第六章细胞骨架

1、logo第六章第六章 细胞骨架细胞骨架v本章重点：本章重点：1 1、细胞骨架的概念、细胞骨架的概念2 2、三种细胞骨架的化学组成、组装和功能、三种细胞骨架的化学组成、组装和功能company l细胞骨架（细胞骨架（cytoskeletoncytoskeleton） ：是指广泛存在真核：是指广泛存在真核细胞中的的蛋白纤维网架系统。细胞中的的蛋白纤维网架系统。细细 胞胞 骨骨 架架微管微管微丝微丝中等纤维中等纤维微梁网络微梁网络线粒体线粒体核糖体核糖体内质网内质网广义细胞骨架广义细胞骨架细胞质骨架细胞质骨架细胞核骨架细胞核骨架细胞膜骨架细胞膜骨架细胞外基质细胞外基质 狭义细胞骨架狭义细胞骨架（细胞

2、质骨架）（细胞质骨架）微丝微丝微管微管中间纤维中间纤维company l第一节第一节 微丝微丝 （microfilament , mf)microfilament , mf)v又称肌动蛋白纤维又称肌动蛋白纤维actin filamentactin filament，是由两条线，是由两条线性排列的肌动蛋白链形成的螺旋性排列的肌动蛋白链形成的螺旋 ，形状如双线捻，形状如双线捻成的绳子，直径约成的绳子，直径约7nm 7nm 。company lv 根据等电点分为根据等电点分为3类：类：分布于肌肉细胞；分布于肌肉细胞；和和分布于非肌分布于非肌细胞和肌细胞。细胞和肌细胞。v actin单体外观呈哑铃形，

3、称球形肌动蛋白单体外观呈哑铃形，称球形肌动蛋白g-actin；多聚；多聚体称为纤维形肌动蛋白体称为纤维形肌动蛋白f-actin。v actin在进化上高度保守，酵母和兔子肌肉的肌动蛋白有在进化上高度保守，酵母和兔子肌肉的肌动蛋白有88%的同源性。的同源性。一、微丝的组成一、微丝的组成company lg-g-肌动蛋白以相同的肌动蛋白以相同的方式首尾连接形成螺旋方式首尾连接形成螺旋状纤维，称状纤维，称肌动蛋丝、肌动蛋丝、纤维状肌动蛋白纤维状肌动蛋白（f-f-肌肌动蛋白动蛋白），是微丝的主），是微丝的主体。体。company l二、微丝的结构二、微丝的结构company l三、微丝的组装三、微丝的

4、组装v 条件：条件：atp、适宜的温度、存在、适宜的温度、存在k+和和mg2+离子。离子。v 过程：过程：2-3个个actin聚集成一个核心（核化）；聚集成一个核心（核化）；atp-actin分分子向核心两端加合。微丝具有极性，子向核心两端加合。微丝具有极性，atp-actin加到加到(+)极极的速度要比加到的速度要比加到(-)极的速度快极的速度快5-10倍。倍。v 溶液中溶液中atp-肌动蛋白的浓度处于临界浓度时，肌动蛋白的浓度处于临界浓度时，atp-肌动肌动蛋白在蛋白在(+)端添加，而从端添加，而从(-)端分离，表现出端分离，表现出 “踏车踏车”现象现象。company l 在含有在含有a

5、tpatp和和mgmg2+2+和高浓度的和高浓度的nana+ +、k k+ +离子溶液中微丝趋向聚离子溶液中微丝趋向聚合（合（g-acting-actinf-actinf-actin）溶液）溶液7 7，易于进行微丝的组装。，易于进行微丝的组装。 在含有在含有atpatp和和caca2+2+、低浓度的单价离子、低浓度的单价离子(na(na+ +、k k+ +等等) )溶液中微溶液中微丝趋向解聚丝趋向解聚g-acting-actincompany l踏车现象（踏车现象（treadmillingtreadmilling）: :在一定条件下，微丝的（在一定条件下，微丝的（+ +）极发生装配使其延长，）

6、极发生装配使其延长，而（而（）极发生去装配使其缩短，这种现象称为）极发生去装配使其缩短，这种现象称为踏车现象。踏车现象。 四、微丝组装的动态调节四、微丝组装的动态调节company l非稳态动力学模型非稳态动力学模型company lv 细胞中大多数微丝结构处于动态的组装和去组装过程中，细胞中大多数微丝结构处于动态的组装和去组装过程中，并通过这种方式实现其功能。并通过这种方式实现其功能。v 细胞松弛素（细胞松弛素（cytochalasin）可切断微丝纤维，并结合在）可切断微丝纤维，并结合在微丝末端抑制肌动蛋白加合到微丝纤维上，特异性的抑制微丝末端抑制肌动蛋白加合到微丝纤维上，特异性的抑制微丝功

7、能。微丝功能。v 鬼笔环肽（鬼笔环肽（phalloidin）与微丝能够特异性的结合，使微）与微丝能够特异性的结合，使微丝纤维稳定而抑制其功能。荧光标记的鬼笔环肽可特异性丝纤维稳定而抑制其功能。荧光标记的鬼笔环肽可特异性的显示微丝。的显示微丝。 company l五、微丝结合蛋白五、微丝结合蛋白已知的的微丝结合蛋白有100多种，分为以下类型：v 1核化蛋白：使游离actin核化，开始组装，arpv 2单体隐蔽蛋白：阻止游离actin向纤维添加，thymosin v 3封端蛋白：使纤维稳定，cap zv 4单体聚合蛋白：将结合的单体安装到纤维，profilin v 5微丝解聚蛋白：使微丝去组装，c

8、ofilin v 6交联蛋白：fimbrin v 7纤维切断蛋白：将微丝切断，gelsolinv 8膜结合蛋白：vinculin company l微丝解聚蛋白单体聚合蛋白核化蛋白company l微丝结合蛋白微丝结合蛋白2.隔绝蛋白3.封端蛋白6.集束蛋白5.连接蛋白7.锚定蛋白1.解聚蛋白4.截断蛋白company l六、微丝的功能六、微丝的功能（一）构成细胞的支架，维持细胞的形态（一）构成细胞的支架，维持细胞的形态（二）作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩（二）作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩（三）参与细胞分裂（三）参与细胞分裂（四）参与细胞运动（四）参与细胞运动（五）参与细胞内物质运输

9、（五）参与细胞内物质运输（六）参与细胞内信号转导（六）参与细胞内信号转导company l（一）构成细胞的支架，维持细胞的形态（一）构成细胞的支架，维持细胞的形态 存在于细胞膜下微丝网中的微丝，与肌球蛋白存在于细胞膜下微丝网中的微丝，与肌球蛋白、原肌球蛋白和辅肌蛋白协同作用，在两个附着、原肌球蛋白和辅肌蛋白协同作用，在两个附着点之间进行等位收缩而不运动，收缩时产生的力为点之间进行等位收缩而不运动，收缩时产生的力为细胞膜提供一定的强度和韧性，抵抗细胞内外的压细胞膜提供一定的强度和韧性，抵抗细胞内外的压力，维持细胞的形状。力，维持细胞的形状。 如红细胞的双凹圆盘形。如红细胞的双凹圆盘形。compa

10、ny l(原肌球蛋白)(微丝)(血型糖蛋白)(血影蛋白) (间距因子)(锚定蛋白)company l培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色）培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色） company l微绒毛微绒毛company l（二）作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩（二）作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩company lcompany l肌肉的组成肌肉的组成v 由肌原纤维组成，肌原纤维包括粗肌丝和细肌丝，粗肌丝由肌原纤维组成，肌原纤维包括粗肌丝和细肌丝，粗肌丝主要成分是肌球蛋白，细肌丝的主要成分是肌动蛋白、原主要成分是肌球蛋白，细肌丝的主要成分是肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙

11、蛋白。肌球蛋白和肌钙蛋白。v 肌肉收缩的基本单位是肌小节（肌肉收缩的基本单位是肌小节（sarcomeresarcomere）。肌小节是）。肌小节是相邻两相邻两z z线间的单位。主要结构有：线间的单位。主要结构有： a a带（暗带）：为粗肌丝所在。带（暗带）：为粗肌丝所在。 h h区：区：a a带中央色浅部份，此处只有粗肌丝。带中央色浅部份，此处只有粗肌丝。 i i带（明带）：只含细肌丝部分。带（明带）：只含细肌丝部分。 z z线：细肌丝一端游离，一端附于线：细肌丝一端游离，一端附于z z线线 。company l1 1、肌球蛋白（、肌球蛋白（myosinmyosin） 属于马达蛋白，可利用属于

12、马达蛋白，可利用atpatp产生机械能，最早发现产生机械能，最早发现于肌肉组织于肌肉组织(myosin ii)(myosin ii)，后逐渐发现许多非肌细胞的，后逐渐发现许多非肌细胞的myosinmyosin，目前已知的有，目前已知的有1515种类型种类型 myosin iimyosin ii由由2 2条重链条重链和和4 4条轻链组成，是构条轻链组成，是构成粗肌丝的主要成分。成粗肌丝的主要成分。通过水解通过水解atpatp与微丝发与微丝发生滑动生滑动company lcompany l 2 2、原肌球蛋白（、原肌球蛋白（tropomyosintropomyosin）是由两条平行的多肽链扭成螺旋

13、，呈长杆状，每个是由两条平行的多肽链扭成螺旋，呈长杆状，每个tmtm的长的长度相当于度相当于7 7个肌动蛋白，位于肌动蛋白双螺旋的沟中，主要个肌动蛋白，位于肌动蛋白双螺旋的沟中，主要作用是加强和稳定肌动蛋白丝，调节肌动蛋白与肌球蛋白作用是加强和稳定肌动蛋白丝，调节肌动蛋白与肌球蛋白结合。结合。 3 3、肌钙蛋白（、肌钙蛋白（troponintroponin） 肌钙蛋白含三个亚基。肌肌钙蛋白含三个亚基。肌钙蛋白钙蛋白c c特异地与钙结合；特异地与钙结合；肌钙蛋白肌钙蛋白t t与原肌球蛋白有与原肌球蛋白有高度亲和力；肌钙蛋白高度亲和力；肌钙蛋白i i抑抑制肌球蛋白的制肌球蛋白的atpatp酶活性。

14、酶活性。细肌丝中每隔细肌丝中每隔40nm40nm就有一就有一个肌钙蛋白复合体个肌钙蛋白复合体 (收缩)(松驰)肌球蛋白结合atp，引起头部与肌动蛋白纤维分离；atp水解，引起头部与肌动蛋白弱结合； pi释放，头部与肌动蛋白强结合，头部向m线方向弯曲，引起细肌丝向m线移动；adp释放atp结合上去，头部与肌动蛋白纤维分离。如此循环 company l（三）参与细胞分裂（三）参与细胞分裂 收缩环：在分裂末收缩环：在分裂末期的细胞质中，肌期的细胞质中，肌动蛋白组装成大量动蛋白组装成大量平行排列的微丝，平行排列的微丝，它们在分裂沟的质它们在分裂沟的质膜下方，卷曲形成膜下方，卷曲形成的环状结构。的环状结

15、构。company l（四）参与细胞运动（四）参与细胞运动a a、白细胞和成纤维细胞、白细胞和成纤维细胞定向运动；定向运动； b b、胚胎细胞、癌细胞向、胚胎细胞、癌细胞向附近组织转移；附近组织转移；c c、吞噬细胞；、吞噬细胞；d d、跨膜运动；、跨膜运动；e e、精子与卵子细胞融合、精子与卵子细胞融合时的顶体运动；时的顶体运动；f f、红细胞与血小板的变、红细胞与血小板的变形运动。形运动。company l（五）参与细胞内物质运输（五）参与细胞内物质运输（六）参与细胞内信号转导（六）参与细胞内信号转导第二节第二节 微管（微管（ microtubule, mtmicrotubule, mt）

16、v微管在胞质中形成网络结构，作为运输路轨并起微管在胞质中形成网络结构，作为运输路轨并起支撑作用。微管是由微管蛋白组成的管状结构，支撑作用。微管是由微管蛋白组成的管状结构，对低温、高压和秋水仙素敏感。对低温、高压和秋水仙素敏感。a fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucleus (yellow) and microtubules (red)v微管是由微管是由1313条原纤维构成的中空管状结构，直径条原纤维构成的中空管状结构，直径2225nm2225nm。v每一条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列

17、而成每一条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成v微管蛋白二聚体由结构相似的微管蛋白二聚体由结构相似的和和球蛋白构成。球蛋白构成。v球蛋白结合的球蛋白结合的gtpgtp从不发生水解或交换。从不发生水解或交换。v球蛋白也是一种球蛋白也是一种g g蛋白，结合的蛋白，结合的gtpgtp可发生水解，可发生水解，结合的结合的gdpgdp可交换为可交换为gtpgtp。一、分子结构一、分子结构一、微管的化学组成与形态结构一、微管的化学组成与形态结构company l12345678910111213单管单管 ab二联管二联管 abc三联管三联管存在于真核细胞的存在于真核细胞的鞭毛和纤毛鞭毛和纤毛存在于中心体存在

18、于中心体和基体和基体微管的种类微管的种类存在于胞质中存在于胞质中company l二、微管的组装二、微管的组装1 1、装配过程、装配过程和和微管蛋白形成微管蛋白形成异二聚体，异二聚体装异二聚体，异二聚体装配成原纤维配成原纤维原纤维扩展为片层原纤维扩展为片层1313条原纤维的片层合条原纤维的片层合拢为微管拢为微管2 2、微管的极性、微管的极性（）（）v 2.2.影响组装的因素影响组装的因素 提纯的微管，在微酸性环境提纯的微管，在微酸性环境(ph6.9)(ph6.9)，适宜的温度，存在，适宜的温度，存在gtpgtp、mgmg2+2+和去除和去除caca2+2+的条件下能自发的组装成的条件下能自发的

19、组装成1313条原纤维条原纤维的微管。的微管。 组装组装 去组装去组装 温度温度 37370 0c 4c 40 0c c 以下以下caca2+2+离子离子 浓度低浓度低 浓度高浓度高其它其它 紫杉酚、紫杉酚、d d2 2o o 秋水仙素、长春花碱秋水仙素、长春花碱company lcompany l3 3、微管组织中心（、微管组织中心（mtocmtoc）：微管在生理状态或实验处理解）：微管在生理状态或实验处理解聚后重新组装的发生处叫微管组织中心。动物细胞的聚后重新组装的发生处叫微管组织中心。动物细胞的mtocmtoc是中心体、纤毛和鞭毛的基体、动粒等，微管的是中心体、纤毛和鞭毛的基体、动粒等，

20、微管的(-)(-)极指向极指向mtocmtoc，(+)(+)极背向极背向mtocmtoc。 中心体由两个相互垂直的中心粒构成。周围是一些无定中心体由两个相互垂直的中心粒构成。周围是一些无定形物质，叫做外中心粒物质（形物质，叫做外中心粒物质（pcmpcm）。）。 中心粒由中心粒由9 9组组3 3联微管构成，具有召集联微管构成，具有召集pcmpcm的作用。的作用。 mtocmtoc处微管蛋白以环状的处微管蛋白以环状的球蛋白复合体为模板核化、球蛋白复合体为模板核化、先组装出（先组装出（- -）极，然后开始生长。）极，然后开始生长。company logocompany lthe orientatio

21、n of microtubules in a cell company lv map分子至少包含一个结合微管的结构域和一个向外突出的结构域。突出部位伸到微管外与其它细胞组分（如微管束、中间纤维、质膜）结合。v 主要功能：促进微管组装。增加微管稳定性。促进微管聚集成束。三、微管结合蛋白（三、微管结合蛋白（microtubule associated proteins microtubule associated proteins ）company l四、微管组装的动态调节四、微管组装的动态调节v 微管具有极性，微管具有极性，(+)(+)极生长速度快，极生长速度快，(-)(-)极生长速度慢。极生长

22、速度慢。v (+)(+)极的最外端是极的最外端是球蛋白，球蛋白，(-)(-)极的最外端是极的最外端是球蛋白。球蛋白。v 微管和微丝一样具有踏车行为。微管和微丝一样具有踏车行为。v 微管形成的有些结构是比较稳定，是由于微管结合蛋白的微管形成的有些结构是比较稳定，是由于微管结合蛋白的作用和酶修饰的原因。如轴突、纤毛、鞭毛。作用和酶修饰的原因。如轴突、纤毛、鞭毛。v 大多数微管处于动态组装和去组装状态（如纺锤体）。大多数微管处于动态组装和去组装状态（如纺锤体）。company lcompany l五、微管的功能五、微管的功能（一）维持细胞形态（一）维持细胞形态（二）构成纤毛、鞭毛和中心粒等细胞运动器

23、官，（二）构成纤毛、鞭毛和中心粒等细胞运动器官， 参与细胞运动参与细胞运动 ( (三）维持细胞器的位置，参与细胞器的位移三）维持细胞器的位置，参与细胞器的位移（四）细胞内的物质运输（四）细胞内的物质运输（五）参与染色体的运动，调节细胞分裂（五）参与染色体的运动，调节细胞分裂（六）参与细胞内信号转导（六）参与细胞内信号转导company l（一）维持细胞形态（一）维持细胞形态company l鞭毛和纤毛鞭毛和纤毛结构：由基体和鞭杆两部分构成；鞭毛中的微管为结构：由基体和鞭杆两部分构成；鞭毛中的微管为9x2+29x2+2结构；二联微管结构；二联微管a a管由管由1313条原纤维组成，条原纤维组成，

24、b b管由管由1010条原纤维组成；条原纤维组成；a a管向相邻管向相邻b b管伸出两条动力蛋白臂，管伸出两条动力蛋白臂，并向鞭毛中央发出一条辐；基体的微管组成为并向鞭毛中央发出一条辐；基体的微管组成为9x3+09x3+0。运动原理：动力蛋白臂的运动原理：动力蛋白臂的dyneindynein水解水解atpatp作功，使相作功，使相邻的二联微管相互滑动邻的二联微管相互滑动（二）构成纤毛、鞭毛和中心粒等细胞运动器官，参与细胞运动（二）构成纤毛、鞭毛和中心粒等细胞运动器官，参与细胞运动company lcompany lcompany l(动力蛋白产生微管滑动)(动力蛋白引起微管弯曲)company

25、 l中心粒与中心体中心粒与中心体中心体包括中心粒和中心球中心体包括中心粒和中心球company l微管组成：微管组成： 9 x 3 + 09 x 3 + 0company l( (三）维持细胞器的位置，参与细三）维持细胞器的位置，参与细胞器的位移胞器的位移（四）细胞内的物质运输（四）细胞内的物质运输是胞内物质运输的路轨。是胞内物质运输的路轨。涉及两大类马达蛋白：驱动蛋白涉及两大类马达蛋白：驱动蛋白kinesin，动力蛋白，动力蛋白dyenin，均需，均需atp供能。供能。kinesin发现于发现于1985年，是由两条年，是由两条轻链和两条重链构成的四聚体轻链和两条重链构成的四聚体 ，能向着微管

26、（能向着微管（+）极运输小泡）极运输小泡 。v kinesin walk along microtubule towards plus endcompany lv dynein发现于发现于1963年，年，因与鞭毛和纤毛的运动有因与鞭毛和纤毛的运动有关而得名。关而得名。v 由两条相同的重链和一些由两条相同的重链和一些种类繁多的轻链以及结合种类繁多的轻链以及结合蛋白构成。蛋白构成。v 作用：在细胞分裂中推动作用：在细胞分裂中推动染色体的分离、驱动鞭毛染色体的分离、驱动鞭毛的运动、向着微管（的运动、向着微管（-）极）极运输小泡。运输小泡。 company lcompany l（五）参与染色体的运动，

27、调节细胞分裂（五）参与染色体的运动，调节细胞分裂company l（六）参与细胞内信号转导（六）参与细胞内信号转导第三节第三节 中间纤维（中间纤维（intermediate filamentsintermediate filaments，ifif）v直径直径10nm10nm左右，介于微丝和微管之间，故名。左右，介于微丝和微管之间，故名。vifif是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑作用。是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑作用。vifif在细胞中围绕着细胞核分布，成束成网，并扩在细胞中围绕着细胞核分布，成束成网，并扩展到细胞质膜，与质膜相连结。展到细胞质膜，与质膜相连结。一、中间纤维的化学组成和类

28、型一、中间纤维的化学组成和类型根据组织来源和免疫原性分为根据组织来源和免疫原性分为5 5类类角蛋白纤维：角蛋白纤维： 上皮细胞上皮细胞结蛋白纤维：结蛋白纤维： 肌肉细胞肌肉细胞波形纤维：波形纤维： 间质细胞和中胚层来源的细胞间质细胞和中胚层来源的细胞神经胶质纤维：神经胶质纤维： 神经胶质细胞神经胶质细胞神经元纤维：神经元纤维： 神经元神经元v具有组织特异性，不同类型细胞含有不同具有组织特异性，不同类型细胞含有不同ifif。v通常一种细胞含有一种中间纤维，少数含有通常一种细胞含有一种中间纤维，少数含有2 2种以上。种以上。v肿瘤细胞转移后仍保留源细胞的肿瘤细胞转移后仍保留源细胞的ifif。company lv 根据中间纤维蛋白质氨基酸序列的同源性分为根据中间纤维蛋白质氨基酸序列的同源性分为6 6类：类：1 1、酸性角蛋白、酸性角蛋白2 2、中性、中性/ /碱性角蛋白碱性角蛋白3 3、波形蛋白、波形蛋白 结蛋白结蛋白 周边蛋白周边蛋白 胶质纤维酸性蛋白胶质纤维