第七章细胞骨架与细胞的运动

1、第七章第七章 细胞骨架与细胞的运动细胞骨架与细胞的运动 CytoskeletonCytoskeleton 细胞骨架细胞骨架 细胞骨架是在真核细胞发现的蛋白纤维网络。细胞骨架是在真核细胞发现的蛋白纤维网络。 为细胞提供结构的支持，并使细胞器，染色体为细胞提供结构的支持，并使细胞器，染色体 和细胞自身能直接运动和细胞自身能直接运动 。 细胞骨架的基本组件有细胞骨架的基本组件有 3种种: 微管微管,微丝和中间微丝和中间 丝（纤维）丝（纤维） 。 细胞骨架细胞骨架 细胞骨架细胞骨架 第一节第一节 微管微管 由微管蛋白和微管结合蛋白组成的中空圆柱状由微管蛋白和微管结合蛋白组成的中空圆柱状 结构结构 存在

2、于细胞质中存在于细胞质中 控制膜性细胞器定位及细胞内物质运输；参与控制膜性细胞器定位及细胞内物质运输；参与 装配鞭毛、纤毛、中心体、纺锤体等，影响细装配鞭毛、纤毛、中心体、纺锤体等，影响细 胞运动、细胞分裂和细胞形态维持胞运动、细胞分裂和细胞形态维持 第一节第一节 微管微管 一、微管蛋白与微管一、微管蛋白与微管 的结构的结构 a,ba,b二聚体构成原纤维二聚体构成原纤维 1313根原纤维成环根原纤维成环 动态合成，具有极性动态合成，具有极性 三种形式的微管三种形式的微管 第一节第一节 微管微管 第一节第一节 微管微管 二、微管结合蛋白：二、微管结合蛋白： 与微管表面相结合与微管表面相结合 参与

3、微管的装配参与微管的装配 由碱性的微管结合区域和由碱性的微管结合区域和 酸性的突出区域构成酸性的突出区域构成 包括包括MAP-1, MAP-2, tau, MAP-1, MAP-2, tau, MAP-4MAP-4 分布不同，功能不同分布不同，功能不同 tau and MAP-2 distribution 微管的组装微管的组装 第一节第一节 微管微管 1.1.成核成核 从位于中心体和纤毛的基体处微管组织中心开从位于中心体和纤毛的基体处微管组织中心开 始始 g g- -微管蛋白复合体影响成核及微管从中心粒上微管蛋白复合体影响成核及微管从中心粒上 释放释放 第一节第一节 微管微管 第一节第一节 微

4、管微管 Aster 第一节第一节 微管微管 MTOCMTOC家族：家族： 生长期生长期 G 期期 MTOC 中中 心体心体 (动态微管动态微管) 分裂细胞的分裂细胞的 MTOC 有有 丝分裂纺锤体丝分裂纺锤体 (动态微管动态微管) 鞭毛和纤毛鞭毛和纤毛 MTOC 基基 体体 (永久性结构永久性结构) 第一节第一节 微管微管 中心体中心体 第一节第一节 微管微管 2.2.聚合（延长）：聚合（延长）： 在体外需要在体外需要GTP,GTP,微管蛋白二聚体，适当的温微管蛋白二聚体，适当的温 度度,pH,pH和离子浓度环境和离子浓度环境 GTPGTP帽能稳定结构，促进合成。帽能稳定结构，促进合成。GDP

5、GDP帽则反之帽则反之 踏车运动踏车运动 踏车踏车 运动运动 第一节第一节 微管微管 影响微管合成的药物影响微管合成的药物 紫杉醇：和微管蛋白紧密结合，加速微管聚合，紫杉醇：和微管蛋白紧密结合，加速微管聚合， 防止微管解聚，防止微管解聚，导致微管稳定导致微管稳定。 秋水仙素：结合稳定游离的微管蛋白，秋水仙素：结合稳定游离的微管蛋白，引起微引起微 管解聚管解聚。 长春新碱：结合微管蛋白异源二聚体，长春新碱：结合微管蛋白异源二聚体，抑制微抑制微 管聚合管聚合。 第一节第一节 微管微管 四、微管的功能四、微管的功能 1.1.形成细胞内网状支架，维持细胞形态形成细胞内网状支架，维持细胞形态 2.2.参

6、与中心粒、纤毛、鞭毛的形成参与中心粒、纤毛、鞭毛的形成 第一节第一节 微管微管 3.3.参与细胞内物质运输参与细胞内物质运输 主要由马达蛋白完成，结构类似，消耗主要由马达蛋白完成，结构类似，消耗ATPATP运送不运送不 同的蛋白和细胞器。同的蛋白和细胞器。 动力蛋白：沿微管正极向负极运送动力蛋白：沿微管正极向负极运送 驱动蛋白：沿微管负极向正极运送驱动蛋白：沿微管负极向正极运送 肌球蛋白：沿肌动蛋白运行（微丝）肌球蛋白：沿肌动蛋白运行（微丝） 第一节第一节 微管微管 4.4.维持细胞内细胞器维持细胞内细胞器 的定位和分布的定位和分布 5.5.参与染色体的运动，参与染色体的运动， 调节细胞分裂调

7、节细胞分裂 6.6.参与细胞内信号转参与细胞内信号转 导导 第二节第二节 微丝微丝 一、肌动蛋白与微丝的一、肌动蛋白与微丝的 结构结构 微丝微丝(F-actin)(F-actin)由肌动由肌动 蛋白蛋白(G-actin)(G-actin)组成组成 具有极性具有极性 比微管更短更细，细胞比微管更短更细，细胞 内常呈聚合体或成束内常呈聚合体或成束 肌动蛋白肌动蛋白(actin), 由由375375个个AAAA组成组成, , 单体单体actinactin分子的分分子的分 子量为子量为43kDa, 43kDa, 其上有其上有三个结合位点三个结合位点。一个是。一个是ATPATP结合结合 位点位点, ,

8、另两个都是肌动蛋白结合蛋白的结合位点。另两个都是肌动蛋白结合蛋白的结合位点。 第二节第二节 微丝微丝 二、微丝结合蛋白二、微丝结合蛋白 种类繁多，将微丝组织为不同结构，执行不同功种类繁多，将微丝组织为不同结构，执行不同功 能能 1.1.单体隔离蛋白：结合单体，抑制聚合，调节单单体隔离蛋白：结合单体，抑制聚合，调节单 体体聚合体的平衡聚合体的平衡 2.2.交联蛋白交联蛋白: :使肌动蛋白纤维形成网络，改变其使肌动蛋白纤维形成网络，改变其 三维结构三维结构 3.3.末端阻断蛋白末端阻断蛋白: :结合在纤维末端，抑制纤维增结合在纤维末端，抑制纤维增 长长 4.4.纤维切割蛋白：切割纤维，控制长度，增

9、加数纤维切割蛋白：切割纤维，控制长度，增加数 量量 5.5.肌动蛋白纤维解聚蛋白：引起纤维解聚肌动蛋白纤维解聚蛋白：引起纤维解聚 6.6.膜结合蛋白：链接肌动蛋白纤维与细胞膜，传膜结合蛋白：链接肌动蛋白纤维与细胞膜，传 递收缩引起细胞膜移动递收缩引起细胞膜移动 第二节第二节 微丝微丝 三、微丝的装配机制：三、微丝的装配机制： 1.1.同样分为成核、聚合和稳定三个阶段同样分为成核、聚合和稳定三个阶段 三聚体为稳定核心，聚合时有极性三聚体为稳定核心，聚合时有极性 第二节第二节 微丝微丝 2.2.踏车模型和非稳态动踏车模型和非稳态动 力学模型力学模型 成核作用发生在质膜成核作用发生在质膜 第二节第二

10、节 微丝微丝 第二节第二节 微丝微丝 3.3.影响微丝组装的药物影响微丝组装的药物 细胞松弛素细胞松弛素B B：与微丝正端结合，抑制聚合：与微丝正端结合，抑制聚合 鬼笔环肽鬼笔环肽：与聚合的微丝结合，抑制解聚：与聚合的微丝结合，抑制解聚 影响微丝装配动态性的药物对细胞都有毒影响微丝装配动态性的药物对细胞都有毒 害，说明微丝功能的发挥依赖于微丝与肌害，说明微丝功能的发挥依赖于微丝与肌 动蛋白单体库间的动态平衡。这种动态平动蛋白单体库间的动态平衡。这种动态平 衡受衡受actinactin单体浓度和微丝结合蛋白的影响。单体浓度和微丝结合蛋白的影响。 第二节第二节 微丝微丝 四、微丝的功能四、微丝的功

11、能 1.1.构成细胞支架并维持细构成细胞支架并维持细 胞形态胞形态 第二节第二节 微丝微丝 2.2.参与细胞运动参与细胞运动 3.3.参与细胞分裂参与细胞分裂 第二节第二节 微丝微丝 4.4.肌肉收缩肌肉收缩 5.5.细胞内物质运输细胞内物质运输 6.6.细胞内信号传递细胞内信号传递 第三节第三节 中间纤维中间纤维 一、中间纤维一、中间纤维 的结构和类型的结构和类型 单体种类较多，单体种类较多， 都包含都包含a a- -螺旋螺旋 的杆状区，由的杆状区，由 4 4个螺旋区和个螺旋区和3 3 个间隔区构成，个间隔区构成， 较为保守。较为保守。 N N端端C C端高度可端高度可 变变 分子量大小取分

12、子量大小取 决于尾部决于尾部 第三节第三节 中间纤维中间纤维 类型类型举例举例分子质量分子质量(kD)细胞内分布细胞内分布 I酸性角蛋白40-60表皮细胞 II中性/碱性角蛋白50-70表皮 波形蛋白54成纤维细胞，白细胞及其他细胞 结蛋白53肌细胞 外周蛋白57外周神经元 胶质原纤维酸性蛋白51神经胶质细胞 IV神经丝蛋白 NF-L67神经元 NF-M150神经元 NF-H200神经元 V核纤层蛋白各种类型细胞 核纤层蛋白A70 核纤层蛋白B67 核纤层蛋白C60 VI巢蛋白200中央神经系统的干细胞 第三节第三节 中间纤维中间纤维 二、中间纤维的装配和调二、中间纤维的装配和调 节节 1.1

13、.单体为长丝状的丝状蛋单体为长丝状的丝状蛋 白，具有白，具有七位复件七位复件，可形，可形 成卷曲螺旋二聚体。成卷曲螺旋二聚体。 2.2.卷曲螺旋反向平行相连，卷曲螺旋反向平行相连， 形成四聚体的无极性结构。形成四聚体的无极性结构。 3.3.加和包裹，形成长纤维。加和包裹，形成长纤维。 4.4.受头部结构域内丝氨酸受头部结构域内丝氨酸 残基的磷酸化调节。残基的磷酸化调节。 第三节第三节 中间纤维中间纤维 三、中间纤维的功能三、中间纤维的功能 1.1.形成完整的网状骨架系统形成完整的网状骨架系统 2.2.为细胞提供机械强度支持为细胞提供机械强度支持 第三节第三节 中间纤维中间纤维 3.3.参与细胞

14、连接参与细胞连接 4.4.参与细胞内信息传递及物质参与细胞内信息传递及物质 运输运输 5.5.维持细胞核膜稳定维持细胞核膜稳定 6.6.参与细胞分化参与细胞分化 第四节第四节 细胞运动细胞运动 一、微管与细胞运动一、微管与细胞运动 1.1.鞭毛：规律性波动鞭毛：规律性波动 2.2.纤毛：猛烈抽打纤毛：猛烈抽打 第四节第四节 细胞运动细胞运动 运动机制：微管滑动模型运动机制：微管滑动模型 第四节第四节 细胞运动细胞运动 二、微丝与细胞运动二、微丝与细胞运动 1.1.细胞前缘伸出伪足：肌细胞前缘伸出伪足：肌 动蛋白丝在质膜下聚合生动蛋白丝在质膜下聚合生 长驱使细胞质膜向外突出，长驱使细胞质膜向外突出， 形成丝状或片状伪足。形成丝状或片状伪足。 Figure 6-20 Assembly of an actin meshwork pushes forward the leading edge of a lamellipodium. 第四节第四节 细胞运动细胞运动 2.2.整合蛋白与细胞外整合蛋白与细胞外 分子结合，也与细胞分子结合，也与细胞 内肌动蛋白丝结合，内肌动蛋白丝结合， 提供锚着点提供锚着点 3.3.肌动蛋白与肌球蛋肌动蛋白与肌球蛋 白