《医学细胞生物学》细胞骨架与细胞的运动课件

1、第六章第六章 细胞骨架与细胞的运动细胞骨架与细胞的运动医学细胞生物学医学细胞生物学主要内容微微 管管1微微 丝丝2中间丝中间丝3教学要求教学要求掌握微管的化学组成、结构、组装和功能；掌握微管的化学组成、结构、组装和功能；1掌握微丝的化学组成、结构、组装和功能；掌握微丝的化学组成、结构、组装和功能；2细胞骨架的概念细胞骨架的概念细胞骨架是指真核细胞骨架是指真核细胞中的蛋白质纤细胞中的蛋白质纤维网架体系，它对维网架体系，它对于细胞的形态、细于细胞的形态、细胞的运动、细胞内胞的运动、细胞内的物质运输、细胞的物质运输、细胞分裂时染色体分离分裂时染色体分离和胞质分裂等均起和胞质分裂等均起到重要作用。到重

2、要作用。微管微管微丝微丝中间丝中间丝细胞骨架分类细胞骨架分类1 1、细胞质骨架、细胞质骨架 2 2、细胞核骨架、细胞核骨架微管微管微丝微丝中间丝中间丝核基质核基质核纤层核纤层染色体骨架染色体骨架第一节 微管微管的组成与形态微管的组成与形态一一微管的装配微管的装配二二微管相关蛋白微管相关蛋白三三微管的功能微管的功能四四微管普遍存在于真核细胞的微管普遍存在于真核细胞的胞质中，分布于核周围，呈胞质中，分布于核周围，呈放射状向四周扩散。放射状向四周扩散。 第一节 微管体外培养上皮细胞体外培养上皮细胞( (红色荧光示微管，黄色荧光示细胞核红色荧光示微管，黄色荧光示细胞核) ) 第一节 微管一、微管的组成

3、与形态一、微管的组成与形态（一）微管蛋白（一）微管蛋白紫杉醇紫杉醇微管蛋白分子结构示意图微管蛋白分子结构示意图GTPGTPGDPGDP-微管蛋白微管蛋白-微管蛋白微管蛋白 PiPiGTPGTP一、微管的组成与形态一、微管的组成与形态（一）微管蛋白（一）微管蛋白秋水仙碱秋水仙碱微管蛋白分子结构示意图微管蛋白分子结构示意图-微管蛋白微管蛋白-微管蛋白微管蛋白 异二聚体异二聚体一、微管的组成与形态一、微管的组成与形态（二）微管的形态（二）微管的形态原纤维原纤维 微管：内径微管：内径15nm,15nm,外外径径24nm24nm（1313根）根）负极（负极（- -）正极（正极（+ +）1 1、单管、单管

4、微管的种类微管的种类一、微管的组成与形态一、微管的组成与形态2 2、二联管、二联管A AB B3 3、三联管、三联管 A A B B C C一、微管的组成与形态一、微管的组成与形态1 1、单管：单独或成束，不稳定、单管：单独或成束，不稳定一、微管的组成与形态一、微管的组成与形态2 2、二联管：鞭毛和纤毛的杆部、二联管：鞭毛和纤毛的杆部一、微管的组成与形态一、微管的组成与形态3 3、三联管：鞭毛和纤毛的基部，中心粒、三联管：鞭毛和纤毛的基部，中心粒二、微管的装配二、微管的装配 微管组装的特点微管组装的特点聚合聚合解聚解聚1 1、GTP-GTP- 异二聚体亲和力强，聚合成原纤维异二聚体亲和力强，聚

5、合成原纤维 GDP- GDP- 异二聚体亲和力弱，促进形成管状，易解聚异二聚体亲和力弱，促进形成管状，易解聚GTP-GTP-异二聚体异二聚体GDP-GDP-异二聚体异二聚体二、微管的装配二、微管的装配 微管组装的特点微管组装的特点2 2、游离、游离GTP-GTP- 异二聚体异二聚体CcCc，微管聚合，微管聚合 Cc: Cc: 聚合速度聚合速度= =解聚速度解聚速度聚合聚合二、微管的装配二、微管的装配 3 3、添加异二聚体的一端为正极（、添加异二聚体的一端为正极（+ +），）， 解聚的一端为负极（解聚的一端为负极（- -），微管的组装发生在正极），微管的组装发生在正极正极正极（+ +）负极负极（

6、- -）微管组装的特点微管组装的特点二、微管的装配二、微管的装配 4 4、聚合：、聚合：3737、 GTP GTP和和MgMg2+2+存在；紫杉醇。存在；紫杉醇。 解聚：低于解聚：低于44、高、高CaCa2+2+；秋水仙素、长春花碱。；秋水仙素、长春花碱。微管组装的特点微管组装的特点正极正极（+ +）负极负极（- -）二、微管的装配二、微管的装配 （一）微管的装配过程（一）微管的装配过程聚合期聚合期稳定期稳定期成核期成核期（限速期）（限速期）二、微管的装配二、微管的装配 “踏车现象踏车现象”（一）微管的装配过程（一）微管的装配过程正极正极（+ +）负极负极（- -）延长延长缩短缩短GTP-GT

7、P- GDP-GDP-（二）微管装配的动态不稳定性（二）微管装配的动态不稳定性二、微管的装配二、微管的装配 GTPGTP帽帽稳定稳定不稳定不稳定GDPGDP帽帽 生物学意义：生物学意义：1 1、在细胞分裂间期、在细胞分裂间期，保持微管与微管，保持微管与微管蛋白的动态平衡。蛋白的动态平衡。2 2、有利于纺锤体的、有利于纺锤体的快速聚合与解聚。快速聚合与解聚。二、微管的装配二、微管的装配 （三）微管组织中心（三）微管组织中心二、微管的装配二、微管的装配 （三）微管组织中心（三）微管组织中心中心体的结构中心体的结构: :由两个中心粒和中心粒旁物质构成由两个中心粒和中心粒旁物质构成二、微管的装配二、微

8、管的装配 （三）微管组织中心（三）微管组织中心ABCABCABCABCABCABCABC中心粒卫星中心粒卫星ABCABC中心粒小轮（中心粒小轮（9 93+3+0 0） 1 1、随细胞周期和生理状况处于动态变化之、随细胞周期和生理状况处于动态变化之中，频率中，频率 体外体外2 2、-微管蛋白环形复合体存在微管组织中微管蛋白环形复合体存在微管组织中心，帮助微管成核，微管的负端附着于心，帮助微管成核，微管的负端附着于MTOCMTOC上，而使负端稳定，微管开始生长、上，而使负端稳定，微管开始生长、延长或缩短发生在正端。延长或缩短发生在正端。二、微管的装配二、微管的装配 体内组装特点体内组装特点微管结合

9、蛋白微管结合蛋白(MAPs(MAPs) )是一类参与微管装配的辅助蛋白是一类参与微管装配的辅助蛋白与微管结合：与微管结合：微管结合结构域微管结合结构域（碱性）（碱性）与其他组分结合：与其他组分结合：突出结构域（酸性）突出结构域（酸性）三、微管相关蛋白三、微管相关蛋白主要存在神经元和非神主要存在神经元和非神经元细胞中经元细胞中三、微管相关蛋白三、微管相关蛋白种种 类类(1)(1)促进微管组装促进微管组装(2)(2)增加微管稳定性增加微管稳定性(3)(3)促进微管聚集成束促进微管聚集成束三、微管相关蛋白三、微管相关蛋白功功 能能（二）参与细胞内的物质运输（二）参与细胞内的物质运输（五）参与纺锤体的

10、形成与染色体的运动（五）参与纺锤体的形成与染色体的运动（四）组成中心粒、纤毛和鞭毛运动的元件（四）组成中心粒、纤毛和鞭毛运动的元件（一）通过支架作用维持细胞的形态（一）通过支架作用维持细胞的形态（三）维持细胞器的定位和分布（三）维持细胞器的定位和分布四、微管的功能四、微管的功能（六）参与细胞内信号转导（六）参与细胞内信号转导（一）通过支架作用维持细胞的形态（一）通过支架作用维持细胞的形态（一）通过支架作用维持细胞的形态（一）通过支架作用维持细胞的形态（二）参与细胞内的物质运输（二）参与细胞内的物质运输动力蛋白动力蛋白肌球蛋白肌球蛋白驱动蛋白驱动蛋白头部头部尾部尾部头部头部尾部尾部（二）参与细胞

11、内的物质运输（二）参与细胞内的物质运输轨道：微管、微丝轨道：微管、微丝动力：马达蛋白和动力：马达蛋白和ATPATP、GTPGTP头部与细胞骨架结合头部与细胞骨架结合具有具有ATPATP（GTPGTP）酶活性水解）酶活性水解ATP(GTP)ATP(GTP)产生能量，产生能量，驱动蛋白驱动蛋白尾部尾部杆部杆部头部头部（- -）（+ +）驱动蛋白沿微管运输物质驱动蛋白沿微管运输物质转运囊泡转运囊泡驱动蛋白驱动蛋白微管微管（二）参与细胞内的物质运输（二）参与细胞内的物质运输动力蛋白动力蛋白驱动蛋白驱动蛋白肌球蛋白肌球蛋白（二）参与细胞内的物质运输（二）参与细胞内的物质运输微管微管中间丝中间丝微丝微丝线

12、粒体线粒体的分布与微管相伴随的分布与微管相伴随游离核糖体游离核糖体附着于微管和微丝的交叉点上附着于微管和微丝的交叉点上内质网内质网沿微管在细胞质中展开分布沿微管在细胞质中展开分布（三）维持细胞器的定位和分布（三）维持细胞器的定位和分布鞭毛鞭毛纤毛纤毛微管微管微管微管（四）组成纤毛和鞭毛运动的元件（四）组成纤毛和鞭毛运动的元件基体基体: :9 93+03+0结构结构 杆部杆部: :9 92+22+2结构结构纤毛和鞭毛的结构纤毛和鞭毛的结构（四）组成纤毛和鞭毛运动的元件（四）组成纤毛和鞭毛运动的元件外周二联微管外周二联微管动力臂动力臂细胞膜细胞膜中央微管中央微管放射辐条放射辐条连丝蛋白连丝蛋白A

13、A管管B B管管中央鞘中央鞘纤毛和鞭毛的结构纤毛和鞭毛的结构基体基体: :9 93+03+0结构结构 杆部杆部: :9 92+22+2结构结构原纤维原纤维微管微管基部基部（四）组成纤毛和鞭毛运动的元件（四）组成纤毛和鞭毛运动的元件 微管是构成有丝分裂器的主要成分微管是构成有丝分裂器的主要成分（五）参与纺锤体的形成与染色体的运动（五）参与纺锤体的形成与染色体的运动动动 粒粒微微 管管（五）参与纺锤体的形成与染色体的运动（五）参与纺锤体的形成与染色体的运动信号分子可直接与微管作用或通过马达蛋白和一些支架蛋白与信号分子可直接与微管作用或通过马达蛋白和一些支架蛋白与微管作用。微管作用。（六）微管参与细

14、胞内信号转导 参与参与JNKJNK，WntWnt，ERKERK及及 PAK PAK蛋白激酶信号转导通路。蛋白激酶信号转导通路。第二节 微丝微丝的组成和形态微丝的组成和形态一一微丝的装配微丝的装配二二肌动蛋白结合蛋白肌动蛋白结合蛋白三三四四 微丝的生物学功能微丝的生物学功能微丝以束状、网状或散在等多微丝以束状、网状或散在等多种方式有序地存在于细胞质的种方式有序地存在于细胞质的特定空间位置，维持细胞形态，特定空间位置，维持细胞形态，参与细胞运动。参与细胞运动。微丝微丝微丝电镜下显示微丝电镜下显示微丝微丝肌肉细胞中的微丝肌肉细胞中的微丝: :占细胞总蛋白的占细胞总蛋白的10%10%2 2、F-F-肌

15、动蛋白肌动蛋白1 1、G-G-肌动蛋白肌动蛋白一、微丝的组成和形态微丝的组成和形态（一）肌动蛋白（一）肌动蛋白ATPATP结合位点结合位点一、微丝的组成和形态微丝的组成和形态（二）微丝的形态结构（二）微丝的形态结构两条两条F-F-肌动蛋白右手螺旋方式缠绕，肌动蛋白右手螺旋方式缠绕，直径：直径：7nm7nm螺距：螺距：37nm37nm或或1414个个G-G-肌动蛋白肌动蛋白有极性：生长快的一端为正极，有极性：生长快的一端为正极， 生长慢的一端为负极生长慢的一端为负极电镜下的微丝电镜下的微丝ATPATPADPADPG-G-肌动蛋白肌动蛋白F-F-肌动蛋白肌动蛋白1 1、游离的、游离的ATP-G-a

16、ctinATP-G-actin与与F-actinF-actin末端亲和力高，末端亲和力高，ADP-G-actinADP-G-actin间亲和力弱，所以微丝是不稳定易解聚的结构。间亲和力弱，所以微丝是不稳定易解聚的结构。二、微丝的装配微丝的装配特点微丝的装配特点2 2、微丝两端生长速度不同，正极明显快于负极。、微丝两端生长速度不同，正极明显快于负极。3 3、特异性药物处理会阻止微丝的组装或去组装，破坏两者之、特异性药物处理会阻止微丝的组装或去组装，破坏两者之间的平衡。（细胞松弛素、鬼笔环肽）间的平衡。（细胞松弛素、鬼笔环肽）ATP-G-actinATP-G-actinADP-G-actinADP

17、-G-actinPiPiPiPi二、微丝的装配（一）微丝的装配过程（一）微丝的装配过程成核期成核期（限速期）（限速期）延长期延长期平衡期平衡期ATPATPADPADPADP-actinADP-actinATATP-actinP-actinATP-actinATP-actin+ +- -+ +- -+ +- -踏车现象：踏车现象：微丝延长和缩微丝延长和缩短相等，肌动短相等，肌动蛋白丝的净长蛋白丝的净长度不变度不变 （二）微丝装配的动态调节（二）微丝装配的动态调节二、微丝的装配二、微丝的装配（三）微丝体内装配的成核作用（三）微丝体内装配的成核作用ARPARPARPARP激活因子激活因子F-acti

18、nF-actinG-actinG-actin7070ADP-G-actinADP-G-actinATP-G-actinATP-G-actin肌动蛋白相关蛋白（肌动蛋白相关蛋白（ARPARP）做）做为为“核心核心”，以，以7070组装新组装新微丝，是微丝的负极微丝，是微丝的负极应力方向应力方向ADPADP、CaCa2+2+及低及低NaNa+ +、K K+ +MgMg2+2+及高及高NaNa+ +、K K+ +细胞松弛素细胞松弛素B B：特异的破坏微丝的组装；：特异的破坏微丝的组装；鬼笔环肽：稳定微丝，促进微丝聚合。鬼笔环肽：稳定微丝，促进微丝聚合。二、微丝的装配（四）影响肌动蛋白单体聚合和解聚的

19、药物（四）影响肌动蛋白单体聚合和解聚的药物 药物：药物：三、肌动蛋白结合蛋白1 1、成核蛋白、成核蛋白2 2、单体隔离蛋白、单体隔离蛋白3 3、加帽蛋白、加帽蛋白5 5、交联蛋白、交联蛋白4 4、纤维切断蛋白、纤维切断蛋白三、肌动蛋白结合蛋白1 1、成核蛋白、成核蛋白2 2、单体隔离蛋白、单体隔离蛋白3 3、加帽蛋白、加帽蛋白7 7、单体聚合蛋白、单体聚合蛋白6 6、微丝解聚蛋白、微丝解聚蛋白5 5、交联蛋白、交联蛋白4 4、纤维切断蛋白、纤维切断蛋白8 8、膜结合蛋白、膜结合蛋白（四）参与细胞分裂（四）参与细胞分裂 （五）参与细胞内的物质运输（五）参与细胞内的物质运输（二）细胞运动（二）细胞

20、运动（六）参与细胞内信号转导（六）参与细胞内信号转导（三）维持细胞的形态（三）维持细胞的形态 （一）肌肉收缩（一）肌肉收缩四、微丝的生物学功能肌小节：肌肉收缩的基本单位，位于相邻两肌小节：肌肉收缩的基本单位，位于相邻两Z Z线间线间 （一）肌肉收缩肌小节肌小节 肌肉舒张肌肉舒张肌肉收缩肌肉收缩粗肌丝：肌球蛋白粗肌丝：肌球蛋白细肌丝：肌动蛋白细肌丝：肌动蛋白细胞有多种运动方式：胞质环流、变形运动、细胞有多种运动方式：胞质环流、变形运动、吞噬活动等。吞噬活动等。（二）参与细胞运动细胞吞噬病毒的过程细胞吞噬病毒的过程（二）参与细胞运动移动方向移动方向体外培养的上皮细胞中的应力纤维体外培养的上皮细胞中

21、的应力纤维（红色示微丝、绿色示微管）（红色示微丝、绿色示微管）（三）维持细胞的形态（三）维持细胞的形态粘着斑粘着斑皮层肌动蛋白皮层肌动蛋白细胞皱褶细胞皱褶微绒毛微绒毛F-F-肌动蛋白肌动蛋白片状伪足片状伪足丝状伪足丝状伪足小肠上皮微绒毛小肠上皮微绒毛（三）维持细胞的形态收缩环收缩环（contractile ringcontractile ring）: :由大量平行排列但具由大量平行排列但具有有 不同极性的微丝构不同极性的微丝构成，具有收缩功能。成，具有收缩功能。收缩环收紧的机制收缩环收紧的机制：肌动蛋白和肌球蛋肌动蛋白和肌球蛋白滑动白滑动。（四）参与细胞分裂肌球蛋白肌球蛋白（五）参与物质运输（

22、六）参与细胞内信号转导（六）参与细胞内信号转导细胞外信号细胞外信号 膜下微丝膜下微丝 核膜及核膜及核纤层核纤层 调控调控DNADNA的复制和转录。的复制和转录。核内的信息也能通过该途径传递到细胞膜。核内的信息也能通过该途径传递到细胞膜。微丝可作为某些信息传递的介质：微丝可作为某些信息传递的介质：第三节 中间丝中间丝的组成与结构中间丝的组成与结构一中间丝的装配中间丝的装配二中间丝的生物学功能中间丝的生物学功能三中间丝特点：直径特点：直径10nm10nm左右左右功能：是最稳定的细胞功能：是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑骨架成分，主要起支撑作用。作用。中间丝 是最复杂的一种细胞骨架纤维，是最复杂的一种细胞骨架纤维，约由至少约由至少5050种纤维状蛋白组成。种纤维状蛋白组成。 分为六大类，编码为分为六大类，编码为。（一）中间丝蛋白的类型（一）中间丝蛋白的类型 一、中间丝的组成与结构中间丝的组成与结构类型类型中间丝中间丝分布细胞分布细胞 功能功能酸性角质蛋白酸性角质蛋白上皮细胞上皮细胞维持上皮细胞维持上皮细胞的张力和完整的张力和完整性性碱性角质蛋白碱性角质蛋白 上皮细胞上皮细胞波形蛋白波形蛋白间充质细胞间充质细胞 肌小节成分肌小节成分维持肌组织完维持肌组织完整性整性 结蛋白结蛋白肌肉细