细胞生物学：细胞骨架

1、细胞骨架细胞骨架 细胞骨架 (cytoskeleton) 概念：概念： 一般是指一般是指真核细胞质真核细胞质内的蛋白纤维网架系统。内的蛋白纤维网架系统。 广义的细胞骨架广义的细胞骨架: 细胞质骨架、细胞核骨架及细胞质骨架、细胞核骨架及 细胞膜骨架和细胞外基质细胞膜骨架和细胞外基质; 狭义的细胞骨架狭义的细胞骨架: 指细胞质骨架，包括微丝指细胞质骨架，包括微丝 （肌动蛋白丝）、微管和中间纤维（中间丝）。（肌动蛋白丝）、微管和中间纤维（中间丝）。 功能：功能： 维持细胞形态、保持细胞内部结构的有序性，维持细胞形态、保持细胞内部结构的有序性， 细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递、细胞运动、物质运

2、输、能量转换、信息传递、 细胞分裂、免疫行为和细胞分化等。细胞分裂、免疫行为和细胞分化等。 桥粒桥粒/半桥粒半桥粒 粘着斑粘着斑/粘着带粘着带 10nm 25nm7nm 胞质骨架系统在细胞中的分布胞质骨架系统在细胞中的分布 收缩和运动 细胞骨架的主要功能细胞骨架的主要功能 结构和支撑 胞内运输 空间组织 第一节第一节 细胞质骨架细胞质骨架 一一 微微 丝丝 微丝微丝(microfilament，MF)又称又称肌动蛋白丝肌动蛋白丝 (actin filament)，是指真核细胞中由肌动蛋，是指真核细胞中由肌动蛋 白白 (actin)组成、直径为组成、直径为7nm的骨架纤维，的骨架纤维， 可成束、

3、成网或以纤维状分散存在。可成束、成网或以纤维状分散存在。 （一）（一） 微丝的成分及组装微丝的成分及组装 1 微丝的成分微丝的成分 1）肌动蛋白）肌动蛋白: 分子近球形，具极性，头尾相接形成分子近球形，具极性，头尾相接形成 螺旋状具螺旋状具极性极性的微丝。已分离的微丝。已分离6种，种，4种种 (分别为横分别为横 纹肌、心肌、血管平滑肌和肠道平滑肌特有纹肌、心肌、血管平滑肌和肠道平滑肌特有)，和和 各各 1种。种。 2）肌动蛋白结合蛋白）肌动蛋白结合蛋白 肌球蛋白肌球蛋白 作用位点作用位点 2 微丝的组装微丝的组装 1）聚合过程）聚合过程: G-actin活化活化 ； G-actin聚集形成种子

4、聚集形成种子 G-actin在种子两端聚合而延长；聚合时正极较快在种子两端聚合而延长；聚合时正极较快 2）影响肌动蛋白聚合的因素）影响肌动蛋白聚合的因素 离子浓度离子浓度 ATP ATP G-actin G-actin 浓度浓度 微丝特异性药物微丝特异性药物 Mg2+ +ATP+高浓度高浓度Na + 、K + 聚合聚合 Ca2+ + ATP + 低浓度低浓度Na + 、K 解聚解聚 离子浓度离子浓度 ATP ATP肌动蛋白肌动蛋白: 1G-actin+1ATP 对微丝末端的亲和力高，对微丝末端的亲和力高，浓度高时浓度高时在末端聚集形成在末端聚集形成 ATP帽帽 (ATPcap)；浓度低时浓度低

5、时聚合速度下降，聚合速度下降，但但ATP 水解的速度不变水解的速度不变，暴露，暴露ADP肌动蛋白。肌动蛋白。 ADP肌动蛋白肌动蛋白 对末端亲和力小，不断从末端解离，纤维缩短。对末端亲和力小，不断从末端解离，纤维缩短。 G-actin G-actin 浓度浓度 ATP-肌动蛋白浓度肌动蛋白浓度和聚合速度正比和聚合速度正比 临界浓度（临界浓度（critical concentration，CC)： 使使 微丝两端装配的最低浓度，大于此值时组装，小微丝两端装配的最低浓度，大于此值时组装，小 于此值解离于此值解离 -极极CC +极极CC 当处于当处于-极极CC 和和+极极CC之间某一值时，其之间某一

6、值时，其在在+端端 添加和添加和-端分离的端分离的速度相等，新聚合的肌动蛋白单速度相等，新聚合的肌动蛋白单 体从正极向负极作踏车式移动，此即体从正极向负极作踏车式移动，此即踏车模型踏车模型 (treadmilling model)。 微丝特异性药物微丝特异性药物 细胞松弛素细胞松弛素(cytochalasin ，真菌代谢产物，真菌代谢产物)： 结合结合+极，阻止新单体添加，同时改变负极临界极，阻止新单体添加，同时改变负极临界 浓度，致使亚单位从微丝解聚。浓度，致使亚单位从微丝解聚。 引起微丝解体，使肌动蛋白结成大的团块。引起微丝解体，使肌动蛋白结成大的团块。 鬼笔环肽鬼笔环肽 (phalloi

7、dine， 毒覃产生的双环杆肽毒覃产生的双环杆肽) ： 与微丝有强的亲和作用，它能稳定肌动蛋白纤维，与微丝有强的亲和作用，它能稳定肌动蛋白纤维， 抑制解聚抑制解聚。 （二）（二） 微丝结合蛋白微丝结合蛋白 同微丝结合的蛋白同微丝结合的蛋白,可协同微丝形成多种可协同微丝形成多种 不同的亚细胞结构如不同的亚细胞结构如应力纤维、肌肉肌应力纤维、肌肉肌 原纤维、精子顶端的刺突原纤维、精子顶端的刺突。 (microfilament-associated protein) 1. 与聚合有关蛋白与聚合有关蛋白 成核蛋白成核蛋白 ：profilins结合结合G-actin后促进其上后促进其上ADP 向向ATP

8、转换，促进聚合，转换，促进聚合， 隔绝蛋白：隔绝蛋白：结合结合G-actin ，阻止聚合，阻止聚合 封端蛋白：封端蛋白：结合于微丝末端，阻止结合于微丝末端，阻止G-actin结合结合 截断蛋白截断蛋白 ：打断微丝，并结合在断点上，使之不打断微丝，并结合在断点上，使之不 能再进行连接；能再进行连接； 2. 与结构有关蛋白与结构有关蛋白 连结微丝和微丝或其它结构连结微丝和微丝或其它结构 细丝蛋白细丝蛋白 (filamin)：呈细长线状，将微：呈细长线状，将微 丝连成网状丝连成网状 肌动蛋白结合蛋白肌动蛋白结合蛋白 3. 与微丝收缩有关的蛋白与微丝收缩有关的蛋白 Myosin Myosin 分布于肌

9、分布于肌 细胞，有两个球形头细胞，有两个球形头 部部( (具可被具可被肌动蛋白活肌动蛋白活 化的化的 ATPaseATPase活性活性) )和和 尾链尾链, ,多个尾链相互缠多个尾链相互缠 绕，形成粗肌丝。绕，形成粗肌丝。 1 1）肌球蛋白）肌球蛋白(myosin)(myosin)：所有所有肌动蛋白依赖的摩托蛋肌动蛋白依赖的摩托蛋 白白都属于该家族，头部具都属于该家族，头部具ATPATP酶活力，可沿酶活力，可沿微丝从负微丝从负 极到正极运动极到正极运动，参与膜泡运输及肌肉收缩等。，参与膜泡运输及肌肉收缩等。 原肌球蛋白原肌球蛋白 肌钙蛋白肌钙蛋白 肌球蛋白肌球蛋白 结合位点结合位点 肌动蛋白肌

10、动蛋白 两条平行多肽链两条平行多肽链 形成的形成的螺旋螺旋, ,位位 于肌动蛋白螺旋于肌动蛋白螺旋 沟内沟内, ,结合于细肌结合于细肌 丝，丝，调节肌动蛋调节肌动蛋 白和肌球蛋白的白和肌球蛋白的 结合结合. . 2)2)原肌球蛋白原肌球蛋白( (tropomyosintropomyosin, , Tm)Tm) 3）肌钙蛋白）肌钙蛋白(Troponin, Tn) TnC：Ca2+敏感性蛋白，结合敏感性蛋白，结合Ca2+引发构象变化引发构象变化; TnT：结合原肌球蛋白：结合原肌球蛋白; TnI：抑制肌球蛋白：抑制肌球蛋白ATPase活性活性 （三）（三） 微丝的功能微丝的功能 1 肌肉收缩肌肉收

11、缩 1）肌肉的组成：）肌肉的组成： 肌纤维束肌纤维束 肌细胞肌细胞 肌原纤维肌原纤维(myofibrils)：肌细胞的收缩单位，由：肌细胞的收缩单位，由粗肌粗肌 丝丝（含肌球蛋白）、（含肌球蛋白）、细肌丝细肌丝（含肌动蛋白）、（含肌动蛋白）、原肌原肌 球蛋白和肌钙蛋白球蛋白和肌钙蛋白组成。组成。 肌小节肌小节 (sarcomere) ：肌原纤维的基本收缩单位。：肌原纤维的基本收缩单位。 肌小节肌小节 肌原纤维肌原纤维 肌纤维肌纤维/肌细胞肌细胞 肌纤维束肌纤维束 粗肌丝粗肌丝(肌球蛋白）肌球蛋白） 细肌丝（肌动蛋白）细肌丝（肌动蛋白） 骨骼肌细胞为多核细胞骨骼肌细胞为多核细胞 ？ 2）肌肉收缩

12、的滑动模型）肌肉收缩的滑动模型 肌小节肌小节的细丝与粗丝间相互滑动，引起肌节缩短和的细丝与粗丝间相互滑动，引起肌节缩短和 变长，完成肌肉收缩和舒张。其中二者长度不变变长，完成肌肉收缩和舒张。其中二者长度不变 。 3）由神经冲动诱发的肌肉收缩过程）由神经冲动诱发的肌肉收缩过程 动作电位的产生和动作电位的产生和CaCa2+ 2+的释放： 的释放： 神经冲动神经冲动运动终板运动终板肌细胞膜去极化肌细胞膜去极化肌质网肌质网 去极化去极化CaCa2 2 释放 释放 神经细胞神经细胞 横管横管 肌质网肌质网 肌原纤维肌原纤维 肌肉神经间的连接肌肉神经间的连接 T T小管小管 肌钙蛋白肌钙蛋白C C结合结合

13、CaCa2 2 原肌球蛋白移动，肌动原肌球蛋白移动，肌动 蛋白上的肌球蛋白结合位点露出蛋白上的肌球蛋白结合位点露出 肌动蛋肌动蛋 白丝与肌球蛋白丝结合，产生相对滑动；白丝与肌球蛋白丝结合，产生相对滑动； Ca2+的回收，收缩停止。的回收，收缩停止。 2.细胞运动细胞运动 受受Ca2+ 改变控制。改变控制。 如截断蛋白中的如截断蛋白中的凝溶胶蛋白凝溶胶蛋白 (gelsolin)在高在高Ca2+ 下被激活，下被激活， 与肌动蛋白亲和性增加，插入与肌动蛋白亲和性增加，插入 微丝亚基间，打断微丝，使其微丝亚基间，打断微丝，使其 三维网架崩解，由三维网架崩解，由凝胶态转为凝胶态转为 溶胶态溶胶态，胞质流

14、动性增加。，胞质流动性增加。 Ca2+ 下降时，凝溶胶蛋白活性下降时，凝溶胶蛋白活性 被抑制，一些交联蛋白被激活被抑制，一些交联蛋白被激活 并与微丝结合，促使微丝网络并与微丝结合，促使微丝网络 形成，恢复凝胶态。形成，恢复凝胶态。 细胞的胞质环流细胞的胞质环流(cyclosis)、变形虫样运动、变形虫样运动(ameboid motion)及细及细 胞吞噬活动胞吞噬活动(phagocytosis)等，都与肌动蛋白的溶凝胶状态及其相等，都与肌动蛋白的溶凝胶状态及其相 互转化有关。互转化有关。 3 形成胞质分裂环形成胞质分裂环 Y有丝分裂末期，子细胞间产有丝分裂末期，子细胞间产 生生收缩环，收缩环，

15、其由大量平行微其由大量平行微 丝组成；收缩可使两个子细丝组成；收缩可使两个子细 胞分开。胞分开。 Y收缩环是非肌细胞中具有收收缩环是非肌细胞中具有收 缩功能的微丝束的典型代表，缩功能的微丝束的典型代表， 其动力源于肌动蛋白和肌球其动力源于肌动蛋白和肌球 蛋白的相对滑动。蛋白的相对滑动。 4 支持微绒毛支持微绒毛 肠上皮细胞微绒毛的轴心是非肠上皮细胞微绒毛的轴心是非 肌细胞中高度有序微丝束的代肌细胞中高度有序微丝束的代 表。表。微丝呈同向平行排列，微丝呈同向平行排列，下下 端终止于端网端终止于端网 (terminal web)。 作用：作用：维持绒毛形状，维持绒毛形状，无收缩无收缩 功能。功能。

16、 微丝结合蛋白如绒毛蛋白、肌微丝结合蛋白如绒毛蛋白、肌 球蛋白球蛋白I、钙调蛋白和毛缘蛋、钙调蛋白和毛缘蛋 白在微丝束的形成、维持及与白在微丝束的形成、维持及与 细胞膜连接中起作用。细胞膜连接中起作用。 绒毛蛋白绒毛蛋白 丝束蛋白丝束蛋白 正端 端网端网 肌球蛋白肌球蛋白I 微丝束微丝束 5 形成应力纤维形成应力纤维 应力纤维应力纤维(stress fiber)：用抗肌动蛋白的荧光抗体：用抗肌动蛋白的荧光抗体 染色后，在光镜下能看到的一些大纤维，染色后，在光镜下能看到的一些大纤维，由由F-actin 及多种结合蛋白形成，及多种结合蛋白形成，横跨整个细胞，通常在接近横跨整个细胞，通常在接近 胞底

17、面处沿细胞长轴平行排布，两端以胞底面处沿细胞长轴平行排布，两端以钮蛋白钮蛋白 (vinculin)、肌球蛋白、原肌球蛋白和辅肌动蛋白等、肌球蛋白、原肌球蛋白和辅肌动蛋白等 将应力纤维抛锚在细胞膜上。将应力纤维抛锚在细胞膜上。 功能功能: 细胞收缩和形态维持；细胞收缩和形态维持； 同细胞间或细胞与基质表面的同细胞间或细胞与基质表面的 附着附着 密切相关密切相关; 在细胞形态发生、分化、转化在细胞形态发生、分化、转化 和组织形成中有重要作用。和组织形成中有重要作用。 免疫荧光反应显示组培细胞中的应力纤维免疫荧光反应显示组培细胞中的应力纤维 二二 微微 管管 (microtubule) 存在于所有真

18、核细胞中，由微管蛋白组装成的长存在于所有真核细胞中，由微管蛋白组装成的长 管状结构，直径管状结构，直径 25nm。 在胞内呈网状或束状分布，并能与其他蛋白共同在胞内呈网状或束状分布，并能与其他蛋白共同 组装成组装成纺锤体、基粒、中心粒、鞭毛、纤毛、轴纺锤体、基粒、中心粒、鞭毛、纤毛、轴 突突等结构，参与细胞形态的维持、细胞运动和细等结构，参与细胞形态的维持、细胞运动和细 胞分裂胞分裂。 （一）（一） 微管的形态结构微管的形态结构 1 1 微管构成：微管构成： 1 1）微管蛋白（）微管蛋白（tubulin) tubulin) ：酸性球形蛋白酸性球形蛋白, ,包括包括 和和 - -微管蛋白微管蛋白

19、，以异二聚体形式存在；，以异二聚体形式存在； 其含有其含有两个鸟嘌呤核苷酸（两个鸟嘌呤核苷酸（GTP/GDPGTP/GDP）、）、MgMg+ +、 、 CaCa+ +及秋水仙素和长春花碱结合位点。 及秋水仙素和长春花碱结合位点。 2 2）微管结合蛋白微管结合蛋白 (microtubule associated proteins，MAPs) 作用：稳定微管；作用：稳定微管； 连接微管成一定的排列；连接微管成一定的排列； 连接微管与其他结构连接微管与其他结构(如膜如膜) ； 产生动力。产生动力。 2 2 微管的形态：微管的形态： 微管由微管由1313根原纤维丝根原纤维丝形成的中空管状结构，每根原纤

20、形成的中空管状结构，每根原纤 维丝由维丝由 异异二聚体装配成；二聚体装配成； 微管的三种存在形式：单管、二联管、三联管微管的三种存在形式：单管、二联管、三联管 电镜照片电镜照片微管横切微管横切 微管纵切微管纵切 （二）（二） 微管组装微管组装 体外组装方式：体外组装方式： 形成异二聚体形成异二聚体 短的原纤维短的原纤维 片状带片状带 合拢成微管合拢成微管 使之延长使之延长 在两端和侧在两端和侧 面增加二聚体面增加二聚体 达达13根时根时 端点不断添加端点不断添加 新的二聚体新的二聚体 延长延长 微管的极性：微管的极性： 形成的原纤维丝具极性，由原纤维丝形成的原纤维丝具极性，由原纤维丝 形成的微

21、管也具极性；形成的微管也具极性； 微管装配是动态不稳定过程：微管装配是动态不稳定过程：即即微管装配与去装微管装配与去装 配是一个交替变换的现象；配是一个交替变换的现象； 动力学不稳定性产生的原因动力学不稳定性产生的原因：微管两端具：微管两端具GTPGTP帽帽 ( (取决于微管蛋白浓度取决于微管蛋白浓度),),微管将继续组装微管将继续组装, ,反之反之, ,具具 GDPGDP帽则解聚。帽则解聚。 （三）（三） 微管组织中心微管组织中心 (microtubule-organizing center，MTOC) 概念：概念：细胞质中存在的促成微管蛋白聚合成微管细胞质中存在的促成微管蛋白聚合成微管 的

22、中心，可控制微管的数量、分布及方向。的中心，可控制微管的数量、分布及方向。 常见微管组织中心常见微管组织中心 动物细胞：中心体动物细胞：中心体(动态微管动态微管) 酵母和真菌：纺锤体极体酵母和真菌：纺锤体极体(动态微动态微 管管) 鞭毛鞭毛/纤毛细胞纤毛细胞:基体基体(永久结构永久结构) 植 物 细 胞植 物 细 胞 : : 功 能 性 的功 能 性 的 MTOC细胞核表面细胞核表面 纺锤体极纺锤体极 基体基体 中心体中心体 高等植物功能性的高等植物功能性的MTOC细胞核表面细胞核表面 高等植物细胞微管的成核能力仅在细胞核表面高等植物细胞微管的成核能力仅在细胞核表面 得到证实得到证实.Mizu

23、no1993.Mizuno1993发现发现, ,经过冻经过冻- -融处理融处理 的烟草细胞核或核颗粒具有微管成核作用的烟草细胞核或核颗粒具有微管成核作用, ,成核成核 的微管从细胞核表面或核颗粒呈放射状发出的微管从细胞核表面或核颗粒呈放射状发出. .说说 明植物细胞核表面具有类似中心体的功能明植物细胞核表面具有类似中心体的功能. . 1 中心体中心体 1 1）结构）结构: : 中心粒一对；中心粒一对； 中心体中心体周围基质；周围基质； 管蛋白：管蛋白：呈环形，呈环形， 位于周围基质中，位于周围基质中， 较稳定，为较稳定，为微管微管 蛋白二聚体提供起蛋白二聚体提供起 始装配位点，又叫始装配位点，

24、又叫 成核位点。成核位点。 中心体中心体 周围基质周围基质 中心粒中心粒 2 2）中心体复制周期）中心体复制周期 中心粒的自我复制，中心粒的自我复制，G1期晚期分裂，早期晚期分裂，早S期开始复制并期开始复制并 完成，早完成，早M期子代中心体分裂期子代中心体分裂; 2 基体基体(basal body)(basal body) 位于鞭毛和纤毛根部，位于鞭毛和纤毛根部，由由9组三联体微管组成，其中组三联体微管组成，其中 亚纤维亚纤维A和和B跨过纤毛板与纤毛轴线中相应的亚纤维跨过纤毛板与纤毛轴线中相应的亚纤维 相延续，相延续，亚纤维亚纤维C终止于纤毛板或基板附近。终止于纤毛板或基板附近。 中心粒和基粒

25、中心粒和基粒 是同源的，可是同源的，可 相互转变，相互转变，均均 可自我复制。可自我复制。 基体基体 纤毛纤毛 AB C 左图显示藻类细胞鞭毛左图显示藻类细胞鞭毛 基部的基部的基体基体（荧光染色）（荧光染色） （四）（四） 微管特异性药物微管特异性药物 秋水仙素秋水仙素(colchicine) 、鬼臼素和长春花、鬼臼素和长春花 碱：阻断微管蛋白组装成微管，可破坏纺碱：阻断微管蛋白组装成微管，可破坏纺 锤体结构。锤体结构。 紫杉酚紫杉酚(taxol)：能促进微管的装配：能促进微管的装配,并使并使 已形成的微管稳定。已形成的微管稳定。 为行使正常的微管功能为行使正常的微管功能,微管动力学不稳微管动

26、力学不稳 定性是其功能正常发挥的基础。定性是其功能正常发挥的基础。 长春碱类和秋水仙素长春碱类和秋水仙素类药物是通过阻滞微管蛋白聚类药物是通过阻滞微管蛋白聚 合，使有丝分裂不能进行从而破坏肿瘤细胞增殖。合，使有丝分裂不能进行从而破坏肿瘤细胞增殖。 紫杉醇及紫杉特尔紫杉醇及紫杉特尔的作用则是促进微管蛋白聚合作的作用则是促进微管蛋白聚合作 用和抑制微管解聚，它们主要作用于用和抑制微管解聚，它们主要作用于-微管蛋白的微管蛋白的N- 末端末端31位氨基酸和位氨基酸和217-231氨基酸残基上，使具有可逆氨基酸残基上，使具有可逆 变化的微管不能解聚，阻止有丝分裂，最后导致癌细变化的微管不能解聚，阻止有丝

27、分裂，最后导致癌细 胞死亡。胞死亡。 紫杉醇紫杉醇源于短叶紫杉的树皮，源于短叶紫杉的树皮，紫杉醇可明显减少紫杉醇可明显减少G G1 1期期 的细胞群体，而增加的细胞群体，而增加G G2 2期和期和M M 期的细胞群。紫杉醇对期的细胞群。紫杉醇对 卵巢癌、乳腺癌及非小细胞肺癌等有突出的疗效，被卵巢癌、乳腺癌及非小细胞肺癌等有突出的疗效，被 誉为近誉为近1515年来最好的抗肿瘤新药。年来最好的抗肿瘤新药。 1 构成细胞内的网状支架，维持细胞形态构成细胞内的网状支架，维持细胞形态 用秋水仙素破坏微管，用秋水仙素破坏微管， 细胞变圆细胞变圆 微管对维持细胞的不对微管对维持细胞的不对 称的形状非常重要。

28、称的形状非常重要。 （五）（五） 微管的功能微管的功能 2 胞内运输胞内运输 细细胞极性是胞内微管体系极性化的一种反映，胞极性是胞内微管体系极性化的一种反映， 微管帮助细胞器定位在必要的位置，并引导微管帮助细胞器定位在必要的位置，并引导 物质从细胞的一部分向另一部分流动。物质从细胞的一部分向另一部分流动。 物质物质沿微管沿微管移动要比自由扩散速度更快，更移动要比自由扩散速度更快，更 高效高效。 = 马达蛋白马达蛋白 (motor proteins) 驱动细胞内物质运输。驱动细胞内物质运输。 驱动蛋白驱动蛋白(kinesin)(kinesin)： 驱动向极物质运输；驱动向极物质运输； 动力蛋白动

29、力蛋白 (dynein)(dynein)： 驱动向极的物质运输驱动向极的物质运输； 鞭鞭毛运动，染色体分离毛运动，染色体分离 驱动蛋白及其转运物质示意图驱动蛋白及其转运物质示意图 转运泡结转运泡结 合部位合部位 微管结合和微管结合和 ATP水解部位水解部位 重链重链 轻链轻链 尾尾 头头杆杆 色素颗粒色素颗粒 的运输的运输 变色龙体变色龙体 色转换色转换 神经元轴神经元轴 突运输突运输 3 鞭毛和纤毛运动鞭毛和纤毛运动 鞭毛鞭毛(flagella)和纤毛和纤毛(cilia)是细胞表面的特化结构，是细胞表面的特化结构， 使细胞适于液态环境中的运动，二者结构相同。使细胞适于液态环境中的运动，二者结

30、构相同。 纤毛短而多，鞭毛长而少。纤毛短而多，鞭毛长而少。 鞭毛和纤毛轴心的结构： 连丝蛋白连丝蛋白 中央鞘中央鞘 纤毛和鞭毛的运动形式 纤毛纤毛 鞭毛鞭毛 (纤毛纤毛) 运动运动双联体微管通过动力蛋白滑动的双联体微管通过动力蛋白滑动的 机制机制 动力蛋白臂头部与相邻亚纤维动力蛋白臂头部与相邻亚纤维B接触，促进动力蛋接触，促进动力蛋 白臂上结合的白臂上结合的ADP和和Pi释放，头部角度改变释放，头部角度改变,牵拉亚牵拉亚 纤维纤维B向鞭毛的顶端方向滑动；向鞭毛的顶端方向滑动； ATP结合使动力蛋白头部与亚纤维结合使动力蛋白头部与亚纤维B脱开；脱开； ATP水解，放出的能量使头部的角度复原水解，

31、放出的能量使头部的角度复原(这是一个这是一个 能量较高的能量较高的“姿态姿态”)； 带有水解产物的头部与相邻亚纤维带有水解产物的头部与相邻亚纤维B上另一个位点上另一个位点 结合，开始又一次循环。结合，开始又一次循环。 ADP Pi ADP Pi ATP B A B B A A B A B A B A B A 4 纺锤体和染色体运动纺锤体和染色体运动 从间期进入从间期进入分裂期时分裂期时，胞质微管网架崩解，解离的，胞质微管网架崩解，解离的 微管蛋白装配成纺锤体，介导染色体运动；微管蛋白装配成纺锤体，介导染色体运动；分裂末分裂末 期期，纺锤体微管解聚，重新装配成胞质微管网。，纺锤体微管解聚，重新装

32、配成胞质微管网。 纺锤体微管的分类：纺锤体微管的分类： 动粒微管：连接动粒与两极的微管；动粒微管：连接动粒与两极的微管； 极微管：从两极发出，在纺锤体中部互相交错重极微管：从两极发出，在纺锤体中部互相交错重 叠的微管；叠的微管； 星体微管：组成星体的微管星体微管：组成星体的微管 两种染色体运动分子机制学说：两种染色体运动分子机制学说： 动力平衡说：染色体运动和微管装配动力平衡说：染色体运动和微管装配-去装配有关；去装配有关； 滑行说：染色体运动和微管间的相互滑动有关。滑行说：染色体运动和微管间的相互滑动有关。 三三 中间纤维中间纤维 中间纤维中间纤维 (intermediate filamen

33、t，IF)是一类结构是一类结构 上相似而组成上不同，上相似而组成上不同， 长而无分支的坚轫而柔长而无分支的坚轫而柔 软的胞质蛋白质纤维。软的胞质蛋白质纤维。 其直径约其直径约10nm，介于微，介于微 管和微丝之间，也称管和微丝之间，也称居居 间纤维间纤维。 桥粒桥粒 网蛋白网蛋白 微管微管 中间纤维中间纤维 （一）（一） 中间纤维的化学组成中间纤维的化学组成 1 中间纤维分类：中间纤维分类： 角质蛋白角质蛋白 (keratins) 纤维：上皮细胞；纤维：上皮细胞； 波形蛋白波形蛋白(vimentin)：间质细胞及中胚层来源细胞；：间质细胞及中胚层来源细胞； 结蛋白纤维：肌肉细胞；结蛋白纤维：肌

34、肉细胞； 神经原纤维神经原纤维(neurofilaments)：神经元；：神经元； 神经角质纤维：神经角质细胞；神经角质纤维：神经角质细胞； 核纤层蛋白核纤层蛋白：细胞核中。细胞核中。 中间纤维具严格的组织特异性，临床可用于鉴别中间纤维具严格的组织特异性，临床可用于鉴别 肿瘤细胞组织来源。肿瘤细胞组织来源。 （二）（二） 中间纤维的组装中间纤维的组装 原纤维原纤维 单体单体 二聚体二聚体 四聚体四聚体 八聚体八聚体 中间纤维中间纤维 （三）中间纤维的功能（三）中间纤维的功能 细胞支撑细胞支撑 参与形成桥粒，通过桥粒相互连参与形成桥粒，通过桥粒相互连 接，增强细胞抗机械压力的能力接，增强细胞抗机

35、械压力的能力 具有中间纤维的具有中间纤维的 一层细胞的伸展一层细胞的伸展 无中间纤维的无中间纤维的 一层细胞的伸展一层细胞的伸展 角蛋白角蛋白 细胞分化；细胞分化； 信息传递；信息传递； 运输运输mRNAmRNA 与细胞核解体和重组相关与细胞核解体和重组相关 第二节第二节 细胞核骨架和细胞膜骨架细胞核骨架和细胞膜骨架 一一 细胞核骨架细胞核骨架 存在于真核细胞核内的以蛋白为主的纤维网架体存在于真核细胞核内的以蛋白为主的纤维网架体 系。系。 狭义核骨架：狭义核骨架：仅指核基质仅指核基质(inner nuclear matrix， inner nucleoskeleton)，即细胞核内除核膜、核纤

36、，即细胞核内除核膜、核纤 层、染色质、核仁和核孔复合体以外的以纤维蛋层、染色质、核仁和核孔复合体以外的以纤维蛋 白成分为主的纤维网架体系；白成分为主的纤维网架体系； 广义核骨架：广义核骨架：包括核基质、核纤层和核孔复合体包括核基质、核纤层和核孔复合体 以及染色体骨架。以及染色体骨架。 （一）一） 核基质核基质 1 1 形态结构形态结构 ：纤维蛋白交连成网状结构纤维蛋白交连成网状结构 核基质中的纤维核基质中的纤维 核纤层核纤层 2 2 核基质成分核基质成分 核基质不象胞质骨架那样由非常专一的核基质不象胞质骨架那样由非常专一的 蛋白成分组成蛋白成分组成, ,其成分复杂，主要包括：其成分复杂，主要包

37、括： 核基质蛋白；核基质蛋白； 核基质结合蛋白；核基质结合蛋白； 其他物质，少量其他物质，少量RNA。 1）核基质蛋白）核基质蛋白 这类蛋白与富含这类蛋白与富含AT的的DNA序列即序列即核骨架结合序核骨架结合序 列列(matrix association region，MAR)结合，又称结合，又称 为为MAR结合蛋白。结合蛋白。 通常与通常与DNA放射环两端的放射环两端的MAR DNA序列结合，序列结合， 将其锚定在核骨架上，以形成将其锚定在核骨架上，以形成DNA放射环。放射环。 已鉴定的已鉴定的MARMAR结合蛋白有：结合蛋白有： (1) DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(DNA topoisom

38、erase) (2) 核基质蛋白核基质蛋白(nuclear matrin) (3) Nuc2+ 蛋白蛋白 (4) ARBP(attachment region binging protein) (5) 着丝缢痕结合蛋白着丝缢痕结合蛋白(ARS consensus binding protein，ACBP) (6) 组蛋白组蛋白H1(histone 1) (7) HMGl，2(high mobility groupl，2)，2 (8) 核纤层蛋白核纤层蛋白A，B(lamin A，B) (9) 支架附着因子支架附着因子A(scaffold attachment factor A，SAFA) (10

39、) SATBl(specific ATrich DNA binding protein 1) (11) Spl20 (12) 核仁蛋白核仁蛋白(nueleolin) 2）核基质结合蛋白）核基质结合蛋白 转录因子转录因子：具有严格的具有严格的DNADNA序列特异性。序列特异性。 腺病毒腺病毒E1AE1A蛋白蛋白：腺病毒的转录与复制因子，与核：腺病毒的转录与复制因子，与核 骨架结合；骨架结合； NFNF1(1(核因子核因子1)1)：与与H5H5增强子结合，抗增强子结合，抗0.25mol0.25mol L L硫酸铵或硫酸铵或2mol2molLNaClLNaCl抽提，见于成熟红细胞，抽提，见于成熟红细

40、胞， 肝细胞核基质；肝细胞核基质； SVSV40T40T抗原：抗原：复制起始因子和解旋酶复制起始因子和解旋酶(helicase)(helicase)， 病毒复制起始时锚定于核骨架；病毒复制起始时锚定于核骨架； 艾滋病毒艾滋病毒TatTat蛋白：蛋白：将病毒基因组锚定于核骨架上。将病毒基因组锚定于核骨架上。 酶酶 组蛋白乙酰化酶和组蛋白去乙酰化酶：调组蛋白乙酰化酶和组蛋白去乙酰化酶：调 节活性染色质与核骨架的结合状态；节活性染色质与核骨架的结合状态； DNADNA聚合酶聚合酶及及：定位于核骨架，与：定位于核骨架，与DNADNA 合成及修复有关；合成及修复有关； 多多 A D PA D P 核 糖

41、 聚 合 酶核 糖 聚 合 酶 ( p o l y ( A D P( p o l y ( A D P ribose)polymeraseribose)polymerase，PARP)PARP)：不同细胞中：不同细胞中5 5 一一2626酶活性与核骨架有关，酶活性与核骨架有关，DNADNA链断裂链断裂 激活激活PARPPARP； 酪蛋白激酶。酪蛋白激酶。 受体受体 许多细胞核内激素受体是核骨架结合蛋白：肾上许多细胞核内激素受体是核骨架结合蛋白：肾上 腺皮质激素受体；雄激素受体；雌激素受体；甲腺皮质激素受体；雄激素受体；雌激素受体；甲 状腺素受体。状腺素受体。 供体供体 视网膜母细胞瘤蛋白视网膜母

42、细胞瘤蛋白(retinoblastoma protein(retinoblastoma protein，RP)RP)， 与与E2FE2F，C CMycMyc，CyclinCyclin相互作用，调节基因表达和相互作用，调节基因表达和GysGys的的 转变，转变，GlGl早期高度磷酸化的早期高度磷酸化的RPRP蛋白结合于核骨架，肿瘤蛋白结合于核骨架，肿瘤 细胞中突变的细胞中突变的RPRP蛋白不与核骨架结合；蛋白不与核骨架结合； 前列腺素受体结合蛋白前列腺素受体结合蛋白1 1和和2(RBF2(RBF1 1，RBFRBF2)2)，肝细胞核，肝细胞核 骨架中含量丰富，参与癌基因骨架中含量丰富，参与癌基因

43、c cmycmyc和和c cjunjun的调节。的调节。 3 3 核基质结合序列核基质结合序列 DNA DNA中存在的与核骨架蛋白结合的序列，它们中存在的与核骨架蛋白结合的序列，它们 与核骨架蛋白的结合不为高盐溶液抽提所破坏与核骨架蛋白的结合不为高盐溶液抽提所破坏, , 在基因表达调控中有作用在基因表达调控中有作用. . 核骨架结合序列的基本特征：核骨架结合序列的基本特征： 富含富含ATAT； 富含富含DNADNA解旋元件解旋元件(DNA unwinding elements)； 富含反向重复序列富含反向重复序列(inverted repeats)； 含有转录因子结合位点。含有转录因子结合位点

44、。 可能是一种新的基因调控元件。可能是一种新的基因调控元件。 4 4 核基质的功能核基质的功能 为为DNA复制提供空间支架复制提供空间支架 :核骨架为核骨架为DNA聚合酶、聚合酶、 作为作为DNA复制起始位点的复制起始位点的MAR（核骨架结合序（核骨架结合序 列）及列）及DNA复制需要的其他因子提供结合位点；复制需要的其他因子提供结合位点； 调节基因表达：调节基因表达： 真核细胞中真核细胞中RNARNA的转录和加工均与核骨架有关；的转录和加工均与核骨架有关； 具有转录活性的基因是结合在核骨架上的具有转录活性的基因是结合在核骨架上的; ; RNARNA聚合酶在核骨架上具有结合位点。聚合酶在核骨架

45、上具有结合位点。 参与参与DNA包装和染色体构建：包装和染色体构建：DNA在核骨架上的在核骨架上的 锚定可为解螺旋提供较好的支撑。锚定可为解螺旋提供较好的支撑。 参与病毒复制：参与病毒复制：病毒病毒DNA的复制、的复制、RNA转录和加转录和加 工必需依赖核骨架。工必需依赖核骨架。 二二 染色体支架染色体支架 染色体支架是指染色体中由非组蛋白构成的结染色体支架是指染色体中由非组蛋白构成的结 构支架。构支架。 1 1 染色体支架的真实性：染色体支架的真实性：近年来很多工作支持染近年来很多工作支持染 色体支架是染色体中的真实结构（银染法）。色体支架是染色体中的真实结构（银染法）。 2 染色体支架的成

46、分：非组蛋白。染色体支架的成分：非组蛋白。 3 3 染色体支架与核骨架的关系：染色体支架与核骨架的关系：分裂期染色体支分裂期染色体支 架与间期核骨架的关系仍是一个悬而未决的问架与间期核骨架的关系仍是一个悬而未决的问 题，二者可能可以相互转变：题，二者可能可以相互转变： 核骨架 染色体骨架 有丝分裂前期有丝分裂前期 有丝分裂末期有丝分裂末期 三三 核纤层核纤层 核纤层核纤层(nuclearlamina)是位于细胞核内层核膜下是位于细胞核内层核膜下 的纤维蛋白片层或纤维网络，核纤层由的纤维蛋白片层或纤维网络，核纤层由1至至3种核种核 纤层蛋白多肽组成。纤层蛋白多肽组成。 1 1 形态结构：形态结构：整体观整体观呈呈球状或笼状球状或笼状网络，网络，切面观切面观呈呈 片层片层结构。核纤层纤维的直径为结构。核纤层纤维的直径为10 nm左右。左右。 2 2 成分：成分：核纤层蛋白核纤层蛋白(lamin)(核纤层蛋白核纤层蛋白A,B,C) 3 3 核纤层蛋白的分子结构及其与中间纤维蛋白的关系核纤层蛋白的分子结构及其与中间纤维蛋白的关系 核纤层蛋白具有中间纤维的所有特征，确实是核纤层蛋白具有中间纤维的所有特征，确实是 中间