细胞生物学--第七章

2020/5/30,1,第七章细胞骨架与细胞的运动,P146,Cytoskeletonandcellmovement,2020/5/30,2,细胞骨架(cytoskeleton)是由3种不同的蛋白质纤维状结构组成的精细的相互作用网络。广义的细胞骨架还包括了核骨架，核纤层和细胞外基质，形成贯穿于细胞核、细胞质、细胞外的一体化网络结构。,2020/5/30,3,细胞骨架概述,一、细胞骨架是以蛋白纤维为主要成分网络结构真核细胞的“骨骼系统”微管主要分布在核周围，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。中间纤维分布在整个细胞中。,Microtubule,Microfilament,Intermediatefilament,2020/5/30,4,二、细胞骨架在细胞的形态维持、运动和信息传递中具有重要功能,2020/5/30,5,(a)脑细胞微管(microtubule)的电镜照片(b)微管横截面的电镜照片(c)微管纵切面模式图,第一节微管,2020/5/30,6,一、微管的结构与组成,（一）微管是由微管蛋白组成的中空小管1.微管的形态结构与分子组成由13条原纤维构成的中空管状结构，外径25nm，内径约15nm，管壁厚度约5nm，跨越细胞的整个长度或宽度。原纤维由,微管蛋白球状亚基组成的异二聚体装配而成。-Tubulin和-Tubulin以非共价键结合，两种亚基均可结合GTP.,微管蛋白异二聚体上还有阳离子(Mg2+,Ca2+)、秋水仙素和长春碱的结合位点。,微管电镜横切面与模式图,2020/5/30,8,每个装配单位含有两个不同成分，所以原纤维不对称。一端是微管蛋白，另一端是微管蛋白。构成微管的原纤维都有相同的极性，所以微管也有极性。,微管蛋白亚基,GTP,GDP,微管蛋白亚基,正端,负端,2020/5/30,9,1.微管的形态结构与分子组成,微管蛋白发现于20世纪80年代中期，是微管成核的关键成分，存在于微管组织中心(microtubule-organizingcenter,MTOC)占微管蛋白总量1%以下；占细胞总蛋白量的0.005%。微管蛋白环状复合物(-tubulinringcomplexes,-TuRC)螺旋化排列的13个微管蛋白亚基组成一个开放的环状模板，在模板上第一列微管蛋白二聚体组装形成-TuRC，与微管具有相同直径。,TuRC上的附属蛋白,2020/5/30,10,单管：细胞质微管，在低温、Ca2+和秋水仙素作用下易解聚，结构不稳定。,三联管：13+10+10存在于中心粒和纤毛、鞭毛的基体。对低温、Ca2+和秋水仙素的作用稳定。,13,13,10,13,10,10,二联管：13+10见于特化的细胞结构纤毛和鞭毛的轴丝内。对低温、Ca2+和秋水仙素的作用比较稳定。,2.微管在细胞中的存在形式,2020/5/30,11,（二）微管结合蛋白是维持微管结构和功能的重要成分,1.微管结合蛋白(microtubuleassociatedprotein,MAP)的种类和特点结合在微管表面的一种辅助蛋白(accessoryproteins)，提高微管的稳定性；改变其刚性或影响组装速率；介导微管与其他细胞器的连接。MAP具有两个结构域(domain)一个结构域结合到微管蛋白侧面，加速微管的成核作用。另一个结构域从微管蛋白表面向外延伸成丝状，以横桥方式与其他骨架成分相连。*结构域蛋白质中在结构和功能上相对独立的区域。,2020/5/30,12,MAP的种类型MAP：主要存在于神经元的轴突和树突中，在微管间形成横桥，但并不使微管成束。MAP1A：见于成熟轴突中MAP1B：见于新生长的轴突中型MAPMAP2：存在于神经元的树突和胞体中。分子呈“L”型，具有较长的突出结构域，在微管间及微管与中间纤维形成交联桥，使微管成束。MAP4：广泛分布在哺乳动物非神经元细胞中。Tau蛋白：只存在于轴突中，其突出结构域较MAP2短。其功能是加速微管蛋白的聚合，形成18nm臂，横向连接相邻微管形成纤维束，所以神经元轴突中的微管相当稳定。,（二）微管结合蛋白是维持微管结构和功能的重要成分,2020/5/30,13,神经细胞中的MAPs,MAP2有3个微管蛋白结合位点，彼此分开，恰好与微管壁的3个微管蛋白亚基结合。MAP2的尾部向外伸出，拥有较长的突出结构域，以便与其他细胞组分相互作用。,2020/5/30,14,神经细胞中的MAPs,Tau拥有较短的突出结构域。细胞过量表达MAP2,保持有较宽空间的微管束。细胞过量表达Tau，形成包裹得更紧密的微管束。,2020/5/30,15,（二）微管结合蛋白是维持微管结构和功能的重要成分,2.微管结合蛋白的功能MAP的突出结构域通过与微管成核点的作用，促进微管的聚合，调节微管的装配。MAP作为交联桥使微管相互交联形成束状结构，或使微管同其它细胞结构交联，如质膜、微丝和中间丝等。提高微管的稳定性，改变其刚性。,2020/5/30,16,二、微管的装配,（一）微管的自我装配在时空上高度有序微管的装配分为三个时期延迟期/成核期（限速过程）,微管蛋白聚合，形成一个短的寡聚体/核心。聚合期/延长期,微管蛋白异二聚体不断加到微管正端，使微管延长。稳定期游离微管蛋白水平下降，装配与去装配达到动态平衡。,2020/5/30,17,（一）微管的自我装配在时空上高度有序,1.微管的体外装配,微管蛋白形成异二聚体。,微管蛋白异二聚体首尾相接形成较短的原丝，异二聚体在两端和侧面添加，片状带增加到13根原纤维时围拢成一段微管。异二聚体不断添加到微管的两端，微管延长。,2020/5/30,19,微管两端构型不同，聚合速度也不同。在一定条件下，微管在正端装配使微管延长，在负端去装配使微管缩短。当微管两端的装配和去装配达到平衡，其长度恒定不变时，称为“踏车”(treadmilling)。,GDP-微管蛋白异二聚体,GTP-微管蛋白异二聚体,2020/5/30,20,装配条件微管蛋白浓度：1mg/ml低于此临界浓度不发生装配最适pH：6.9最适温度：37，低温微管解聚离子：加入Mg2+、除去Ca2+提供GTP.,在试管中组装的微管,2020/5/30,21,2.微管的体内装配,在体内，微管的成核和组织过程与一些特异的结构相关，这些结构被称为微管组织中心(MTOC)。MTOC是微管装配的起始点控制微管的数目、极性控制组成微管壁的原纤维数目控制微管组装的时间和地点,常见微管组织中心,间期细胞MTOC：中心体（动态微管）分裂细胞MTOC：有丝分裂纺锤体极(动态微管)鞭毛、纤毛细胞MTOC：基体，永久性结构（位于鞭毛和纤毛根部的结构称为基体）,2020/5/30,23,在动物细胞中，细胞骨架微管一般与中心体结合，组成一个复合结构。含有2个桶状的中心粒由9组三联管构成成对的中心粒垂直排列，包埋在中心粒旁物质中。细胞间期位于核附近；M期位于纺锤体两极。,经过复制的2对中心粒,2020/5/30,24,中心体是微管成核的位点。纤维性的中心粒外周物质含有50拷贝以上的-TuRC。-TuRC由MTOC提供的物质固定其位置，从而决定微管的极性。负端与中心体结合，正端远离中心体。,nucleatingsites(-tubulinringcomplexes),pairofcentrioles,microtubulesgrowingform-tubulinringcomplexesofthecentrosome,(a),(b),2020/5/30,25,（二）影响微管装配与去装配的因素,微管在形态上很相似，但稳定性有很大差别。有丝分裂纺锤体、细胞骨架微管非常不稳定成熟神经元的微管、纤毛和鞭毛中的微管很稳定对活细胞进行各种处理可使细胞骨架微管去组装，但不破坏其它细胞结构。低温、压力、升高的钙离子浓度微管特异性药物：秋水仙素、长春花碱、紫杉醇,2020/5/30,26,秋水仙素(colchicine)最重要的微管工具药物，结合微管蛋白后，可以装配到微管的末端，但阻止其他微管蛋白添加。用秋水仙素处理有丝分裂前期细胞，可破坏纺锤体结构/或抑制纺锤体形成。长春花碱(vinblastine)和长春新碱(vincristine)结合微管蛋白异二聚体，抑制微管的聚合。细胞周期特异性抗肿瘤药，作用于G1,S&M。阻断增殖细胞纺锤体的形成，使有丝分裂停止于中期。,2020/5/30,27,紫杉醇(taxol)能促进微管的装配，并使已形成的微管稳定。紫杉醇所致的微管稳定性对细胞是有害的，使细胞周期停止于有丝分裂期。紫杉醇类化合物在体内优先杀死肿瘤细胞，已用于癌症的化疗。,2020/5/30,28,三、微管组装的动态调节,踏车模型（略）动力学不稳定性模型(dynamicinstabilitymodel)在细胞内的同一区域中，生长与缩短的微管同时存在，它们以不可预测的方式在生长与缩短之间切换。细胞通过改变细胞质的主导条件，调节微管生长缩短的速率以及在两相间切换的频率。低温、压力、高Ca2+浓度可以诱导微管去组装，但不破坏其他细胞结构。,2020/5/30,29,在任一特定时刻，一些微管在延长，另一些微管在缩短。对活细胞的观察表明，体内微管的生长与缩短主要发生在多聚体的正端，即与中心体相对的远端。,2020/5/30,30,四、微管的功能,（一）维持细胞形态作为动态支架，提供结构支撑，决定细胞形态和抵抗细胞变形。微管从细胞的核周区域呈放射状向外伸展，各条微管逐渐弯曲并与细胞形状一致。,大而扁平的培养小鼠细胞中微管的定位,2020/5/30,31,（二）细胞内运输,细胞中的马达蛋白(motorproteins)将ATP的化学能转变为机械能，转运与马达蛋白结合的货物。运输小泡、分泌颗粒、色素颗粒、线粒体、溶酶体和染色体等细胞含有几十种不同的马达蛋白，可分为三个主要家族：肌球蛋白(myosin)沿微丝运动驱动蛋白(kinesins)沿微管运动-+动力蛋白(dyneins)沿微管运动+-每种马达蛋白用于运输细胞特定区域的一类特定物质。它们结合的纤维不同、移动的方向不同、携带的“货物”不同。*尚未发现利用中间丝作为轨道的马达蛋白。,2020/5/30,32,1.驱动蛋白由2条重链和2条轻链组成的四聚体。一对球状头部（水解ATP产生能量）与微管结合。每个头部与一个颈部、一个杆状的柄部和一个结合运载货物的扇形尾部相连。正端定向的微管马达，沿微管的负端向正端运输如神经元轴突中的微管，正端朝向轴突的末端，负端朝向胞体。从胞体向轴突末端运输小泡和细胞器。,驱动蛋白沿着微管运输小泡的示意图,2020/5/30,33,2.动力蛋白由2条相同的重链、多条中等链和轻链组成。由2个产力的球状头部（具有ATP水解酶活性）、1个柄部和基部的许多小亚基组成。小亚基介导马达蛋白与要转运“货物”的结合。驱动从正端向负端的运输。将神经元轴突末端摄取的物质运回胞体。,沿同一微管向相反方向运动的2个小泡的示意图,2020/5/30,34,（三）细胞内定位细胞器的作用,细胞器沿着从顶端到基底端的轴以确定的模式排列驱动蛋白与内质网膜结合，沿微管向细胞周缘牵拉分布。动力蛋白与高尔基体膜结合，沿微管靠近核区牵拉，使其位于细胞中央。,大鼠结肠分泌黏液的杯状细胞的极化结构图,2020/5/30,35,荧光显示高尔基体分布图（左：正常，右：处理）正常细胞高尔基体（绿色）定位在核周围。秋水仙素处理细胞，微管（橙色）解聚，高尔基体分散在整个胞质中。,2020/5/30,36,构成有丝分裂器，介导染色体运动,2020/5/30,37,（四）纤毛运动和鞭毛运动,纤毛和鞭毛是各种真核细胞表面突起的毛发状的可动细胞器，为同一结构的不同版本。精子鞭毛摆动、人体呼吸道上皮细胞纤毛有规律摆动,2020/5/30,38,纤毛/鞭毛轴丝的结构。可见轴心的“92”结构：外周9组二联管（13+10）和2条中央微管（完整微管）。精子轴丝动力蛋白（以区别于胞质动力蛋白）缺陷将导致不育。,动力蛋白臂,原生动物轴丝的示意图,A,B,精子轴丝的横切面电镜照片,2020/5/30,39,纤毛和鞭毛的运动机制微管滑动模型A管动力蛋白头部与相邻微管的B管接触；ATP水解，导致A管动力蛋白头部构象改变，头部朝向相邻二联管的正极滑动。新的ATP结合，A管动力蛋白头部与相邻B管脱落。ATP水解，释放的能量使动力蛋白头部构象复原。动力蛋白头部与相邻二联管的B管上的另一位点结合，开始下一循环。,2020/5/30,40,五、微管的结构与功能异常与某些疾病密切相关,MAPs的活性主要通过蛋白激酶和磷酸酶控制，即在特定氨基酸上添加或去除Pi.异常磷酸化的Tau蛋白不能与微管蛋白结合。Tau蛋白异常磷酸化涉及几种致命的大脑退行性疾病。患者脑细胞中有神经原纤维缠结(neurofibrillarytangle,NFT)，导致神经细胞死亡，患者痴呆。阿尔茨海默病(Alzheimersdiseases,AD)是以进行性记忆和认知功能丧失为临床特征的大脑退行性疾病。人类不动纤毛综合症遗传性疾病。纤毛或鞭毛结构中的动力蛋白臂缺失，纤毛或鞭毛不能运动。,2020/5/30,41,细胞的许多运动都依赖微丝(microfilament,MF)的存在。肌肉收缩非肌肉收缩与运动细胞分裂、巨噬细胞的吞噬活动和微绒毛微丝是指真核细胞中主要由肌动蛋白(actin)组成的骨架纤维。,第二节微丝,肌动蛋白纤维模型,肌动蛋白纤维的冷冻蚀刻电镜照片,2020/5/30,42,一、微丝的结构与组分,（一）肌动蛋白是微丝的基本结构成分哺乳类和鸟类细胞至少有3种肌动蛋白异构体，即,&人类：6基因型actin和70种以上肌动蛋白结合蛋白-actin有3种亚型，分别存在于横纹肌、心肌、血管平滑肌-actin主要存在于非肌肉细胞-actin有2种亚型，细胞质型和肠平滑肌型在进化过程中，肌动蛋白的结构非常保守。肌动蛋白功能几乎涉及所有的氨基酸，任何位置上氨基酸残基的替换均会严重影响蛋白质功能，对细胞都将是有害的。,肌动蛋白（actin）是微丝的结构成分，外观呈哑铃状,又称球状肌动蛋白(globularactin,G-actin)。由375个氨基酸残基组成，有ATP结合位点和肌动蛋白结合蛋白的结合位点。由G-actin形成的微丝又称为纤维状肌动蛋白(filamentousactin,F-actin)或肌动蛋白纤维。,（一）肌动蛋白是微丝的基本结构成分,2020/5/30,43,（一）肌动蛋白是微丝的基本结构成分,2020/5/30,44,2020/5/30,45,（二）微丝是由肌动蛋白亚基组成的螺旋状纤维,微丝是由双股肌动蛋白丝以右手螺旋形成的纤维，螺距37nm，直径约7nm.肌动蛋白亚基具有极性，且肌动蛋白纤维中所有的亚基均指向同一方向，因此，微丝具有极性。,2020/5/30,46,二、微丝的组装和去组装,（一）微丝的组装过程分为三个阶段成核期/延迟期成核作用发生在质膜下，由ARP2/3复合物催化，是微丝组装的限速过程，刚形成的二聚体易水解，形成三聚体核心才稳定；生长期球状肌动蛋白快速地在核心两端聚合；正端是快速增长端，负端是缓慢增长端。一端添加单体的速率是另一端的510倍；平衡期肌动蛋白-ATP亚基倾向于添加到纤维的正端，而肌动蛋白-ADP倾向于离开纤维的负端。,在一定条件下，肌动蛋白单体装配的速度与从微丝上解离的速度相等，微丝长度不变，称为踏车(tread-milling)。,（二）多种因素影响微丝的组装,受多种不同蛋白、ATP及一些离子的影响有ATP,Mg2+存在，Na+,K+溶液浓度，G-actin组装成微丝。有Ca2+存在，Na+,K+溶液浓度，微丝解聚成G-actin。微丝的特异性药物细胞松弛素B(cytochalasinB)霉菌的代谢物，与微丝的正端结合，阻止肌动蛋白的聚合，破坏微丝的三维网络。鬼笔环肽(phalloidin)由毒蕈产生的双环杆肽，结合并稳定微丝，使肌动蛋白纤维网络聚合增强。,2020/5/30,48,2020/5/30,49,（三）微丝组装的动态调节机制,踏车模型（略）非稳态动力学模型G-actin渗入微丝前，结合1分子ATP。快速组装肌动蛋白纤维时，其末端含有actinATP帽，阻止纤维去组装，有利于连续组装。ATP水解，减弱微丝单体间的结合力，微丝解聚。,2020/5/30,50,三、微丝结合蛋白,决定细胞内微丝的组织与行为右图，运动的成纤维细胞的前导边缘的电镜照片，显示高度致密的肌动蛋白纤维组织成两种不同的排列。什么因素控制肌动蛋白纤维的组装速率、数量、长度和空间分布？,微丝平行排列成束,微丝以不同方向交联成网,2020/5/30,51,单体隔离,封端加帽,单体成核,单体,交联,单体聚合,交联,解聚,纤维切割,膜结合,2020/5/30,52,（一）单体-隔离蛋白,1.胸腺素结合G-actin，阻止G-actin聚合。维持非肌肉细胞中肌动蛋白单体以较高的浓度(50200mol/L)存在。维持单体库的稳定。2.抑制蛋白不抑制聚合，而是在去除加帽蛋白后，促进生长中的微丝正端添加结合抑制蛋白的肌动蛋白单体，在细胞运动过程中促进肌动蛋白聚合。单体-隔离蛋白的浓度或活性变化，能够改变细胞中特定区域内单体与多聚体之间的平衡，并决定在特定时间内聚合和解聚哪一方面占据优势。,2020/5/30,53,（二）封端（加帽）蛋白,通过与微丝的某一端结合而形成帽，调节肌动蛋白纤维的长度。在纤维快速增长的正端加帽，则另一端解聚，导致纤维去组装。横纹肌的细丝由CapZ在其Z线的正端加帽，其负端则由原肌球调节蛋白加帽。,2020/5/30,54,（三）交联蛋白,改变微丝群体的三维结构细丝蛋白绒毛蛋白丝束蛋白交联蛋白有两个或两个以上肌动蛋白结合位点，能够将两个或两个以上分离的肌动蛋白纤维交联在一起。,2020/5/30,55,细丝蛋白,呈细长柔软的杆状，促进形成近似正交相互关系的纤维松散网络。含该种网络的胞质区具有弹性凝胶特性，能抵抗局部的机械压力。,2020/5/30,56,（四）成束蛋白,丝束蛋白和绒毛蛋白呈球状，促进肌动蛋白纤维束紧密地平行排列。,端帽,丝束蛋白,绒毛蛋白,微丝,肌球蛋白,纤维正端,微绒毛,2020/5/30,57,辅肌动蛋白丝束蛋白,成束蛋白,2020/5/30,58,2020/5/30,59,（五）纤维-切割蛋白,与已有纤维的侧面结合，并将其一分为二。由于纤维长度缩短，胞质黏度下降。切割蛋白能产生游离的正端而促进肌动蛋白单体的渗入，或为切割产生的片段加帽。,凝溶胶转换蛋白,切割、加帽,2020/5/30,60,（六）肌动蛋白纤维-解聚蛋白,与微丝的负端结合，促进微丝解聚成单体。结合在肌动蛋白微丝上，使之轻微扭曲变紧，易碎、易切割。拆卸细胞的衰老纤维。蚕食蛋白、丝切蛋白(Cofilin),2020/5/30,61,（七）膜结合蛋白(membrane-bindingprotein),非肌肉细胞的收缩装置大部分位于细胞质膜下方。通过与外周膜蛋白连接，将微丝间接连在质膜上，产生细胞运动或移动。收缩蛋白产生的力作用于质膜上使之外凸/内凹。细胞移动过程中吞噬作用或胞质分裂过程中,2020/5/30,62,红细胞膜骨架,人红细胞质膜的内表面观模型，显示出包埋在脂双层中的整合蛋白和形成膜内表面骨架的外周蛋白的排列。,2020/5/30,63,四、微丝的功能,（一）构成细胞的支架并维持细胞的形态（二）参与细胞的运动（三）参与细胞质的分裂（四）参与受精作用（五）参与细胞内信息传递（六）参与肌肉收缩,2020/5/30,64,（一）构成细胞支架并维持细胞的形态,非肌肉细胞质膜下的一层由微丝和微丝结合蛋白相互作用形成的网状结构，称为细胞皮层，该结构具有高度动态性，为细胞膜提供机械支持。巨噬细胞和白细胞表面的凸起：丝足、片足,2020/5/30,65,应力纤维,紧靠质膜下方，微丝紧密平行排列成束，常与细胞的长轴平行并贯穿细胞全长。维持细胞与基质间的张力和细胞的形态，并赋予韧性。(a)抗肌动蛋白荧光抗体（绿色）显示培养的成纤维细胞中应力纤维的分布。,2020/5/30,66,（一）构成细胞支架并维持细胞的形态,每根微绒毛含有25根肌动蛋白纤维，由于成束蛋白的参与，使其保持高度有序的排列。,端网,微丝束,中间纤维,2020/5/30,67,（二）参与细胞运动,巨噬细胞、白细胞等含有丰富的微丝，通过与微丝结合蛋白的相互作用，使细胞表面形成凸起，如丝足、片足。,（二）参与细胞运动,微丝以两种不同的方式产生运动肌节中细肌丝与粗肌丝相互滑动微丝束的装配和去装配变形运动内吞外吐胞内物质运输,2020/5/30,68,细胞的变形运动,细胞在基质上爬行时发生的重复的活动顺序。细胞前缘以片状足的形式向前推进。片状足的下表面通过质膜中整合蛋白的介导附着到基质上。细胞利用这一附着点抓住基质。细胞的大部分在附着点上向前运动，附着点相对固定。这一运动通过施加在基质上的收缩（牵引）力完成。基质与附着点脱离后的细胞，该细胞的后面已经被向前拉。在培养皿表面蠕动的小鼠成纤维细胞的扫描电镜照片细胞的前缘分散成扁平的片状足,2020/5/30,69,非肌肉细胞定向运动的推测机制,肌动蛋白聚合机制为片足前缘的伸出提供动力,2020/5/30,70,2020/5/30,71,ARP2/3复合物,由ARP2和ARP3组成，形成添加肌动蛋白单体的模板。肌动蛋白相关蛋白(actin-relatedprotein,ARP)是一种蛋白复合物，在体内、外都能使肌动蛋白纤维成核。ARP2/3复合物使肌动蛋白纤维在负端成核，在正端快速延伸。,肌动蛋白纤维成核,2020/5/30,72,肌动蛋白纤维成网ARP2/3复合物以70结合在先存的肌动蛋白纤维上，成核，形成新的纤维再成网。,2020/5/30,73,（三）参与细胞分裂,有丝分裂后、末期，质膜下的微丝在肌球蛋白的作用下，形成收缩环。微丝平行排列成束，具有不同极性，通过辅肌动蛋白与质膜相连。微丝束中肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动，收缩环不断收紧的同时，微丝不断去装配，细胞一分为二。,（四）微丝参与受精作用,精子形成顶体刺突是微丝装配不断延长的结果。膜融合涉及微丝运动。（五）参与细胞内信息传递微丝参与了某些信号分子(Rashomology)的传递细胞外的信号分子首先与膜受体结合，诱发质膜下肌动蛋白的结构变化，启动细胞内激酶变化的信号传导过程。,2020/5/30,74,2020/5/30,75,（六）参与肌肉收缩,肌细胞（纤维）由数百个肌原纤维组成。肌原纤维由许多相同的收缩单位-肌节构成。细肌丝和粗肌丝重叠形成。,2.5m,2020/5/30,76,肌球蛋白分子结构,头,颈,尾,由一对重链和两对轻链组成：成对的重链由一个杆状尾部和一对球状头部组成，尾部的两条多肽链部分互相缠绕形成卷曲螺旋。每根粗丝由几百个肌球蛋白(myosin)分子组成。,2020/5/30,77,粗肌丝,粗丝由肌球蛋白分子尾对尾地向相反方向平行排列成束组成。呈双极性结构；由于组成粗丝的肌球蛋白分子的交错位置，肌球蛋白的头部在每根粗丝的末端突出，成为与细肌丝接触的桥。,2020/5/30,78,细肌丝,原肌球蛋白(tropomyosin,Tm)嵌入细丝之间的沟内。每一杆状原肌球蛋白分子(长约40nm)沿细丝与7个肌动蛋白亚基相连。肌钙蛋白(troponin,Tn)由3个亚基组成的球状蛋白复合物，每个亚基对整个分子的功能具有重要而独特的作用。Tn-C特异与钙结合；Tn-T与原肌球蛋白有高度亲和力；Tn-I抑制肌球蛋白ATPase活性。沿细丝约40nm间隔，同时与纤维的肌动蛋白和原肌球蛋白组分接触。,原肌球蛋白,肌钙蛋白,肌动蛋白,2020/5/30,79,在肌肉收缩过程中肌节的缩短,I带仅含细丝；H区只含粗丝；H区两侧的A带代表重叠区域，含有粗丝和细丝。显示肌节在肌肉松弛与收缩状态中的差别。在收缩过程中，肌球蛋白交联桥与周围的细丝接触，细丝被迫向肌节中央滑动。交联桥非同步活动，以至在任意时刻都只有一部分处于活动状态。,2020/5/30,80,在肌肉收缩过程中肌节的缩短,松弛和收缩的肌节纵切面的电镜照片。显示由于细丝向肌节中央滑动，使H区消失。,2020/5/30,81,肌肉收缩的分子基础,结合肌球蛋白头部与肌动蛋白纤维紧密结合（强直构象），随即ATP与肌球蛋白头部结合；释放ATP的结合，诱导肌动蛋白结合位点上的肌球蛋白构像变化，肌球蛋白头部对细丝的亲和力下降，脱离肌动蛋白纤维产生间隙；直立结合的ATP水解激活头部，使其微弱地结合在细丝上。产力Pi的释放使肌球蛋白头部更加牢固地结合在细丝的一个新位点上，并引起动力冲程，滑动微丝向肌节中央（+端）移动。再结合释放ADP，再结合ATP，建立新的循环。,肌球蛋白头部,粗肌丝,水解,动力冲程,肌球蛋白在细肌丝上的移动过程,+,-,+,-,2020/5/30,82,肌球蛋白Va,驱动蛋白,色素颗粒,微管,肌动蛋白纤维,大多数细胞器的运输由驱动蛋白和动力蛋白介导，进行较远距离的货物运输。,一些小泡也携带肌球蛋白马达蛋白，如肌球蛋白Va，沿微丝轨道运输物质。,（七）参与细胞内的物质运输,2020/5/30,83,第三节中间纤维,中间纤维(intermediatefilament,IF)直径约10nm存在于细胞质和细胞核。仅在动物细胞中明确鉴定出中间丝人类IF由50多个基因编码,2020/5/30,84,一、中间纤维蛋白的类型和分布,IF是一类形态上非常相似，而化学组成上有明显差异的蛋白质。根据其组织分布、生化、遗传及免疫学标准分为六大类。哺乳动物中间纤维蛋白的类型与分布酸性角蛋白中性/碱性角蛋白结蛋白胶质原纤维酸性蛋白波形纤维蛋白神经纤丝蛋白核纤层蛋白(lamin)巢蛋白（nestin）,2020/5/30,85,中间纤维的类型,2020/5/30,86,核纤层(nuclearlamina),真核细胞内核膜内表面连接的一层致密的纤维网络结构。培养的人细胞的细胞核，用荧光标记抗体染色显示核纤层（红色），核基质被染成绿色。,核基质,核纤层冰冻蚀刻电镜照片,2020/5/30,87,1.角蛋白,只在上皮细胞或外胚层起源的细胞中表达。人类上皮细胞有20余种不同的角蛋白，分为和两类角蛋白为头发、指甲等坚韧结构所具有。角蛋白又称胞质角蛋白(cyto-keratin)，分布于体表、体腔的上皮细胞中。根据组成氨基酸的不同，也可分为酸性角蛋白(I型)中性或碱性角蛋白(II型),2020/5/30,88,2.波形纤维蛋白存在于间充质细胞及中胚层来源的细胞。波形蛋白一端与核膜相连，另一端与细胞表面处的桥粒或半桥粒相连，将细胞核和细胞器维持在特定的空间。3.结蛋白存在于肌肉细胞，又称骨骼蛋白skeletin.主要功能:使肌纤维连在一起。4.胶质纤维酸性蛋白存在于星形神经胶质细胞和周围神经的许旺细胞，主要起支撑作用。,2020/5/30,89,5.神经丝蛋白只在中枢和外周神经系统的神经元表达。由三种分子量不同的多肽组成的异聚体。NF-L(low,6070KD)NF-M(medium,105110KD)NF-H(heavy,135150KD)功能：提供弹性使神经纤维易于伸展、防止断裂。6.核纤层蛋白LaminALaminBLaminC,2020/5/30,90,二、中间纤维蛋白的结构特征,具有一个由310个氨基酸组成的螺旋杆状区，两端是非螺旋的头部和尾部。杆状区在长度和氨基酸序列上非常保守，是结构的关键区域。包含4段具有7个氨基酸一组的螺旋区，4个螺旋区被3个短小的间隔区所连接。,L1,L12,L2,1A,1B,2A,2B,2020/5/30,91,N端的头部和C端的尾部高度可变IF的主要区别取决于头和尾的长度及氨基酸顺序具有不同的氨基酸序列和化学性质2个多肽的螺旋杆状区以卷曲螺旋形式互相缠绕，形成约45nm的绳状二聚体。,二、中间纤维蛋白结构特征,2020/5/30,92,三、中间纤维的装配,2020/5/30,93,（一）IF的组装过程,根据X射线衍射、电镜观察和体外装配的实验结果推测，装配过程如下：2个单体以相同方向，以其杆状区形成双股螺旋二聚体；2个二聚体反向平行，以非共价键结合组装成四聚体，四聚体失去极性；四聚体首尾相接组装成原纤维(proto-filaments)；原丝组成中间纤维，横切面具有32个单体。,2020/5/30,94,4个八聚体or8个四聚体？,2020/5/30,95,（二）IF组装通过磷酸化作用进行动态调节,表皮细胞中有角蛋白亚单位库，就像微管和微丝的亚单位一样，以多聚化形式处于动态平衡。IF的去组装和组装通过亚单位的磷酸化和去磷酸化控制。,A.显示用抗生素抗体揭示注射生物素标记的角蛋白的定位，这些角蛋白在注射后20min内开始渗入IF。B.显示由抗角蛋白抗体揭示的IF在细胞中的分布。1h左右，整个中间纤维网都被标记上了。,IF动力学特性的实验,四、中间纤维结合蛋白,中间纤维结合蛋白(intermediatefilamentassociqtedprotein,IFAP)介导中间纤维之间、中间纤维与细胞其他结构成分相互作用，形成网络结构。特征IFAP的表达有细胞专一性。多种IFAP可存在于同一个细胞，与不同的IF组织状态相联系。某些IFAP的表达与细胞的功能和发育状态有关。,2020/5/30,96,中间纤维结合蛋白,2020/5/30,97,2020/5/30,98,五、中间纤维的功能,（一）在细胞内形成完整的网状骨架系统（二）为细胞提供机械强度支持（三）参与细胞分化（四）参与细胞内信息传递（五）维持细胞核膜稳定,2020/5/30,99,（一）在细胞内形成完整的网状骨架系统,IF在靠近核区域多次分支，且与核纤层相连，整个纤维网架穿过胞质终止于质膜。IF三维网状结构与内质网、高尔基体、吞噬小泡等紧密相连。细胞骨架成分通过蛋白交联桥相互连接,（二）为细胞提供机械强度支持,IF为上皮层细胞提供机械强度K14是基底表皮层细胞分泌的型角蛋白缺失编码K14基因的小鼠对机械压力异常敏感单纯大疱性表皮松懈症：患者携带编码K14同源多肽的基因突变结蛋白在维持肌细胞中肌原纤维的排列起关键作