第7章 细胞骨架.ppt

第七章细胞骨架 细胞骨架 Cytoskeleton 是指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系有狭义 胞质骨架 和广义 还包括核 膜骨架与胞外基质 两种概念 一 微丝 微丝 microfilament MF 又称肌动蛋白纤维 actinfilament 是指真核细胞中由肌动蛋白 actin 组成 直径为7nm的骨架纤维 肌动蛋白 actin 是微丝的结构成分 外观呈哑铃状 这种actin又叫G actin 将G actin形成的微丝又称为F actin肌动蛋白单体具有极性 装配时呈头尾相接 故微丝具有极性 有正极与负极之别 微丝结合蛋白actin单体结合蛋白这些小分子蛋白与actin单体结合 阻止其添加到微丝末端 当细胞需要单体时才释放 主要用于actin装配的调节 如profilin等 微丝结合蛋白微丝结合蛋白将微丝组织成不同的结构形式 微丝特异性药物细胞松弛素 cytochalasins 可以切断微丝 并结合在微丝正极阻抑肌动蛋白聚合 因而导致微丝解聚 鬼笔环肽 philloidin 与微丝侧面结合 防止MF解聚 微丝功能维持细胞形态 赋予质膜机械强度细胞运动微绒毛 microvillus 应力纤维 stressfiber 参与胞质分裂肌肉收缩 musclecontraction 二 微管 微管结构与组成微管 Microtubules 是由微管蛋白 tubulin 二聚体装配成的长管状细胞器结构 微管蛋白和 微管蛋白形成 二聚体 二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维 protofilament 经过侧面增加二聚体而扩展为螺旋带 当螺旋带加宽至13根原纤维时 即合拢形成一段微管 所有的微管都有确定的极性外径24nm 内径15nm微管可装配成单管 二联管 纤毛和鞭毛中 三联管 中心粒和基体中 微管特异性药物秋水仙素 colchicine 阻断微管蛋白组装成微管 可破坏纺锤体结构 紫杉酚 taxol 能促进微管的装配 并使已形成的微管稳定 可能决定了微管结构和功能的差异 微管相关蛋白 MicrotubuleAssociatedProtein MAP 微管功能维持细胞形态用秋水仙素处理细胞破坏微管 导致细胞变圆 纤毛 鞭毛 轴突的形成和维持细胞内物质的运输细胞器的定位鞭毛 flagella 运动和纤毛 cilia 运动纺锤体与染色体运动 三 中间纤维 10nm纤维 因其直径介于肌粗丝和细丝之间 故被命名为中间纤维 intermediatefilament IF IF几乎分布于所有动物细胞 往往形成一个网络结构 特别是在需要承受机械压力的细胞中含量相当丰富 如上皮细胞中 Thedomainorganizationofintermediatefilamentproteinmonomers Mostintermediatefilamentproteinsshareasimilarroddomainthatisusuallyabout310aminoacidslongandformsanextendedalphahelix Theamino terminalandcarboxyl terminaldomainsarenon alpha helicalandvarygreatlyinsizeandsequenceindifferentintermediatefilaments 中间纤维蛋白单体呈纤维状 中间纤维的装配中间纤维装配过程IF装配与MF MT装配相比 反向平行的四聚体导致IF不具有极性 中间纤维的成分与分布IF成分比MF MT复杂 IF在形态上相似 而化学组成有明显的差别 中间纤维蛋白的表达具有严格的组织特异性 作为细胞特异性检测的marker IF的结合蛋白IFAP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已知的IFAPs约15种左右 具有中间纤维类型特异性 分别与特定的中间纤维结合 如 flanggrin 角蛋白聚集 Plectin 几种纤维间横桥 Ankyrin 锚蛋白 与膜结合 中间纤维的功能增强细胞抗机械压力的能力角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持结蛋白 desmin 纤维是肌肉Z盘的重要结构组分 对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用参与传递细胞内机械的或分子的信息中间纤维与mRNA的运输有关 胞质骨架三种组分的比较 思考题 1 概念 细胞骨架2 三种胞质骨架的单体及装配特点 特异性药物3 胞质骨架的功能 特别是微丝的收缩和微管的细胞内物质运输 成纤维细胞爬行与微丝装配和解聚相关 Achardetal 3proposethat afteraprimerhasbeencapturedatasurface branchesforminalldirections Outward facingbranchesgrowuntilcapped Forward facingbranchesstall escapeandeventuallygrowtangentially Tangentialfilamentsactasprimersforexplosiveactin networkgrowth Cappedpartsofthenetworkconstitutethedeadzone whereastheactivepolymerizingzoneisconstrainedtothesurface Nature464 365 366 18March2010 doi 10 1038 464365a Publishedonline17March2010 Cellbiology Actinfilamentsupagainstawall 微绒毛 microvillus 是肠上皮细胞的指状突起 用以增加肠上皮细胞表面积 以利于营养的快速吸收 应力纤维 stressfiber 广泛存在于真核细胞 成分 肌动蛋白 肌球蛋白 原肌球蛋白和 辅肌动蛋白 介导细胞间或细胞与基质表面的粘着 细胞贴壁与粘着斑的形成相关 在形成黏着斑的质膜下 微丝紧密平行排列成束 形成应力纤维 具有收缩功能 Focaladhesions A Intheseimmunofluorescencemicrographs cellsinculturehavebeenlabeledwithantibodiesagainstbothactin green andtheintracellularanchorproteinvinculin red Notethatvinculinislocatedatfocaladhesions whichisalsowherebundlesofactinfilamentsterminateattheplasmamembrane B Someoftheproteinsthatformfocaladhesions Thetransmembraneadhesionproteinisanintegrinheterodimer composedofan anda subunit Itsextracellulardomainsbindtocomponentsoftheextracellularmatrix whilethecytoplasmictailofthe subunitbindsindirectlytoactinfilamentsviaseveralintracellularanchorproteins 粘着斑 focaladhesion 收缩环由大量反向平行排列的微丝组成 其收缩机制是肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动 肌肉收缩 musclecontraction 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由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程 肌纤维 Myofibril肌原纤维 Sarcomere肌节 肌肉收缩系统中的有关蛋白肌球蛋白 myosin 所有actin dependentmotorproteins都属于该家族 其头部具ATP酶活力 沿微丝从负极到正极进行运动 Myosin 主要分布于肌细胞 有两个球形头部结构域和尾部链 多个Myosin尾部相互缠绕形成myosinfilament 即粗肌丝微丝 细丝原肌球蛋白 tropomyosin Tm 由两条平行的多肽链形成 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 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 由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程动作电位的产生Ca2 的释放原肌球蛋白位移肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动Ca2 的回收 细胞内物质的运输真核细胞内部是高度区域化的体系 细胞中合成的物质 一些细胞器等必须经过细胞内运输过程 这种运输过程与细胞骨架体系中的微管及其Motorprotein有关 目前已鉴定的Motorproteins多达数十种 根据其结合的骨架纤维以及运动方向和携带的转运物不同而分为不同类型 胞质中微管motorprotein分为两大类 驱动蛋白 kinesin 通常朝微管的正极方向运动动力蛋白 cytoplasmicdynein 朝微管的负极运动Kinesin与Dynein的分子结构 深绿 微管浅兰 内质网黄色 高尔基体 上图 内质网抗体染色下图 微管抗体染色 上图 高尔基抗体染色下图 微管抗体染色 鞭毛 flagella 运动和纤毛 cilia 运动鞭毛中的