细胞骨架概述与组成#上课课堂

细胞骨架细胞骨架(Cytoskeleton)Bertha1优选内容细胞骨架的概述细胞骨架的概述细胞骨架的组成细胞骨架的组成 细胞骨架细胞骨架2优选内容第一节第一节 细胞骨架的概述细胞骨架的概述细胞骨架细胞骨架概念概念 细胞骨架是指存在于真核细胞的细胞质中的细胞骨架是指存在于真核细胞的细胞质中的蛋白蛋白纤维网架结构体系纤维网架结构体系有狭义和广义两种涵义有狭义和广义两种涵义 在细胞质基质中包括微丝、微管和中间纤维。在细胞质基质中包括微丝、微管和中间纤维。在细胞核中存在核骨架在细胞核中存在核骨架-核纤层体系。核骨架、核纤层体系。核骨架、核纤层与中间纤维在结构上相互连接核纤层与中间纤维在结构上相互连接,贯穿于贯穿于 细胞核和细胞质的网架体系。细胞核和细胞质的网架体系。3优选内容细胞细胞骨架骨架狭义狭义:广义广义细胞质骨架细胞质骨架微微 丝丝微微 管管中间纤维中间纤维细胞核骨架细胞核骨架细胞质骨架细胞质骨架细胞膜骨架细胞膜骨架细胞外基质细胞外基质4优选内容细胞骨架主要功能的概述细胞骨架主要功能的概述作为动态的支架，提供结构支撑以决定细胞形作为动态的支架，提供结构支撑以决定细胞形状和抵抗细胞变形。状和抵抗细胞变形。作为在细胞内定位各种细胞器的内部作为在细胞内定位各种细胞器的内部框架框架。作为高速公路网指导物质与细胞器在细胞内的作为高速公路网指导物质与细胞器在细胞内的运动。运动。作为产生力的装置，将细胞从一个地方移至到作为产生力的装置，将细胞从一个地方移至到另一个地方。另一个地方。作为锚定作为锚定mRNAmRNA并促进其翻译成多肽的并促进其翻译成多肽的位点。位点。作为细胞分裂的必要组分。作为细胞分裂的必要组分。5优选内容第二节第二节 细胞骨架的细胞骨架的组成组成 微微 管管 （microtubules,MT）微微 丝丝 (microfilament,MF)中间纤维中间纤维 (intermediate filament,IF)6优选内容l在上皮细胞与神经元中，在上皮细胞与神经元中，微管起物质运输、细胞微管起物质运输、细胞结构的组织作用；结构的组织作用；l在分裂细胞中，微管是在分裂细胞中，微管是有丝分裂纺锤体的主要有丝分裂纺锤体的主要结构成分，是染色体的结构成分，是染色体的分离及向两极移动所必分离及向两极移动所必需的。需的。l中间丝为细胞核提供结中间丝为细胞核提供结构支撑，并可将相邻的构支撑，并可将相邻的细胞连成一体。细胞连成一体。l微丝是微绒毛的支撑结微丝是微绒毛的支撑结构，也是神经元生长链构，也是神经元生长链伸长和细胞分裂过程中伸长和细胞分裂过程中胞质分裂环收缩的主要胞质分裂环收缩的主要运动装置，并是细胞皮运动装置，并是细胞皮层结构的组织者。层结构的组织者。7优选内容8优选内容细胞核骨架细胞核骨架核基质(Nuclear Matrix)染色体骨架核纤层(Nuclear Lamina)9优选内容 二、微丝二、微丝(microfilament,MF)微丝的概念微丝的概念 成分与形态结构成分与形态结构 微丝的装配微丝的装配 微丝特异性药物微丝特异性药物 微丝结合蛋白微丝结合蛋白 微丝的功能微丝的功能10优选内容 （一）微丝的概念（一）微丝的概念又称肌动蛋白纤维又称肌动蛋白纤维(actin filament),),是指真核是指真核细胞中由肌动蛋白细胞中由肌动蛋白(actin)单体组成的直径为单体组成的直径为7nm的的骨架纤维骨架纤维。在细胞内与几乎所有形式的。在细胞内与几乎所有形式的运动相关。运动相关。图示图示肌动蛋白单位肌动蛋白丝的分子结构11优选内容成成 分分 肌动蛋白肌动蛋白(actin)是微丝的结构成分是微丝的结构成分,外观呈哑铃状外观呈哑铃状,这这种种actin又叫又叫球形肌动蛋白球形肌动蛋白（G-actin）。形态结构形态结构 由球形肌动蛋白由球形肌动蛋白(G-actin),),聚合聚合形成的多聚体链，因形成的多聚体链，因此微丝又称为此微丝又称为纤维形肌动蛋白纤维形肌动蛋白（F-actin）,在电镜下微丝在电镜下微丝是双股螺旋的形式组成的纤维，两股肌动蛋白丝是同方向是双股螺旋的形式组成的纤维，两股肌动蛋白丝是同方向的。的。近年来认为微丝是由一条近年来认为微丝是由一条肌动蛋白单体链形成的螺旋，肌动蛋白单体链形成的螺旋，每个肌动蛋白单体周围都有四个亚基，呈上、下及两侧排每个肌动蛋白单体周围都有四个亚基，呈上、下及两侧排列。列。12优选内容 (三）微丝的组装及动力学特性三）微丝的组装及动力学特性MF是由是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性，装配时呈头尾相接，故微丝具单体具有极性，装配时呈头尾相接，故微丝具有极性，既正极与负极之别。有极性，既正极与负极之别。装配可分为装配可分为成成核反应、纤维的延长和稳定期核反应、纤维的延长和稳定期3个阶段。个阶段。微丝的极性微丝的极性 有裂口的一端是负端：缓慢增长端有裂口的一端是负端：缓慢增长端 无裂口的一端是正端：快速增长端。无裂口的一端是正端：快速增长端。13优选内容 微丝的组装过程微丝的组装过程第一阶段：成核反应第一阶段：成核反应 形成至少形成至少2-32-3个肌动蛋白单体组成的寡俱体。个肌动蛋白单体组成的寡俱体。第二阶段：纤维的延长第二阶段：纤维的延长 肌动蛋白单体与肌动蛋白单体与ATPATP结合结合14优选内容微丝的组装的动力学特性微丝的组装的动力学特性体外实验表明，组装时，（肌动蛋白体外实验表明，组装时，（肌动蛋白-ATP亚基）正亚基）正极比负极快；去组装时，极比负极快；去组装时，（肌动蛋白（肌动蛋白-ADP亚基）负极亚基）负极比正极快。由于肌动蛋白比正极快。由于肌动蛋白-ATP亚基在微丝正端尤先添亚基在微丝正端尤先添加，而肌动蛋白加，而肌动蛋白-ADP亚基在微丝负极尤先失去，从而亚基在微丝负极尤先失去，从而表现为踏车行为。表现为踏车行为。体内装配时，体内装配时，MF呈现出动态不稳定性，主要取决于呈现出动态不稳定性，主要取决于F-actin结合的结合的ATP水解速度与游离的水解速度与游离的G-actin单体浓度单体浓度之间的关系。之间的关系。MF动态变化与细胞生理功能变化相适应。在体内动态变化与细胞生理功能变化相适应。在体内,有些微丝是永久性的结构有些微丝是永久性的结构,有些微丝是暂时性的结构。有些微丝是暂时性的结构。15优选内容 （四）微丝特异性药物（四）微丝特异性药物细胞松弛素细胞松弛素(cytochalasins)：可以切断微丝可以切断微丝,并结合并结合在微丝正极在微丝正极阻抑肌动蛋白聚合阻抑肌动蛋白聚合,因而因而导致微丝解聚导致微丝解聚。鬼笔环肽鬼笔环肽(philloidin)：(毒蕈毒蕈 Amanita phallodies 产生产生的双环杆肽的双环杆肽)与微丝侧面结合与微丝侧面结合,使微丝稳定使微丝稳定抑制抑制MF解聚解聚。影响微丝装配动态性的药物对细胞都有毒害，说明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。这种动态平衡受态平衡。这种动态平衡受actin单体浓度和微丝结合蛋单体浓度和微丝结合蛋 白的影响。白的影响。16优选内容 （五）微丝结合蛋白（五）微丝结合蛋白 微丝网络微丝网络 微丝微丝 微丝结合蛋白微丝结合蛋白 微丝结合蛋白对肌动蛋白组装的调节微丝结合蛋白对肌动蛋白组装的调节 可溶性可溶性肌动蛋白的存在状态肌动蛋白的存在状态 微丝结合蛋白的种类及其存在状态微丝结合蛋白的种类及其存在状态17优选内容 （五）微丝结合蛋白（五）微丝结合蛋白 微丝结合蛋白类型微丝结合蛋白类型 actin单体结合蛋白单体结合蛋白 这些小分子蛋白与actin单体结合，阻止其添加到 微丝末端，当细胞需要单体时才释放，主要用于actin 装配的调节，如proflin等。微丝结合蛋白微丝结合蛋白微丝结合蛋白将微丝组织成以下微丝结合蛋白将微丝组织成以下三种主要形式三种主要形式18优选内容Parallel bundle:MF同向平行排列，主要发 现于微绒毛与丝状伪足。Contractile bundle:MF反向平行排列，主要 发现于应力纤维和有丝分裂收缩环。Gel-like network:细胞皮层(cell cortex)中微丝 排列形式，MF相互交错排列。19优选内容 （六）微丝的功能（六）微丝的功能维持细胞形态，赋予质膜机械强度维持细胞形态，赋予质膜机械强度肌肉收缩肌肉收缩(muscle contraction)微绒毛微绒毛(microvillus)应力纤维应力纤维(stress fiber)与细胞质运动和细胞移动有关与细胞质运动和细胞移动有关参与胞质分裂参与胞质分裂20优选内容微丝遍及胞质各处，集中分布于质膜下，微丝遍及胞质各处，集中分布于质膜下，和其结合蛋白形成网络结构，维持细胞和其结合蛋白形成网络结构，维持细胞形状和赋予质膜机械强度，如哺乳动物形状和赋予质膜机械强度，如哺乳动物红细胞膜骨架红细胞膜骨架的作用。的作用。1 1、维持细胞形态，赋予质膜机械强度、维持细胞形态，赋予质膜机械强度21优选内容细胞质运动细胞质运动 胞质环流胞质环流 穿梭运动穿梭运动细胞移动细胞移动 变形运动变形运动 变皱膜运动变皱膜运动 形态发生运动形态发生运动成纤维细胞爬行与微丝装配和解聚相关 与细胞质运动和与细胞质运动和细胞移动有关细胞移动有关22优选内容成分成分 轴心微丝束不含肌球蛋白、原肌球蛋白和轴心微丝束不含肌球蛋白、原肌球蛋白和 辅肌动蛋白因而无收缩功能辅肌动蛋白因而无收缩功能功能功能 是肠上皮细胞的指状突起，用以增加肠是肠上皮细胞的指状突起，用以增加肠 上皮细胞表面积，以利于营养的快速吸收。上皮细胞表面积，以利于营养的快速吸收。3 3、微绒毛微绒毛(microvillus)23优选内容 广泛存在于真核细胞。广泛存在于真核细胞。成分成分 肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和-辅辅肌肌 动蛋白。动蛋白。作用作用 介导细胞间或细胞与基质表面的粘着。介导细胞间或细胞与基质表面的粘着。（细胞贴壁与粘着斑的形成相关，在形成粘合（细胞贴壁与粘着斑的形成相关，在形成粘合 斑的质膜下，微丝紧密平行排列成束，形成应斑的质膜下，微丝紧密平行排列成束，形成应 力纤维力纤维,具有收缩功能。）具有收缩功能。）24优选内容 时期时期 在动物细胞和低等植物细胞有丝分裂的在动物细胞和低等植物细胞有丝分裂的 末期，发生的缢缩型胞质分裂。末期，发生的缢缩型胞质分裂。组成组成 由大量反向平行排列的微丝组成的收缩环由大量反向平行排列的微丝组成的收缩环 （contractile ring)contractile ring)完成的，完成的，机制机制 其收缩机制是肌动蛋白（其收缩机制是肌动蛋白（actiom)actiom)和肌球蛋和肌球蛋 白相白相(myosin)(myosin)的相对滑动。的相对滑动。6 6、参与胞质分裂、参与胞质分裂25优选内容2 2、肌肉收缩肌肉收缩(muscle contraction)肌肉可看作一种特别富含细胞骨架的效力非常肌肉可看作一种特别富含细胞骨架的效力非常高的能量转换器，它直接将化学能转变为机械能。高的能量转换器，它直接将化学能转变为机械能。肌肉的细微结构肌肉的细微结构(以骨骼肌为例以骨骼肌为例)肌肉收缩的滑动模型肌肉收缩的滑动模型 由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程26优选内容肌原纤维肌原纤维（收缩单位）（收缩单位）肌纤维肌纤维肌纤维束肌纤维束 肌肉肌肉粗肌丝粗肌丝：肌：肌 球球 蛋蛋 白（主）白（主）细肌丝细肌丝肌肌 动动 蛋蛋 白（主）白（主）原肌球蛋白原肌球蛋白肌肌 钙钙 蛋蛋 白白（辅）（辅）肌小节的组成肌小节的组成 肌肉收缩系统中的有关蛋白肌肉收缩系统中的有关蛋白27优选内容肌肉收缩系统中的有关蛋白肌肉收缩系统中的有关蛋白 肌球蛋白肌球蛋白(myosin)(myosin)所有所有actin-dependent motor proteinsactin-dependent motor proteins都属于该都属于该家族，其头部具家族，其头部具ATPATP酶活力酶活力,沿微丝从负极到正极进行运动。沿微丝从负极到正极进行运动。Myosin Myosin 主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构域主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构域(具有具有ATPaseATPase活活性性)和尾部链和尾部链,多个多个MyosinMyosin尾部相互缠绕，形成尾部相互缠绕，形成myosin filament,myosin filament,即粗即粗肌丝。肌丝。原肌球蛋白原肌球蛋白(tropomyosin,Tm)(tropomyosin,Tm)由两条平行的多肽链形成由两条平行的多肽链形成-螺旋构型螺旋构型,位于肌动蛋白螺旋沟内位于肌动蛋白螺旋沟内,结合于细丝结合于细丝,调节肌动蛋白与肌球蛋白头部调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。的结合。肌钙蛋白肌钙蛋白(Troponin,Tn)为复合物，包括三个亚基：为复合物，包括三个亚基：TnC(Ca2+敏感性敏感性蛋白蛋白)能特异与能特异与Ca2+结合结合;TnT(与原肌球蛋白结合与原肌球蛋白结合);TnI(抑制肌球蛋抑制肌球蛋白白ATPase活性活性)28优选内容由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程动作电位的产生动作电位的产生 Ca2+的释放的释放原肌球蛋白位移原肌球蛋白位移 肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动 Ca2+的回收的回收 29优选内容一、微一、微 管管（Microtubules）微管结构与组成微管结构与组成微管的类型微管的类型装配装配微管特异性药物微管特异性药物微管结合蛋白微管结合蛋白(MAP)微管功能微管功能30优选内容（一）微管结构与组成（一）微管结构与组成微管的组成成分微管的组成成分 -微管蛋白：微管蛋白：55KD 450aa -微管蛋白：微管蛋白：55KD 550aa微管装配的基本单位微管装配的基本单位 微管蛋白异二聚体微管蛋白异二聚体2 2个鸟嘌呤核苷酸结合位点个鸟嘌呤核苷酸结合位点 -微管蛋白有一个结合的微管蛋白有一个结合的GTP（N位点）位点）该该GTP不被水解，且不可交换不被水解，且不可交换 -微管蛋白有一个结合的微管蛋白有一个结合的GTP（E位点）位点）该该GTP在组装成多聚体之后，被水解成在组装成多聚体之后，被水解成GDP。31优选内容微管的形态结构微管的形态结构 微管是中空的管状结构，微管是中空的管状结构，管壁由管壁由13根原根原 纤维集合而纤维集合而成，原纤维又由含有成，原纤维又由含有-微管微管蛋白和蛋白和-微管蛋白的微管蛋白的异二聚异二聚体体组成。组成。10-15nm20-30 nm32优选内容 单管（单管（singlet)细胞质微管，由细胞质微管，由13根原纤维集合而成根原纤维集合而成 二联管二联管（doublet)纤毛和鞭毛周围微管，运动性微管。纤毛和鞭毛周围微管，运动性微管。A管：管：13根原纤维根原纤维 B管：管：14根原纤维，有三条与根原纤维，有三条与A管共用管共用 三联管三联管 (triplet)中心粒和基体中中心粒和基体中 A 管：管：13根原纤维根原纤维 B 管：管：14根原纤维，有三条与根原纤维，有三条与A管共用管共用 C 管：管：14根原纤维，有三条与根原纤维，有三条与B管共用管共用33优选内容 (三）微管的装配三）微管的装配微管组织中心微管组织中心微管的极性微管的极性装配方式装配方式微管装配的动力学不稳定性微管装配的动力学不稳定性34优选内容-微管蛋白和微管蛋白和-微管蛋白形成微管蛋白形成长度为长度为8nm的的异二聚体。异二聚体。二聚体先形成环状核心二聚体先形成环状核心(ring),(ring),经过侧面增加二聚体而扩经过侧面增加二聚体而扩展为螺旋带。展为螺旋带。二聚体平行于长轴重复排列二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维形成原纤维(protofilament)(protofilament)。当螺旋带加宽至当螺旋带加宽至1313根原纤维时根原纤维时,即合拢形成一段微管。即合拢形成一段微管。以这段微管为核心，二聚体不断以这段微管为核心，二聚体不断组装，使之延长，组装，使之延长，微管蛋白与微管微管蛋白与微管达到动态平衡。达到动态平衡。装配方式装配方式35优选内容微管装配的动力学不微管装配的动力学不稳定性稳定性(dynamic instability)是指在细胞内的同一区域中生长的微管与缩短的微是指在细胞内的同一区域中生长的微管与缩短的微 管同时存在管同时存在,而且一条特定的微管在生长项与缩短而且一条特定的微管在生长项与缩短 项之间项之间交替切换交替切换的现象。（的现象。（细胞骨架细胞骨架）动力学不稳定性产生的动力学不稳定性产生的原因原因：微管两端具微管两端具GTP帽帽(取决于微管蛋白浓度取决于微管蛋白浓度),),微管将微管将 继续组装继续组装;反之反之,无无GTPGTP帽则解聚。帽则解聚。踏车现象踏车现象36优选内容 （四）微管特异性药物（四）微管特异性药物 秋水仙素秋水仙素(colchicine)(colchicine)阻断微管蛋阻断微管蛋 白组装成微管，可破坏纺锤体结构。白组装成微管，可破坏纺锤体结构。紫杉酚紫杉酚(taxol)(taxol)能促进微管的装配能促进微管的装配,并使已形成的微管稳定。并使已形成的微管稳定。为行使正常的微管功能为行使正常的微管功能,微管动力学不稳定性微管动力学不稳定性(动态动态的装配和解聚）是其功能正常发挥的基础。的装配和解聚）是其功能正常发挥的基础。37优选内容1 1、微管组织中心、微管组织中心(MTOC)微管组织中心概念微管组织中心概念常见微管组织中心常见微管组织中心微管成核作用微管成核作用38优选内容在活细胞内，能够起始微管的成核在活细胞内，能够起始微管的成核作用，并使之延伸的细胞结构称为作用，并使之延伸的细胞结构称为微管组织中心。微管组织中心。(MTOC)活细胞内微管组装时总是以某部位为中心开始聚集，这个中心称为微管组织中心,包括中心体、基体和着丝粒等。微管组织中心概念微管组织中心概念39优选内容常见微管组织中心常见微管组织中心间期细胞间期细胞MTOC：中心体中心体(动动态微管态微管)分裂细胞分裂细胞MTOC：有丝分裂有丝分裂纺锤体极纺锤体极(动态微管动态微管)鞭毛纤毛细胞鞭毛纤毛细胞MTOC：基体基体(永久性结构永久性结构)40优选内容 2 2、微管的极性、微管的极性 MTOC确定微管了的极性确定微管了的极性:（）极：靠近）极：靠近MTOC一端一端，即即二聚体二聚体极极 （+）极：远离）极：远离MTOC一端一端，即即二聚体二聚体极极41优选内容微管结合蛋白微管结合蛋白(Microtubule Associated Protein,MAP)42优选内容 6、微管功能、微管功能维持细胞形状维持细胞形状参与参与细胞内物质的运输细胞内物质的运输细胞器的定位细胞器的定位鞭毛鞭毛(flagella)运动和纤毛运动和纤毛(cilia)运动运动参与纺锤体形成和染色体运动参与纺锤体形成和染色体运动参与基体与中心粒的构建参与基体与中心粒的构建43优选内容维持细胞形状维持细胞形状用秋水仙素处理细胞破坏微管,导致细胞变圆,说明微管对维持细胞的不对称形状是重要的。对于动物细胞突起部分,如纤毛、鞭毛、神经细胞的轴突、太阳虫目原生生物的伪足的形成和维持,微管起关键作用。在植物细胞中，微管通过影响细胞壁的形成在维持细胞形状方面起间接作用。深绿：微管深绿：微管、浅兰：内浅兰：内质网质网、黄色：高尔基体黄色：高尔基体上图：高尔基抗体染色上图：高尔基抗体染色下图：微管抗体染色下图：微管抗体染色上图：内质网抗体染色上图：内质网抗体染色下图：微管抗体染色下图：微管抗体染色44优选内容细胞内物质的运输细胞内物质的运输 真核细胞内部是高度区域化的体系真核细胞内部是高度区域化的体系,细胞中合细胞中合成的物质、一些细胞器等必须经过细胞内运输过程。成的物质、一些细胞器等必须经过细胞内运输过程。这种运输过程与细胞骨架体系中的这种运输过程与细胞骨架体系中的微管（微管（MT）及其及其马达蛋白（马达蛋白（Motor protein）有关。有关。微管微管提供了运输的轨道提供了运输的轨道 Motor proteins提供了动力提供了动力 神经元轴突运输的类型神经元轴突运输的类型及运输模式及运输模式 色素颗粒的运输色素颗粒的运输45优选内容 Motor proteins的类型的类型目前已鉴定的目前已鉴定的Motor proteinsMotor proteins多达数十种。根据其结合的骨架纤多达数十种。根据其结合的骨架纤维以及运动方向和携带的转运物不同而分为不同类型。维以及运动方向和携带的转运物不同而分为不同类型。胞质中微管马达蛋白（胞质中微管马达蛋白（motor protein）分为两大类：分为两大类：驱动蛋白驱动蛋白(kinesin):沿着微管向正极端运动沿着微管向正极端运动 胞质动力蛋白胞质动力蛋白(cytoplasmic dynein)：沿着微管向负极运动沿着微管向负极运动 胞质中微丝马达蛋白（胞质中微丝马达蛋白（motor protein）肌球蛋白肌球蛋白（myosin):沿微丝朝向微丝的正极运动沿微丝朝向微丝的正极运动 尚未发现利用尚未发现利用中间丝中间丝作轨道的作轨道的motor protei46优选内容 两条相同的重链和两条相同的轻链组成的四聚体。两条相同的重链和两条相同的轻链组成的四聚体。头部：球状与微管结合，水解头部：球状与微管结合，水解ATPATP和产生能量的发动机和产生能量的发动机 颈部：决定运动方向颈部：决定运动方向 柄部柄部 尾部：扇形，结合运载货物尾部：扇形，结合运载货物 两条相同的重链和多种中等链和轻链组成。两条相同的重链和多种中等链和轻链组成。头部：球状与微管结合，水解头部：球状与微管结合，水解ATPATP和产生能量的发动机和产生能量的发动机47优选内容48优选内容神经元轴突运输的类型神经元轴突运输的类型种 类 速 度 成 分 快速转运 顺梯度 逆梯度 50-400mm/天 200mm/天 膜性细胞器和物质、线粒体、突触小泡 前溶酶体小泡、溶酶体酶、内吞小泡 慢速转运 慢成分b 慢成分a 2-8mm/天 0.2-1mm/天 微丝(肌动蛋白和结合蛋白)、血影蛋白、包涵素、钙调蛋白 微管(管蛋白、MAPs、tau)、神经纤维(三联体蛋白质)、血影蛋白 轴突运输的类型49优选内容鞭毛鞭毛(flagella)运动和纤毛运动和纤毛(cilia)运动运动微管缺乏动力学活性，是高度稳定的微管缺乏动力学活性，是高度稳定的纤毛和鞭毛的纤毛和鞭毛的运动形式运动形式 纤毛与鞭毛的纤毛与鞭毛的结构结构 9+2 9+2结构：结构：9 9个二联管、两个中央微管。个二联管、两个中央微管。纤毛纤毛运动机制运动机制 滑动学说：相邻二联体间相互滑动所致。滑动学说：相邻二联体间相互滑动所致。例如：男性不育症例如：男性不育症 遗传性支气管炎遗传性支气管炎50优选内容 中心粒中心粒(centroles)与与中心体中心体(centrosome)中心粒中心粒(centrioles)结构结构 中心体中心体(centrosome)由一对相互垂直的由一对相互垂直的中心粒中心粒及周围基及周围基 质物质（质物质（PCM）构成。）构成。中心体复制周期中心体复制周期 管蛋白管蛋白：位于中心体周围的基质中，环形结构，结构稳：位于中心体周围的基质中，环形结构，结构稳 定，为定，为微管蛋白二聚体提供起始装配位点，所以又叫微管蛋白二聚体提供起始装配位点，所以又叫 成核位点成核位点 基体基体(basal body)位于鞭毛和纤毛根部的类似结构称为位于鞭毛和纤毛根部的类似结构称为基体基体（basal body）共同点共同点 9+0结构：结构：9个三联管、中央无微管个三联管、中央无微管 中心粒和基体均具有自我复制性质中心粒和基体均具有自我复制性质 51优选内容三三 中间纤维中间纤维中间纤维的概念中间纤维的概念中间纤维的类型与分布中间纤维的类型与分布中间纤维蛋白的结构特征中间纤维蛋白的结构特征中间纤维的组装中间纤维的组装中间纤维的功能中间纤维的功能52优选内容中间纤维的概念中间纤维的概念10nm纤维纤维,因其直径介于肌粗丝和细丝之间因其直径介于肌粗丝和细丝之间,故被命名为中间纤维。故被命名为中间纤维。IF几乎分布于所有动物细胞，往往形几乎分布于所有动物细胞，往往形 成一成一个网络结构，特别是在需要承受机械压力个网络结构，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。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除了胞质中，在内核膜下的核纤层也属于 IF。53优选内容中间纤维的组装中间纤维的组装IF装配与装配与MF、MT装配相比，有以下几个装配相比，有以下几个特点特点：IF装配的单体是装配的单体是纤维状蛋白纤维状蛋白(MF,MT(MF,MT的单体呈球的单体呈球 形形)；反向平行的四聚体导致反向平行的四聚体导致IFIF不具有极性不具有极性；IF在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅 助，装配后，细胞中几乎不存在助，装配后，细胞中几乎不存在IF单体单体(但但IF的的 存在形式也可以受到细胞调节，如核纤层的装存在形式也可以受到细胞调节，如核纤层的装 配与解聚配与解聚)。中间纤维装配过程中间纤维装配过程54优选内容 IF成分比成分比MF,MT复杂，复杂，IF在形态在形态上相似，而化学组成有明显的差别。上相似，而化学组成有明显的差别。不同组织来源的细胞表达不同类型的不同组织来源的细胞表达不同类型的中间丝蛋白。中间丝蛋白。可以分为可以分为6种主要类型种主要类型 55优选内容 角蛋白纤维：角蛋白纤维：角蛋白角蛋白 存在于上皮细胞中存在于上皮细胞中 波形纤维：波形纤维：波形纤维蛋白波形纤维蛋白 存在于中胚层来源的细胞中存在于中胚层来源的细胞中 结蛋白纤维：结蛋白纤维：结蛋白结蛋白 存在于肌细胞中存在于肌细胞中 神经元纤维：神经元纤维：神经元纤维蛋白神经元纤维蛋白 神经细胞中神经细胞中 神经胶质纤维：神经胶质纤维：胶质纤维酸性蛋白胶质纤维酸性蛋白 神经胶质细胞中神经胶质细胞中 核纤层：核纤层：LaminA、B、C 所有细胞核中所有细胞核中 56优选内容 在人类基因组中至少包含在人类基因组中至少包含6767种不同种不同的中间丝蛋白基因，组成了人类基因组的中间丝蛋白基因，组成了人类基因组中最大的基因家族之一。中最大的基因家族之一。中间纤维蛋白的表达与分布具有严中间纤维蛋白的表达与分布具有严格的格的组织特异性组织特异性。因此，中间纤维蛋白。因此，中间纤维蛋白是区分细胞类型的是区分细胞类型的身份证身份证。例如用于鉴别肿瘤细胞的组织来源。例如用于鉴别肿瘤细胞的组织来源。57优选内容中间纤维蛋白的结构特征中间纤维蛋白的结构特征中间纤维中间纤维蛋白分子蛋白分子非螺旋化区非螺旋化区-螺旋区螺旋区（310AA310AA）头部（头部（N N端）端）尾部（尾部（C C端）端）H亚区；同源区亚区；同源区V亚区：可变区亚区：可变区E亚区：末端区亚区：末端区螺旋螺旋1 1(22nm)(22nm)螺旋螺旋2 2(22nm)(22nm)1A亚区亚区1B亚区亚区2A亚区亚区2B亚区亚区L1：连接：连接1A和和1BL12：连接：连接1A和和2BL2：连接：连接2A和和2B58优选内容中间纤维的功能中间纤维的功能增强细胞抗机械压力的能力增强细胞抗机械压力的能力 角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持 结蛋白纤维是肌肉结蛋白纤维是肌肉Z Z盘的重要结构组分，盘的重要结构组分，对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用参与传递细胞内机械的或分子的信息参与传递细胞内机械的或分子的信息中间纤维与中间纤维与mRNA的运输有关的运输有关59优选内容核基质(Nuclear Matrix)形态结构成分核骨架结合序列功能60优选内容形态结构形态结构研究核骨架的分级抽提方法研究核骨架的分级抽提方法 非离子去垢剂溶解膜结构系统非离子去垢剂溶解膜结构系统,胞质中可溶胞质中可溶性成分随之流失性成分随之流失;再用再用Tween40和脱氧胆酸钠和脱氧胆酸钠处理处理,胞质中的微管、微丝与一些蛋白结构被溶胞质中的微管、微丝与一些蛋白结构被溶去去,胞质中只有中间纤维网能完好存留胞质中只有中间纤维网能完好存留;然后用然后用核酸酶与核酸酶与0.25mol/L硫酸铵处理硫酸铵处理,染色质中染色质中DNA、RNA和组蛋白被抽提和组蛋白被抽提,最终核内呈现一个精细最终核内呈现一个精细发达的核骨架网络发达的核骨架网络,结合非树脂包埋结合非树脂包埋-去包埋剂去包埋剂电镜制样方法电镜制样方法,可清晰地显示核骨架可清晰地显示核骨架-核纤层核纤层-中间纤维结构体系。中间纤维结构体系。61优选内容成成分分核骨架不象胞质骨架那样由非常专一的蛋核骨架不象胞质骨架那样由非常专一的蛋白成分组成白成分组成,核骨架的成分比较复杂核骨架的成分比较复杂,主要成主要成分是核骨架蛋白及核骨架结合蛋白分是核骨架蛋白及核骨架结合蛋白,并含有少并含有少量量RNARNA。核骨架蛋白核骨架蛋白骨架结合蛋白骨架结合蛋白其它其它62优选内容核骨架结合序列核骨架结合序列 DNA DNA序列中的核骨架结合序列序列中的核骨架结合序列(matrix associated(matrix associated region,MAR).region,MAR).这部分这部分DNADNA与核骨架蛋白的结合不为与核骨架蛋白的结合不为高盐溶液抽提所破坏高盐溶液抽提所破坏,在基因表达调控中有作用在基因表达调控中有作用核骨架结合序列的基本特征核骨架结合序列的基本特征 MAR MAR的功能的功能 通过与核骨架蛋白的结合，将通过与核骨架蛋白的结合，将DNADNA放射环锚定在核放射环锚定在核骨架上；骨架上；作为许多功能性基因调控蛋白的结合位点。作为许多功能性基因调控蛋白的结合位点。63优选内容核骨架结合序列的基本特征核骨架结合序列的基本特征富含富含ATAT富含富含DNA DNA 解旋元件解旋元件(DNA unwinding(DNA unwinding elements)elements)富含反向重复序列富含反向重复序列(Inverted Repeats)(Inverted Repeats)含有转录因子结合位点。含有转录因子结合位点。64优选内容功功能能核骨架与核骨架与DNADNA复制复制核骨架与基因表达核骨架与基因表达 大量研究工作表明真核细胞中大量研究工作表明真核细胞中RNARNA的转录和加工均的转录和加工均 与核骨架有关。具有转录活性的基因是结合在核骨架上与核骨架有关。具有转录活性的基因是结合在核骨架上 的的;RNA;RNA聚合酶在核骨架上具有结合位点。聚合酶在核骨架上具有结合位点。核骨架与病毒复制核骨架与病毒复制核骨架与染色体构建核骨架与染色体构建65优选内容二、染色体骨架二、染色体骨架染色体骨架染色体骨架/放射环模型放射环模型染色体骨架的真实性染色体骨架的真实性银染法能选择性地显示染色体轴结构银染法能选择性地显示染色体轴结构DNADNA酶和酶和RNARNA酶处理或用酶处理或用0.4mol/L H0.4mol/L H2 2SOSO4 4处理去除组蛋处理去除组蛋白白,对染色体轴没有影响对染色体轴没有影响,用胰蛋白酶消化则染色体轴用胰蛋白酶消化则染色体轴破坏破坏,说明染色体轴是非组蛋白性的。说明染色体轴是非组蛋白性的。染色体骨架染色体骨架/放射环模型在分子水平上得到两个直接放射环模型在分子水平上得到两个直接证据证据染色体骨架与染色体高级结构染色体骨架与染色体高级结构66优选内容三、核纤层(Nuclear Lamina)核纤层分布与形态结构核纤层分布与形态结构 成分成分核纤层蛋白核纤层蛋白(Lamin)(Lamin)核纤层蛋白的分子结构及其与中间纤维蛋白的核纤层蛋白的分子结构及其与中间纤维蛋白的关关系系 核纤层蛋白在细胞分化中的表达核纤层蛋白在细胞分化中的表达核纤层在细胞周期中的核纤层在细胞周期中的变化变化功能功能 67优选内容成分成分核纤层蛋白核纤层蛋白(Lamin)(Lamin)哺乳动物和鸟类细胞中有哺乳动物和鸟类细胞中有 核纤层蛋白核纤层蛋白A A 核纤层蛋白核纤层蛋白B B 核纤层蛋白核纤层蛋白C C68优选内容核纤层蛋白的分子结构及核纤层蛋白的分子结构及其与中间纤维蛋白的关系其与中间纤维蛋白的关系核纤层与中间纤维之间的共同点 两者均形成10nm纤维;两者均能抵抗高盐和非离子去垢剂的抽提;某些抗中间纤维蛋白的抗体能与核纤层发生交叉反应LaminA和LaminC的cDNA克隆推导出核纤层蛋白的氨基酸顺序与中间纤维蛋白高度保守的-螺旋区有很强的同源性,说明核纤层蛋白是中间纤维蛋白.69优选内容核纤层在细胞周期中的变化核纤层在细胞周期中的变化A A型核纤层蛋白在组装核纤层时通过蛋白水解失型核纤层蛋白在组装核纤层时通过蛋白水解失去去C C端端(异戊二烯化异戊二烯化,isoprenylation),isoprenylation)。核膜崩。核膜崩解解,核纤层解聚时核纤层解聚时,A,A型核纤层蛋白以可溶性单型核纤层蛋白以可溶性单体形式弥散到胞质中。体形式弥散到胞质中。B B型核纤层蛋白则永久法尼基化型核纤层蛋白则永久法尼基化(farnesylated)(farnesylated)，与核膜小泡保持结合状态与核膜小泡保持结合状态,当核膜重现时当核膜重现时,在染色在染色体周围重装配体周围重装配,形成子细胞的核纤层。形成子细胞的核纤层。70优选内容功能为核膜及染色质提供了结构支架为核膜及染色质提供了结构支架71优选内容 -肌动蛋白肌动蛋白(肌细胞肌细胞)肌动蛋白肌动蛋白 -肌动蛋白肌动蛋白(非肌细胞非肌细胞)-肌动蛋白肌动蛋白(非肌细胞非肌细胞)化学成分化学成分72优选内容 管蛋白位于中心体的周围物管蛋白位于中心体的周围物质（质（PCM）中，）中，13个个管蛋白管蛋白螺旋化排列成形一个开放的环螺旋化排列成形一个开放的环形结构，结构稳定，为形结构，结构稳定，为微管微管蛋白二聚体提供起始装配位点，蛋白二聚体提供起始装配位点，所以又叫所以又叫成核位点成核位点73优选内容l细胞骨架：细胞骨架：A.微丝微丝 B.中间丝中间丝 C.微管微管74优选内容 体外组装过程中，微丝的正极由于肌动蛋白亚体外组装过程中，微丝的正极由于肌动蛋白亚基的不断添加而延长，而负极由于肌动蛋白亚基的不断添加而延长，而负极由于肌动蛋白亚基去组装而缩短，这一现象称为踏车现象基去组装而缩短，这一现象称为踏车现象肌动蛋白在体外肌动蛋白在体外组装的踏车现象组装的踏车现象back 微管的总长微管的总长度不变，但度不变，但结合上的二结合上的二聚体从聚体从(+)(+)端不断向端不断向(-)(-)端推移端推移,最最后到达负端。后到达负端。踏车现象实踏车现象实际上是一种际上是一种动态稳定现动态稳定现象。象。75优选内容back76优选内容肌动蛋白肌动蛋白(actin)是微丝的结构成分是微丝的结构成分,以两种形式以两种形式存在，即存在，即单体单体和和多聚体多聚体。单体单体肌动蛋白外观呈哑铃状肌动蛋白外观呈哑铃状,这种这种actin又叫又叫球状球状肌动蛋白肌动蛋白（G-actin），），G-actin的的多聚体多聚体形成形成肌动蛋白丝肌动蛋白丝，称为，称为纤维状纤维状肌动蛋白肌动蛋白（F-actin）。在电镜下微丝是双股螺）。在电镜下微丝是双股螺旋的形式组成的纤维，两股肌动蛋白丝是同方旋的形式组成的纤维，两股肌动蛋白丝是同方向的。向的。77优选内容球状肌动蛋白（球状肌动蛋白（G-actin）back 78优选内容纤维状肌动蛋白（纤维状肌动蛋白（F-actin）back 79优选内容