细胞骨架5PPT课件

1、细胞骨架（cytoskeleton）是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系。使用戊二醛常温固定方法，在细胞中发现微管后，逐渐认识到细胞骨架的存在。绿色荧光蛋白的应用，为研究活细胞骨架的结构及其行使功能中的动态变化开辟了一条新的途径。细胞骨架的研究为“生物大分子怎样自装配成生命体”这一生物学基本问题提供了一个例证。第1页/共54页一 微丝微丝（microfilament，MF）又称肌动蛋白纤维（actin filament），是指真核细胞中由肌动蛋白（actin）组成，直径为7nm的骨架纤维。第2页/共54页（一）成分（一）成分肌动蛋白是微丝的结构成分。在哺乳动物和鸟类细胞中至少已分离到6种肌动蛋白，

2、4种称为肌动蛋白，另两种为 肌动蛋白和 肌动蛋白。不同类型肌肉细胞的 肌动蛋白分子一级结构（约400个氨基酸残基）仅相差46个氨基酸残基， 肌动蛋白或 肌动蛋白与 横纹肌肌动蛋白相差约25个氨基酸残基。第3页/共54页（二）（二） 装配装配微丝，亦称为纤维形肌动蛋白（F-actin），是由球形肌动蛋白（G-actin）单位形成的多聚体。在大多数非肌肉细胞中，微丝是一种动态结构，持续进行装配合和解聚，并与细胞形态维持及细胞运动有关。The Animation The Players 第4页/共54页3D reconstruction of an F-actin filament from mus

3、cle.3D reconstruction of F-actin filaments containing tropomyosin, an elongated protein which binds along the actin helixModel of an F-actin filament in which each sub-unit is depicted as a sphere.Electron-micrograph of negatively stained F-actin filaments.F-actin第5页/共54页微丝结合蛋白（microfilament-associa

4、ted protein）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.肌肉收缩系统中的有关蛋白肌球蛋白（myosin）（三）（三） 微微丝结合蛋白丝结合蛋白Myosin structure第6页/共54页three of the most widespread myosin classes in cartoon form. Motor domains are shown in red, light chains in yellow and -helical coiled coils in green. Other domains shown may be involved

5、in cargo binding or localisation.第7页/共54页第8页/共54页第9页/共54页原肌球蛋白（tropomyosin,Tm）肌钙蛋白（troponin,Tn）：肌钙蛋白C（Tn-C）特异地与Ca2+结合 ；肌钙蛋白T（Tn-T）与原肌球蛋白有高度亲和力，肌钙蛋白I（Tn-I）抑制肌球蛋白ATPase的活性。2.非肌肉细胞中的微丝结合蛋白第10页/共54页第11页/共54页第12页/共54页（四）（四） 微丝特异性药物微丝特异性药物细胞松弛素（cytochalasins）可以切断微丝，阻抑肌动蛋白聚合，因而可以破坏微丝的三维网络。鬼笔环肽（philloidin）与

6、微丝有强亲和作用，使肌动蛋白纤维稳定，抑制解聚，荧光标记的鬼笔环肽可清晰地显示细胞中的微丝。第13页/共54页（五）（五） 微丝的功能微丝的功能肌肉收缩、变形运动、胞质分裂等第14页/共54页微丝的功能微丝的功能 支撑 细胞运动 胞质分裂 受精 信息传递 肌肉收缩第15页/共54页第16页/共54页二二 微管微管微管（microtubule）是存在于所有真核细胞中由微管蛋白（tubulin）装配成的长管状细胞器结构，平均外径为24nm。microtubuletubulin第17页/共54页（一）成分微管由两种类型的微管蛋白亚基，即微管蛋白和微管蛋白组成。微管几乎存在于从阿米巴到高等动植物所有真

7、核细胞胞质中，而所有原核生物中没有微管。（二）形态微管呈中空状，微管壁由13个球形蛋白亚基组成。第18页/共54页（三）装配1.装配过程2.体外微管装配条件3.体内微管装配动态4.微管组织中心第19页/共54页微管在生理状态及实验处理解聚后重新装配的发生处称为微管组织中心（microtubule organizing center,MTOC）。动物细胞的MTOC为中心体。第20页/共54页（四）微管相关蛋白质有几种蛋白与微管密切有关，附着于微管多聚体上，参与微管装配并增加微管稳定性，称这些蛋白为微管相关蛋白（microtubule-associated protein,MAP）。包括MAP1，

8、MAP2，MAP4，tau蛋白等。所有不同的微管结构均由相同的微管蛋白和微管蛋白亚单位组成，其结构与功能的差异可以取决于所含微管相关蛋白质的不同。Photomicrograph of microtubule-associated protein 2 (MAP2) immunoreactive neurones in the cortex. Cellular immunoreactivity appears as a brown insoluble precipitate when developed by the ABC-HRP method. Counterstained with cres

9、yl violet - magnification X400. Ganglion cells from the rat retina incell culture. Labeled with antibody to microtubule-associated protein (MAP-2).第21页/共54页（五） 微管特异性药物秋水仙素（colchicine）可以阻断微管蛋白装配成微管。紫杉酚（taxol）能促进微管的装配，并使已形成的微管稳定。为行使正常的微管功能，微管出于动态的装配和解聚状态是重要的。taxol binds only to tubulin that has been p

10、olymerized into chains of protofilaments, not to free proteins. 第22页/共54页（六） 功能1.维持细胞形态2.细胞内运输3.鞭毛运动和纤毛运动4.纺锤体和染色体运动第23页/共54页5.基体和中心粒中心体（centrosome）是动物细胞中主要的微管组织中心，中心体由一对相互垂直的中心粒（centrioles）及周围基质构成，位于鞭毛和纤毛根部的类似结构称为基粒（basal body）中心粒和基粒均具有自我复制性质。第24页/共54页Centrosome structure. A pair of centrioles is s

11、hown, each with ninefold symmetry owing to the nine triplet microtubules. Each centriole has pericentriolar material that nucleates microtubules around the ends closest to one another. Only the maternal centriole has two sets of extra appendages, distal and subdistal; the latter seems to anchor micr

12、otubules. A series of interconnecting fibres, different from the pericentriolar material (PCM), links the closest ends of the two centrioles. 第25页/共54页Model for microtubule nucleation, release and anchoring at centrosomes and in epithelial cells. In this model, microtubules are nucleated in the peri

13、centriolar material, released from their nucleating sites and translocated to sites of anchoring. a | Anchoring at the centrosome occurs at the subdistal appendages whereas in b | epithelial cells, it occurs at apical domains distinct from centrosomes. Despite the apparent differences in anchoring s

14、ites, both contain unique proteins (ninein and centriolin) and seem to lack components involved in microtubule nucleation ( -tubulin and pericentrin). Dynactin, a dynein-interacting complex, has also been implicated in centrosomal microtubule anchoring127. 第26页/共54页Models for centrosome protein asse

15、mbly. a | Centrosome complexes diffuse to centrosomes and assemble in a microtubule- and dynein-independent manner. b | Centrosome complexes, in the form of large particles, assemble using microtubules and cytoplasmic dynein motors. Particles are delivered to centrosomes or to areas between microtub

16、ules near the centrosome. Dynein motors may be anchored at centrosomes by dynactin or other anchoring proteins, or released after cargo delivery. c | Subunits exchange with those at the centrosome in either a or b. This could occur continuously or in a cell-cycle-dependent manner. 第27页/共54页Centrosom

17、e duplication. a | In early G1, a centrosome has daughter (D) and mother (M) centrioles. b | The centrioles move apart and c | each nucleates the formation of a new centriole during G1 to S. d | By mitosis, the new centrioles have reached their full length and the two mature centrosomes, each with t

18、wo centrioles, are segregated into the daughter cells upon cell division. 第28页/共54页三三 中间纤维中间纤维在哺乳动物细胞中发现10nm纤维，因其直径介于粗肌丝和细肌丝之间，所以被命名为中间纤维（又称中间丝，intermediate filament）A Schematic Diagram Of Intermediate Filament Structure. Nuclear intermediate filament proteins. Components of the nuclear matrix. Poly

19、merize in a 2-D lattice that gives shape/ stability to nuclear envelope. 第29页/共54页The monomer: Each intermediate filament monomer consists of an alpha helical rod domain which connects the amino (head) and carboxyl (tail) terminals. The figure below (16-12 from Alberts et al, Molecular Biology of th

20、e Cell, Garland Publishing, NY, 1996) shows some examples of monomers. 第30页/共54页The rods coil around another filament like a rope to form a dimer. The N and C terminals of each filament are aligned. Some Intermediate filaments form homodimers; other form heterodimers. Formation of the protofilament.

21、 These dimers then form staggered tetramers that line up head-tail. Note that the carboxy and amino terminals project from this protofilament. This tetramer is considered the basic subunit of the intermediate filament. The final 10 nm filament is a helical array of these tetramers. 第31页/共54页 角蛋白纤维（k

22、eratin filament）（一）一） 成分成分第32页/共54页波形纤维（vimentin filament）第33页/共54页Desmin stained myotubePhase contrast image of myotube结蛋白纤维（desmin filament）第34页/共54页神经元纤维（neurofilament）第35页/共54页神经胶质纤维（neuroglial filament）中间纤维的分布具有严格组织特异性。这一点已经被应用于肿瘤临床鉴别诊断，以鉴别肿瘤细胞的组织来源。第36页/共54页（二） 中间纤维蛋白基因（三） 装配由中间纤维核心伸出的末端区可能和中间

23、纤维与细胞内结构相互作用及功能有关。（四）中间纤维结合蛋白中间纤维结合蛋白（intermediate filament associated protein IFAP）是一类在结构和功能上与中间纤维有密切联系，但是其本身不是中间纤维结构组分的蛋白质。第37页/共54页（五）中间纤维的组织及动态变化（六）中间纤维与细胞分化微管和微丝在各种细胞中都是相同的，而中间纤维蛋白的表达具有组织特异性，中间纤维与细胞分化的关系非常密切，引起广泛重视。但是迄今有关中间纤维在细胞分化中的作用尚不清楚。（七）功能第38页/共54页第二节 细胞核骨架The microarchitecture of the nucl

24、eoskeleton and attached activities.NM=nucleoskeleton and nucleolar matrixIF=intermediate filamentsLam=lamin第39页/共54页一一 核基质核基质狭义的核骨架仅指核内基质（inner nuclear matrix，inner nucleoskeleton），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白成分为主的纤维网架体系；广义的核骨架包括核基质、核纤层和核孔复合体。 （一）形态结构核仁与染色质网络于核骨架纤维网络中，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

25、络。第40页/共54页（二）成分（二）成分核骨架的成分比较复杂，主要成分是核骨架蛋白及核骨架结合蛋白，并含有少量RNA，RNA的含量虽然很少，但它对于维持核骨架三维网络结构的完整性是必要的。1.核骨架蛋白这类蛋白与富含AT的DNA序列即核骨架结合序列（matrin association region，MAR）结合，又称为MAR结合蛋白，无严格的DNA序列特异性，可区分MAR和非MAR DNA，通常与DNA放射环两端的MAR DNA序列结合，将其锚定在核骨架上，以形成DNA放射环。第41页/共54页DNA拓扑异构酶（DNA topoisomerase）核基质蛋白（nuclear matrin）

26、DNA Topoisomerase II第42页/共54页Nuc2+ 蛋白ARBR（attachment region binding protein）着丝缢痕结合蛋白（ARS consensus binding protein，ACBP）第43页/共54页2.核骨架结合蛋白转录因子酶：组蛋白乙酰化酶和组蛋白去乙酰化酶DNA聚合酶及 受体供体第44页/共54页MAR一般位于DNA放射环或活性转录基因的两端。在溶菌酶基因两端接上MAR，可增加基因表达水平10倍以上。说明MAR在基因表达调控中有作用。核骨架结合序列的基本特征有富含AT； 富含DNA解旋元件（DNA inwinding elemen

27、ts）； 富含反向重复序列（inverted repeats）； 含有转录因子结合位点。MAR的功能有： 通过核骨架蛋白的结合，将DNA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，在DNA分子上形成蛋白复合体，参与DNA的复制、转录、修复和重组的调控。三三 核骨架结合蛋白核骨架结合蛋白第45页/共54页四四 功能功能1.核骨架与DNA复制核骨架是DNA复制的空间支架2.核骨架与基因表达具有转录活性的基因是结合在核骨架上的；RNA聚合酶在核骨架上具有结合位点；RNA的合成是在核骨架上进行；基因只有结合在核骨架上才能进行转录3.核骨架与病毒复制作为外源基因的病毒DNA，其基因表达

28、过程与高等真核细胞自身基因表达有相似的规律，其DNA复制，RNA转录以及加工均必须依赖核骨架。4.核骨架与染色体构建第46页/共54页二 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。（一）染色体支架的真实性：DNA放射环是染色质中结构和功能单位，并提示非组蛋白骨架是DNA放射环的组织者（organizer）。其后，对染色体支架蛋白的研究有了突破，发现DNA拓扑酶是一种主要的染色体支架结构蛋白。（二）染色体支架的成分染色体支架大约含30种非组蛋白，支架中不含组蛋白。SC（Mr 170103）和SC（Mr 135103）两种蛋白是染色体支架的主要成分，构成骨架蛋白的40以上。第47页

29、/共54页（三） 染色体支架与核骨架的关系 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题。第48页/共54页三 核纤层第49页/共54页核纤层（nuclear lamina）是位于细胞核内层核膜下的纤维蛋白片层或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。第50页/共54页（一） 形态结构核纤层至少在高等真核细胞间期细胞核中是普遍存在的。在分裂期细胞，核纤层解体，以蛋白单体形式存在于胞质中。（二） 成分A型核纤层蛋白：包括核纤层蛋白A和C；B型核纤层蛋白：核纤层蛋白B，有几种来源于不同基因的B型核纤层蛋白，B1和B2存在于所有体细胞中。Visualization of the outer edge of a cells nucleus (nuclear lamina).第51页/共54页（三）核纤层蛋白的分子结构及其与中间纤维蛋白的关系。核纤层成为核骨架与中间纤维之间的桥梁。（四）核纤层蛋白在细胞分化中的表达The lamina terminalis (represents