南农细胞生物学

南农细胞生物学第1页/共43页第一节细胞质骨架第2页/共43页一、微丝微丝(microfilament，MF)是指真核细胞中由肌动蛋白(actin)组成，直径为7nm的骨架纤维。第3页/共43页(一)微丝的成分肌动蛋白单体外观呈哑铃状,具有极性，第4页/共43页

(二)微丝结构与装配

球形肌动蛋白(G—actin)单体头尾相接形成具有极性的多聚体螺旋纤维形肌动蛋白(F—actin)

球形肌动蛋白(G—actin)加到微丝两端，(十)极装配的速度较(—)极快在一定条件下，微丝可以表现出一端因加亚单位而延长，而另一端因亚单位脱落而减短，这种现象称为踏车现象(treadmilling)。第5页/共43页第6页/共43页(三)微丝结合蛋白肌动蛋白纤维的存在形式与微丝结合蛋白的种类有关。微丝结合蛋白参与形成微丝纤维高级结构，对肌动蛋白纤维的动态装配有调节作用。第7页/共43页1．肌肉收缩系统中的有关蛋白第8页/共43页肌球蛋白(myosin)

约占肌肉总蛋白的一半含2条重链，2条轻链，两股重链盘绕成双股a螺旋，长约140nm，直径2nm。Ⅱ型肌球蛋白参与肌丝滑动。Ⅰ型和V型肌球蛋白，参与细胞骨架和细胞膜的相互作用，如膜泡运输。第9页/共43页原肌球蛋白(tropomyosin，Tm)。在肌肉中占总蛋白的5％～10％由两条平行的多肽链形成a螺旋构型，长40nm位于肌动蛋白螺旋沟内。结合于细肌丝，调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合第10页/共43页肌钙蛋白(tropoin，Tn)含3个亚基肌钙蛋白C(Tn—C)特异与Ca2+结合肌钙蛋白T(Tn—T)与原肌球蛋白有高度亲和力肌钙蛋白I(Tn—I)抑制肌球蛋白ATPase的活性。细肌丝中每隔40nm有一个肌钙蛋白复合体结合到原肌球蛋白上第11页/共43页

2．非肌肉细胞中的微丝结合蛋白肌球蛋白原肌球蛋白a辅肌动蛋白肌钙蛋白与微丝装配及功能有密切关系。第12页/共43页

(四)微丝特异性药物细胞松弛素(cytochalasins)是真菌的一种代谢产物，可以切断微丝，并结合在微丝末端阻抑肌动蛋白聚合，但对解聚没有明显影响，因而可以破坏微丝的三维网络。鬼笔环肽(philloidin)是一种由毒蕈产生的双环杆肽，与微丝有强亲合作用，使肌动蛋白纤维稳定，抑制解聚，且只与F肌动蛋白结合，而不与G肌动蛋白结合，荧光标记的鬼笔环肽可清晰地显示细胞中的微丝。第13页/共43页

(五)微丝性细胞骨架的功能1．肌肉收缩2．微绒毛3．应力纤维4．溶胶层和阿米巴运动5．胞质分裂环

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二、微管(microtubule)真核细胞中由微管蛋白(tubulin)装配成的长管状极性细胞器结构能与其他蛋白共同装配成纺锤体、基粒、中心粒、鞭毛、纤毛、轴突、神经管等结构，参与细胞形态的维持、细胞运动和细胞分裂。所有原核生物中没有微管。第15页/共43页(一)微管成分由a微管蛋白和b微管蛋白组成,微管装配的基本单位a微管蛋白和b微管蛋白形成微管蛋白异二聚体第16页/共43页

(二)微管形态

长管状结构，平均外径为24nm，内径15nm管壁由13根原纤维排列构成。可装配成单管，二联管(纤毛和鞭毛中)，三联管(中心粒和基体中)。所有的微管都有确定的极性。微管的两个末端在结构上不是等同的

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纤毛

纤毛轴心含有一束“9十2”排列的平行微管中央微管均为完全微管，外围二联体微管由A、B亚纤维组成A亚纤维为完全微管，由13个球形亚基环绕而成B亚纤维由10个亚基构成，另3个亚基与A亚纤维共用。纤毛运动机制：滑动学说认为纤毛运动由相邻二联体间相互滑动所致(六)功能第18页/共43页

基体和中心粒

中心体由一对相互垂直的中心粒构成。位于鞭毛和纤毛根部的类似结构称为基粒。基粒和中心粒均是微管性结构，呈圆柱状。其壁由9组微管三联体组成，三联体亚纤维A为完全微管，亚纤维B和C为不完全微管。中心粒和基粒是同源的，在某些时候可以相互转变。均具有自我复制性质第19页/共43页

(三)装配

a微管蛋白和b微管蛋白形成长度为8nm的ab二聚体

ab

二聚体以ab-ab-ab方向先形成原纤维原纤维经过侧面增加而扩展为片层，至13根原纤维时，即合拢形成一段微管。新的二聚体再不断加到微管(+)极端点使之延长。最终微管蛋白与微管达到平衡,踏车现象(treadmilling)第20页/共43页微管装配动态微管蛋白的合成是自我调节的，多余的微管蛋白单体结合于合成微管蛋白的核糖体上，导致微管蛋白mRNA降解。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，间期细胞中，细胞质微管与微管蛋白亚单位库处于相对平衡状态；有丝分裂前期，胞质微管网络中的微管去装配，游离的微管蛋白亚单位装配为纺锤体；分裂末期，发生逆向转变。

第21页/共43页微管组织中心

微管在解聚后重新装配的发生处称为微管组织中心(MTOC)。MTOC决定了细胞微管的极性，微管的(—)极指向MTOC，(+)极背向MTOC。动物细胞的MTOC为中心体。第22页/共43页

(四)微管相关蛋白质

附着于微管多聚体上，参与微管的装配并增加微管的稳定性de蛋白称为微管相关蛋白质(MAP)。一般认为微管相关蛋白质与骨架纤维间的连接有关，第23页/共43页

(五)微管特异性药物

秋水仙素(colchicine)秋水仙素阻断微管蛋白装配成微管。用低浓度的秋水仙素处理活细胞，可立即破坏纺锤体结构紫杉酚(taxol)能促进微管的装配，并使已形成的微管稳定。重水(D2O)也会促进微管装配，增加其稳定性。紫杉酚和重水所致的微管稳定性增加对细胞是有害的，使细胞周期停止于有丝分裂期第24页/共43页(六)功能1．维持细胞形态2．细胞内运输(1)神经元轴突运输(2)色素颗粒的运输3．鞭毛运动和纤毛运动4．纺锤体和染色体运动5．基体和中心粒

第25页/共43页三中间纤维

20世纪60年代中期，在哺乳动物细胞中发现10nm纤维，因其直径介于粗肌丝和细肌丝之间，故被命名为中间纤维(又称中间丝，intermediatefilament，第26页/共43页(一)成分①角蛋白纤维，存在于上皮细胞中②波形纤维，存在于间质细胞和中胚层来源的细胞中③结蛋白纤维，存在于肌细胞中④神经元纤维，存在于神经元中⑤神经胶质纤维，存在于神经胶质细胞中间纤维的分布具有严格的组织特异性。第27页/共43页(二)结构

分子肽链中部有一段高度保守的约310个氨基酸残基的α螺旋区，两个相邻亚基的对应α螺旋区形成双股超螺旋，装配为中间纤维的主干，这是中间纤维的共同结构特征。分子非螺旋化的头部(N端)和尾部(C端)的氨基酸顺序和肽链长度在不同中间纤维蛋白分子中有很大差异。第28页/共43页(三)装配

两个相邻亚基的对应a螺旋区形成双股超螺旋，即二聚体二聚体装配为四聚体(tetramer)由四聚体或八聚体进一步装配为中间纤维最多见的是由8个四聚体或4个八聚体装配为中间纤维，。第29页/共43页

(四)中间纤维结合蛋白(IFAP)

是一类在结构和功能上与中间纤维有密切联系，但其本身不是中间纤维结构组分的蛋白。IFAP可能在中间纤维上或其两端与中间纤维紧密或松散结合。可能作为细胞中中间纤维超分子结构的调节者。

第30页/共43页(五)功能中间纤维在胞质中形成精细发达的纤维网络，外与细胞膜及细胞外基质相连，内与核纤层有直接联系。在胞质中中间纤维与微丝、微管及其他细胞器有错综复杂的纤维联络。中间纤维在细胞质中起支架作用，并与细胞核定位有关。中间纤维在细胞间或者组织中起支架作用近年来发现中间纤维与mRNA的运输有关，第31页/共43页第二节细胞核骨架细胞核骨架是存在于真核细胞核内的以蛋白成分为主的纤维网架体系。狭义的核骨架指核内除核膜、核纤层、染色质、核仁和核孔复合体以外的以纤维蛋白成分为主的纤维网架体系广义的核骨架包括核基质、核纤层和核孔复合体。核骨架与DNA复制、RNA转录和加工、染色体装配及病毒复制等一些重要的生命活动有关。第32页/共43页(一)形态结构

核骨架纤维直径为3～30nm，估计单丝直径约3～4nm，粗纤维可能是单纤维的复合体核内骨架与核纤层有丰富的纤维联络，构成统一的核骨架网络第33页/共43页

(二)成分

核骨架蛋白核骨架结合蛋白少量RNA。第34页/共43页

1．核骨架蛋白

这类蛋白与富含AT的DNA核骨架结合序列(MAR)结合，又称为MAR结合蛋白将DNA锚定在核骨架上，以形成DNA放射环。第35页/共43页

2．核骨架结合蛋白

(1)转录因子(2)酶(3)受体(4)供体第36页/共43页

(三)核骨架结合序列

MAR一般位于DNA放射环或活性转录基因的两端MAR的结构特征①富含AT；②富含DNA解旋元件(DNAunwindingelements)；③富含反向重复序列(invertedrepeats)④含有转录因子结合位点MAR的功能①通过与核骨架蛋白的结合，将DNA放射环锚定在核骨架上②作为许多功能性基因调控蛋白的结合位点。

第37页/共43页(四)功能1．核骨架与DNA复制2．核骨架与基因表达3．核骨架与病毒复制4．核骨架与染色体构建第38页/共43页

二、染色体支架

染色体支架是指染色体中由非组蛋白构成的结构支架。染色体支架含大约30种非组蛋白,DNA拓扑异构酶Ⅱ第39页/共43页三、核纤层核纤层(nuclearlamina)是位于细胞核内层核膜下的纤维蛋白片层或纤维网络，核纤层由1至3种核纤层蛋白多肽组成