第六章细胞骨架与细胞运动

1、第六章第六章 细胞骨架与细胞运动细胞骨架与细胞运动细胞骨架细胞骨架n是由是由蛋白纤维蛋白纤维交织而成的立体网交织而成的立体网架结构，它充满整个细胞质的空间，架结构，它充满整个细胞质的空间，与外侧的细胞膜和内侧的核膜存在与外侧的细胞膜和内侧的核膜存在一定的结构联系，以保持细胞特有一定的结构联系，以保持细胞特有的形状并与细胞运动有关。的形状并与细胞运动有关。（cytoskeleton）类型类型第一节第一节 微微 管管(microtubule，MT)15nm一、一、 25nm5nm12345678910111213微微管管横横断断面面中空圆筒状结构，由中空圆筒状结构，由13根原纤维所组成根原纤维所组

2、成微管蛋白微管蛋白 微管蛋白：球形，微管蛋白：球形，55KD ，450aa 微管蛋白：球形，微管蛋白：球形，55KD ，550aa 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纵向排列纵向排列13根原纤维根原纤维微管的三种存在形式微管的三种存在形式12345678910111213单管单管 AB二联管二联管 ABC三联管三联管 这是一类以恒定比例与微管结合的蛋白，决定不同类型微管的独特属这是一类以恒定比例与微管结合的蛋白，决定不同类型微管的独特属性，参与微管的装配，是维持微管结构和功能的必需成份。性，参与微管的装配，是维持微管结构和功能的必需成

3、份。MAP-1、MAP-2、Tau 主要存在于神经元中主要存在于神经元中MAP-4广泛存在于各种细胞中广泛存在于各种细胞中 种种MAP的活性主要通过蛋白激酶和磷酸酶控制，的活性主要通过蛋白激酶和磷酸酶控制， 1微管相关蛋白的种类和特点微管相关蛋白的种类和特点二、二、 (microtubule- associated protein，MAP)2. 微管相关蛋白的功能微管相关蛋白的功能 （1）调节微管装配）调节微管装配（2）增加微管的稳定性和强度）增加微管的稳定性和强度 （3）在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒）在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒 （4）作为细胞外信号的靶位点参与信号转导）作为细胞外信号的靶位

4、点参与信号转导 组装过程分三个时期：组装过程分三个时期：成核期成核期、聚合期聚合期和和稳定期稳定期成核期：成核期：先由先由和和微管蛋白聚合成一个短的寡微管蛋白聚合成一个短的寡 聚体结构，即核心形成；聚体结构，即核心形成； 聚合期：聚合期：微管蛋白聚合速度大于解聚速度，微管微管蛋白聚合速度大于解聚速度，微管 延长；延长；稳定期：稳定期：游离微管蛋白浓度下降，达到临界浓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，度，微管的组装与去组装速度相等， 微管长度相对恒定；微管长度相对恒定； 极性装配 ： 装配快的一端（微管蛋白）为（+）极， 装配慢的一端（微管蛋白）为（-）极 踏车现

5、象：组装和去组装达到平衡组装条件 ：微管蛋白异二聚体达到临界浓度、有Mg2+存在，（无Ca2+）、pH6.9、37、异二聚体即组装成微管，同时需要由GTP提供能量。 1. 微管的体外组装微管的体外组装微管的体外组装过程与踏车现象模式微管的体外组装过程与踏车现象模式2. 微管的体内组装微管的体内组装微管的体内组装受到严格的微管的体内组装受到严格的时间时间和和空间空间的控制。的控制。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（纺锤丝微管的聚合与 解聚发生在细胞分裂期）解聚发生在细胞分裂期）空间控制空间控制微管聚合从特异性的核心形成位点开始，主要是中微管聚合从特

6、异性的核心形成位点开始，主要是中心体、鞭毛纤毛的基体和着丝粒，称心体、鞭毛纤毛的基体和着丝粒，称微管组织中心微管组织中心（microtubule organizing center,microtubule organizing center, MTOC MTOC) )。微管在中心体上的聚合微管在中心体上的聚合A.中心体的无定形蛋白基质中含有微管蛋白环,它是微管生长的起始部位; B.中心体上的微管蛋白环; C.中心体与附着其上的微管,负端被包围在中心体中,正端游离在细胞质中;当当GTP微管蛋白异二聚体添加到微管正极（微管蛋白异二聚体添加到微管正极（+）组装速度大于）组装速度大于GDP的水解速度的

7、水解速度时时,形成形成GTP帽帽,微管延长微管延长; 当当GTP的微管蛋白聚合速度小于的微管蛋白聚合速度小于GTP的水解速度，的水解速度， GTP帽不断缩小暴露出帽不断缩小暴露出GDP微管蛋白，并迅速脱落微管蛋白，并迅速脱落,使微管缩短，导致微管结使微管缩短，导致微管结构上的不稳定。构上的不稳定。3. 微管组装的动态调节微管组装的动态调节非稳态动力学模型非稳态动力学模型1、温度：、温度：温度超过温度超过20有利于组装，低于有利于组装，低于4引起分解。引起分解。2、药物：、药物：秋水仙素秋水仙素和和长春花碱长春花碱引起分解；引起分解； 紫杉酚紫杉酚促进组装并稳定微管。促进组装并稳定微管。3、离子

8、：、离子：Mg2+存在促进组装，存在促进组装， Ca2+过高时引起分解。过高时引起分解。4、GTP浓度：浓度：对微管的组装进行动态调节。对微管的组装进行动态调节。4. 影响微管组装的特异性药物影响微管组装的特异性药物四、微管的功能四、微管的功能 构成细胞的网状支架，维持细胞的形态构成细胞的网状支架，维持细胞的形态 为细胞内物质运输提供轨道（特别是大分子和颗粒物质的运为细胞内物质运输提供轨道（特别是大分子和颗粒物质的运输）输） 维持细胞内细胞器的空间分布和定位维持细胞内细胞器的空间分布和定位 微管与细胞运动关系密切微管与细胞运动关系密切 微管参与染色体的运动和调节细胞分裂微管参与染色体的运动和调

9、节细胞分裂 参与细胞内信号转导参与细胞内信号转导1 1、微管的主要功能、微管的主要功能微管的支架作用微管的支架作用胞质动力蛋白与膜泡的附着胞质动力蛋白与膜泡的附着微管的物质运输功能微管的物质运输功能微管参与细胞器的定位微管参与细胞器的定位深绿：微管浅蓝：内质网黄色：高尔基复合体上图：内质网抗体染色下图：微管抗体染色上图：高尔基抗体染色下图：微管抗体染色染色体的分离和细胞分裂染色体的分离和细胞分裂纤毛和鞭毛动力微管的滑动模型纤毛和鞭毛动力微管的滑动模型 电镜：电镜：中心体中心体中心球中心球（透明无定形物质）（透明无定形物质）中心粒中心粒中心粒：圆柱状小体中心粒：圆柱状小体 直径直径0.160.2

10、6um长度长度0.165.6um双心体双心体光镜：光镜：中心体呈球状小颗粒中心体呈球状小颗粒原生质原生质细胞核细胞核形态结构形态结构五、微管组成的细胞结构五、微管组成的细胞结构ABCABCABCABCABCABCABC微管蛋白微管蛋白和和鸟苷酸鸟苷酸。ABCABC结构图式：（结构图式：（9 X 3 + 0） 功能功能1. 与微管蛋白的合成、微管的聚合有关，并参与细胞分裂与微管蛋白的合成、微管的聚合有关，并参与细胞分裂2. 其上存在其上存在ATP酶与细胞能量代谢有关酶与细胞能量代谢有关 ，为细胞运动和染，为细胞运动和染色体移动提供能量。色体移动提供能量。组成成分组成成分横切横切 纤毛与鞭毛是伸出

11、细胞表面、由微管组成并能产生运动的特化结构。纤毛与鞭毛是伸出细胞表面、由微管组成并能产生运动的特化结构。纤毛与鞭毛在来源和结构上基本相同，纤毛与鞭毛在来源和结构上基本相同，少少而而长长的叫的叫鞭毛鞭毛；多多而而短短的叫的叫纤毛纤毛。纤纤 毛毛 的的 整整 体体 结构结构主杆部主杆部基体部基体部位于纤毛顶端，周围由位于纤毛顶端，周围由9条单管组成，条单管组成，直至最终融合。直至最终融合。顶顶 部部突出于胞外，周围由突出于胞外，周围由9组二联管组成，组二联管组成，中央有中央有2根单管，均与纤毛纵轴平行。根单管，均与纤毛纵轴平行。位于细胞质内，周围由位于细胞质内，周围由9组三联管组三联管组成，没有中

12、央单管。组成，没有中央单管。顶顶 部部主杆部主杆部基体部基体部 主主 杆杆 部部质膜质膜ABABABABABABABABABC2C1结构图式结构图式：9 X 2 + 2二联管二联管中央微管（单管）中央微管（单管）内内 鞘鞘外外 臂臂内内 臂臂动力蛋白臂动力蛋白臂BA辐射丝辐射丝管间连接丝管间连接丝 顶顶 部部 基基 体体 部部 结构图式：结构图式： 9 X 3 + 0 基基 体体 部部第二节第二节 微微 丝丝(microfilament,MF)在电镜下，单根的微丝呈双螺旋结构，每在电镜下，单根的微丝呈双螺旋结构，每1414个球状肌动蛋白分子旋转一圈，个球状肌动蛋白分子旋转一圈，肌动蛋白肌动蛋白

13、( (actin) actin) 基本单位基本单位微丝具有微丝具有极性极性，一端有氨基和羧基的暴露，称为正端，另一端则称为负端。，一端有氨基和羧基的暴露，称为正端，另一端则称为负端。存在方式：存在方式：球状肌动蛋白球状肌动蛋白( (肌动蛋白单体肌动蛋白单体 G-actin)G-actin)纤维状肌动蛋白纤维状肌动蛋白( (肌动蛋白聚合体肌动蛋白聚合体 F-actin)F-actin)一类由蛋白纤维组成的实心纤维细丝，一类由蛋白纤维组成的实心纤维细丝， 5-9 5-9nmnm，长短不一，长短不一，广泛存在于所有真核细胞中，以束状、广泛存在于所有真核细胞中，以束状、网状或纤维状分散分布于细胞质的特

14、定空间位置上网状或纤维状分散分布于细胞质的特定空间位置上（在细胞膜内侧的细胞皮质区比较集中）。在细胞膜内侧的细胞皮质区比较集中）。主要包括四类：主要包括四类：原肌球蛋白：原肌球蛋白：调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合肌球蛋白肌球蛋白：特殊的：特殊的ATPATP酶，能水解酶，能水解ATPATP引起构象改变，沿微丝移动引起构象改变，沿微丝移动肌钙蛋白：肌钙蛋白：可同时结合原肌球蛋白和钙离子，抑制肌球蛋白可同时结合原肌球蛋白和钙离子，抑制肌球蛋白ATPATP酶的活性酶的活性非肌细胞中肌动蛋白结合蛋白：非肌细胞中肌动蛋白结合蛋白：与微丝组装和微丝功能密切相关与微丝组装和微

15、丝功能密切相关从不同的水平调控微丝的组装，影响微丝的稳定性、长度和构型，从不同的水平调控微丝的组装，影响微丝的稳定性、长度和构型，控制微丝的形成、交联、盖帽和截断，并可移动细胞中的微丝。控制微丝的形成、交联、盖帽和截断，并可移动细胞中的微丝。G-actinG-actin三聚体核心三聚体核心F-actinF-actin适当的盐浓度下适当的盐浓度下肌动蛋白的踏车行为肌动蛋白的踏车行为微丝组装的动态调节微丝组装的动态调节uATPATP是调节微丝组装的动力学不稳定是调节微丝组装的动力学不稳定 性行为的主要因素性行为的主要因素u肌动蛋白结合蛋白肌动蛋白结合蛋白对微丝的组装也对微丝的组装也 具有调控作用具

16、有调控作用影响微丝聚合与解聚的特异性药物：影响微丝聚合与解聚的特异性药物：l细胞松弛素细胞松弛素：特异性的破坏微丝组装：特异性的破坏微丝组装l鬼笔环肽鬼笔环肽：稳定微丝、促进微丝聚合：稳定微丝、促进微丝聚合（四）微丝的主要功能（四）微丝的主要功能（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）参与细胞运动（二）参与细胞运动（三）参与细胞内物质运输（三）参与细胞内物质运输（四）参与细胞分裂（四）参与细胞分裂（五）作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩（五）作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩（六）参与细胞内信号转导（六）参与细胞内信号转导细胞蠕动机制细胞蠕动机制肌动蛋白聚

17、合肌动蛋白聚合使细胞表面形使细胞表面形成突起，称为伪足。成突起，称为伪足。突起通过突起通过黏着斑黏着斑附着在爬行附着在爬行的表面上，黏着斑的形成也与的表面上，黏着斑的形成也与肌动蛋白纤维相关。肌动蛋白纤维相关。胞质溶胶向前流动，细胞尾胞质溶胶向前流动，细胞尾部收缩，使细胞向前移动。这部收缩，使细胞向前移动。这一过程涉及一过程涉及肌动蛋白的解聚肌动蛋白的解聚。细胞的变形运动能被细胞的变形运动能被细胞松弛素细胞松弛素B B所抑制。所抑制。胞质分裂机制胞质分裂机制有丝分裂末期，两个即将分离的子细有丝分裂末期，两个即将分离的子细胞内产生收缩环，收缩环由平行排列胞内产生收缩环，收缩环由平行排列的微丝和的

18、微丝和myosin IImyosin II组成。随着收缩环组成。随着收缩环的收缩，两个子细胞的胞质分离。的收缩，两个子细胞的胞质分离。肌肉收缩机制肌肉收缩机制 I 酸性角蛋白酸性角蛋白 4064 15 上皮细胞上皮细胞 II 碱性角蛋白碱性角蛋白 5268 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 5052 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 55 1 间质细胞间质细胞外周蛋白外周蛋白 54 1 神经细胞神经细胞 IV 神经纤维蛋白神经纤维蛋白 62110 3 成熟的外周和中枢神经元成熟的外周和中枢神经元 a-内

19、连蛋白内连蛋白 56 1 发育中的中枢神经元发育中的中枢神经元V 核纤层蛋白核纤层蛋白A.B.C 6070 3 几乎所有细胞几乎所有细胞VI 巢素蛋白巢素蛋白 240 1 中枢神经系统干细胞中枢神经系统干细胞第三节第三节 中间丝中间丝（intermediate filament）直径介于微管与微丝之间，直径介于微管与微丝之间，结构稳定，结构稳定，没有极性没有极性由不同的蛋白质组成，是空心纤维结构。由不同的蛋白质组成，是空心纤维结构。 - -螺旋杆状区：螺旋杆状区： 310310个氨基酸个氨基酸非螺旋区：头部（非螺旋区：头部（N-N-端）、尾部（端）、尾部（C-C-端）端）结构结构中间丝结合蛋白本身并非中间丝结构的组成蛋白。中间丝结合蛋白本身并非中间丝结构的组成蛋白。中间丝相关蛋白可紧密或松散地结合于中间丝的不同部中间丝相关蛋白可紧密或松散地结合于中间丝的不同部位，充当中间丝超分子结构的调节者。位，充当中间丝超分子结构的调节者。IFAP的共同特点：的共同特点：具有具有IFIF特异性；特异性；表达有细胞专一性；表达有细胞专一性；不同的不同的