南农_细胞生物学_8

1、第一节 细胞质骨架 一、微丝 微丝(microfilament，MF) 是指真核细胞中由肌动蛋白 (actin)组成，直径为7 nm的骨架纤维。 (一)微丝的成分 肌动蛋白 单体外观呈哑铃状,具有极性， ( (二) )微丝结构与装配 球形肌动蛋白( (G Gactin)actin)单体头尾相接形成具有极性的多聚体螺 旋纤维形肌动蛋白( (F Factin)actin) 球形肌动蛋白( (G Gactin) actin) 加到微丝两端，( (十) )极装配的速度较 ( () )极快 在一定条件下，微丝可以表现出一端因加亚单位而延长，而另 一端因亚单位脱落而减短，这种现象称为踏车现象 ( (tre

2、ad tread milling)milling)。 ( (三) )微丝结合蛋白 肌动蛋白纤维的存在形式与微丝结合蛋白的种类有关。 微丝结合蛋白参与形成微丝纤维高级结构，对肌动蛋白纤维的 动态装配有调节作用。 1 1肌肉收缩系统中的有关蛋白 肌球蛋白( (myosin)myosin) 约占肌肉总蛋白的一半 含2 2条重链，2 2条轻链，两股重链盘绕成双股a a螺旋，长约140 140 nmnm，直径2 2 nmnm。 型肌球蛋白参与肌丝滑动。 型和V V型肌球蛋白，参与细胞骨架和细胞膜的相互作用，如膜 泡运输。 原肌球蛋白(tropomyosin，Tm) 。 在肌肉中占总蛋白的510 由两条平

3、行的多肽链形成a螺旋构型，长40nm 位于肌动蛋白螺旋沟内。结合于细肌丝，调节肌动蛋白与肌球 蛋白头部的结合 肌钙蛋白(tropoin，Tn) 含3个亚基 肌钙蛋白 C(TnC)特异与Ca2+结合 肌钙蛋白T(TnT)与原肌球蛋白有高度亲和力 肌钙蛋白I(TnI)抑制肌球蛋白ATPase的活性。 细肌丝中每隔40nm有一个肌钙蛋白复合体结合到原肌球蛋白 上 2 2非肌肉细胞中的微丝结合蛋白 肌球蛋白 原肌球蛋白 a a辅肌动蛋白 肌钙蛋白 与微丝装配及功能 有密切关系。 ( (四) )微丝特异性药物 细胞松弛素( (cytochalasins)cytochalasins) 是真菌的一种代谢产物

4、，可以切断微丝，并结合在微丝末端阻抑肌动蛋白聚合，但对解聚没有明显影响， 因而可以破坏微丝的三维网络。 鬼笔环肽( (philloidin)philloidin) 是一种由毒蕈产生的双环杆肽，与微丝有强亲合作用，使肌动蛋白纤维稳定，抑制解聚，且只与F F肌动蛋白 结合，而不与G G肌动蛋白结合，荧光标记的鬼笔环肽可清晰地显示细胞中的微丝。 ( (五) )微丝性细胞骨架的功能 1 1肌肉收缩 2 2微绒毛 3 3应力纤维 4 4溶胶层和阿米巴运动 5 5胞质分裂环 二、微管( (microtubule)microtubule) 真核细胞中由微管蛋白( (tubulin)tubulin)装配成的长

5、管状极性细胞器结构 能与其他蛋白共同装配成纺锤体、基粒、中心粒、鞭毛、纤毛、轴突、神经管等结构， 参与细胞形态的维持、细胞运动和细胞分裂。 所有原核生物中没有微管。 ( (一) )微管成分 由a a微管蛋白和b b微管蛋白 组成, , 微管装配的基本单位 a a微管蛋白和b b微管蛋白形 成微管蛋白异二聚体 ( (二) )微管形态 长管状结构，平均外径为24 24 nmnm，内径15 15 nmnm 管壁由1313根原纤维排列构成。 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) )。 所有的微管都有确定的极性。微管的两个末端在结构上不是等 同的 纤毛 纤毛轴心含

6、有一束“9 9十2 2”排列的平行微管 中央微管均为完全微管，外围二联体微管由A A、 B B亚纤维组成 A A亚纤维为完全微管，由1313个球形亚基环绕 而成 B B亚纤维由1010个亚基构成，另3 3个亚基与A A亚 纤维共用。 纤毛运动机制：滑动学说认为纤毛运动由相 邻二联体间相互滑动所致 ( (六) )功能 基体和中心粒 中心体由一对相互垂直的中心粒构 成。位于鞭毛和纤毛根部的类似结 构称为基粒。 基粒和中心粒均是微管性结构，呈 圆柱状。其壁由9 9组微管三联体组成， 三联体亚纤维A A为完全微管，亚纤维 B B和C C为不完全微管。 中心粒和基粒是同源的，在某些时 候可以相互转变。

7、均具有自我 复制性质 ( (三) )装配 a a微管蛋白和b b微管蛋白形成长度为8 8 nmnm的abab二 聚体 abab 二聚体以 ab-ab-abab-ab-ab方向先形成原纤维 原纤维经过侧面增加而扩展为片层，至1313根原纤 维时，即合拢形成一段微管。 新的二聚体再不断加到微管(+)(+)极端点使之延长。 最终微管蛋白与微管达到平衡, , 踏车现象( (treadmilling)treadmilling) 微管装配动态 微管蛋白的合成是自我调节的，多余的微管蛋白单体结合于合成微管蛋白的核糖体上，导致微管蛋白mRNAmRNA 降解。 微管在体内的装配和去装配在时间和空间上是高度有序的

8、， 间期细胞中，细胞质微管与微管蛋白亚单位库处于相对平衡状态； 有丝分裂前期，胞质微管网络中的微管去装配，游离的微管蛋白亚单位装配为纺锤体；分裂末期，发生逆 向转变。 微管组织中心 微管在解聚后重新 装配的发生处称为 微管组织中心 ( (MTOC)MTOC)。 MTOCMTOC决定了细胞微 管的极性，微管的 ( () )极指向MTOCMTOC，(+)(+) 极背向MTOCMTOC。 动物细胞的MTOCMTOC为 中心体。 ( (四) )微管相关蛋白质 附着于微管多聚体上，参 与微管的装配并增加微管 的稳定性dede蛋白称为微管 相关蛋白质( (MAP)MAP)。 一般认为微管相关蛋白质 与骨架

9、纤维间的连接有关， ( (五) )微管特异性药物 秋水仙素 ( (colchicine)colchicine) 秋水仙素阻断微管蛋白装配成微管。 用低浓度的秋水仙素处理活细胞，可立即破坏纺锤体结构 紫杉酚( (taxol)taxol)能促进微管的装配，并使已形成的微管稳定。 重水 ( (D D2 2O)O)也会促进微管装配，增加其稳定性。 紫杉酚和重水所致的微管稳定性增加对细胞是有害的，使细胞 周期停止于有丝分裂期 ( (六) )功能 1 1维持细胞形态 2 2细胞内运输 (1) (1)神经元轴突运输 (2) (2)色素颗粒的运输 3 3鞭毛运动和纤毛运动 4 4纺锤体和染色体运动 5 5基体

10、和中心粒 三 中间纤维 2020世纪6060年代中期，在哺乳动物细胞中发现10 10 nmnm纤维，因其直 径介于粗肌丝和细肌丝之间，故被命名为中间纤维( (又称中间丝， intermediate filamentintermediate filament， ( (一) )成分 角蛋白纤维，存在于上皮细胞中 波形纤维 ，存在于间质细胞和中胚层来源 的细胞中 结蛋白纤维 ，存在于肌细胞中 神经元纤维，存在于神经元中 神经胶质纤维，存在于神经胶质细胞 中间纤维的分布具有严格的组织特异性。 ( (二) )结构 分子肽链中部有一段高度保守的约310310个氨基酸残基的螺旋区， 两个相邻亚基的对应螺旋区

11、形成双股超螺旋，装配为中间纤 维的主干，这是中间纤维的共同结构特征。 分子非螺旋化的头部( (N N端) )和尾部( (C C端) )的氨基酸顺序和肽链长 度在不同中间纤维蛋白分子中有很大差异。 ( (三) )装配 两个相邻亚基的对应a a螺旋区形成双股超螺旋，即二聚体 二聚体装配为四聚体( (tetramer)tetramer) 由四聚体或八聚体进一步装配为中间纤维 最多见的是由8 8个四聚体或4 4个八聚体装配为中间纤维，。 ( (四) )中间纤维结合蛋白( (IFAP)IFAP) 是一类在结构和功能上与中间纤维有密切联系，但其本身不是 中间纤维结构组分的蛋白。 IFAPIFAP可能在中间

12、纤维上或其两端与中间纤维紧密或松散结合。 可能作为细胞中中间纤维超分子结构的调节者。 ( (五) )功能 中间纤维在胞质中形成精细发达的纤维网络，外与细胞膜及细 胞外基质相连，内与核纤层有直接联系。 在胞质中中间纤维与微丝、微管及其他细胞器有错综复杂的纤 维联络。 中间纤维在细胞质中起支架作用，并与细胞核定位有关。 中间纤维在细胞间或者组织中起支架作用 近年来发现中间纤维与mRNAmRNA的运输有关， 第二节 细胞核骨架 细胞核骨架是存在于真核细胞核内的以蛋白成分为主的纤维网 架体系。 狭义的核骨架指核内除核膜、核纤层、染色质、核仁和核孔复 合体以外的以纤维蛋白成分为主的纤维网架体系 广义的核

13、骨架包括核基质、核纤层和核孔复合体。 核骨架与DNADNA复制、RNARNA转录和加工、染色体装配及病毒复制等 一些重要的生命活动有关。 ( (一) )形态结构 核骨架纤维直径为3 330 30 nmnm，估计单丝直径约3 34 4 nmnm，粗纤维 可能是单纤维的复合体 核内骨架与核纤层有丰富的纤维联络，构成统一的核骨架网络 ( (二) )成分 核骨架蛋白 核骨架结合蛋白 少量RNARNA。 1 1核骨架蛋白 这类蛋白与富含ATAT的DNADNA核骨架结合序列( (MAR)MAR)结合，又称为 MARMAR结合蛋白 将DNADNA锚定在核骨架上，以形成DNADNA放射环。 2 2核骨架结合蛋

14、白 (1)(1)转录因子 (2) (2)酶 (3) (3)受体 (4) (4)供体 ( (三) )核骨架结合序列 MARMAR一般位于DNADNA放射环或活性转录基因的两端 MARMAR的结构特征 富含ATAT； 富含DNADNA解旋元件( (DNA unwinding elements)DNA unwinding elements)； 富含反向重复序列( (inverted repeats)inverted repeats) 含有转录因子结合位点 MARMAR的功能 通过与核骨架蛋白的结合，将DNADNA放射环锚定在核骨架上 作为许多功能性基因调控蛋白的结合位点。 ( (四) )功能 1 1

15、核骨架与DNADNA复制 2 2核骨架与基因表达 3 3核骨架与病毒复制 4 4核骨架与染色体构建 二、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构支架。 染色体支架含大约3030种非组蛋白, ,DNADNA拓扑异构酶 三、核纤层 核纤层( (nuclearlamina)nuclearlamina)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1 1至3 3种核纤层蛋白多肽组成。 核纤层与中间纤维、核骨架相互连接，形成贯穿于细胞核与细 胞质的骨架结构体系。 核纤层形态结构 由核纤层蛋白构成的直径为10 10 nmnm左右的核纤层纤维，纵横排列 整齐，呈正交状编织成球状或笼

16、状网络，分布于内层核膜与染 色质之间。 功能 核纤层与核膜、染色质及核孔复合体在结构上有密切联系 一般认为核纤层在细胞核中起支架作用，为核膜及染色质提供 了结构支架。 ( (三) )微丝结合蛋白 肌动蛋白纤维的存在形式与微丝结合蛋白的种类有关。 微丝结合蛋白参与形成微丝纤维高级结构，对肌动蛋白纤维的 动态装配有调节作用。 肌球蛋白( (myosin)myosin) 约占肌肉总蛋白的一半 含2 2条重链，2 2条轻链，两股重链盘绕成双股a a螺旋，长约140 140 nmnm，直径2 2 nmnm。 型肌球蛋白参与肌丝滑动。 型和V V型肌球蛋白，参与细胞骨架和细胞膜的相互作用，如膜 泡运输。

17、二、微管( (microtubule)microtubule) 真核细胞中由微管蛋白( (tubulin)tubulin)装配成的长管状极性细胞器结构 能与其他蛋白共同装配成纺锤体、基粒、中心粒、鞭毛、纤毛、轴突、神经管等结构， 参与细胞形态的维持、细胞运动和细胞分裂。 所有原核生物中没有微管。 ( (五) )微管特异性药物 秋水仙素 ( (colchicine)colchicine) 秋水仙素阻断微管蛋白装配成微管。 用低浓度的秋水仙素处理活细胞，可立即破坏纺锤体结构 紫杉酚( (taxol)taxol)能促进微管的装配，并使已形成的微管稳定。 重水 ( (D D2 2O)O)也会促进微管装配，增加其稳定性。 紫杉酚和重水所致的微管稳定性增加对细胞是有害的，使细胞 周期停止于有丝分裂期 ( (一) )成分 角蛋白纤维，存在于上皮细胞中 波形纤维 ，存在于间质细胞和中胚层来源 的细胞中 结蛋白纤维 ，存在于肌细胞中 神经元纤维，存在于神经元中 神经胶质纤维，存在于神经胶质细胞 中间纤维的分布具有严格的组织特异性。 1 1核骨架蛋白 这类蛋白与富含ATAT的DNADNA核骨架结合序列( (MAR)MAR)结合，又称为 MARMAR结合蛋白 将DNADNA锚定在核骨架上，以形成DNADNA放射环。 ( (三) )核骨架结合序列 MARMAR一般位于