细胞生物学-第六章细胞骨架1课件

细胞骨架细胞骨架Cytoskeleton存在于真核细胞中的存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系蛋白纤维网架体系细胞生物学 第六章细胞骨架1培养细胞经过固定后用考马斯亮蓝染色，便可显示出遍布于培养细胞经过固定后用考马斯亮蓝染色，便可显示出遍布于 整个细胞内的各种蛋白质性的丝状结构整个细胞内的各种蛋白质性的丝状结构细胞生物学 第六章细胞骨架1 广义广义细胞骨架细胞骨架细胞外基质细胞外基质细胞膜骨架细胞膜骨架细胞质骨架细胞质骨架细胞核骨架细胞核骨架胶原胶原非胶原糖蛋白非胶原糖蛋白氨基聚糖和蛋白聚糖氨基聚糖和蛋白聚糖弹性蛋白弹性蛋白微丝微丝微管微管中间纤维中间纤维核基质核基质核纤层核纤层染色体骨架染色体骨架细胞生物学 第六章细胞骨架1细胞生物学 第六章细胞骨架1细胞质骨架的组成和分布 肌动蛋白纤维肌动蛋白纤维(AF)(AF)主要分布在细胞质膜的主要分布在细胞质膜的 内侧和细胞核膜的内侧内侧和细胞核膜的内侧细胞生物学 第六章细胞骨架1细胞质骨架的组成和分布微管微管主要分布在核周围主要分布在核周围,并呈放射状向胞质四周扩散并呈放射状向胞质四周扩散细胞生物学 第六章细胞骨架1细胞质骨架的组成和分布中间纤维中间纤维分布在整个细胞中分布在整个细胞中细胞生物学 第六章细胞骨架1细胞骨架的主要功能细胞生物学 第六章细胞骨架1第一节第一节 微微 丝丝 Section 1 Microfilament细胞生物学 第六章细胞骨架1微丝的分类和存在的部位微丝的分类和存在的部位永久性微永久性微丝丝:eg.肌肉中细丝肌肉中细丝MF;肠上皮细胞微绒毛中肠上皮细胞微绒毛中MF。Nonvolatile MF:MF in muscle,MF in microvillus of the intestinal epithelial cell.暂时性微暂时性微丝丝,只在需要时装配只在需要时装配:eg.胞质分裂环中胞质分裂环中MF；无脊；无脊椎动物精子细胞顶体反应中椎动物精子细胞顶体反应中MF，血小板。，血小板。Temporary MF:assembled when needed.Eg.MF in cytokinesis ring,MF in acrosome reaction in invertebrate spermic cell,MF in platelet.细胞生物学 第六章细胞骨架1微绒毛微绒毛 有丝分裂环有丝分裂环细胞生物学 第六章细胞骨架1 一、一、MFMF的组成和结构的组成和结构 基本单位基本单位肌动蛋白肌动蛋白 球状肌动蛋白（球状肌动蛋白（G-actin)纤维状肌动蛋白（纤维状肌动蛋白（F-actin)细胞生物学 第六章细胞骨架11 G-actin 的结构的结构：（1）立体结构：）立体结构：Actin monomer is depicted above in two display modes.ATP binds,along with Mg+,within a deep cleft in the protein.细胞生物学 第六章细胞骨架1（2）Actin has polarity：plus end；minus end：细胞生物学 第六章细胞骨架12.F-actin2.F-actin的结构的结构（1）结构：直径约）结构：直径约7nm，单根微丝形成的双螺旋结构，每圈，单根微丝形成的双螺旋结构，每圈14个个G-actin.细胞生物学 第六章细胞骨架12.F-actin2.F-actin的结构的结构（2）极性：）极性：Each subunit has polarity&all subunits are pointed in same direction,so entire MF has polarity。细胞生物学 第六章细胞骨架1（一）微丝的组装（一）微丝的组装1.1.组装的条件：需要组装的条件：需要ATPATP和一定的盐浓度和一定的盐浓度2.2.组装的过程：组装的过程：成核期成核期 生长期生长期 平衡期平衡期二、微丝的组装和动态调节二、微丝的组装和动态调节细胞生物学 第六章细胞骨架1二、微丝的组装二、微丝的组装成核期成核期nucleation phasenucleation phase或延迟期：或延迟期：限速过程。形成稳定的三聚体核心。限速过程。形成稳定的三聚体核心。生长期生长期growth phasegrowth phase或延长期：或延长期：聚合速度聚合速度解聚速度解聚速度 正极的组装速度正极的组装速度 负极，负极，平衡期平衡期equilibrium phaseequilibrium phase 聚合速度聚合速度解聚速度解聚速度细胞生物学 第六章细胞骨架1微丝纤维的负染电镜照片微丝的正极聚合速度较快，负极较慢微丝的正极聚合速度较快，负极较慢细胞生物学 第六章细胞骨架1MFMF体外组装的三个阶段体外组装的三个阶段FIGURE:Polymerization of G-actin in vitro occurs in three phases.In the initial nucleation phase,ATPG-actin monomers(pink)slowly form stable complexes of actin(purple).These nuclei are rapidly elongated in the second phase by the addition of subunits to both ends of the filament.In the third phase,the ends of actin filaments are in a steady state with monomeric ATPG-actin.After their incorporation into a filament,subunits slowly hydrolyze ATP and become stable ADPF-actin(white).细胞生物学 第六章细胞骨架1（二）微丝组装的动态调节（二）微丝组装的动态调节1.1.非稳态动力学模型非稳态动力学模型dynamic instability dynamic instability modelmodel，调节延长期。，调节延长期。ATPATP是调节微丝组装的动力学不稳定行为的是调节微丝组装的动力学不稳定行为的主要因素。主要因素。ATP-actinATP-actin对对F-actinF-actin末端的亲和性高，末端的亲和性高，ADP-actin ADP-actin对对F-actinF-actin末端的亲和性低。末端的亲和性低。ATP-actinATP-actin浓度与其聚合速度成正比。浓度与其聚合速度成正比。细胞生物学 第六章细胞骨架1调节机制：调节机制：ATP-actinATP-actin对对F-actinF-actin末端具有高亲和力，其末端具有高亲和力，其一旦结合到末端则一旦结合到末端则ATPATPADP+PiADP+Pi，即，即ATP-actin ATP-actin ADP-actin ADP-actin，ADP-actinADP-actin与与F-actinF-actin末端亲和末端亲和力低，易从末端脱落。力低，易从末端脱落。当当ATP-actinATP-actin浓度高时，浓度高时，ATP-actinATP-actin聚合的速聚合的速度大于度大于ATP-actinATP-actin 转化为转化为ADP-actinADP-actin的速度，在的速度，在微丝末端形成一串微丝末端形成一串ATP-actinATP-actin，构成，构成ATPATP帽。帽。随着浓度的降低，聚合速度下降，而随着浓度的降低，聚合速度下降，而ATPATPADP+PiADP+Pi的速度不变，帽不断缩小而消失，的速度不变，帽不断缩小而消失，暴露暴露ADP-actinADP-actin，由于，由于ADP-actinADP-actin亲和力低，微亲和力低，微丝不断解聚。丝不断解聚。细胞生物学 第六章细胞骨架1肌动蛋白的非稳态动力学模型肌动蛋白的非稳态动力学模型细胞生物学 第六章细胞骨架12.2.踏车运动踏车运动微丝在装配时，若微丝在装配时，若G G肌动蛋白分子添加到肌动蛋白分子添加到F F肌动蛋白丝上的速率正好等于肌动蛋白丝上的速率正好等于G-G-肌动蛋肌动蛋白分子从白分子从F-F-肌动蛋白上失去的速率时，肌动蛋白上失去的速率时，微丝的净长度没有改变。微丝的净长度没有改变。细胞生物学 第六章细胞骨架1细胞生物学 第六章细胞骨架1三三 微丝特异性药物微丝特异性药物I 细胞松弛素细胞松弛素(cytochalasins)切断切断MF,结合在结合在MF末端末端,阻抑阻抑actin聚合聚合破坏微丝的三维网络破坏微丝的三维网络II 鬼笔环肽鬼笔环肽(philloidin)与微丝有强亲合作用与微丝有强亲合作用,稳定微丝稳定微丝,抑制解聚抑制解聚只与只与F-actin/MF结合结合,不与不与G-actin结合结合,标记细胞中的微丝标记细胞中的微丝细胞生物学 第六章细胞骨架1（一）（一）构成细胞的支架，维持细胞的形态构成细胞的支架，维持细胞的形态（二）（二）作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩（三）（三）参与细胞分裂参与细胞分裂（四）（四）参与细胞运动参与细胞运动（五）（五）参与细胞内的物质运输参与细胞内的物质运输（六）参与细胞内的信号转导（六）参与细胞内的信号转导四四 微丝的功能微丝的功能细胞生物学 第六章细胞骨架1（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1、Microvilli on Intestinal Epithelial Cells（1）function增加肠上皮表面积：肠上皮增加肠上皮表面积：肠上皮C有有1000个微绒毛个微绒毛 营养物质传递功能营养物质传递功能（2）structure（3）Microvilli component：微微绒绒毛毛的的核核心心是是由由20-30个个同同向向平平行行的的微微丝丝组组成成的的束束状状结结构构，其其中中含含有有绒绒毛毛蛋蛋白白、毛毛缘缘蛋蛋白白、肌球蛋白肌球蛋白-1、钙调蛋白和血影蛋白、钙调蛋白和血影蛋白细胞生物学 第六章细胞骨架1小肠绒毛小肠绒毛细胞生物学 第六章细胞骨架1细胞生物学 第六章细胞骨架1（二）肌肉收缩（二）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，常高的能量转换器，它直接将化学能转变为机它直接将化学能转变为机械能。械能。肌肉的肌肉的细微结构细微结构(以骨骼肌为例以骨骼肌为例)肌小节肌小节的组成的组成 肌肉收缩系统中的有关蛋白肌肉收缩系统中的有关蛋白肌肉收缩的肌肉收缩的滑动模型滑动模型细胞生物学 第六章细胞骨架1肌纤维肌纤维TEM 照片照片细胞生物学 第六章细胞骨架1肌小节肌小节细胞生物学 第六章细胞骨架1细胞生物学 第六章细胞骨架1肌原纤维肌原纤维粗肌丝粗肌丝细肌丝细肌丝肌动蛋白肌动蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白肌钙蛋白肌钙蛋白肌球蛋白肌球蛋白细胞生物学 第六章细胞骨架1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 主要分布于肌细胞。由两个重链和主要分布于肌细胞。由两个重链和4 4 个轻链个轻链组成，重链形成一个双股组成，重链形成一个双股螺旋，一半呈杆状，另一半与轻链螺旋，一半呈杆状，另一半与轻链一起折叠成两个球形区域，位于分子一端，球形的头部具有一起折叠成两个球形区域，位于分子一端，球形的头部具有ATP ATP 酶活性酶活性,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。细胞生物学 第六章细胞骨架1原肌球蛋白原肌球蛋白(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,调节肌动蛋白调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。与肌球蛋白头部的结合。细胞生物学 第六章细胞骨架1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+敏感性蛋白敏感性蛋白)能特异与能特异与Ca2+结合结合;TnT(与原肌球蛋与原肌球蛋白结合白结合);TnI(抑制肌球蛋白抑制肌球蛋白ATPase活性活性)细胞生物学 第六章细胞骨架1细胞生物学 第六章细胞骨架1动作电位产生动作电位产生Ca+的释放的释放肌肉收缩的原理肌肉收缩的原理细胞生物学 第六章细胞骨架1原肌球蛋白的位移原肌球蛋白的位移当肌浆中的钙离子达到一定浓度时，钙离子与肌钙蛋白的当肌浆中的钙离子达到一定浓度时，钙离子与肌钙蛋白的TnC结合，结合，TnI亚基同肌动蛋白的连接减弱，并从肌动蛋亚基同肌动蛋白的连接减弱，并从肌动蛋白生的原结合部位移开，肌钙蛋白牵引着原肌球蛋白移向白生的原结合部位移开，肌钙蛋白牵引着原肌球蛋白移向肌动蛋白双螺旋沟的深部。使肌动蛋白上原来被原肌球蛋肌动蛋白双螺旋沟的深部。使肌动蛋白上原来被原肌球蛋白占据的肌球蛋白结合位点暴露出来白占据的肌球蛋白结合位点暴露出来接合接合肌球蛋白的头部与肌动蛋白丝肌球蛋白的头部与肌动蛋白丝紧密结合，又称强直构象紧密结合，又称强直构象细胞生物学 第六章细胞骨架1释放释放结合过程非常短暂，结合过程非常短暂，ATP可以很快与肌球蛋可以很快与肌球蛋白结合。白结合。ATP结合与肌结合与肌球蛋白头部后可诱导肌球蛋白头部后可诱导肌动蛋白发生构象变化，动蛋白发生构象变化，使肌球蛋白头部对细肌使肌球蛋白头部对细肌丝的亲和力下降丝的亲和力下降细胞生物学 第六章细胞骨架1直立直立肌球蛋白头部的肌球蛋白头部的ATP结合结合位点关闭，启动一明显的位点关闭，启动一明显的构想变化，使构想变化，使ATP的头部的头部沿细肌丝移动，在该过程沿细肌丝移动，在该过程中，中，ATP水解，水解产生水解，水解产生的的ADP和和Pi仍结合在肌球仍结合在肌球蛋白上蛋白上细胞生物学 第六章细胞骨架1力产生力产生肌球蛋白头部微弱的结合到细丝肌球蛋白头部微弱的结合到细丝的一个新结合位点上，释放出的一个新结合位点上，释放出Pi，使肌球蛋白头部与肌动蛋白紧，使肌球蛋白头部与肌动蛋白紧密结合，产生机械力，使肌球蛋密结合，产生机械力，使肌球蛋白发生构象变化，肌球蛋白头部白发生构象变化，肌球蛋白头部结合的结合的ADP释放，恢复到原始释放，恢复到原始构象构象肌球蛋白头部与细肌丝紧密地结合，但此时肌动肌球蛋白头部与细肌丝紧密地结合，但此时肌动蛋白头部结合在细肌丝的新位点，并沿细肌丝正蛋白头部结合在细肌丝的新位点，并沿细肌丝正端行走了一段距离，从而导致肌肉收缩端行走了一段距离，从而导致肌肉收缩重新接合重新接合细胞生物学 第六章细胞骨架1钙离子的回收钙离子的回收神经冲动传导过后，肌质网中膜神经冲动传导过后，肌质网中膜上的钙泵与肌浆中的钙离子结合，上的钙泵与肌浆中的钙离子结合，通过主动运输的方式将钙离子运通过主动运输的方式将钙离子运输到肌质网中，钙离子浓度低时输到肌质网中，钙离子浓度低时肌肉恢复到静息状态。肌肉恢复到静息状态。细胞生物学 第六章细胞骨架1肌肉收缩图解肌肉收缩图解滑动丝模型滑动丝模型接合接合释放释放直立直立力产生力产生重新重新结合结合细胞生物学 第六章细胞骨架1（三）参与细胞分裂（三）参与细胞分裂细胞生物学 第六章细胞骨架1细胞分裂中微丝细胞分裂中微丝和肌球蛋白和肌球蛋白II形形成收缩环，最终成收缩环，最终完成细胞的胞质完成细胞的胞质分裂分裂细胞生物学 第六章细胞骨架1细胞的变形运动细胞的变形运动（四）参与细胞运动（四）参与细胞运动细胞生物学 第六章细胞骨架1