第7章细胞骨架

1、第七章第七章 细胞骨架细胞骨架n细胞骨架细胞骨架(cytoskeleton)(cytoskeleton)是指存在于是指存在于真核细胞真核细胞中中的蛋白纤维网架体系的蛋白纤维网架体系有狭义（胞质骨架）和广义（还包括核、膜骨架与胞有狭义（胞质骨架）和广义（还包括核、膜骨架与胞外基质）两种概念外基质）两种概念一、微丝一、微丝n微丝微丝(microfilament, mf)(microfilament, mf)又称肌动蛋白纤维又称肌动蛋白纤维(actin filament), (actin filament), 是指真核细胞中由肌动蛋白是指真核细胞中由肌动蛋白(actin)(actin)组成、直径为组

2、成、直径为7nm7nm的骨架纤维。的骨架纤维。肌动蛋白肌动蛋白(actin)(actin)是微丝的结构成分是微丝的结构成分, ,外观呈哑铃状外观呈哑铃状, , 这种这种actinactin又叫又叫g-acting-actin，将，将g-acting-actin形成的微丝又称为形成的微丝又称为f-actinf-actin肌动蛋白单体具有极性，装配时呈头尾相接肌动蛋白单体具有极性，装配时呈头尾相接, , 故微丝具有极性，有正极与负极之别。故微丝具有极性，有正极与负极之别。n微丝结合蛋白微丝结合蛋白actinactin单体结合蛋白单体结合蛋白这些小分子蛋白与这些小分子蛋白与actinactin单体结

3、合，阻止其添加单体结合，阻止其添加到微丝末端，当细胞需要单体时才释放，主要用到微丝末端，当细胞需要单体时才释放，主要用于于actinactin装配的调节，如装配的调节，如profilinprofilin等。等。微丝结合蛋白微丝结合蛋白微丝结合蛋白将微丝组织成不同的微丝结合蛋白将微丝组织成不同的结构形式结构形式n微丝特异性药物微丝特异性药物细胞松弛素细胞松弛素(cytochalasins)(cytochalasins)：可以：可以切断微丝，并结合在微切断微丝，并结合在微丝正极阻抑肌动蛋白聚丝正极阻抑肌动蛋白聚合合, ,因而导致微丝解聚。因而导致微丝解聚。鬼笔环肽鬼笔环肽(philloidin)(

4、philloidin)：与微丝侧面结合与微丝侧面结合, ,防止防止mfmf解聚。解聚。n微丝功能微丝功能维持细胞形态，赋予质膜机械强度维持细胞形态，赋予质膜机械强度细胞运动细胞运动微绒毛微绒毛(microvillus)(microvillus)应力纤维应力纤维(stress fiber)(stress fiber)参与胞质分裂参与胞质分裂肌肉收缩肌肉收缩(muscle contraction)(muscle contraction)二、微二、微 管管n微管结构与组成微管结构与组成微管微管（microtubulesmicrotubules）是由微管蛋白（是由微管蛋白（tubulintubulin

5、）二）二聚体装配成的长管状细胞器结构聚体装配成的长管状细胞器结构-微管蛋白和微管蛋白和-微管蛋白形成微管蛋白形成二聚体二聚体, , 二聚体平二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维行于长轴重复排列形成原纤维(protofilament)(protofilament)。 经过侧面经过侧面增加二聚体而扩展为螺旋带增加二聚体而扩展为螺旋带, , 当螺旋带加宽至当螺旋带加宽至1313根原纤维时根原纤维时, ,即合拢形成一段微管。即合拢形成一段微管。所有的微管都有确定的极性所有的微管都有确定的极性外径外径24nm24nm，内径，内径15nm15nm微管可装配成单管微管可装配成单管, ,二联管二联管( (纤毛和

6、鞭毛中纤毛和鞭毛中),),三联管三联管( (中心粒和基体中中心粒和基体中) )。n微管特异性药物微管特异性药物秋水仙素秋水仙素(colchicine) (colchicine) 阻断微管蛋白组装成微管，阻断微管蛋白组装成微管，可破坏纺锤体结构。可破坏纺锤体结构。紫杉酚紫杉酚(taxol)(taxol)能促进微管的装配能促进微管的装配, ,并使已形成的并使已形成的微管稳定。微管稳定。可能决定了微管结构和功能的差异可能决定了微管结构和功能的差异n微管相关蛋白微管相关蛋白(microtubule associated protein, map)n微管功能微管功能维持细胞形态维持细胞形态用秋水仙素处理

7、细胞破坏微管用秋水仙素处理细胞破坏微管, ,导致细胞变圆。导致细胞变圆。纤毛、鞭毛、轴突的形成和维持纤毛、鞭毛、轴突的形成和维持细胞内物质的运输细胞内物质的运输细胞器的定位细胞器的定位鞭毛鞭毛(flagella)(flagella)运动和纤毛运动和纤毛(cilia)(cilia)运动运动纺锤体与染色体运动纺锤体与染色体运动三、中间纤维三、中间纤维n10nm10nm纤维纤维, ,因其直径介于肌粗丝和细丝之间因其直径介于肌粗丝和细丝之间, , 故被命名为中间纤维（故被命名为中间纤维（intermediate intermediate filament,if) filament,if) 。ifif几

8、乎分布于所有几乎分布于所有动物细动物细胞胞，往往形成一个网络结构，特别是在需，往往形成一个网络结构，特别是在需要承受机械压力的细胞中含量相当丰富要承受机械压力的细胞中含量相当丰富, ,如如上皮细胞上皮细胞中。中。the domain organization of intermediate filament protein monomers.mostintermediatefilamentproteinsshareasimilarroddomainthatisusuallyabout310aminoacidslongandformsanextendedalphahelix.theamino-t

9、erminalandcarboxyl-terminaldomainsarenon-alpha-helicalandvarygreatlyinsizeandsequenceindifferentintermediatefilaments.n中间纤维蛋白单体呈纤维状中间纤维蛋白单体呈纤维状n中间纤维的装配中间纤维的装配中间纤维中间纤维装配过程装配过程ifif装配与装配与mf,mtmf,mt装配相比，反向平行的四聚体导致装配相比，反向平行的四聚体导致ifif不具有极不具有极性性n中间纤维的成分与分布中间纤维的成分与分布ifif成分比成分比mf,mtmf,mt复杂，复杂，ifif在形态上相似，而化学组

10、成有明显的差别。在形态上相似，而化学组成有明显的差别。中间纤维蛋白的表达具有严格的组织特异性（中间纤维蛋白的表达具有严格的组织特异性（ 作为细胞特异性检测作为细胞特异性检测的的marker marker ）nifif的结合蛋白的结合蛋白 ifapifap功能：功能：使中间纤维交联成束、成网，使中间纤维交联成束、成网，把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上已知的已知的ifapsifaps约约1515种左右，具有中间纤维类型特种左右，具有中间纤维类型特异性，分别与特定的中间纤维结合，如：异性，分别与特定的中间纤维结合，如：flanggrin(flanggrin(角

11、蛋白聚集角蛋白聚集) )、plectinplectin（几种纤维（几种纤维间横桥）、间横桥）、ankyrinankyrin（锚蛋白，与膜结合）（锚蛋白，与膜结合）n中间纤维的功能中间纤维的功能增强细胞抗机械压力的能力增强细胞抗机械压力的能力 角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持结蛋白（结蛋白（desmindesmin）纤维是）纤维是肌肉肌肉z z盘盘的重要结构组分，对于维持肌肉细的重要结构组分，对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用胞的收缩装置起重要作用神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用参与传递细胞内机械的或分子的信息参与传递细胞内机

12、械的或分子的信息中间纤维与中间纤维与mrnamrna的运输有关的运输有关胞质骨架三种组分的比胞质骨架三种组分的比较较思考题：思考题：n1、概念：细胞骨架、概念：细胞骨架n2、三种胞质骨架的单体及装配特点、特、三种胞质骨架的单体及装配特点、特异性药物异性药物n3、胞质骨架的功能（特别是微丝的收缩、胞质骨架的功能（特别是微丝的收缩和微管的细胞内物质运输）。和微管的细胞内物质运输）。成纤维细胞爬行与微丝装配和解聚相关成纤维细胞爬行与微丝装配和解聚相关nachard et al.3 propose that, after a primer has been captured at a surface,

13、 branches form in all directions. outward-facing branches grow until capped. forward-facing branches stall, escape and eventually grow tangentially. tangential filaments act as primers for explosive actin-network growth. capped parts of the network constitute the dead zone, whereas the active polyme

14、rizing zone is constrained to the surface._nature 464, 365-366 (18 march 2010) | doi:10.1038/464365a; published online 17 march 2010: cell biology: actin filaments up against a walln微绒毛微绒毛(microvillus) (microvillus) 是肠上皮是肠上皮细胞的指状突起，用以增加肠上细胞的指状突起，用以增加肠上皮细胞表面积，以利于营养的快皮细胞表面积，以利于营养的快速吸收。速吸收。n应力纤维（应力纤维（s

15、tress fiberstress fiber）: :广泛存在于真广泛存在于真核细胞。核细胞。成分：肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和成分：肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和 - -辅辅肌动蛋白。介导细胞间或细胞与基质表面的肌动蛋白。介导细胞间或细胞与基质表面的粘着。（细胞贴壁与粘着斑的形成相关，在形粘着。（细胞贴壁与粘着斑的形成相关，在形成黏着斑的质膜下，微丝紧密平行排列成束，成黏着斑的质膜下，微丝紧密平行排列成束，形成应力纤维形成应力纤维, ,具有收缩功能。）具有收缩功能。）focal adhesions. (a) in these immunofluorescence micrographs

16、, cells in culture have been labeled with antibodies against both actin (green) and the intracellular anchor protein vinculin (red). note that vinculin is located at focal adhesions, which is also where bundles of actin filaments terminate at the plasma membrane. (b) some of the proteins that form f

17、ocal adhesions. the transmembrane adhesion protein is an integrin heterodimer, composed of an and a subunit. its extracellular domains bind to components of the extracellular matrix, while the cytoplasmic tail of the subunit binds indirectly to actin filaments via several intracellular anchor protei

18、ns. 收缩环由大量反向平行排列的微丝组成，其收缩机制是肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动。收缩环由大量反向平行排列的微丝组成，其收缩机制是肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动。n肌肉收缩肌肉收缩(muscle contraction)(muscle contraction)肌肉的肌肉的细微结构细微结构( (以骨骼肌为例以骨骼肌为例) )肌小节肌小节的组成的组成肌肉收缩系统中的有关蛋白肌肉收缩系统中的有关蛋白由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程肌纤维myofibril 肌原纤维sarcomere 肌节n肌肉收缩系统中的有关蛋白肌肉收缩系统中的有关蛋白肌球蛋白肌球蛋白(myosin)(

19、myosin)：所有：所有actin-dependent motor proteinsactin-dependent motor proteins都属于都属于该家族，其头部具该家族，其头部具atpatp酶活力酶活力, ,沿微丝从负极到正极进行运动。沿微丝从负极到正极进行运动。 myosin myosin 主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构域和尾部链，多个主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构域和尾部链，多个myosinmyosin尾部相互缠绕形成尾部相互缠绕形成myosin filament,myosin filament,即粗肌丝即粗肌丝微丝微丝: :细丝细丝原肌球蛋白原肌球蛋白(tropo

20、myosin, tm)(tropomyosin, tm)：由两条平行的多肽链形成：由两条平行的多肽链形成-螺旋螺旋构型，位于肌动蛋白螺旋沟内，结合于细丝，调节肌动蛋白与肌球构型，位于肌动蛋白螺旋沟内，结合于细丝，调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。蛋白头部的结合。肌钙蛋白肌钙蛋白 (troponin, tn)(troponin, tn)：为复合物，包括三个亚基：为复合物，包括三个亚基：tnc(ca2+tnc(ca2+敏感性蛋白敏感性蛋白) )，能特异与，能特异与ca2+ca2+结合；结合；tnt(tnt(与原肌球蛋白结合与原肌球蛋白结合) )；tni(tni(抑制肌球蛋白抑制肌球蛋白atpase

21、atpase活性活性) )n由神经冲动诱发的肌肉收缩由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程基本过程动作电位的产生动作电位的产生caca2+2+的释放的释放原肌球蛋白位移原肌球蛋白位移肌动蛋白丝与肌球蛋白肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动丝的相对滑动caca2+2+的回收的回收 n细胞内物质的运输细胞内物质的运输真核细胞内部是高度区域化的体系真核细胞内部是高度区域化的体系, , 细胞中合成的物细胞中合成的物质、一些细胞器等必须经过细胞内运输过程。这种运质、一些细胞器等必须经过细胞内运输过程。这种运输过程与细胞骨架体系中的微管及其输过程与细胞骨架体系中的微管及其motor proteinmotor protein有有关。关。目前已鉴定的目前已鉴定的motor proteinsmotor proteins多达数十种。根据其结多达数十种。根据其结合的骨架纤维以及运动方向和携带的转运物不同而分合的骨架纤维以及运动方