第6章细胞骨架

1、第六章第六章细胞骨架细胞骨架细胞骨架（细胞骨架（Cytoskeleton）广义的细胞骨架广义的细胞骨架(cytoskeleton)包括细胞质骨架、包括细胞质骨架、细胞核骨架和细胞膜骨架。细胞核骨架和细胞膜骨架。本章主要介绍细胞质骨架本章主要介绍细胞质骨架v第一节第一节 微丝（微丝（microfilament , MF）v第二节第二节 微管（微管（microtubule, MT）v第三节第三节 中间纤维（中间纤维（intermediate filament, IF）微丝微丝中间纤维中间纤维微管微管vAF 微丝微丝 7nmv由肌动蛋白由肌动蛋白Actin组成的双股螺旋组成的双股螺旋v柔软的柔软的,

2、呈束状或网络状呈束状或网络状v分布于整个细胞内分布于整个细胞内,集中在细胞膜集中在细胞膜内侧内侧vIF 中间纤维中间纤维 10nmv由多种蛋白组成由多种蛋白组成v柔软的柔软的,呈绳状呈绳状v给予细胞机械张力给予细胞机械张力vMT 微管微管 26nmv由微管蛋白由微管蛋白tubulin组成的中空圆组成的中空圆柱体柱体v长、直、坚硬长、直、坚硬v与微管组织中心与微管组织中心 (中心体中心体)相连相连细胞骨架参与各种形式的细胞运动细胞骨架参与各种形式的细胞运动v细胞内物质和细胞器的运动细胞内物质和细胞器的运动v细胞的运动和定位细胞的运动和定位v肌肉收缩肌肉收缩 (心肌心肌, 平滑肌平滑肌, 骨骼肌骨

3、骼肌)v细胞形态的维持和改变细胞形态的维持和改变v细胞与其周围环境之间的黏附细胞与其周围环境之间的黏附v细胞极性的调节细胞极性的调节v细胞分裂细胞分裂v对外界机械和化学刺激的反应对外界机械和化学刺激的反应第一节第一节微丝微丝(microfilament，actin filament)一一. 微丝的组成及结构微丝的组成及结构 v微丝是由肌动微丝是由肌动蛋白（蛋白（actin）组成的直径为组成的直径为7nm 的骨架纤的骨架纤维。维。微丝的化学组成微丝的化学组成肌动蛋白肌动蛋白肌动蛋白单体有肌动蛋白单体有ATP 或或 ADP结合位点结合位点 微丝由两根原纤丝组成微丝由两根原纤丝组成, 呈螺旋状呈螺旋

4、状肌动蛋白单体肌动蛋白单体肌动蛋白丝（微丝肌动蛋白丝（微丝AF）正极正极负极负极正极正极负极负极Actin的种类的种类共有共有6种种actin v肌动蛋白肌动蛋白 分别为横纹肌、心肌、血管平滑肌和分别为横纹肌、心肌、血管平滑肌和肠道平滑肌所特有；肠道平滑肌所特有；v肌动蛋白肌动蛋白v肌动蛋白肌动蛋白 所有肌肉细胞和非肌肉细胞都有所有肌肉细胞和非肌肉细胞都有微丝的结构特点微丝的结构特点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，故微丝也具有极性，具有踏车现象故微丝也具有极性，具有踏车现象 + actin-ADP actin-ATP 二二. . 微丝的组装及动力

5、学特征微丝的组装及动力学特征v 以以3个肌动蛋白单体个肌动蛋白单体为核心为核心v(+) 极装配比极装配比() 极快极快核心核心延伸延伸动态平衡动态平衡肌动蛋白单体浓度对微丝装配的影响肌动蛋白单体浓度对微丝装配的影响临界浓度临界浓度(Cc)是肌动蛋白单体与微丝达到动态平衡时的浓度是肌动蛋白单体与微丝达到动态平衡时的浓度 肌动蛋白单体浓度大于肌动蛋白单体浓度大于 Cc, 则装配微丝则装配微丝肌动蛋白单体浓度小于肌动蛋白单体浓度小于 Cc, 则微丝解聚则微丝解聚踏车行为踏车行为v (+) 极装配快于极装配快于 () 极极 Cc（负极（负极) Cc (正极正极)v(+) 极装配极装配, () 极极 解

6、聚解聚Cc (正极正极) C Cc （负极（负极)ATPATPATPATPATPATPATPADPADPADPADP踏车行为踏车行为微丝的体内外组装微丝的体内外组装v 体外装配体外装配组装组装：有：有Mg2+和高浓度的和高浓度的Na+、K+阳离子阳离子解聚解聚：有：有Ca2+和低浓度的和低浓度的Na+、K+阳离子阳离子v体内装配体内装配 在体内，有些微丝是在体内，有些微丝是永久性的结构永久性的结构，如肌细胞，如肌细胞中的细丝和小肠上皮细胞微绒毛中的微丝等。中的细丝和小肠上皮细胞微绒毛中的微丝等。 有些微丝是有些微丝是暂时性的结构暂时性的结构，如胞质分裂时的收，如胞质分裂时的收缩环、血小板激活时

7、丝状突起中的微丝等。通缩环、血小板激活时丝状突起中的微丝等。通常微丝是一种动态结构，不断进行装配和解聚。常微丝是一种动态结构，不断进行装配和解聚。血小板的形态变化血小板的形态变化A. 细胞处于静止状态细胞处于静止状态B. 细胞固着并伸出伪足细胞固着并伸出伪足C. 细胞处于铺展状态细胞处于铺展状态影响微丝组装的特异性药物影响微丝组装的特异性药物v细胞松弛素细胞松弛素B：切断微丝，并结合在微丝：切断微丝，并结合在微丝末端阻止聚合；末端阻止聚合；v鬼笔环肽：稳定微丝，抑制解聚。鬼笔环肽：稳定微丝，抑制解聚。三三. 微丝结合蛋白微丝结合蛋白微丝结合蛋白有微丝结合蛋白有40多种，功能多样多种，功能多样v

8、辅肌动蛋白：辅肌动蛋白：参与微丝与膜的结合参与微丝与膜的结合， 也可横向连接微丝形成束；也可横向连接微丝形成束；v纽蛋白：纽蛋白： 介导微丝结合于细胞膜；介导微丝结合于细胞膜；v绒毛蛋白：在微绒毛的发生中起关键作用；绒毛蛋白：在微绒毛的发生中起关键作用；v毛缘蛋白：毛缘蛋白：形成微丝束形成微丝束；v封端蛋白：结合于纤维一端，阻止肌动蛋白单体的增封端蛋白：结合于纤维一端，阻止肌动蛋白单体的增 加或减少；加或减少；v截断蛋白：低等真核细胞中，截断蛋白：低等真核细胞中，将微丝切断将微丝切断；v肌球蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白：与肌肉收缩有关肌球蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白：与肌肉收缩有关成核蛋白成核蛋白

9、切割蛋白切割蛋白交联蛋白交联蛋白封端蛋白封端蛋白马达蛋白马达蛋白毛缘蛋白毛缘蛋白微绒毛微绒毛截断截断/封端蛋白封端蛋白severing/capping proteins 截断并封端截断并封端交联蛋白交联蛋白cross-linking proteins bipolar links in filament bundles, e.g., -actinin filamin cross-links in loose networks Cross-linking of actin filaments v微丝通过交联蛋微丝通过交联蛋白白, 成为束状或成为束状或网状排列；网状排列；v交联蛋白交联蛋白为二聚为二

10、聚体体, 分别与两根分别与两根微丝结合。微丝结合。微丝微丝的束状或网状排列的束状或网状排列 Arp2/3 actin-ADP actin-ATP v以以Arp2/3 为核心形成为核心形成分支的微丝分支的微丝,呈现网状呈现网状分布；分布；v以以formins 为核心形成为核心形成不分支的微丝不分支的微丝,如张力如张力纤维纤维(stress fibers), 微丝平行排列微丝平行排列, 并附着并附着到细胞膜上。到细胞膜上。 formin actin-ADP actin-ATP plasma membrane 微丝结合蛋白的作用微丝结合蛋白的作用v成核，促使微丝装配成核，促使微丝装配(ARP2/3)

11、v与肌动蛋白单体结合，阻止或促使微丝与肌动蛋白单体结合，阻止或促使微丝装配装配(thymosin, profilin)v与微丝末端结合与微丝末端结合 (CapZ)v交联作用，使微丝呈束状或网状排列交联作用，使微丝呈束状或网状排列 v截断和封端作用截断和封端作用(gelsolin, cofilin)v使微丝与细胞膜相连接使微丝与细胞膜相连接(formins) 四四. 微丝的功能微丝的功能v肌肉收缩肌肉收缩v应力纤维应力纤维v细胞皮层细胞皮层v细胞伪足细胞伪足v微绒毛微绒毛v胞质分裂环胞质分裂环Three types of muscle肌纤维束肌纤维束肌原纤维肌原纤维肌纤维肌纤维(肌细胞肌细胞)肌

12、节肌节肌节的结构肌节的结构Z盘盘A区区A区区H区区H区区暗带暗带明带明带Z盘盘Z盘盘肌原纤维的组成成分肌原纤维的组成成分v细丝细丝- 肌动蛋白肌动蛋白 原肌球蛋白原肌球蛋白 肌钙蛋白肌钙蛋白 ( TnC、 TnT、 TnI)v 粗丝粗丝- 肌球蛋白肌球蛋白HMM（S1头部、头部、S2 杆部）杆部） 肌球蛋白肌球蛋白LMM粗丝的组成成分粗丝的组成成分肌球蛋白肌球蛋白v肌球蛋白由肌球蛋白由2条重链条重链和和2条轻链组成条轻链组成v两股重链绕成两股重链绕成螺旋螺旋v经蛋白酶处理，分成经蛋白酶处理，分成重酶解肌球蛋白重酶解肌球蛋白（HMM)和轻酶解肌和轻酶解肌球蛋白球蛋白(LMM)v肌球蛋白头部肌球蛋

13、白头部（HMM-S1)具有具有ATP酶活性，能与酶活性，能与Actin结合结合胰蛋白酶处理胰蛋白酶处理木瓜蛋白酶处理木瓜蛋白酶处理头部头部杆部杆部粗丝的结构粗丝的结构Functiov肌球蛋白尾尾相对，排列成粗丝；肌球蛋白尾尾相对，排列成粗丝；v肌球蛋白的头部具有肌球蛋白的头部具有ATP酶活性酶活性，构成粗丝，构成粗丝的横桥，与肌动蛋白分子结合。的横桥，与肌动蛋白分子结合。细丝的组成成分细丝的组成成分v肌动蛋白肌动蛋白 呈微丝结构呈微丝结构v原肌球蛋白原肌球蛋白(Tropomyosin)由两条平行的多肽链形成由两条平行的多肽链形成螺旋，位于肌动蛋白螺旋，位于肌动蛋白丝螺旋结构的沟中。一个原肌球蛋

14、白分子的长度丝螺旋结构的沟中。一个原肌球蛋白分子的长度相当于个肌动蛋白分子。相当于个肌动蛋白分子。v肌钙蛋白肌钙蛋白(Troponin)含个亚基，含个亚基，TnC、 TnT、 TnI TnC与与Ca2+结合，结合，TnT与原肌球蛋白结合，与原肌球蛋白结合，TnI抑制肌球蛋白抑制肌球蛋白ATPase的活性的活性细丝的结构细丝的结构 肌肉收缩的滑动机制肌肉收缩的滑动机制 Ca 2+ 诱导肌球蛋白向肌动蛋白的（）极移动诱导肌球蛋白向肌动蛋白的（）极移动肌球蛋白是（肌球蛋白是（+）极方向的马达蛋白）极方向的马达蛋白肌球蛋白肌球蛋白肌动蛋白丝肌动蛋白丝 （带荧光标记）（带荧光标记）肌肉收缩的机制肌肉收缩

15、的机制与与ATP结合时，结合时，头部与肌动蛋白头部与肌动蛋白分离分离 与与ADP结合时，结合时，头部与肌动蛋白头部与肌动蛋白结合结合每水解个每水解个ATP，肌球蛋白头部在细，肌球蛋白头部在细丝上移动个肌动蛋白分子的距离，丝上移动个肌动蛋白分子的距离，约约3nm 。细胞质细胞质Ca2+ 浓度升高启动肌肉收缩浓度升高启动肌肉收缩 肌质网肌质网肌原纤维肌原纤维亮带亮带亮带亮带暗带暗带肌球蛋白肌球蛋白结合位点结合位点肌动蛋白肌动蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白肌钙蛋白肌钙蛋白当肌钙蛋白与当肌钙蛋白与Ca 2+结合时，与原结合时，与原肌球蛋白的结合就减弱，原肌球肌球蛋白的结合就减弱，原肌球蛋白从提升位置降落到微

16、丝的沟蛋白从提升位置降落到微丝的沟内，暴露出肌动蛋白上与肌球蛋内，暴露出肌动蛋白上与肌球蛋白结合的位点，引起肌肉收缩。白结合的位点，引起肌肉收缩。四四. 微丝的功能微丝的功能v肌肉收缩肌肉收缩v应力纤维应力纤维v细胞皮层细胞皮层v细胞伪足细胞伪足v微绒毛微绒毛v胞质分裂环胞质分裂环应力纤维应力纤维(stress fiber)(stress fiber)v应力纤维应力纤维(stress fiber)(stress fiber)又称为张力纤维；又称为张力纤维；v由大量反向平行排列的微丝及其结合蛋白组由大量反向平行排列的微丝及其结合蛋白组成；成；v应力纤维通过黏着斑与细胞外基质相连，使应力纤维通过黏

17、着斑与细胞外基质相连，使体外培养的细胞在基质表面铺展；体外培养的细胞在基质表面铺展；v应力纤维还在细胞形态发生、细胞分化和组应力纤维还在细胞形态发生、细胞分化和组织建成等方面具有重要作用。织建成等方面具有重要作用。 细胞中的微丝分布状态细胞中的微丝分布状态反平行束状分布，起收缩作用反平行束状分布，起收缩作用 二维网状分布，起支持作用二维网状分布，起支持作用平行分布，使细胞膜突起平行分布，使细胞膜突起ABC伪足伪足皮层皮层张力纤维张力纤维四四. 微丝的功能微丝的功能v肌肉收缩肌肉收缩v应力纤维应力纤维v细胞皮层细胞皮层v细胞伪足细胞伪足v微绒毛微绒毛v胞质分裂环胞质分裂环细胞皮层和细胞伪足细胞皮

18、层和细胞伪足v细胞皮层细胞皮层(cell cortex)是指细胞膜下一层富是指细胞膜下一层富含微丝的区域，由微丝结合蛋白将不同方向含微丝的区域，由微丝结合蛋白将不同方向的微丝交联形成三维网络结构，使该区域的的微丝交联形成三维网络结构，使该区域的细胞质呈凝胶状，因此皮层又可称为凝胶层。细胞质呈凝胶状，因此皮层又可称为凝胶层。v细胞伪足中充满着网状排列或同向平行排列细胞伪足中充满着网状排列或同向平行排列的微丝，细胞可以沿着伪足形成的方向前进。的微丝，细胞可以沿着伪足形成的方向前进。 ARP2/3ARP2/3组装片状伪足中的微丝网络组装片状伪足中的微丝网络Arp2/3 以以70度角结合到微丝上度角结

19、合到微丝上, 组装新的微丝；组装新的微丝； 产生产生Y形的分支；形的分支；在运动的细胞中在运动的细胞中, 网状分布的微丝结构产生推力网状分布的微丝结构产生推力, 推动细胞膜向前移动。推动细胞膜向前移动。微丝推动细胞膜突起运动微丝推动细胞膜突起运动ARP2/3 (orange) 以以70度角组装新微丝；度角组装新微丝；微丝延伸微丝延伸, 推动细胞膜向推动细胞膜向前伸出；前伸出；达到稳定状态后达到稳定状态后, 微丝被微丝被 帽状蛋白帽状蛋白(blue)封端封端, 新新的单体就不能添加上去。的单体就不能添加上去。 微丝中的肌动蛋白呈现微丝中的肌动蛋白呈现ADP结合形式；结合形式；ADP结合形式的肌动

20、蛋结合形式的肌动蛋白易被白易被 cofilin (green)解聚。解聚。四四. 微丝的功能微丝的功能v肌肉收缩肌肉收缩v应力纤维应力纤维v细胞皮层细胞皮层v细胞伪足细胞伪足v微绒毛微绒毛v胞质分裂环胞质分裂环第二节第二节微管微管(microtubule)一一. 微管的组成及结构微管的组成及结构v微管由微管蛋白微管由微管蛋白(tubulin、)异二聚体装配而成；异二聚体装配而成；v微管蛋白二聚体有微管蛋白二聚体有2个个GTP结合位点，二价阳离子结合位点，结合位点，二价阳离子结合位点，1个秋水个秋水仙素、仙素、1个长春花碱和个长春花碱和1个紫杉醇结合位点个紫杉醇结合位点微管蛋白微管蛋白上上的的G

21、TP是不是不能交换的能交换的微管蛋白微管蛋白上上的的GDP能与能与 GTP发生交发生交换换微管的结构特点微管的结构特点v异二聚体头尾相连形成原纤维；异二聚体头尾相连形成原纤维；v13根原纤维侧向连接形成外径根原纤维侧向连接形成外径2426nm的中空的圆柱体的中空的圆柱体原纤维原纤维原纤维原纤维微管微管微管蛋白微管蛋白、负极（微管蛋白负极（微管蛋白）正极（微管蛋白正极（微管蛋白 ）v细胞内微管呈网状或束状分布细胞内微管呈网状或束状分布v微管呈现为微管呈现为单管、双联管单管、双联管（鞭毛、纤毛）和（鞭毛、纤毛）和三联管三联管（中心粒、（中心粒、基体）三种形式。基体）三种形式。二二. 微管的组装及动

22、力学特征微管的组装及动力学特征v1972年，年，Richard实验室提出：实验室提出： 核心（核心（ring）、延伸二步骤组装过程）、延伸二步骤组装过程 微管组装过程微管组装过程原纤维装配原纤维装配核心形成核心形成微管延长微管延长Microtubule Polymerizationv 的排列方式构成了微管的的排列方式构成了微管的极性极性。v微管微管（+）极）极的装配速度快于的装配速度快于（）极）极的装的装 配速度；配速度；v微管正极发生装配使微管延长，而负极发生微管正极发生装配使微管延长，而负极发生去装配使微管缩短，这种现象称为去装配使微管缩短，这种现象称为踏车行为踏车行为。微管的装配特点微管

23、的装配特点踏车行为踏车行为treadmilling微管的体内外组装微管的体内外组装v体外装配体外装配聚合：聚合： 微管蛋白浓度微管蛋白浓度1mg/mL、 370C、有、有Mg2+、有、有GTP供应供应 解聚：解聚： 低温、高压、高低温、高压、高Ca2+v体内装配体内装配 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。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。 细胞内存在一些非常稳定的微管结构，如纤毛、鞭毛等，细胞内存在一些非常稳定的微管结构，如纤毛、鞭毛等， 也存在也存在微管微管 微管蛋白微管蛋白之间的动态变化之间的动态变化微管在细胞内的分布微管在细胞内的分布基体基体中心粒中心

24、粒鞭毛和纤毛鞭毛和纤毛树突树突纺锤体纺锤体染色体染色体中心粒中心粒微管的动力学不稳定性微管的动力学不稳定性将荧光标记的微管将荧光标记的微管蛋白显微注射到细蛋白显微注射到细胞内胞内先低温下解聚细胞先低温下解聚细胞内存在的微管，然内存在的微管，然后升温后重新组装后升温后重新组装微管，使荧光标记微管，使荧光标记的微管蛋白掺入微的微管蛋白掺入微管中管中观察微管的装配和观察微管的装配和去装配去装配微管的动力学不稳定性微管的动力学不稳定性决定微管装配和解聚的因素决定微管装配和解聚的因素 微管蛋白的浓度微管蛋白的浓度2. 微管正极的微管正极的“GTP cap”装配装配解聚解聚添加结合添加结合GTP的微的微管

25、蛋白管蛋白高浓度的高浓度的结合结合GTP的微管蛋的微管蛋白白低浓度的低浓度的结合结合GTP的微管蛋的微管蛋白白The GTP cap model如果在正极，如果在正极，GTP水解速度大于装配速度，水解速度大于装配速度，则失去则失去GTP Cap，微管发生解聚，微管发生解聚装配装配解聚解聚v临界浓度临界浓度(Cc) 是是 微管蛋白二聚体微管蛋白二聚体与微管之间达到动态平衡时的浓度；与微管之间达到动态平衡时的浓度；当二聚体浓度低于当二聚体浓度低于临界浓度临界浓度, 则微管解聚；则微管解聚；当二聚体浓度高于临界浓度当二聚体浓度高于临界浓度, 则组装微管。则组装微管。温度和二聚体浓度对微管装温度和二聚

26、体浓度对微管装配和解聚的影响配和解聚的影响40C370C影响微管组装的特异性药物影响微管组装的特异性药物v秋水仙素、长春花碱秋水仙素、长春花碱阻止微管装配阻止微管装配v紫杉醇紫杉醇阻止微管解聚阻止微管解聚三三. 微管组织中心（微管组织中心（MTOC）v微管在生理状态以及实验处理解聚后重新装微管在生理状态以及实验处理解聚后重新装配的发生处称为配的发生处称为微管组织中心微管组织中心。v 多数微管的一端固着多数微管的一端固着MTOC， 如基体（如基体（basal body）或中心体）或中心体（centrosome），），vMTOC决定微管的极性，决定微管的极性，负极指向负极指向MTOC，正极背向正极

27、背向MTOC中心体（中心体（centrosome）v一个中心体有一个中心体有2个中个中心粒组成心粒组成v2个中心粒互相垂直个中心粒互相垂直排列排列v中心粒有中心粒有9个三联管个三联管呈辐射状排列呈辐射状排列基体基体中心粒中心粒鞭毛和纤毛鞭毛和纤毛微管组织中心微管组织中心-微管蛋白环（微管蛋白环（gamma-tubulin ring）-微管蛋白环微管蛋白环四四. . 微管结合蛋白微管结合蛋白v稳定微管的空间结构稳定微管的空间结构v促使微管蛋白促使微管蛋白/微管的平衡趋于装配微管的平衡趋于装配MAP1存在于轴突和树突存在于轴突和树突MAP2存在于树突存在于树突MAP4广泛存在于各种细胞中广泛存在于

28、各种细胞中蛋白存在于轴突蛋白存在于轴突MAP2和和tau构建的微管束结构构建的微管束结构 五五. 微管的功能微管的功能v维持细胞形态维持细胞形态v细胞内物质运输细胞内物质运输 马达蛋白：驱动蛋白和动力蛋白马达蛋白：驱动蛋白和动力蛋白v鞭毛和纤毛运动鞭毛和纤毛运动 9+2结构，结构， 鞭毛滑动机制鞭毛滑动机制v有丝分裂中纺锤体的形成和染色体移动有丝分裂中纺锤体的形成和染色体移动v形成基体和中心体形成基体和中心体细胞内的物质运输细胞内的物质运输细胞内的物质运输需要细胞内的物质运输需要马达蛋白马达蛋白的带动；的带动；马达蛋白有两种：驱动蛋白和动力蛋白。马达蛋白有两种：驱动蛋白和动力蛋白。分散分散聚集

29、聚集驱动蛋白驱动蛋白(Kinesin)的结构和功能的结构和功能驱动蛋白受体驱动蛋白受体驱动蛋白驱动蛋白囊泡囊泡 驱动蛋白二聚体驱动蛋白二聚体头部结合头部结合ATP和和MT 尾部结合膜泡或颗粒尾部结合膜泡或颗粒v哺乳动物有约哺乳动物有约45种驱动蛋白；种驱动蛋白；v它们的头部是相似的马达结构域，与它们的头部是相似的马达结构域，与ATP结合，在微管上移动；结合，在微管上移动；v它们的尾部结构域是不同的，用于带动不同的物质移动。它们的尾部结构域是不同的，用于带动不同的物质移动。驱动蛋白（驱动蛋白（Kinesin）水解水解ATP，与微管结合与微管结合与运输泡结合与运输泡结合重链重链轻链轻链驱动蛋白是正

30、极方向的马达蛋白驱动蛋白是正极方向的马达蛋白驱动蛋白驱动蛋白驱动蛋白受体驱动蛋白受体囊泡囊泡马达蛋白的不同构象马达蛋白的不同构象与与ATP结合时，两个头部均结合在微结合时，两个头部均结合在微管上；与管上；与ADP结合时，则一个头部结结合时，则一个头部结合在微管上。合在微管上。ATP的水解引起：的水解引起：可逆的构象改变可逆的构象改变 单方向的移动单方向的移动驱动蛋白沿微管运动的分子模型驱动蛋白沿微管运动的分子模型至少有一个头部结合在微管上；至少有一个头部结合在微管上；驱动蛋白沿微管长距离移动，不会脱落。驱动蛋白沿微管长距离移动，不会脱落。动力蛋白（动力蛋白（dynein）的结构和功能）的结构和

31、功能动力蛋白由多种蛋白组成动力蛋白由多种蛋白组成 (2-3 个重链个重链, 多个中等链和轻链多个中等链和轻链)动力蛋白的轻链通过辅助蛋白动力蛋白的轻链通过辅助蛋白, 与膜泡或染色体结合与膜泡或染色体结合v动力蛋白可以将动力蛋白可以将细胞器从细胞边细胞器从细胞边缘向细胞中央转缘向细胞中央转移移 如：如：ER膜泡、膜泡、 HIV病毒等病毒等动力蛋白是负极动力蛋白是负极方向的马达蛋白方向的马达蛋白马达蛋白调节细胞内的物质运输马达蛋白调节细胞内的物质运输 正极方向正极方向 (背离背离MTOC )的运输由驱动蛋白调节的运输由驱动蛋白调节负极方向负极方向 (朝向朝向 MTOC )的运输由动力蛋白调节的运输

32、由动力蛋白调节高尔基器高尔基器内质网内质网溶酶体溶酶体线粒体线粒体膜泡膜泡五五. 微管的功能微管的功能v维持细胞形态维持细胞形态v细胞内物质运输细胞内物质运输 马达蛋白：驱动蛋白和动力蛋白马达蛋白：驱动蛋白和动力蛋白v鞭毛和纤毛运动鞭毛和纤毛运动 9+2结构，结构， 鞭毛和纤毛的滑动机制鞭毛和纤毛的滑动机制v有丝分裂中纺锤体的形成和染色体移动有丝分裂中纺锤体的形成和染色体移动v形成基体和中心体形成基体和中心体鞭毛和纤毛的结构鞭毛和纤毛的结构v9个双联管和个双联管和2个单管个单管v动力蛋白臂和辐条动力蛋白臂和辐条v中央鞘中央鞘vA管动力蛋白头部与管动力蛋白头部与B管的接触促使动力管的接触促使动力

33、蛋白结合的蛋白结合的ATP水解，产物释放，同时造成水解，产物释放，同时造成头部角度的改变。头部角度的改变。v新的新的ATP结合使动力蛋白头部与结合使动力蛋白头部与B管脱离。管脱离。vATP水解，其释放的能量使头部的角度复水解，其释放的能量使头部的角度复原。原。v带有水解产物的动力蛋白头部与带有水解产物的动力蛋白头部与B管上另管上另一位点结合，开始又一次循环。一位点结合，开始又一次循环。 微管的功能微管的功能v维持细胞形态维持细胞形态v细胞内物质运输细胞内物质运输-颗粒和囊泡颗粒和囊泡 驱动蛋白或动力蛋白驱动蛋白或动力蛋白v鞭毛和纤毛运动鞭毛和纤毛运动 9+2结构，结构， 鞭毛滑动机制鞭毛滑动机

34、制v有丝分裂中纺锤体的形成和染色体移动有丝分裂中纺锤体的形成和染色体移动v形成基体和中心体形成基体和中心体纺锤体纺锤体 Mitotic spindle后期后期 姐妹染色单体向两极移动姐妹染色单体向两极移动染色体移动染色体移动微管的功能微管的功能v维持细胞形态维持细胞形态v细胞内物质运输细胞内物质运输-颗粒和囊泡颗粒和囊泡 驱动蛋白或动力蛋白驱动蛋白或动力蛋白v鞭毛和纤毛运动鞭毛和纤毛运动 9+2结构，结构， 鞭毛滑动机制鞭毛滑动机制v有丝分裂中纺锤体的形成和染色体移动有丝分裂中纺锤体的形成和染色体移动v形成基体和中心体形成基体和中心体第三节第三节中间纤维中间纤维 （intermediate f

35、ilament）v免疫荧光技术显示免疫荧光技术显示 角蛋白角蛋白keratin (red) 和核纤层蛋白和核纤层蛋白 lamin (blue) 组成的中间纤组成的中间纤维在细胞内的分布。维在细胞内的分布。 表皮细胞内的角蛋白纤维表皮细胞内的角蛋白纤维一一. 中间纤维的化学组成中间纤维的化学组成v1965年首次被确认。年首次被确认。IF是一类在形态上十分相似，是一类在形态上十分相似，而化学组成上有明显差异的而化学组成上有明显差异的10nm纤维。纤维。 v IF的成分比的成分比MT和和MF复杂，按其组织来源和免疫原复杂，按其组织来源和免疫原性可分为性可分为5类：类： 角蛋白纤维角蛋白纤维-存在于上

36、皮细胞存在于上皮细胞 波形纤维波形纤维-存在于中胚层来源的细胞存在于中胚层来源的细胞 结蛋白纤维结蛋白纤维-存在于肌细胞存在于肌细胞 神经元纤维神经元纤维-存在于神经元存在于神经元 神经胶质纤维神经胶质纤维-存在于神经胶质细胞存在于神经胶质细胞vH亚区亚区:同源区同源区vV亚区亚区:可变区可变区vE亚区亚区:末端区末端区中间纤维的结构中间纤维的结构v在中间纤维蛋白分子肽链中部有一段约在中间纤维蛋白分子肽链中部有一段约310个氨基个氨基酸残基的酸残基的螺旋区（杆部）螺旋区（杆部）是高度保守的，非螺旋是高度保守的，非螺旋的的头部（头部（N端）端）和和尾部（尾部（C端）端）的氨基酸顺序和长的氨基酸顺

37、序和长度在各类分子中有很大差异。度在各类分子中有很大差异。v 杆状区由螺旋杆状区由螺旋1和螺旋和螺旋2构成，螺旋构成，螺旋1和螺旋和螺旋2又可又可分为分为A、B两个亚区，两个亚区，4个螺旋区之间分别由个螺旋区之间分别由L1、L2和和L12连接。连接。v 头部和尾部又可分为不同的亚区，如头部和尾部又可分为不同的亚区，如H亚区（同源亚区（同源区）、区）、V亚区（可变区）、亚区（可变区）、E亚区（末端区）。亚区（末端区）。中间纤维的分类中间纤维的分类v新的分类：新的分类：酸性角蛋白；酸性角蛋白；中性和碱性角中性和碱性角蛋白；蛋白；波形纤维蛋白、结蛋白、胶质纤维波形纤维蛋白、结蛋白、胶质纤维酸性蛋白；

38、酸性蛋白；神经元纤维蛋白，神经元纤维蛋白，核纤层蛋核纤层蛋白。白。v核纤层与中间纤维有许多共同点：核纤层与中间纤维有许多共同点： 均形成均形成10nm纤维；都能抵抗高盐和非离子去纤维；都能抵抗高盐和非离子去污剂的抽提；抗体反应相同；蛋白结构相似。污剂的抽提；抗体反应相同；蛋白结构相似。 单体单体二聚体二聚体四聚体四聚体中间纤维中间纤维 (8个四聚体组成）个四聚体组成）二二. 中间纤维的组装中间纤维的组装v二聚体：在二聚体：在螺旋区形成双股超螺旋。螺旋区形成双股超螺旋。v四聚体：四聚体：2个二聚体反向平行、个二聚体反向平行、1/4分子交叠分子交叠排列，排列，四聚体是四聚体是IF解聚的最小单位解聚

39、的最小单位。v8个四聚体装配成个四聚体装配成IF。vIF没有极性，没有特异性药物。没有极性，没有特异性药物。v游离单体很少游离单体很少 。三三. 中间纤维结合蛋白中间纤维结合蛋白v约有约有15种种IFAP，功能多样。，功能多样。vfilaggrin：使角蛋白纤维形成聚集物：使角蛋白纤维形成聚集物vplectin：在：在IF、MT和和MF之间形成横桥之间形成横桥vBPAG1：为桥板蛋白，使：为桥板蛋白，使IF与桥粒连接与桥粒连接vMAP2：参与：参与IF与与MT间的横桥间的横桥v锚蛋白：参与锚蛋白：参与IF 与膜的结合与膜的结合中间纤维结合蛋中间纤维结合蛋白白Plectin（green)将将IF(blue)连接到连接到其他细胞骨架成其他细胞骨架成分上，如微管分上，如微管(red)Plectin四四. 中间纤维的功能中间纤维的功能v提供细胞质的机械强度提供细胞质的机械强度v参与细胞连接参与细胞连接v参与核膜的组装与去组装参与核膜的组装与去组装v中间纤维与细胞分化中间纤维与细胞分化17_05_strengthen_cells.jpg 中间纤维参与细胞连接中间纤维参与细胞连接表皮水疱症表皮水疱症角蛋白角蛋白K4和和K14 的突变体具有缺陷