MTOC）中2. 结构：、微管蛋白构成异二聚体微管基本结构 具有极性的中空小管：增长速度快的一端为正端，另一端为负端3. 存在形式：单微管细胞质中，不稳定二联微管、三联微管纤毛、鞭毛、中心体中，较稳定二、 微管结合蛋白（MAP）1. 分类：MAP-1、MAP-2、MAP-4、tau 马达蛋白（motor protein）2. 功能：与微管结合，调节微管装配，稳定微管结构，参与物质运输和信号转导等三、 组装动态调节：非稳态动力学模型（主） GTP、微管蛋白浓度为主要因素 GTP-微管蛋白对微管末端的亲和力大 GDP-微管蛋白对微管末端的亲和力小组装过程：成核期（延迟期）：寡聚体核心片状带微管限速期聚合期（延长期）：聚合速度大于解聚速度稳定期：聚合与解聚速度相等（一） 体外组装1. 主要条件：GTP、微管蛋白浓度2. 其他条件：Ca2+、Mg2+、pH值、温度3. 体外组装：异二聚体核心形成微管聚合（GTP-微管蛋白亚基，防止解聚）微管解聚（GDP-微管蛋白亚基，趋于解聚） 异二聚体亚单位重复排列具有极性，微管结构也具有极性（二） 体内装配1. 成核：MTOC部位：中心体形成-TuRC（微管蛋白环形复合体），促进微管核心形成纤毛、鞭毛的基体功能：细胞内微管聚合时，核心形成位点2. 极性：负端：MTOC，即起始端正端：背向MTOC（三） 影响组装的因素1. GTP、微管蛋白浓度；温度、pH值、离子浓度等2. 药物：紫杉醇（taxol）防止解聚 秋水仙素（colchicine）、秋水仙胺（colcemid）抑制聚合 长春新碱（vincristine）、长春花碱抑制聚合四、 功能1. 维持细胞形态2. 形成特化结构中心体、纤毛、鞭毛（1） 中心体：由中心粒及中心粒旁物质构成；中心粒为一对9组三联微管（9+0型）功能：MTOC（形成胞质微管、纺锤体），维持细胞形状，参与物质运输 （2）纤毛、鞭毛： 化学组成：微管（单、二联微管）结构：9+2型中央微管（两条单微管，基体无中央微管）、周围微管（9组二联微管）、中央鞘； 连接蛋白、动力蛋白臂（有ATP酶活性）、辐条等功能：运动纤毛短而多，规律运动；鞭毛长而少，摆动 清除细胞表面异物、输卵（纤毛）3. 参与物质运输马达蛋白（motor protein），可分为动力蛋白（dynein）和驱动蛋白（kinesin）。均含有两个ATP结合头部（有ATP酶活性）、一个尾部。动力蛋白沿微管由正端向负端移动，为鞭毛、纤毛运动提供动力驱动蛋白沿微管由负端向正端移动4. 维持细胞器的定位、分布5. 参与染色体运动，调节细胞分裂纺锤体6. 参与信号转导第二节 微 丝又称肌动蛋白纤维，是由肌动蛋白构成的纤维状细丝，具有极性，维系细胞形态、参与物质运输、细胞形态改变等。一、 化学组成与形态结构1. 化学成分：肌动蛋白（actin）两个结构域，含有ATP/ADP、二价阳离子结合位点2. 存在形式：单体：球形肌动蛋白（G-肌动蛋白）多聚体：纤维状肌动蛋白（F-肌动蛋白）3. 结构：由G-肌动蛋白单体构成双股螺旋、可弯曲的蛋白纤维，可聚集成束，或成立体网络 具有极性：生长快的一端为正端，另一端为负端二、 微丝结合蛋白1. 分类：单体隔离蛋白抑制聚合交联蛋白形成网络末端阻断蛋白调节微丝长度纤维切割蛋白调节微丝长度肌动蛋白纤维去聚合蛋白促进解聚膜结合蛋白调节质膜移动2. 功能：辅助微丝的组装，影响其构型三、 组装1. 动态调节：踏车模型（主） ATP、肌动蛋白浓度是调节的主要因素 ATP-肌动蛋白 对微丝末端亲和性高聚合 ADT-肌动蛋白 对微丝末端亲和性低解聚2. 组装过程：成核期（延迟期）G-肌动蛋白聚合成三聚体，即核心，为限速期 生长期（延长期）G-肌动蛋白在核心两端聚合，聚合速度快于解聚 平衡期聚合速度等于解聚3. 影响因素：（1） 主要因素：ATP、G-肌动蛋白、离子浓度（Mg2+、K+、Ca2+）等（2） 药物：细胞松弛素B（cytochalsin B）抑制聚合，作用可逆 鬼笔环肽（phalloidin）抑制解聚四、 功能1. 维持细胞形态细胞皮层位于细胞膜下的由微丝及微丝结合蛋白构成的网状结构，维持细胞形态微穗、丝状伪足、片状伪足特化结构：微绒毛绒毛蛋白、毛缘蛋白、肌球蛋白I、钙调蛋白、微丝结合蛋白等，增强吸收功能应力纤维*细胞膜下方，与细胞长轴一致的微丝束，维持细胞形状等2. 参与细胞运动伪足3. 参与细胞分裂收缩环*4. 参与肌肉收缩肌小节结构：粗肌丝、细肌丝； 粗肌丝由肌球蛋白II（myosin II）构成；肌球蛋白II：主要分布于肌细胞；含有两个球形头部 (具有ATPase活性)和一个尾部链 尾部相互缠绕，形成粗肌丝 细肌丝由原肌球蛋白、肌动蛋白、肌钙蛋白构成原肌球蛋白(tropomyosin)由两条平行的多肽链形成-螺旋,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。 肌钙蛋白 (Troponin,)为复合物，包括三个亚基，能特异与Ca2+、原肌球蛋白结合; 可抑制肌球蛋白ATPase活性) 功能：肌收缩的基本结构单位肌收缩：肌球蛋白II的头部与相邻细肌丝结合并发生构象变化。 步骤：接合释放直立力产生重新接合5. 参与物质运输6. 参与信号转导五、 微丝收缩结构1. 收缩环：结构组成：肌动蛋白、肌球蛋白II构成腰带状束，为临时性结构依赖于Ca2+、ATP，可被细胞松弛素B抑制功能：胞质分裂2. 应力纤维：结构组成：肌动蛋白、辅肌球蛋白构成束状结构，沿细胞长轴排列功能：维持细胞形态、胚胎发育、创伤修复等3. 粘合带：结构组成：跨膜蛋白、胞内附着蛋白、微丝束（肌动蛋白、肌球蛋白II）依赖于ATP功能：细胞连接、胚胎发育第三节 中 间 纤 维 又称中间丝，是稳定的细胞骨架成分。一、 化学组成与形态结构1. 化学组成：中间纤维蛋白（丝状蛋白） 具有杆状区（螺旋）和头部（N端）、尾部（C端）杆状区为保守区，含有七位复件，是形成螺旋的关键部位头、尾部为高度可变区2. 结构：由中间纤维蛋白构成的纤维状多聚体，不具有极性二、 组装与调节1. 组装：中间纤维蛋白单体二聚体有极性四聚体不具有极性中间纤维不具有极性，由32条单体构成2. 调节：丝氨酸、苏氨酸磷酸化：磷酸化则趋于去组装；去磷酸化则趋于组装三、 类型组织分布具有特异性：角蛋白上皮细胞波形蛋白间充质来源的细胞结蛋白肌细胞核纤层蛋白细胞核神经丝蛋白神经细胞巢蛋白神经干细胞四、 功能1. 构成细胞网架结构细胞、细胞核2. 提供机械强度支持3. 参与细胞连接4. 参与物质运输、信息传递5. 参与细胞分化第四节 相关疾病肿瘤微管、微丝组装异常Alzheimers diseases 阿尔茨海默病微管组装异常单纯性疱性表皮松解症中间纤维角蛋白CK14基因突变，蛋白表达异常细胞骨架比较：项目微管微丝中间纤维化学组成、微管蛋白G-肌动蛋白中间纤维蛋白结构特点中空管状纤维双股螺旋束32条单体构成的多级螺旋极性有有四聚体结构以上无结合蛋白有有无分布近细胞核质膜内侧细胞质、细胞核组装非稳态动力模型成核期、聚合期、稳定期踏车模型成核期、生长期、平衡期单体二聚体四聚体纤维调节因素GTP、微管蛋白离子浓度、温度等ATP、肌动蛋白离子浓度丝、苏氨酸磷酸化药物紫杉醇、秋水仙素、长春新碱等细胞松弛素B、鬼笔环肽等无特化结构中心体、鞭毛、纤毛纺锤体应力纤维、细胞皮层、伪足收缩环、微绒毛核纤层*功能维持细胞形态维持细胞器定位形成中心体、鞭毛、纤毛参与物质运输参与细胞分裂参与信号转导维持细胞形态参与细胞运动参与肌肉收缩参与细胞分裂参与物质运输参与信号转导维持细胞、细胞核形态参与细胞连接参与物质运输、信息传递参与细胞分化提供机械支持第七章 细胞连接与细胞粘连 cell junction and cell adhesion第一节 细胞连接细胞连接：相邻细胞局部质膜及细胞间隙所形成的特化结构。分类：封闭连接、锚定连接、通讯连接类型名称主要特征主要分布封闭连接封闭连接形成封闭索上皮组织锚定连接细胞骨架参与1. 粘着连接微丝参与粘着带/粘合带细胞与细胞之间上皮组织粘着斑/粘合斑细胞与细胞外基质（ECM）上皮细胞基底部2. 桥粒连接中间纤维参与桥粒/点状桥粒细胞与细胞之间心肌、上皮组织半桥粒细胞与细胞外基质（ECM）上皮细胞基底部通讯连接连接结构介导细胞通讯1. 间隙连接由连接小体介导大多数动物组织中2. 化学突触神经突触通讯连接神经细胞间和神经-肌肉间3. 胞间连丝植物细胞通讯连接仅存在于植物细胞一、 封闭连接（紧密连接）1. 分布：广泛存在于上皮细胞2. 存在部位：上皮细胞顶端侧壁3. 结构：由跨膜蛋白形成封闭索 跨膜蛋白包括封闭蛋白（occludin）、封闭连接蛋白（claudin）4. 功能：（1）封闭 阻止物质自由通过细胞间隙，保证物质转运的方向性防止转运蛋白的扩散 （2）屏障 （3）机械支持5. 调节：Ca2+、生理环境、生理需要二、 锚定连接分布：广泛存在于各种组织结构：细胞骨架、跨膜糖蛋白/跨膜连接蛋白、胞内附着蛋白功能：抗机械张力作用强调节：依赖于Ca2+类型：（见表）锚定连接的分类和结构组成锚定连接跨膜糖蛋白胞外配体胞内附着蛋白细胞骨架细胞与细胞粘着带钙粘素（E-钙粘素）相邻细胞的钙粘素、和连环蛋白、粘着斑蛋白，-辅肌动蛋白微丝桥粒钙粘素（桥粒芯蛋白，桥粒胶蛋白）相邻细胞的钙粘素连环蛋白、桥粒斑蛋白中间纤维细胞与ECM粘着斑整合素ECM中的纤粘连蛋白踝蛋白、粘着斑蛋白、-辅肌动蛋白等微丝半桥粒整合素（64）ECM中的层粘连蛋白网蛋白中间纤维（一） 粘合带/粘着带（adhesion belt, zonula adherens）1. 存在部位：上皮细胞侧面，紧密连接下方2. 结构： 跨膜糖蛋白钙粘素（cadherin） 胞内附着蛋白连环蛋白（catenin）、粘着斑蛋白（vinculin） 细胞骨架微丝3. 功能：细胞连接抗机械拉力维持、调节细胞形态，传递细胞收缩力4. 调节：Ca2+（二） 粘合斑/粘着斑（adhesion plaque, focal contact）1. 存在部位：上皮细胞基底面2. 结构： 跨膜糖蛋白整合素（integrin） 胞内附着蛋白踝蛋白（talin）、粘着斑蛋白（vinculin） 细胞骨架微丝3. 功能：与ECM贴附，参与细胞迁移、贴壁铺展、信号转导4. 调节：Ca2+（三） 点状桥粒/桥粒(desmosome)1. 存在部位：上皮细胞侧面、粘合带下方，心肌细胞闰盘2. 结构： 跨膜糖蛋白钙粘素（桥粒芯蛋白（desmoglein、桥粒胶蛋白（desmocollin） 胞内附着蛋白桥粒斑珠蛋白（plackoglobin）、桥粒斑蛋白（desmoplackin）等 形成胞质斑（cytoplasmic plaque）结构细胞骨架中间纤维4. 功能：细胞连接抗机械拉力作用非常强 维持细胞形态4. 调节：Ca2+ 可被胰蛋白酶、胶原酶、透明质酸酶、Ca2+螯合剂等破坏5. 疾病：天疱疮（pemphigus），自身免疫异常使桥粒结构破坏（四） 半桥粒(hemidesmosome)1. 存在部位：上皮细胞基底面2. 结构： 跨膜糖蛋白整合素胞内附着蛋白网蛋白 形成胞质斑结构 细胞骨架中间纤维3. 功能：抗机械拉力作用强细胞贴附、铺展4. 调节：Ca2+可被Ca2+螯合剂、胰蛋白酶等破坏连接复合体：紧密连接、粘合带、点状桥粒三、 通讯连接分类：间隙连接（gap junction）、化学突触（chemical synapse）和胞间连丝（plasmodesmata）（一） 间隙连接1. 存在部位：广泛分布在细胞侧面近基底部2. 结构：连接子/连接小体（connexon）基本结构单位 连接子亚单位：连接蛋白（connexin） 6个连接蛋白构成一个环形筒状结构即连接子；两个连接子端端对合连接，形成可调控的亲水性孔道3. 功能：细胞连接 细胞通讯：代谢偶联、电偶联4. 调节：细胞外信号、膜电位、胞质中Ca2+浓度、pH等 （二） 化学突触1. 分布：可兴奋细胞2. 结构：突触前膜、突触间隙、突触后膜 突触突起终末称突触小体，内有突触小泡（内含神经递质）3. 功能：释放神经递质，传导兴奋细胞连接比较内容紧密连接锚 定 连 接通讯连接间隙连接粘合带粘合斑桥粒半桥粒部位侧面顶侧面基底面侧面基底面侧面基底结构封闭索跨膜蛋白：封闭蛋白封闭连接蛋白跨膜糖蛋白：钙粘素胞内附着蛋白细胞骨架：微丝跨膜糖蛋白：整合素胞内附着蛋白细胞骨架：微丝胞质斑跨膜糖蛋白：钙粘素胞内附着蛋白细胞骨架:中间纤维胞质斑跨膜糖蛋白：整合素胞内附着蛋白细胞骨架:中间纤维连接小体连接蛋白功能封闭、隔离连接、抗拉、传递收缩力粘附、铺展、迁移等连接、强抗拉等粘附、铺展、强抗拉连接、通讯调节Ca2+电位、Ca2+、pH、信号等第二节 细胞粘连一、 细胞粘连通过特定的细胞粘附分子（cell adhesion molecule，CAM）介导的细胞与细胞或细胞与细胞外基质的联系。二、 细胞粘附分子分类：钙粘素、选择素、整合素、免疫球蛋白超家族CAM 结构：均为跨膜糖蛋白由三部分组成 胞外区：带有糖链，负责与配体的识别；跨膜区；胞质区：细胞骨架相连或与化学信号分子相连，以活化信号转导途径。 （一） 钙粘素（cadherin）1. 特性：依赖于Ca