医学细胞生物学5六章细胞骨架

1、医医学学细细胞胞生生物物学学第一章第一章 第三章第三章 第四章第四章 第五章第五章 第六章第六章 第七章第七章 第十章第十章第十一章第十一章第十二章第十二章第十三章第十三章第十四章第十四章细胞的概论细胞的概论细胞膜与物质运输细胞膜与物质运输细胞内膜系统细胞内膜系统线粒体线粒体细胞骨架细胞骨架细胞核细胞核细胞信号转导细胞信号转导细胞增殖与细胞周期细胞增殖与细胞周期细胞分化细胞分化干细胞干细胞细胞衰老与死亡细胞衰老与死亡第五章第五章 细胞骨架细胞骨架第一节第一节 微管微管第二节第二节 微丝微丝第三节第三节 中间丝中间丝细胞骨架细胞骨架是由位于细胞质中的蛋白是由位于细胞质中的蛋白质纤维组成的网架结构

2、质纤维组成的网架结构 细胞质骨架：细胞质骨架：核骨架：核骨架：是指细胞核内由纤维蛋白是指细胞核内由纤维蛋白构成的网架结构体系构成的网架结构体系 微管微管微丝微丝中间丝中间丝线粒体线粒体核糖体核糖体内质网内质网第一节第一节 微管微管 微管微管微管蛋白微管蛋白微管微管组装过程组装过程影响组装因素影响组装因素微管微管微管蛋白微管蛋白异二聚体异二聚体异二聚体异二聚体分子特点分子特点动态不稳定性动态不稳定性微管组织中心微管组织中心过程、特点过程、特点类型类型相关蛋白调控相关蛋白调控功能功能极性极性特点特点化学组成化学组成球状球状微管蛋白微管蛋白异二聚体异二聚体- -tubulintubulin- -tu

3、bulintubulin二价阳离子、秋水仙素、紫杉醇等二价阳离子、秋水仙素、紫杉醇等的结合位点的结合位点（影响组装和去组装）（影响组装和去组装）GTPGTP，可交换位点，可交换位点( (可水解为可水解为GDPGDP可调节可调节微管的组装和去组装微管的组装和去组装) )特点特点特殊特殊的分子结构域的分子结构域两种两种蛋白有蛋白有35%-40%35%-40%氨基酸序列同源氨基酸序列同源球状球状微管蛋白微管蛋白GTP不可逆结合位点不可逆结合位点 分子特点分子特点（13根）根） 微管蛋白微管蛋白微管蛋白微管蛋白异二聚体异二聚体聚合聚合首尾相连首尾相连原纤维原纤维微管微管 123456789101112

4、13微管横断面微管横断面 组装过程组装过程三个时相三个时相第五章第五章 细胞骨架细胞骨架成核期：成核期： 先由先由和和微管蛋白聚合成微管蛋白聚合成异二聚体结构，即核心形成异二聚体结构，即核心形成 聚合期：聚合期： 微管蛋白异二聚体向两端、两侧聚合形微管蛋白异二聚体向两端、两侧聚合形成丝、面、管，此时成丝、面、管，此时微管蛋白聚合速度微管蛋白聚合速度大于解聚速度，微管延长大于解聚速度，微管延长稳定期：稳定期： 游离微管蛋白浓度下降，达到临界浓度，微管游离微管蛋白浓度下降，达到临界浓度，微管的组装与去组装速度相等，微管长度相对恒定的组装与去组装速度相等，微管长度相对恒定 1 1、GTPGTP微管蛋

5、白与微管末端亲和力较强微管蛋白与微管末端亲和力较强GDPGDP微管蛋白微管蛋白与微管末端亲和力较弱与微管末端亲和力较弱 组装特点组装特点但形成的原纤维不能闭合成管状结构但形成的原纤维不能闭合成管状结构但形成的原纤维能闭合成管状结构但形成的原纤维能闭合成管状结构2 2、游离的微管蛋白异二聚体浓度高于临界浓度时、游离的微管蛋白异二聚体浓度高于临界浓度时组装微管组装微管2 2、微管组装主要发生在正极、微管组装主要发生在正极4 4、各种因素可影响微管的组装和去组装、各种因素可影响微管的组装和去组装GTPGDPGTPGTP帽帽GDPGDP帽帽踏车现象踏车现象当当GTP-GTP-异二聚体组装速度异二聚体组

6、装速度GTPGTP水解速度，形成水解速度，形成GTP-GTP-帽帽当当GTP-GTP-异二聚体组装速度异二聚体组装速度GTPGTP水解速度，形成水解速度，形成GDP-GDP-帽帽动态不稳定性动态不稳定性 微管组织中心微管组织中心微管在生理状态微管在生理状态及实验室处理解及实验室处理解聚后重新组装的聚后重新组装的启动之处称为微启动之处称为微管组织中心管组织中心概概念念启动微管组装启动微管组装决定微管的极性决定微管的极性作作用用Microtubule organizing center，MTOC中心体中心体：基体基体：是组装纤毛、鞭毛的是组装纤毛、鞭毛的微管组织中心微管组织中心微管蛋白微管蛋白：分

7、裂期组装纺锤体分裂期组装纺锤体间期细胞内的微管间期细胞内的微管位于中心粒周位于中心粒周围，以环状复围，以环状复合体形式存在，合体形式存在，是微管装配的是微管装配的起始结构起始结构 影响组装的因素影响组装的因素体外多种因素影响体外多种因素影响体内受到严格的时间和空间的控制体内受到严格的时间和空间的控制微管蛋白浓度、微管蛋白浓度、pH、温度、能量等、温度、能量等时间上：细胞分裂期纺锤体的组装、去组装时间上：细胞分裂期纺锤体的组装、去组装空间上：微管组织中心为微管的装配提供了始发区域空间上：微管组织中心为微管的装配提供了始发区域游离微管蛋白的浓度游离微管蛋白的浓度GTPGTP水解的的速度水解的的速度

8、组装组装:组装组装:高浓度游离微管蛋白高浓度游离微管蛋白GTPGTP的低速水解的低速水解第六章第六章 细胞骨架细胞骨架特异性药物的影响特异性药物的影响秋水仙素：秋水仙素：与异二聚体结合，阻止微管聚合与异二聚体结合，阻止微管聚合促进微管的解聚促进微管的解聚紫杉醇：紫杉醇：只与微管结合，但不影响微管末端的装配，只与微管结合，但不影响微管末端的装配，造成微管不断地组装而不解聚造成微管不断地组装而不解聚 微管的化学组成微管的化学组成、微管蛋白微管蛋白 微管的特点微管的特点中空的管状结构，具有强度弹性，可弯曲，但无分支中空的管状结构，具有强度弹性，可弯曲，但无分支- -微管蛋白亚基组成的环为微管蛋白亚基

9、组成的环为负极负极- -微管蛋白亚基组成的环为微管蛋白亚基组成的环为正极正极结构方面结构方面 - 组装速度慢为组装速度慢为负极负极组装速度快为组装速度快为正极正极 组装方面组装方面微管的极性微管的极性稳定性方面稳定性方面稳定状态：中心粒、纤毛、鞭毛稳定状态：中心粒、纤毛、鞭毛不稳定状态：纺锤体不稳定状态：纺锤体微管的类型微管的类型单管（不规则排列、平行束状排列）单管（不规则排列、平行束状排列）如：血管内皮细胞、神经细胞轴突如：血管内皮细胞、神经细胞轴突二联管（几何图形排列），如：纤毛、鞭毛二联管（几何图形排列），如：纤毛、鞭毛三联管（几何图形排列），如：中心粒三联管（几何图形排列），如：中心粒

10、排列形式方面排列形式方面质膜质膜轴丝轴丝ABABABABABABABABABC2C19 2 + 2中中央央微微管管质膜质膜第五章第五章 细胞骨架细胞骨架鞭毛与纤毛鞭毛与纤毛 AB二联管二联管A动动力力蛋蛋白白具有具有ATPATP酶活酶活性性BABCABCABCABCABCABCABC中心粒卫星中心粒卫星centriolarcentriolar satellite satelliteABCABC中心粒小轮中心粒小轮中心粒中心粒 ABC三联管三联管（9 93 30 0） 维持细胞的形态维持细胞的形态围绕细胞核向外呈放射状分布，形成网状支架围绕细胞核向外呈放射状分布，形成网状支架作为纤毛和鞭毛运动的

11、元件作为纤毛和鞭毛运动的元件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微管的功能微管的功能维持细胞器的定位和分布维持细胞器的定位和分布胞内物质运输胞内物质运输细胞运动细胞运动细胞分裂细胞分裂确立细胞的极性，细胞器的分布确立细胞的极性，细胞器的分布为细胞内物质运输提供轨道为细胞内物质运输提供轨道维持细胞特定的形态维持细胞特定的形态MTOCMTOC近端的微管为负极，近端的微管为负极，远端为正极远端为正极维持细胞器的定位和分布维持细胞器的定位和分布确立细胞的极性确立细胞的极性细胞器的分布细胞器的分布线粒体、高尔基体、线粒体、高尔基体、各种囊泡等的分布各种囊泡等的分布微管微管被运输的

12、物质被运输的物质马达蛋白（具马达蛋白（具ATP酶活性）酶活性）胞内物质运输胞内物质运输以中心体为中心向四周辐射运输以中心体为中心向四周辐射运输动力蛋白动力蛋白驱动蛋白驱动蛋白马达蛋白马达蛋白 精子运动精子运动 纤毛运动纤毛运动细胞运动细胞运动参与纺锤体的形成参与纺锤体的形成与染色体的运动与染色体的运动第五章第五章 细胞骨架细胞骨架MAP1MAP1、MAP2MAP2、MAP4MAP4、TauTau等蛋白等蛋白由两个区域组成：由两个区域组成：微管相关蛋白微管相关蛋白碱性区：结合到在微管的表面碱性区：结合到在微管的表面酸性区：外延的部分与其他纤维相连酸性区：外延的部分与其他纤维相连功能：功能： 可促

13、进微管组装、抑制解聚、稳定微管等可促进微管组装、抑制解聚、稳定微管等例如：例如：酸性区域酸性区域碱性区域碱性区域维持微管结构和功能的重要成分维持微管结构和功能的重要成分恒定比例结合在微管的表面恒定比例结合在微管的表面第二节第二节 微丝微丝 球状肌动蛋白单体球状肌动蛋白单体（G-actin）纤维状肌动蛋白（微丝）纤维状肌动蛋白（微丝）（F-actin）微丝微丝G-actinF-actin特点特点组装及其特点组装及其特点影响组装因素影响组装因素? ?极性极性分布分布结合蛋白调控结合蛋白调控功能功能极性极性特点特点球状肌动蛋白（哑铃型）球状肌动蛋白（哑铃型）肌动蛋白分子特点肌动蛋白分子特点有有6 6

14、种肌动蛋白亚型种肌动蛋白亚型差异主要在蛋白质的氨基末端差异主要在蛋白质的氨基末端在进化上高度保守在进化上高度保守差异对微丝装配速度影响很小差异对微丝装配速度影响很小但却是特异性微丝结合蛋白结但却是特异性微丝结合蛋白结合的必须部位合的必须部位第二节第二节 微丝微丝 ATPADPG-actin、F-actin肌动蛋白存在形式肌动蛋白存在形式ATP结合结合ATPATP的一端为负极（的一端为负极（minus endminus end）ATP-G-actinADP-G-actinADP肌动蛋白的极性肌动蛋白的极性聚合（组装过程）聚合（组装过程）解聚（去组装）解聚（去组装）组装组装动态结构动态结构F-ac

15、tinG-actinF-actin三三个个时时相相延长期：延长期：平衡期：平衡期：快速延长快速延长稳定期稳定期F-actin成核期成核期：缓慢聚合缓慢聚合G-actinATP-G-ATP-G-actinactin与微丝亲和力高与微丝亲和力高ADP-G-ADP-G-actinactin与微丝亲和力低与微丝亲和力低微丝微丝特异性药物可影响微丝特异性药物可影响微丝的组装和去组装的组装和去组装微丝是一个微丝是一个动态结构，有极性动态结构，有极性微丝组装的特点微丝组装的特点ATPATPATPATPATPATPADPADPADPADP（无细胞实验体系无细胞实验体系） ATP-F-ATP-F-actinac

16、tinATP-G-actin ATP-F-actin ADP-G-actin ADP-F-actin根据肌动蛋白根据肌动蛋白与与ATPATP的结合的结合踏车现象踏车现象ATP-G -ATP-G -actinactin对微丝末端对微丝末端亲和性很高亲和性很高ADP-G -ADP-G -actinactin对微丝末端亲和性很低对微丝末端亲和性很低ADP-F-actin肌动蛋白构象肌动蛋白构象改变改变ATPATP水解水解影响组装的因素影响组装的因素细胞松弛素细胞松弛素B B红海海绵素红海海绵素鬼笔环肽鬼笔环肽切断微丝并结合到微丝末端，阻断新的切断微丝并结合到微丝末端，阻断新的G-G-actinact

17、in聚合聚合, ,破坏了微丝组装破坏了微丝组装只与只与G-G-actinactin结合，抑制结合，抑制G-G-actinactin加载到加载到F-F-actinactin与微丝与微丝侧面侧面结合，抑制微丝解聚，使微丝结合，抑制微丝解聚，使微丝处于稳定状态，破坏了微丝的动态平衡处于稳定状态，破坏了微丝的动态平衡由由球状肌动蛋白单体组成肌动球状肌动蛋白单体组成肌动蛋白纤维蛋白纤维细胞中呈束状、网状或分散分布细胞中呈束状、网状或分散分布两条两条平行肌动蛋白纤维向右平行肌动蛋白纤维向右螺旋形成微丝螺旋形成微丝微丝的特点微丝的特点微丝的极性微丝的极性结构方面：结构方面：结合结合ATPATP的一端为的一端

18、为负极负极另一端另一端为为正极正极组装方面：组装方面：组装速度慢为组装速度慢为负极负极组装速度快为组装速度快为正极正极Pi结合结合ATPATP的的肌动蛋白肌动蛋白结合结合ADPADP的的肌动蛋白肌动蛋白ATP-F-actin ADP-F-actin分布分布永久性结构永久性结构：肌细胞的细肌丝肌细胞的细肌丝微绒毛中的轴丝微绒毛中的轴丝暂时性结构暂时性结构：胞质分裂环中的微丝胞质分裂环中的微丝精子顶体中的微丝精子顶体中的微丝 胞质环流胞质环流细胞迁徙时的伪足等细胞迁徙时的伪足等顶体顶体功能：功能： 调节微丝的动态变化调节微丝的动态变化原肌球蛋白原肌球蛋白肌钙蛋白肌钙蛋白封帽蛋白封帽蛋白切割蛋白切割

19、蛋白单体结合蛋白单体结合蛋白集束蛋白集束蛋白胶凝蛋白胶凝蛋白锚定蛋白锚定蛋白结合蛋白的调控结合蛋白的调控种类：种类：功能：功能： 调节微丝的动态变化调节微丝的动态变化结合蛋白的调控结合蛋白的调控成核蛋白成核蛋白单体隔离蛋白单体隔离蛋白末端阻断蛋白末端阻断蛋白单体聚合蛋白单体聚合蛋白微丝解聚蛋白微丝解聚蛋白交联蛋白交联蛋白纤维切割蛋白纤维切割蛋白膜结合蛋白膜结合蛋白种类：种类：第六章第六章 细胞骨架细胞骨架第六章第六章 细胞骨架细胞骨架加帽蛋白加帽蛋白Z Z帽蛋白帽蛋白溶胶蛋白溶胶蛋白细丝蛋白细丝蛋白抑制蛋白抑制蛋白胸腺素胸腺素丝束蛋白丝束蛋白绒毛蛋白绒毛蛋白黏着斑蛋白黏着斑蛋白锚定蛋白锚定蛋白

20、ARPARP复合体复合体单体聚合蛋白单体聚合蛋白+ +- -+ +抑制蛋白抑制蛋白切丝蛋白切丝蛋白凝胶蛋白凝胶蛋白成束蛋白成束蛋白维持细胞形态维持细胞形态功能功能肌肉收缩肌肉收缩细胞各种运动细胞各种运动参与细胞分裂参与细胞分裂其他功能其他功能肌肉肌肉肌细胞肌细胞肌原纤维肌原纤维Z Z线线肌肉收缩肌肉收缩粗肌丝：肌球蛋白（同时具有粗肌丝：肌球蛋白（同时具有ATPase活性）活性）细肌丝：肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白细肌丝：肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白肌原纤维肌原纤维Z Z线线Z Z线线肌原纤维肌原纤维Z Z线线肌球蛋白肌球蛋白肌动蛋白等肌动蛋白等肌小节由一个肌小节由一个暗带和两个暗带和两个1

21、/21/2明带组成明带组成 暗带暗带明明带带骨骼肌（横纹肌）骨骼肌（横纹肌）粗肌丝：肌球蛋白（同时具有粗肌丝：肌球蛋白（同时具有ATPase活性）活性）细肌丝：肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白细肌丝：肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白肌原纤维肌原纤维肌球蛋白肌球蛋白肌动蛋白等肌动蛋白等暗带暗带明带明带明带明带粗肌丝（粗肌丝（ATP酶）酶）（马达蛋白）（马达蛋白）第六章第六章 细胞骨架细胞骨架肌肉细胞中肌肉细胞中MyosinMyosin具有具有ATPATP酶活性酶活性第六章第六章 细胞骨架细胞骨架肌动蛋白和肌球蛋白的滑动产生肌肉收缩肌动蛋白和肌球蛋白的滑动产生肌肉收缩+肌动蛋白丝肌动蛋白丝肌球蛋白肌球

22、蛋白（马达蛋白）（马达蛋白）细胞各种运动细胞各种运动细胞内褶细胞内褶巨噬细胞表面的皱褶巨噬细胞表面的皱褶 变皱膜运动变皱膜运动细胞变形运动细胞变形运动胞质环流胞质环流细胞的吞吐活动细胞的吞吐活动精子的顶体反应精子的顶体反应精子的顶体反应精子的顶体反应顶体顶体细胞变形运动细胞变形运动阿米巴运动阿米巴运动电镜下显示微丝电镜下显示微丝维持细胞形态维持细胞形态培养的成纤维细培养的成纤维细胞的微丝束胞的微丝束在非肌细胞中形成黏着斑和应力纤维在非肌细胞中形成黏着斑和应力纤维黏着斑黏着斑肌动蛋白肌动蛋白Cytoskeletal filamentsActine Cytoplasmicprotein plaqu

23、e肌动蛋白肌动蛋白Cytoskeletal filamentsActine 位于细胞间或细胞与外位于细胞间或细胞与外基质间，通过整合素基质间，通过整合素（integrinintegrin）把细胞中）把细胞中的肌动蛋白束和基质连的肌动蛋白束和基质连接起来。连接处的质膜接起来。连接处的质膜呈盘状，称为呈盘状，称为黏着斑。黏着斑。在形成在形成黏着斑的质膜下黏着斑的质膜下方成束排列的肌动蛋白方成束排列的肌动蛋白为为应力纤维应力纤维应力纤维应力纤维具有收缩功能，具有收缩功能，但不能产生运动，只能但不能产生运动，只能维持细胞形态、赋予细维持细胞形态、赋予细胞韧性和强度胞韧性和强度第六章第六章 细胞骨架细胞

24、骨架参与细胞分裂参与细胞分裂肌动蛋白肌动蛋白结合蛋白结合蛋白收缩环收缩环其他功能：细胞内物质运输其他功能：细胞内物质运输肌球蛋白（唯一沿肌动蛋白运动的马达蛋白）肌球蛋白（唯一沿肌动蛋白运动的马达蛋白）它们以微丝作为运输轨道参与物质运输活动它们以微丝作为运输轨道参与物质运输活动 肌球蛋白肌球蛋白小泡小泡F-actin 马马达达蛋蛋白白第六章第六章 细胞骨架细胞骨架第三节第三节 中间丝中间丝 中间丝中间丝纤维状蛋白纤维状蛋白纤维状蛋白纤维状蛋白中间丝中间丝纤维类型纤维类型特点特点功能功能基本概况基本概况组装组装化学组成化学组成纤维结构纤维结构（中等纤维）（中等纤维）纤维状蛋白类型纤维状蛋白类型类型

25、类型 蛋白名称蛋白名称细胞内分布细胞内分布角蛋白（酸性、碱性）角蛋白（酸性、碱性）上皮细胞上皮细胞巢巢蛋白（神经干细胞蛋白）蛋白（神经干细胞蛋白） 神经干细胞神经干细胞胶胶质细胞原质细胞原纤维酸性蛋白纤维酸性蛋白神经胶神经胶质细胞质细胞型中等纤维蛋白型中等纤维蛋白 波形蛋白波形蛋白 结蛋白结蛋白 外周蛋白外周蛋白间充质细胞、间充质细胞、肌肉细胞肌肉细胞外周神经元外周神经元神经原纤维蛋白神经原纤维蛋白成熟神经元成熟神经元核纤层蛋白核纤层蛋白细胞核细胞核尾部（尾部（C C端）端）杆状区杆状区头部（头部（N N端）端）波形蛋白波形蛋白神经原纤维蛋白神经原纤维蛋白核纤层蛋白核纤层蛋白角蛋白角蛋白（高度

26、保守的高度保守的螺旋区螺旋区）（高度可变区高度可变区）（高度可变区高度可变区）纤维状蛋白结构纤维状蛋白结构二聚体二聚体四聚体四聚体原纤维原纤维中间丝中间丝单体单体同向同向反向反向中等纤维组装中等纤维组装直径介与微管与微丝之间，直径介与微管与微丝之间， 8 810nm10nm主要围绕在核周围，成束成网，并扩展到质主要围绕在核周围，成束成网，并扩展到质膜，与质膜相连膜，与质膜相连中等纤维基本概况中等纤维基本概况没有极性没有极性分布具有严格的组织特异性分布具有严格的组织特异性坚韧、耐久的蛋白质纤维坚韧、耐久的蛋白质纤维结构相对稳定，不受秋水仙素、细胞松弛素结构相对稳定，不受秋水仙素、细胞松弛素B B影响影响中间丝特点中间丝特点1 1、支持作用、支持作用2 2、细胞内运输作用、细胞内运输作用3 3、信息传递作用、信息传递作用4 4、在相邻细胞、细胞与、在