细胞骨架医学PPT.ppt

细胞骨架 学习内容 掌握细胞骨架的概念及分类 微管 微丝 中间纤维的成分 结构特点和功能 微管和微丝特异性药物的应用 熟悉微管 微丝组装的过程及其特点 影响微管 微丝组装的因素 微管 微丝和中间纤维主要特征的比较 熟悉细胞骨架与疾病 概述第一节微管第二节微丝第三节中间纤维第五节细胞骨架与疾病 内容 概述 一 细胞骨架的概念 细胞骨架 cytoskeleton 是指真核细胞中与保持细胞形态结构和细胞运动有关的纤维网络 包括微管 微丝和中间丝 细胞骨架立体结构模式图 微管主要分布在核周围 并呈放射状向胞质四周扩散 微丝主要分布在细胞质膜的内侧和细胞核膜的内侧 中间纤维则分布在整个细胞中 二 细胞骨架的功能 1 构成细胞内支撑和区域化的网架 2 参与细胞的运动和细胞内物质的运输 3 参与细胞的分裂活动 4 参与细胞内信息传递 细胞骨架功能示意图 第一节微管 MF 1 和 微管蛋白 一 微管的化学组成微管 一种具有极性的细胞骨架成分之一 由微管蛋白异源二聚体为基本构件 螺旋盘绕形成微管的壁 和微管结合蛋白组成的中空圆孔柱状结构 微管蛋白 微管蛋白 微管蛋白 微管蛋白 在 微管蛋白和 微管蛋上各有一个GTP结合位点 Mg2 Ca2 结合位点和一个秋水仙素结合位 a 微管结构模式图b 微管横切面C 电镜图象 在每根微管中二聚体头尾相接 形成细长的原纤维 13条原纤维纵向排列组成微管的壁 由 微管蛋白和一些其他相关蛋白构成 是微管的一种高效的集结结构 在中心体中是微管装配的起始结构 2 微管蛋白环状复合物 TuRC 3 微管的三种存在形式 单管微管由13根原丝组成 是胞质微管的主要存在形式 二联管主要分布在纤毛和鞭毛的杆状部分 三联管主要分布在中心粒及纤毛和鞭毛的基体中 二 微管结合蛋白 microtubule associatedprotein MAP 这是一类以恒定比例与微管结合的蛋白 决定不同类型微管的独特属性 参与微管的装配 是维持微管结构和功能的必需成份 MAP 1 MAP 2 Tau主要存在于神经元中MAP 4广泛存在于各种细胞中种MAP的活性主要通过蛋白激酶和磷酸酶控制 1 微管结合蛋白的种类和特点 微管结合蛋白MAP 2 碱性结合区 酸性区域 2 微管结合蛋白的功能 1 调节微管装配 2 增加微管的稳定性和强度 3 在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒 4 作为细胞外信号的靶位点参与信号转导 三 微管的组装和极性 组装过程分三个时期 成核期 聚合期和稳定期 成核期 先由 和 微管蛋白聚合成一个短的寡聚体结构 即核心形成 聚合期 微管蛋白聚合速度大于解聚速度 微管延长 稳定期 游离微管蛋白浓度下降 达到临界浓度 微管的组装与去组装速度相等 微管长度相对恒定 一 微管的体外组装 极性装配 装配快的一端 微管蛋白 为 极 装配慢的一端 微管蛋白 为 极踏车现象 组装和去组装达到平衡 组装条件 微管蛋白异二聚体达到临界浓度 有Mg2 存在 无Ca2 pH6 9 37 异二聚体即组装成微管 同时需要由GTP提供能量 微管的体外组装过程与踏车现象模式 二 微管的体内装配 微管组织中心 microtubuleorganizingcenter MTOC 在空间上为微管装配提供始发区域 控制着细胞质中微管的数量 位置及方向 包括 中心体 纤毛和鞭毛的基体 微管在中心体部位的成核模型 微管在中心体上的聚合 A 中心体的无定形蛋白基质中含有 微管蛋白环 它是微管生长的起始部位 B 中心体上的 微管蛋白环 C 中心体与附着其上的微管 负端被包围在中心体中 正端游离在细胞质中 三 微管组装的动态调节 非稳态动力学模型 该模型认为 微管组装过程不停地在缩短和增长两种状态中转变 表现动态不稳定性 微管在体外组装时 游离微管蛋白的浓度和GTP水解成GDP的速度决定微管的稳定性 四 作用于微管的特异性药物 秋水仙素 抑制微管的组装紫衫醇 阻止微管的去组装 增强微管稳定性长春新碱 结合微管蛋白异二聚体 抑制聚合 四 微管的功能 一 构成细胞的支架并维持细胞的形态 二 参与细胞内物质的运输 微管为细胞内物质的运输提供轨道 通过马达蛋白完成物质运输任务 1 马达蛋白 motorprotein 这是一类利用ATP水解产生的能量驱动自身携带运载物沿着微管或微丝 肌动蛋白纤维 运动的蛋白质 可分为三个不同的家族 驱动蛋白 介导沿微管的 极向 极的运输动力蛋白 介导从微管的 极向 极的运输 主要特点 驱动蛋白功能特点 移动的速度与ATP的浓度有关速度高时 可达到每秒900nm 功能参与细胞分裂运输小泡和各种膜结合细胞器 胞质动力蛋白与膜泡的附着 细胞中微管介导的物质运输 三 维持细胞内细胞器的空间定位和分布 参与内质网 高尔基复合体 纺锤体的定位及分裂期染色体位移 四 微管参与中心粒 纤毛和鞭毛的形成细胞的变形运动 纤毛 鞭毛运动 中心粒 由9组三联微管环状斜向排列 纤毛和鞭毛 由9组二联微管和一个中央微管排列 9 2 纤毛和鞭毛动力微管的滑动模型 外周二联管 五 微管参与染色体的运动 调节细胞分裂 六 微管参与细胞内信号传递 如hedgehog JNK Wnt ERK及PAK蛋白激酶信号通路 第二节微丝 MF 一 微丝的结构与肌动蛋白微丝 MF 又称为肌动蛋白纤维 是指真核细胞中由肌动蛋白组成的细胞丝 F 肌动蛋白 纤维状 肌动蛋白 G 肌动蛋白 球形 肌动蛋白 肌动蛋白单体 外观呈哑铃形 三个结合位点 一个ATP结合位点两个肌动蛋白结合蛋白的结合位点 每条微丝由2条平行的肌动蛋白单链以右手螺旋方式相互盘绕而成 具有极性 肌动蛋白和微丝的结构模式图A G 肌动蛋白三维结构 B F 肌动蛋白分子模型 C F 肌动蛋白电镜照片 二 肌动蛋白结合蛋白 actin bindingprotein 是细胞内存在的一大类能与肌动蛋白单体或肌动蛋白纤维结合的 能改变其特性的蛋白 按其功能可分为三大类 与F 肌动蛋白的聚合有关的蛋白 与微丝结构有关的蛋白 与微丝收缩有关的蛋白 肌动蛋白结合蛋白功能示意图 一 微丝的体外组装过程分三个阶段 成核期 延长期 稳定期 成核期 延长期 稳定期 成核因子通过成核作用来加速肌动蛋白的聚合 三 微丝的组装 二 微丝的组装可用踏车模型和非稳态动力学模型来解释 微丝正极与负极都能生长 生长快的一端为正极 慢的一端为负极 去装配时 负极比正极快 由于G actin在正极端装配 负极去装配 从而表现为踏车行为 非稳态动力学模型认为ATP是调节微丝组装的动力学不稳定性行为的主要因素 三 微丝的组装受多因素影响 多种药物影响微丝组装 细胞松弛素 与微丝的正端结合抑制聚合过程鬼笔环肽 抑制微丝解聚 使微丝保持稳定状态 微丝的装配必需一定的盐浓度 主要是Mg2 一定的G actin浓度和ATP存在下才能进行 在Ca2 及低浓度的Na K 趋向于解聚 在Mg2 及高浓度的Na K 趋向于装配 四 微丝的功能 一 构成细胞的支架并维持细胞的形态如 细胞皮层 应力纤维 微绒毛等 A 微绒毛低温电镜图象 B 微绒毛结构示意图 二 微丝参与细胞的运动 细胞变形运动 肌动蛋白的聚合形成伪足 伪足与基质之间行成新的锚定点 以附着点为支点向前移动 肌动蛋白纤维的解聚 参与细胞的多种运动形式 变形运动 胞质环流 细胞的内吞和外吐等 三 微丝参与细胞内物质运输 肌球蛋白的马达蛋白家族它们以微丝作为运输轨道参与物质运输活动 四 微丝参与细胞质的分裂 胞质分裂通过质膜下由微丝束形成的收缩环完成 五 微丝参与肌肉收缩 肌肉收缩是粗肌丝和细肌丝相互滑动的结果 粗肌丝由肌球蛋白组成 细肌丝由三种蛋白组成 六 微丝参与受精作用 精子头端启动微丝组装 形成顶体刺突完成受精 七 微丝参与细胞内信息传递细胞外的某些信号分子与细胞膜上的受体结合 可触发膜下肌动蛋白的结构变化 从而启动细胞内激酶变化的信号转导过程 第三节中间纤维 IF 中间纤维的直径为10nm 由不同的蛋白质分子组成 结构稳定 大多数情况下 形成布满在细胞质中的网络 丝状蛋白 中间纤维蛋白单体 具有组织特异性 不同类型细胞含有不同中间纤维 分为6种主要类型 见课本表7 2 一 概念 二 中间纤维蛋白的分子结构 中间纤维蛋白是长的线性蛋白 由头部 杆状区和尾部三部分组成 各种中间纤维蛋白之间的区别主要取决于头 尾部的长度和氨基酸顺序 三 中间纤维结合蛋白 IFAP 了解 功能 使中间纤维交联成束 成网 把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上特点 具有细胞特异性 四 中间丝的组装 了解 五 中间丝的功能 一 参与构成细胞完整的支撑网架系统 构成细胞完整的支撑网架系统 还与细胞核的形态支持和定位 相邻细胞之间 细胞与基膜之间连接结构的形成 二 为细胞提供机械强度支持 三 参与细胞的分化 1 不同类型的中间纤维严格地分布在不同类型的细胞中 具有组织细胞的特异性 2 发育不同阶段的细胞 会表达不同类型的中间纤维 是细胞分化的标志 四 参与细胞内信息传递 中间纤维与DNA复制 转录和mRNA的运输有关 胞质mRNA锚定于中间纤维 可能对其在细胞内的定位及是否翻译起重要作用 五 参与细胞连接桥粒 半桥粒 六 维持细胞核膜稳定核纤层蛋白是中间纤维的一种 第五节细胞骨架异常与疾病 一 细胞骨架与肿瘤 1 肿瘤细胞内细胞骨架结构的破坏和解聚 无序紊乱排列造成细胞形态异常有关 2 根据中间纤维分布具有组织特异性的特点 用作临床肿瘤病理诊断工具 二 细胞骨架与神经系统疾病如帕金森病 阿尔茨海默病 肌萎缩性侧索硬化症 幼稚性脊柱肌肉萎缩症等都与神经丝蛋白的异常表达与异常修饰有关 三 细胞骨架与遗传性疾病 人类不动纤毛综合征 遗传性皮肤病单纯性大疱性表皮松解症等 小结 三种细胞骨架成分的主要差别 1 比较3种细胞骨架成分的主要差别 2 何谓MTOC 3 3种细胞骨架的主要功能有哪些4 何谓马达蛋白 简述马达蛋白的三个不同家族成员的物质运输特点 思考题 推荐阅读资料 1 美国 Lewin B等编著 桑建利 连慕兰等译 细胞 科学出版社 20092 翟中和 王喜中 丁明孝 细胞生物