第十章-细胞骨架

第10章细胞骨架，第1节微丝和细胞运动第2节微管及其功能第3节中间丝，定义：真核细胞中存在，通过蛋白质子标准组装的纤维相网络系统，主要是微丝(microfilament，MF)，微管(microtubule，microtubule)功能：为细胞提供结构支架；维持细胞形态负责生物大分子和细胞器官运输和极性分布。细胞分化；细胞运动等。细胞骨骼、细胞骨骼的基本类型和分布、a: microfilament b: microtubule c:中间wire d:3种细胞骨骼结构的嵌套、第一节microfilament和细胞运动、以及微丝功能与细胞变形运动、细胞质分裂、吞噬作用、细胞迁移、肌肉收缩、细胞内物质运输等几乎所有形式的细胞运动有关。一、微丝的组成和组装，(a)微丝的结构和组成，结构成分：肌动蛋白。球形肌动蛋白(G-actin):肌动蛋白单体；纤维蛋白(F-actin):由多个单体组装而成。肌动蛋白单体：球形，但中间有裂纹。机架内部有一个核苷酸(ATP或ADP，经常是ATP)的结合部位和一个IgA阳离子(Mg2或Ca2，经常是Mg2)的结合部位。肌动蛋白和微丝结构，微丝是直径约7nm的扭曲链，由肌动蛋白单体组装而成。Mg2，微丝的特性，微丝在结构上具有极性：整个微丝的每个单体的裂纹都指向微丝的同一端，因此微丝在结构上具有极性。有裂纹的一端是阴极，另一端是阳极。从哺乳动物和鸟类中分离出至少6种肌动蛋白(-肌动蛋白)。两种是-肌动蛋白和-肌动蛋白。肌动蛋白在进化上很保守，但在功能上大不相同。也就是说，同源性很高，但微小的差异会引起功能变化。微丝和微丝结合蛋白相互作用：细胞内各种微丝结合蛋白和微丝的表面相互作用，调节微丝的结构和功能。(b)微丝的组装和动力学，微丝的组装和组装与肌动蛋白的状态、离子(种、浓度)有关。Ca2(分解)；ATP、Mg2、Na、k(组装)。将肌动蛋白单体组装成微丝的过程：缓慢的成核期：肌动蛋白可持续组装的低聚体(至少2-3个单体)的缓慢形成；延长快速时间：肌动蛋白单体具有利用水解ATP释放的能量快速组装单体的ATP酶活性。稳定器：也就是说，去除组装和组装的肌动蛋白的数量相似，微丝的长度保持不变。临界浓度(Cc):当纤维阳极以阴极分解速度相同的速度组装时，即纤维长度保持不变时，组装系统中肌动蛋白单体的浓度称为临界浓度。treadmilling:有时，在体外组装中，可以看到微线阳极因actin sub base的持续组装(追加)而延长，阴极因actin sub-base的组装(分解)而缩短，这种现象称为tread运动。在肌动蛋白组装过程中发生的胎面行为，微丝的组装，(3)影响微丝组装的特定药物，(cytochalasin):真菌的代谢产物组，微丝，切断微丝，结合端，抑制聚合，对解聚没有太大影响，微丝网络鬼针菇(phalloidin):毒蘑菇产生的双环棒肽，与F-肌蛋白结合，用于阻断微丝，保持微丝稳定，显示微丝分布，阻止细胞运动。，第二，微丝网络结构调整和细胞运动，(a)非肌肉细胞内微丝结合蛋白，(2)细胞皮质，(3)应力纤维，(4)细胞伪脚形成和细胞迁移，(5)微绒毛，(6)细胞质分割环，(a)肌动蛋白结合蛋白：与肌动蛋白单体或肌动蛋白长丝结合，调节微丝的组装、物理特性和功能的蛋白质。根据微丝结合蛋白的作用方式，可以分为以下几种类型：1.肌动蛋白单体结合蛋白；核蛋白3。盖蛋白；4.交联蛋白5。涤纶蛋白质的切割和分解，1 .由肌动蛋白单体结合蛋白、thymosin 433369043氨基酸残基组成的小肽，主要与(包括ATP)液肌体单体结合，并关闭其聚合部位，分离单体，阻止微丝正负两端的组装。前纤维蛋白：主要与肌动蛋白单体底部(正极限)相结合，阻止负极限组装，相对促进正极限组装。2 .成核蛋白：成核过程由Arp2/3复合体和成核蛋白等催化。3 .帽蛋白：与微丝末端结合，防止微丝聚合或过度组装的蛋白质。Arp2/3开始了新的肌动蛋白亚键添加到正极端的肌动蛋白核形成过程，Arp2/3复合物位于纤维的负极端。Arp2/3复合材料从微导线中间开始分支的组装，促进微导线网络的形成。微丝的核和帽，-，4。交联蛋白：确定微丝是成束排列还是成网格排列。交联微丝，如丝氨酸和绒毛蛋白，紧密包装，不能接近肌球蛋白，没有收缩力。与-辅助肌动蛋白交联形成的微丝相邻的纤维之间比较松散，肌球蛋白可以进入，与可收缩的微丝相互作用。丝状蛋白将微丝交联成网状或凝胶结构。5 .切割和分解聚蛋白凝固剂蛋白(gelsolin)可能会将长微丝切成从凝胶状态转变为溶胶状态的片段。微丝碎片的形成或加速微丝的聚合或加速微丝的组装。灯丝/肌动蛋白解聚合因子(cofilin/ADF)可以与肌动蛋白单体或微丝结合，提高微丝解聚合的速度。第三，微丝的功能，微丝除了参与形成肌肉纤维外，还具有以下功能：1.应力纤维形成：结构类似肌肉纤维，使细胞产生剪切力。培养上皮细胞的应力纤维(微丝红色，微管绿色)，2 .微绒毛形成：微绒毛是肠上皮细胞的手指突起，增加了肠上皮细胞的表面积，有助于营养的快速吸收。细胞质分裂；收缩环由大量反向并行排列的微丝组成，收缩机制是肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动。a:细胞质分裂环和细胞皮层(全部为红色)b:细胞质分裂环模式，4 .细胞医生脚的形成和细胞移动等。iii，肌球蛋白：依赖于微丝的分子马达，参与细胞内物质运输的马达蛋白(motorprotein)，即水解ATP释放的能量，能够驱动自身定期沿着微丝或微管运动的肌球蛋白等蛋白质。沿微管移动的驱动蛋白(kinesin)和动力蛋白(dynein)马达蛋白至少有两个结构域。与微丝或微管结合的电机域；大分子复合体或膜性小器官特异性结合的“货运”域。(a)肌球蛋白的种类，型肌球蛋白(myosin):由具有马达域和“货物”域的两个重链和调节作用的四个斜面组成，形成非常不对称的结构(像豆芽一样的形态)。肌球蛋白的头部和构成微丝的肌动子键之间的相互作用导致粗丝和长丝之间的滑动。，重链，粗糙肌肉，型肌球蛋白分子，肌球蛋白分子的结构特征：所有肌球蛋白分子的马达域相似，但c型和部分成员的n端扩展部分不同。根据电机域多肽链一级结构进行同源分类：至少可以将肌球蛋白超级族的成员分为18个族，部分组进一步分为多个亚族。部分肌球蛋白超家族成员的结构图，请注意：类型是唯一用微丝向负极端移动的肌球蛋白成员，(1) 类型：连接膜脂和微丝结构，在部分细胞膜突起形成过程中发挥作用；参与内部吞咽及吞噬作用。一些成员控制Ca2通道的活动。(2)型：骨骼肌、心肌和滑液肌能产生强大的收缩力；在有收缩能力的细胞结构中也起作用，例如收缩环和张力纤维。(3) 型：与光受体的信号分子相互作用。(4)类型:作用于细胞内膜胞和其他细胞器的运输。在进化过程中，不同类型的肌球蛋白成员逐渐适应特殊细胞功能：(5) 类型：参与内部吞噬和吞噬作用；与耳感觉细胞的微丝结构有关。(6) 型：参与粘连斑的动态变化；与耳感觉细胞的微丝结构有关。(7) 和型：参与内部吞咽和吞噬作用。(8)XV型：有些成员跟耳朵感觉细胞的细微电线结构有关，这种结构会引起听觉障碍。(。(b)肌球蛋白的结构，肌球蛋白是沿着肌丝移动的分子马达，通常包含3个功能域：头部的马达域：颈部的调节域：尾部的“货物”域：肌球蛋白S1片段可以驱动肌动蛋白丝移位，型肌球蛋白：型肌球蛋白其多样性与运输的“货物”种类不同。)参与液泡运输和质膜的结合，牵引质膜和皮层微丝的相对运动。型肌球蛋白：结构类似型肌球蛋白，但颈部长度是3倍。运动中型肌球蛋白的步幅是微丝上13个肌动蛋白亚基组成的重复结构的长度。参与膜泡或细胞器的短程运输。4.肌细胞的收缩运动，肌肉由肌纤维组成。肌纤维有粗根线和细根近似，粗近似的主要成分是肌球蛋白，细近似的主要成分是肌蛋白，原肌球蛋白和肌钙蛋白。肌肉收缩的基本单位是肌肉节。(a)肌纤维的结构，肌纤维(musclefiber):骨骼肌细胞有多个核，其形态包括数百个纤维状的、更细的肌纤维束。Sarcomere:主要由粗肌肉和细肌肉丝组成的肌纤维收缩单位。粗近似：构成根除的两种特征性纤维之一，主要由肌球蛋白组成。横截面上，粗肌肉丝被六条细肌肉丝环绕，呈六角形排列。微近似：构成根除的两种特征性纤维之一，主要由肌球蛋白和肌钙蛋白组成。交叉切割中的精细近似是六边形阵列，围绕粗糙近似。肌纤维结构，骨骼肌细胞肌球蛋白(粗微肌)和肌蛋白质(微近似)之间的交叉，微近似的分子结构，(b)肌肉收缩的滑动模型，肌肉收缩的滑动理论基本课程：1。动作电位的发生：神经冲动通过神经肌肉接触传递到肌肉细胞，通过t-小管传递到肌肉网络。2.释放Ca2:神经冲动诱导Ca2释放到肌肉浆。3.原肌球蛋白移位：Ca2通过Tn复合物将原肌球蛋白移动到肌动蛋白螺旋槽的深处，暴露出微肌肌动蛋白和横桥结合激活部位。4.微肌肉和粗糙近似之间的相对滑动：将mion ATP中存储的化学能转换为mitu的机械能。到达肌肉网的神经冲动停止后，肌肉质通过Ca2泵回收Ca2，停止收缩周期。肌肉收缩过程的图示，滑动模型1。ATP连接(步骤1和2):肌球蛋白头和肌动蛋白分离2。ATP水解(第3阶段和第4阶段):将肌球蛋白头部向前抬起，将肌球蛋白头部接近微肌肉纱的正极端方向的肌动蛋白亚基标准3。Pi释放(步骤5):从肌球蛋白颈部扭转，从肌球蛋白颈部拉动肌丝的滑动4。ADP释放(步骤6):在肌原头和微肌肉丝之间再次强直状态，微管及其功能，1，微管的结构和极性2，微管的组装和组装3，微管组织中心4，微管的动态特性5，微管结合蛋白的微管网络结构调整6，微管对细胞结构的影响7，微管微管(MT):一种中空的管状细胞骨架纤维，由/微管蛋白形成的二聚体组装而成，内径/外径分别为15/24纳米。 大部分微管在细胞质内形成暂时的结构。微管的主要功能：微管参与细胞形态的发生和维持、细胞内物质的输送、细胞分裂及细胞运动等过程。Tubulin:形成微管的球形细胞骨架蛋白家族。/-微球蛋白异构化是微管组装的基本单元，在相互作用的界面上是互补的。微管蛋白有二价阳离子结合部位、秋水仙碱结合部位、儿茶素结合部位等。微管蛋白的c端均含有酸性氨基酸序列，微管表面负电荷较强。微管和微管蛋白，13脂蛋白subunit，(b)作用于微管的特定药物，秋水仙素(colchicine):能立即破坏细胞内微管或纺锤结构的秋水仙素的低浓度。秋水仙碱的微管末端的结合影响这里的组装，但不影响那里的拆卸。紫杉醇：与秋水仙碱的作用相反。也就是说，不影响微管的组装，但阻止小管的组装。影响细胞内微管组装和拆卸的几种药物在肿瘤治疗中的微管组装和拆卸的动力也与温度有关。通常限制在20 ，但一些微管在低温下也保持稳定状态(冷稳定性微管)。依赖微管的细胞内物质运输系统、依赖微管的马达蛋白主要是驱动蛋白超家族(kinesinsuperfamiyproteins，kifs)。细胞质动力蛋白(Cytoplasmicdynein，CyDn)，9，主轴和染色体运动，主轴微管：包含移动微管、微管和星形微管。移动的微管连接染色体运动粒子和位于两极的中心体。极管从极地发射出来，在主轴中间的赤道处扭动。恒星的微管从中心向周围辐射相分布。运动粒子：由位于卷土孔外表面的蛋白质组成的结构，主轴微管的附着部位。有丝分裂过程中染色体的运动取决于主轴微管的组装和组装。马达蛋白质介导的纺锤行为，a:有丝分裂中间b:中间主轴结构c:动态粒子微管和染色体之间的连接d:非常微管之间的驱动蛋白相互作用，第三中间丝，一，中间丝的主要类型和成分2，中间丝的组装和表达3，中间丝和其他细胞结构之间的连接，也称为中间纤维存在于大多数动物细胞中。hella细胞中间史，一，中间史的主要类型和成分，中间史(intermediatefilament，IF):直径约10nm的致密绳状细胞骨架纤维。中间导线为细胞和组织提供机械稳定性。主要类型： (