细胞骨架的学习材料

细胞骨架的学习材料第1页/共91页◆狭义的概念:指细胞质骨架：包括微丝、微管和中间丝。◆广义的概念：细胞质骨架、细胞核骨架、细胞膜骨架、细胞外基质细胞骨架第2页/共91页狭义的概念：是细胞内以蛋白质纤维为主要成分的网络结构,主要由微丝、微管、和中间丝三类蛋白纤维构成。细胞骨架是一种高度动态的结构体系，对于维持细胞的形态结构的有序性，以及在细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递和细胞分化等方面起重要作用。

细胞骨架(Cytoskeleton)第3页/共91页细胞骨架的组成和分布◆微丝（肌动蛋白丝）主要分布在细胞质膜的内侧和细胞核膜的内侧；◆微管主要分布在核周围,并呈放射状向胞质四周扩散；◆中间丝则分布在整个细胞中。第4页/共91页●微丝(microfilament,MF)●微管（microtubule）●中间丝（intermediatefilament,IF)第5页/共91页第一节微丝与细胞运动

又称肌动蛋白纤维(actinfilament),是由两条线性排列的肌动蛋白链形成的螺旋、直径为7nm的骨架纤维。第6页/共91页

微丝分布

微绒毛细胞质中的张力纤维运动细胞伪足微丝束细胞分裂时的胞质分裂环第7页/共91页存在方式微丝主要是由肌动蛋白(actin)组成的。单体呈哑铃形，游离球状肌动蛋白（G-actin)纤维状肌动蛋白(F-actin)肌动蛋白在进化过程中高度保守微丝在细胞中通常成束存在，这种成束的肌动蛋白纤维比单个的肌动蛋白纤维的强度大。第8页/共91页

微丝的组成及其组装由肌动蛋白组成，根据等电点分3类：

α-actin分布于肌细胞

β-actin和γ-actin分布于所有细胞单体称G-actin；多聚体称F-actin结构高度保守，酵母和兔子actin有88%的同源性需要翻译后修饰，如N-端乙酰化或组氨酸残基的甲基化第9页/共91页单体G-肌动蛋白纤维状F-肌动蛋白第10页/共91页

成核

延伸

稳定状态（平衡状态）微丝的装配过程条件：ATP、适宜温度、K+和Mg2+。过程：2-3个actin聚集成核心（成核或核化）；ATP-actin分子向核心两端加合（延伸）。具有极性，ATP-actin加到+极的速度快于-极5-10倍，临界状态下、可在+端添加，而在-端分离，组装和去组装达到平衡状态，称“踏车”现象（稳定、平衡状态）。第11页/共91页微丝的装配第12页/共91页◆G-肌动蛋白临界浓度◆离子的影响

●在含有ATP和Mg2+,以及很低的Na+、K+

等阳离子的溶液中,微丝趋向于解聚成G-肌动蛋白。●在Mg2+和高浓度K+或Na+的诱导下,G-肌动蛋白则装配成纤维状肌动蛋白。影响装配的因素ATP是调节的主要因素：

ATP-肌动蛋白对微丝末端亲和性高

ADP-肌动蛋白对微丝末端亲和性低

ATP-肌动蛋白浓度与聚合速度成正比第13页/共91页

◆极性◆踏车现象(treadmilling)◆微丝的动态平衡微丝的动态性质第14页/共91页微丝的踏车现象正极负极第15页/共91页◆细胞松弛素(cytochalasins)是第一个用于研究细胞骨架的药物，它是真菌分泌的生物碱。可切断微丝纤维，并结合在微丝的正极，阻断亚基的进一步聚合。可特异性的抑制微丝的功能，破坏微丝的三维网络。可增强膜的流动、破坏胞质环流。◆鬼笔环肽(phalloidin)一种毒性菇类中分离的剧毒生物碱，它同细胞松弛素的作用相反，与微丝结合,抑制微丝的解聚。用荧光标记的鬼笔环肽对细胞进行染色可以在荧光显微镜下观察微丝在细胞中的分布

作用于微丝的药物

影响微丝装配动态性的药物对细胞都有毒害，说明微丝功能的发挥依赖于微丝与肌动蛋白单体库间的动态平衡。这种动态平衡受actin单体浓度和微丝结合蛋白的影响。第16页/共91页

微丝的功能◆维持细胞形态，赋予质膜机械强度◆细胞运动◆胞质环流◆微绒毛◆应力纤维(stressfiber)◆参与胞质分裂◆肌肉收缩(musclecontraction)第17页/共91页第18页/共91页第19页/共91页下列物质中,(

)抑制微丝的解聚。秋水仙碱紫衫酚鬼笔环肽细胞松弛素B

√第20页/共91页在下列四种药物中,哪一种作用于聚合的微丝?

a.细胞松弛素Bb.秋水仙素c.紫杉醇d.鬼笔环肽√第21页/共91页肌球蛋白：依赖于微丝的分子马达分子马达（molecularmotor)定义P274①在一次机械活动的循环中，分子马达与轨道的结合点结合

②在力的驱动下，分子马达进行机械运动

③分子马达与结合点脱离

④分子马达回到原来的位置；开始新的循环。

第22页/共91页肌球蛋白myosin定义：是一种分子马达，微丝是肌球蛋白运行的轨道；也是ATPase,通过ATP的水解导致构型的变化从而在微丝上移动。

第23页/共91页肌球蛋白的运动机理所有肌球蛋白的头部都能在微丝上行走，尽管它们的尾部结合点是不同的。目前较为公认的滑动模型，认为单个ATP分子的水解同肌球蛋白运动的一次循环相偶联。该模型的核心是肌球蛋白的头部随着ATP的结合和水解不断产生构型的变化，从而引起在微丝上的移动。第24页/共91页组成微丝最主要的成份是（）A、肌动蛋白B、肌球蛋白C、分子马达D、驱动蛋白√第25页/共91页

第二节微管及其功能一微管的结构组成与极性◆微管是中空的管状结构◆外径为24nm◆内径为15nm◆微管的长度变化不定第26页/共91页

细胞内微管呈网状和束状分布,并能与其他蛋白共同组装成纺锤体、基粒、中心粒、纤毛、鞭毛、轴突、神经管等结构。

微管分布第27页/共91页

微管的基本构件——

微管蛋白(tubulin)

微管是以微管蛋白异源二聚体为基本构件，螺旋盘绕形成的在每根微管中二聚体头尾相接,形成细长的原纤丝(原纤维，protofilament)13条原纤维纵向排列组成微管的管壁

第28页/共91页微管的结构和亚基组成

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微管的结构第30页/共91页◆微管蛋白类型：◆α-微管蛋白和β-微管蛋白形成长度为8nm的异源二聚体◆每一个微管蛋白二聚体有两个GTP结合位点●α亚基GTP结合位点为不可交换位点(nonexchangeablesite)。●β亚基GTP结合点是可交换位点(exchangeablesite)。微管蛋白(tubulin)第31页/共91页微管蛋白结合位点GTP结合位点二价阳离子结合位点秋水仙素结合位点长春花碱结合位点第32页/共91页

微管的类型P282第33页/共91页由二联体微管构成的结构是（）A、纤毛的轴丝B、纺锤体C、中心粒D．微绒毛√第34页/共91页二微管的组装和去组装微管的体外组装1972年，RichardWeisenberg首次在体外组装微管获得成功。他将脑的匀浆物置于37℃，然后添加Mg2+,GTP和EGTA(EGTA是Ca2+

的螯合剂，抑制聚合作用)。他发现，只要降低或提高反应温度就可以使微管去组装和重组装。通过体外组装实验，还发现在反应系统中添加微管碎片能够加速微管的组装，加入的微管碎片起着“种子”的作用。第35页/共91页

◆原纤维装配

◆片状结构的形成

◆微管的形成◆GTP帽(GTPCap)

微管的装配第36页/共91页微管的装配过程第37页/共91页◆造成微管不稳定性的因素很多，包括GTP、压力、温度(最适温度37℃)、pH(最适pH=6.9)、微管蛋白临界浓度。影响微管装配的因素第38页/共91页影响微管稳定的因素第39页/共91页三微管组织中心P285

(microtubuleorganizingcenter,MTOC)定义：在活细胞内，能够起始微管的成核作用，并使之延伸的细胞结构成为微管组织中心。第40页/共91页微管从微管组织中心（中心体）向外生长

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微管组织中心第42页/共91页微管组织中心的作用主要作用是帮助大多数细胞质微管组装过程中的成核反应，微管从MTOC开始生长。还决定了微管的方向性。靠近MTOC的一端由于生长慢而称之为负端(minusend),远离MTOCs一端的微管生长速度快,被称为正端(plusend),所以(+)端指向细胞质基质，常常靠近细胞质膜。在有丝分裂的极性细胞中，纺锤体微管的(-)端指向一极，而(+)端指向中心，通常是纺锤体的(+)端同染色体接触。第43页/共91页中心体(centrosome)定义：中心体是动物细胞中决定微管形成的一种细胞器(微管组织中心),包括一对相互垂直的中心粒和中心粒周质基质。在细胞间期,位于细胞核的附近,在有丝分裂期,位于纺锤体的两极。第44页/共91页中心粒一对中心粒，每个中心粒都是由9个三联管组成，外面还有中心粒周质基质。微管从中心粒上开始形成。

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四微管的动力学微管装配的动力学现象◆踏车现象(treadmilling)

又称轮回现象,是微管组装后处于动态平衡的一种现象。◆动态不稳定性(dynamicinstability)

微管随反应体系中游离αβ二聚体的浓度变化而发生的生长状态和缩短状态的转变。第46页/共91页踏车行为微管的总长度不变

第47页/共91页微管动态不稳定性生长或缩短

第48页/共91页作用于微管的特异性药物秋水仙素(colchicine)，与微管蛋白亚基结合，阻断微管蛋白组装成微管，可破坏纺锤体结构。用低浓度的秋水仙素处理细胞,将细胞阻断在中期。紫杉醇(taxol)，只结合到聚合的微管上,不与未聚合的微管蛋白二聚体反应,因此可以阻止微管的去组装，维持微管的稳定。细胞接触紫杉醇后会在细胞内积累大量的微管，干扰细胞的各种功能,阻断了细胞的正常分裂。第49页/共91页秋水仙素是研究细胞有丝分裂的一种有效试剂，作用机理是(

)。a.抑制了核膜的形成b.抑制了纺锤体的形成c.抑制了微丝的形成d.抑制了中等纤维的形成

√第50页/共91页以下促进微管聚合的药物是(

)。a.长春新碱b.细胞松弛素Bc.鬼笔环肽d.紫杉醇

√第51页/共91页

微管的功能◆A支架作用，维持细胞形态◆B细胞内物质的运输◆C细胞器的定位◆D鞭毛运动和纤毛（9+2）运动◆E纺锤体与染色体运动第52页/共91页A.维持细胞形态第53页/共91页B.细胞内物质运输

马达蛋白（Motorproteins）驱动蛋白（kinesin）：向微管正极移动货物.细胞质动力蛋白（cytoplasmicdynein）:向微管负极移动货物.鱼类表皮细胞中色素分子的运动第54页/共91页微管马达蛋白（P291）

（A）驱动蛋白和动力蛋白：由两个相同的重链加上几个较小的轻链组成的复合物。每个重链形成一个球形头部，与微管相互作用。

（B）（C）动力蛋白和驱动蛋白的冰冻蚀刻电镜照片第55页/共91页分子马达既能与微管结合，又能与膜泡特异性结合，利用水解ATP将化学能转变为机械能，有规则的沿微管运输货物。驱动蛋白，利用ATP水解释放的能量向微管的(+)极运输动力蛋白，它利用ATP水解释放的能量向微管的(-)极运输第56页/共91页不同的动力蛋白沿着微管向不同的方向运输货物第57页/共91页第58页/共91页色素颗粒的运输第59页/共91页色素颗粒的运输第60页/共91页第61页/共91页第62页/共91页C.细胞器的定位第63页/共91页D.纤毛和鞭毛的运动第64页/共91页鞭毛和纤毛运动

鞭毛和纤毛是细胞表面的特化结构，具运动功能。

鞭毛和纤毛的结构第65页/共91页图9-30第66页/共91页第67页/共91页第68页/共91页滑动模型第69页/共91页E.纺锤体和染色体的移动第70页/共91页第71页/共91页第72页/共91页第73页/共91页第74页/共91页第75页/共91页如果用干扰微管的药物，如秋水仙素，处理细胞,会发生什么样的影响?a.细胞的形态发生极大改变b.有丝分裂和减数分裂都不能发生c.细胞器在细胞内的定位发生紊乱d.上述情况都有可能

√第76页/共91页

第三节中间丝

（intermediatefilament,IF)◆中间丝是细胞的第三种骨架成分，由于这种纤维的平均直径介于微管和微丝之间,故称为中间丝。由于其直径约为10nm,故又称10nm纤维。微管与微丝都是由球形蛋白装配起来的，而中间纤维则是由长的、杆状的蛋白装配的。◆

IF几乎分布于所有动物细胞，往往形成一个网络结构，特别是在需要承受机械压力的细胞中含量相当丰富，如上皮细胞中。除了胞质中，在内核膜下的核纤层也属于IF。第77页/共91页第78页/共91页与微管和微丝相比,中间丝在结构和功能上至少有三方面的差异。●1中间丝结构稳定,即使用含有去垢剂和高盐溶液抽提细胞,中间丝仍然保持完整无缺。●

2中间丝直径是10nm,微管的直径是24nm,微丝的直径是7nm。形态上,微管是由αβ微管蛋白二聚体组装成的中空管状,微丝是由球形亚基装配成的α螺旋纤维,而中间丝的亚基是α-螺旋杆状装配成似杆状的结构。●

3中间丝的亚基并不与核苷酸结合,而微管的亚基与GTP或GDP结合。微丝的亚基则与ATP或ADP结合,但是对于中间丝装配的细节尚不清楚。第79页/共91页中间丝的装配◆IF装配与MF,MT装配相比，有以下几个特点：IF装配的单体是纤维状蛋白(MF,MT的单体呈球形)；反向平行的四聚体导致IF不具有极性；IF在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅助，在体内装配后，细胞中几乎不存在IF单体(但IF的存在形式也可以受到细胞调节，如核纤层的装配与解聚)。第80页/共91页

中间丝的组装大致