王红霞-第九章细胞骨架(二)

1、第九章 细胞骨架授课教师：王红霞授课教师：王红霞 副教授副教授E-mail：医学细胞生物学医学细胞生物学医学细胞生物学目目 录录第第九九章章 细胞骨架细胞骨架 第第二二节节 微微 管管第第三三节节 中间丝中间丝第第一一节节 微微 丝丝医学细胞生物学第二节第二节 微微 管管一、微管的结构一、微管的结构与化学组成与化学组成二、微管的装配过程二、微管的装配过程三、微管结合蛋白三、微管结合蛋白四、微管的主要功能四、微管的主要功能医学细胞生物学一、微管的结构与化学组成一、微管的结构与化学组成（一）微管（一）微管（microtubulemicrotubule）的形态结构）的形态结构123456789101

2、11213 横断面横断面立体结构立体结构医学细胞生物学微管蛋白微管蛋白(tubulin)（二）微管的化学组成（二）微管的化学组成医学细胞生物学异异二二聚聚体体2个鸟嘌呤核苷酸个鸟嘌呤核苷酸（GTP)结合位点。结合位点。二价阳离子（二价阳离子（Mg2+与与Ca2+2+）的结合位点）的结合位点秋水仙素、长春花碱秋水仙素、长春花碱的结合位点的结合位点微管蛋白的三维结构微管蛋白的三维结构医学细胞生物学 微管是有极性的结构微管是有极性的结构医学细胞生物学 12345678910111213单管单管 AB二联管二联管 ABC三联管三联管 大部分微管为单管，二联管、三联管只存大部分微管为单管，二联管、三联管

3、只存在于特定的细胞结构中。在于特定的细胞结构中。如纤毛、鞭毛的周围如纤毛、鞭毛的周围小管（二联管），中心粒、基体（三联管）。小管（二联管），中心粒、基体（三联管）。（三）微管类型（三）微管类型医学细胞生物学 纤毛或鞭毛内微管的排列纤毛或鞭毛内微管的排列（ “ “9 92 22”2”方式方式）医学细胞生物学中心粒小轮中心粒小轮 （“9 30”方式）方式）医学细胞生物学纤毛本体纤毛本体基基体体 （930） 纤毛小根纤毛小根医学细胞生物学二、二、 微管的装配过程微管的装配过程 （一）微管的体外组装（一）微管的体外组装微管蛋白微管蛋白异二聚体异二聚体首位相连首位相连原纤维原纤维微管微管（13） 体外组

4、装过程分为成核期、延伸期和稳定期体外组装过程分为成核期、延伸期和稳定期短的丝短的丝状结构状结构增加异二聚体增加异二聚体扩展成片状扩展成片状成核期成核期延伸期延伸期合拢合拢稳定期稳定期 微管长度处于相对稳定状态微管长度处于相对稳定状态医学细胞生物学 踏踏车车医学细胞生物学（二）微管的体内组装（二）微管的体内组装 微管的体内组装除遵循体外装配的微管的体内组装除遵循体外装配的规律外，还受严格的规律外，还受严格的时间和空间时间和空间的控制。的控制。1.时间控制：时间控制：细胞生命活动的特殊时刻。细胞生命活动的特殊时刻。（纺锤丝微管的聚合与解聚发生在细胞（纺锤丝微管的聚合与解聚发生在细胞分裂期）。分裂期

5、）。医学细胞生物学 2.2.空间控制空间控制 微管装配的特殊始发区域的影响微管装配的特殊始发区域的影响微管组织中心微管组织中心（MTOC） ：微管装配的起始点。：微管装配的起始点。v中心体中心体是动物细胞中主要的微管组织中心。是动物细胞中主要的微管组织中心。v基体基体是纤毛、鞭毛的微管组织中心。是纤毛、鞭毛的微管组织中心。医学细胞生物学中心体中心体中心球中心球 中心粒中心粒电镜：圆柱状小体（中心粒）电镜：圆柱状小体（中心粒） 中心体中心体细胞核细胞核中心体的结构中心体的结构医学细胞生物学（三）影响微管装配的因素（三）影响微管装配的因素1.微管蛋白的浓度和微管蛋白的浓度和GTP；2. Mg2+和

6、和Ca2+浓度；浓度；3.温度温度和和pH ；4.药物：秋水仙素，长春花碱、紫杉醇。药物：秋水仙素，长春花碱、紫杉醇。医学细胞生物学三、微管结合蛋白三、微管结合蛋白 MAP1 ：神经元轴突中：神经元轴突中 MAP2 ：神经元树突中：神经元树突中 MAP4 ：普遍存在于各类细胞中：普遍存在于各类细胞中 Tau蛋白：神经元轴突中蛋白：神经元轴突中医学细胞生物学（一）（一）MAPsMAPs的分子结构的分子结构 至少包含两个结构域：至少包含两个结构域： 结合微管的结构域结合微管的结构域 向外突出的结构域向外突出的结构域微管结合蛋白结构微管结合蛋白结构医学细胞生物学（二）（二）MAPsMAPs的主要功能

7、的主要功能1.促进微管组装。促进微管组装。2.抑制微管解聚。抑制微管解聚。3.增加微管稳定性。增加微管稳定性。医学细胞生物学l临床症状：临床症状：不可逆进行性记忆和认知功能丧失。不可逆进行性记忆和认知功能丧失。l病理变化：病理变化：神经纤维缠结，出现神经变性斑。神经纤维缠结，出现神经变性斑。l发病原因：发病原因：Tau蛋白的异常，失去和微管蛋白的蛋白的异常，失去和微管蛋白的结合活性，导致正常的微管蛋白解聚，从而使正常结合活性，导致正常的微管蛋白解聚，从而使正常的轴突转运受损。的轴突转运受损。（三）常见病例（三）常见病例阿尔茨海默病阿尔茨海默病ADAD医学细胞生物学阿尔茨海默病的发病机理阿尔茨海

8、默病的发病机理医学细胞生物学四、微管的主要功能四、微管的主要功能1、支持作用：构成细胞的网状支架维持细胞形态。、支持作用：构成细胞的网状支架维持细胞形态。2、参与细胞内物质运输（高尔基体分泌泡运输）。、参与细胞内物质运输（高尔基体分泌泡运输）。 微管在蛋白转运中的作用微管在蛋白转运中的作用医学细胞生物学3、参与细胞运动，也是纤毛、鞭毛等细胞运动器、参与细胞运动，也是纤毛、鞭毛等细胞运动器官的主体结构成分。官的主体结构成分。纤毛和鞭毛的结构示意图纤毛和鞭毛的结构示意图鞭毛与纤毛在来源和鞭毛与纤毛在来源和结构上基本相同，少结构上基本相同，少而长的叫鞭毛；多而而长的叫鞭毛；多而短的叫纤毛。短的叫纤毛

9、。医学细胞生物学4、参与纺锤体的形成与染色体的运动、参与纺锤体的形成与染色体的运动中期中期后期后期医学细胞生物学 5、参与细胞内的信号转导、参与细胞内的信号转导 近年来，研究表明微管参与了细胞外调节近年来，研究表明微管参与了细胞外调节蛋白激酶（蛋白激酶（ERK）、蛋白激酶（）、蛋白激酶（PKA）等多条）等多条信号转导过程。信号转导过程。 信号分子可通过与微管直接或间接的相互信号分子可通过与微管直接或间接的相互作用，进而影响胞内的囊泡运输、细胞器的定作用，进而影响胞内的囊泡运输、细胞器的定位及细胞的极化等一系列重要的生物学活动。位及细胞的极化等一系列重要的生物学活动。 医学细胞生物学第三节第三节

10、 中间丝中间丝（intermediate filaments,IF）一、中间丝的结构、成分及类型一、中间丝的结构、成分及类型二、中间丝的组装二、中间丝的组装 三、中间丝的主要功能三、中间丝的主要功能医学细胞生物学中中间间丝丝细胞骨架的结构示意图细胞骨架的结构示意图中间丝直径介与微管与微丝之间，也叫中间丝直径介与微管与微丝之间，也叫中间纤维。中间纤维。医学细胞生物学一、中间丝的结构、成分及类型一、中间丝的结构、成分及类型（一）中间丝的形态结构（一）中间丝的形态结构 该结构稳定该结构稳定，既，既不受秋水仙素也不受不受秋水仙素也不受细胞松弛细胞松弛B B素影响，并素影响，并且也且也没有极性。没有极性

11、。 绳索样结构绳索样结构中间丝的形态结构模式图中间丝的形态结构模式图医学细胞生物学 中间丝的化学成分是中间丝蛋白。中间丝的化学成分是中间丝蛋白。 中间丝蛋白存在于绝大多数动物细胞内。中间丝蛋白存在于绝大多数动物细胞内。 不同类型的细胞以及同一类型细胞的不不同类型的细胞以及同一类型细胞的不同部位的中间丝蛋白的组成都有可能不同。同部位的中间丝蛋白的组成都有可能不同。（二）中间丝的化学成分（二）中间丝的化学成分医学细胞生物学（三）中间丝的类型（三）中间丝的类型顺序类型顺序类型 名名 称称 分子量分子量(kD) 多肽数多肽数 组组 织织 分分 布布 I 酸性角蛋白酸性角蛋白 40-57 15 上皮细胞

12、上皮细胞 II 碱性碱性/中性角蛋白中性角蛋白 53-67 15 上皮细胞上皮细胞 III 结蛋白结蛋白 53 1 肌细胞肌细胞 胶质纤维酸性蛋白胶质纤维酸性蛋白 50 1 胶质细胞和星形细胞胶质细胞和星形细胞 波形蛋白波形蛋白 57 1 间充质细胞间充质细胞 外周蛋白外周蛋白 57 1 神经元神经元 IV 神经纤维蛋白神经纤维蛋白 62-110 3 成熟的外周和中枢神经元成熟的外周和中枢神经元 Internexin 66 1 发育中的中枢神经系统发育中的中枢神经系统 V 核纤层蛋白核纤层蛋白A.B.C 60-70 3 真核细胞真核细胞 VI nestin 240 1 中枢神经系统干细胞中枢神

13、经系统干细胞 医学细胞生物学l 中间丝的分布具有严格的组织特异性中间丝的分布具有严格的组织特异性 据此可应用于肿瘤临床诊断，以鉴别肿瘤细据此可应用于肿瘤临床诊断，以鉴别肿瘤细胞的组织来源。胞的组织来源。v结蛋白抗体结蛋白抗体与肌细胞的中间丝结合，诊断来源于与肌细胞的中间丝结合，诊断来源于横纹肌和平滑肌的癌症。横纹肌和平滑肌的癌症。v角蛋白抗体角蛋白抗体只能与上皮细胞内中间丝结合，诊断只能与上皮细胞内中间丝结合，诊断角化和非角化上皮癌。角化和非角化上皮癌。v神经纤维蛋白抗体神经纤维蛋白抗体只能与神经元的中间丝结合，只能与神经元的中间丝结合，诊断神经母细胞瘤、神经节母细胞瘤。诊断神经母细胞瘤、神经

14、节母细胞瘤。医学细胞生物学共同结构域共同结构域 -螺旋杆状区螺旋杆状区非螺旋区非螺旋区头部（头部（N-端）端）尾部（尾部（C-端）端）杆状杆状 区区头部头部（N-端端）尾部尾部（C-端）端）二、中间丝的组装二、中间丝的组装（一）中间丝蛋白的分子结构（一）中间丝蛋白的分子结构医学细胞生物学 （二）中间丝的装配过程（二）中间丝的装配过程1.中间丝蛋白单体以相同方向组成一个双螺旋的二聚体；中间丝蛋白单体以相同方向组成一个双螺旋的二聚体；2.两个二聚体以相反的方向组装成四聚体两个二聚体以相反的方向组装成四聚体；（无极性）（无极性）3.四聚体首尾相接组装成八聚体（原纤维）；四聚体首尾相接组装成八聚体（原

15、纤维）；4.每每2根原纤维集成根原纤维集成1根亚丝，最后再有根亚丝，最后再有4根亚丝形成中间丝。根亚丝形成中间丝。医学细胞生物学中间丝的形态结构模式图中间丝的形态结构模式图医学细胞生物学1.1.中间丝无极性中间丝无极性2.2.遵循半分子交错的原则进行组装遵循半分子交错的原则进行组装3.3.中间丝的组装一般不需要其它蛋白中间丝的组装一般不需要其它蛋白质参与，也不需要核苷酸或结合蛋白质参与，也不需要核苷酸或结合蛋白的辅助。的辅助。中间丝组装的特点中间丝组装的特点医学细胞生物学4.4.中间丝在体内组装时，中间丝蛋白中间丝在体内组装时，中间丝蛋白绝大部分已装配成中间丝，几乎不存绝大部分已装配成中间丝，

16、几乎不存在相应的可溶性蛋白，而微管或微丝在相应的可溶性蛋白，而微管或微丝组装时只有组装时只有30%30%的蛋白分子处于组装状的蛋白分子处于组装状态。态。医学细胞生物学 三、中间丝的主要功能三、中间丝的主要功能1.1.中间丝的支持作用。中间丝的支持作用。2.2.参与细胞内物质运输：参与细胞内物质运输：神经细胞中神经蛋神经细胞中神经蛋白中间丝参与了轴突营养物质的运输。白中间丝参与了轴突营养物质的运输。3.参与信息传递：参与信息传递：可能是一种信息分子，与可能是一种信息分子，与DNA的转录和复制有关。的转录和复制有关。4.在相邻细胞、细胞与基膜之间形成连接结在相邻细胞、细胞与基膜之间形成连接结构：构

17、：角蛋白纤维参与维持上皮细胞间的连接角蛋白纤维参与维持上皮细胞间的连接及组织结构的完整性。及组织结构的完整性。纤维直径纤维直径 7nm 15/24nm 10nm7nm 15/24nm 10nm化学成分化学成分 肌动蛋白肌动蛋白 微管蛋白微管蛋白 中间丝蛋白中间丝蛋白形态结构形态结构 实心纤维实心纤维 空心管状空心管状 绳索样结构绳索样结构 结合核甘酸结合核甘酸 ATP GTP ATP GTP 无无 极性极性 有有 有有 无无踏车行为踏车行为 有有 有有 无无组织特异性组织特异性 无无 无无 有有特异性药物特异性药物 细胞松弛素细胞松弛素B B 秋水仙素秋水仙素 无无 鬼笔环肽鬼笔环肽 长春花碱

18、长春花碱细胞骨架三种成分比较细胞骨架三种成分比较 微微 丝丝 微微 管管 中间丝中间丝医学细胞生物学本节小结本节小结第二节第二节 微微 管管 一、微管的结构、成分一、微管的结构、成分 二、微管的装配过程二、微管的装配过程 三、微管结合蛋白三、微管结合蛋白 四、微管的主要功能四、微管的主要功能第三节第三节 中间丝中间丝 一、中间丝的成分及结构一、中间丝的成分及结构 二、中间丝的装配过程及特点二、中间丝的装配过程及特点 三、中间丝的主要功能三、中间丝的主要功能医学细胞生物学思考题思考题1.1.名词解释名词解释: :微管组织中心（微管组织中心（MTOCMTOC）2.2.简述微管的装配过程及其影响因素。简述微管的装配过程及其影响因素。3.3.中心粒、纤毛和鞭毛中的微管属于哪一种类型中心粒、纤毛和鞭毛中的微管属于哪一种类型? ?4.4.简述微管的主要功能。简述微管的主要功能。5.