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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章 细胞骨架,THE CYTOSKELETON,主要内容,第一节 微丝与细胞运动,微丝的组成及其组装,微丝网络动态结构的调节与分子运动,肌球蛋白：依赖于微丝的分子马达,肌,细胞的收缩运动,第二节 微管及其功能,微管的结构组成与极性,微管的组装和去组装,微管组织中心,微管的动力学性质,微管结合蛋白对微管网络结构的调节,微管,对,细胞结构的组织作用,细胞内依赖于微管的物质运输,纤毛和鞭毛的结构与功能,染色体和纺锤体运动,第三节 中间丝,中间丝的主要类型和组成成分,中间丝的组装与表达,中间丝与其他细胞结构的联系,细胞骨架：概念P264,成分：microfilament、microtubule、intemediate filament。单体非共价结合，构成纤维型多聚体。,微丝确定细胞外表特征，使细胞能够运动和收缩。,微管确定膜性细胞器的位置和作为运输导轨。,中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。,其它骨架成分：核骨架、核纤层、膜骨架、细胞外基质。,The three types of protein,第一节 微丝,又称肌动蛋白纤维,actin filament,，是由两条线性排列的肌动蛋白链形成的螺旋 ，形状如双线捻成的绳子，直径约,7nm,。,Microfilament , MF,一、结构与装配,根据等电点分,3,类：,-actin,分布于肌细胞；,-,和,-,分布于所有细胞。,单体呈哑铃形，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。,肌动蛋白分子三维结构,ATP-,结合裂缝面,ATP-,结合裂缝相对面,二微丝的组装及 动力学特性,微丝的装配,条件：ATP、适宜温度、K+和Mg2+。,过程：2-3个actin聚集成核心核化；ATP-actin分子向核心两端加合。,极性：ATP-actin加到(+)极的速度要比加到(-)极的速度快5-10倍。,踏车行为：单体可同时在(+)端添加，在(-)端别离。,1、装配条件：存在ATP、K+、Mg2+ 等离子,2、Cccritical concentration临界浓度：单体聚合和单体解离到达动态平衡时的单体蛋白浓度,3、踏车行为：临界浓度下，.,Treadmilling,细胞中大多数微丝结构处于,动态,组装和去组装过程中，并通过这种方式实现其功能。,细胞松弛素cytochalasin可切断微丝纤维，并结合在微丝末端抑制肌动蛋白加合到微丝纤维上。,鬼笔环肽phalloidin与微丝能够特异性的结合，使微丝纤维稳定而抑制其功能。荧光标记的鬼笔环肽可特异性的显示微丝。,三影响微丝组装的特异性药物,二、微丝网络动态结构的调节与细胞运动,肌动蛋白可以装配成不同的微丝网络结构，参与细胞内各种生命活动，微丝结合蛋白参与形成这种高级结构。,二、微丝结合蛋白,的的微丝结合蛋白有100多种，,1 核化蛋白：使游离actin核化，开始组装，Arp,2单体隐蔽蛋白：阻止游离actin向纤维添加，thymosin,3封端蛋白：使纤维稳定，Cap Z,4单体聚合蛋白：将结合的单体安装到纤维，profilin,5微丝解聚蛋白：cofilin,6交联蛋白：fimbrin,7纤维切断蛋白：gelsolin,8膜结合蛋白：vinculin,一、非肌肉细胞中的微丝结合蛋白,交联蛋白,细丝蛋白,细胞皮层,溶胶层和细胞运动,形成应力纤维stress fiber：结构类似肌原纤维，使细胞具有抗剪切力。,应力纤维,培养的上皮细胞中的应力纤维微丝红色、微管绿色,微绒毛模式图,Binds to,membrane,细胞质膜,“ + 端,交联蛋白,电镜照片,胞质分裂环,三、,肌球蛋白：依赖于微丝的分子马达,一 型肌球蛋白,肌球蛋白,裸露带,肌球蛋白“头部,肌球蛋白“尾-尾成束形成粗丝,四、肌细胞的收缩运动,一肌纤维的结构,肌肉的组成 ：肌原纤维,骨胳肌肉细胞,(,肌肉纤维,),肌原纤维,细胞核,sarcomere,sarcomere,肌节,肌节,肌小节,原肌球调节蛋白,肌联蛋白,伴肌动蛋白,一个肌节中的蛋白质组成,细肌丝,粗肌丝,原肌球蛋白,(Tm),：与肌动蛋白结合,作用是加强和稳定肌动蛋白丝，抑制肌动蛋白与肌球蛋白结合。,肌钙蛋白,(Tn),：含三个亚基，调节肌肉的收缩。,肌肉收缩的滑动模型,胞质溶胶内,Ca,2+,提高,+,-,+,-,(大约 300个肌球蛋白 II 头部,+,端,肌节缩短导致肌肉收缩,第二节 微管,微管在胞质中形成网络结构，作为运输路轨并起支撑作用。微管是由微管蛋白组成的管状结构，对低温、高压和秋水仙素敏感。,A fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucleus (yellow) and microtubules (red),Microtubule, MT,一、分子结构,13,条原纤维构成的中空管状结构，直径,2225nm,。,每条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成。二聚体由结构相似的,和,球蛋白构成，均可结合,GTP,。,球蛋白结合的,GTP,从不发生水解或交换。,球蛋白也是一种,G,蛋白，结合的,GTP,可发生水解，结合的,GDP,可交换为,GTP,。,E-site,N-site,微管的结构组成与极性,三 种 微 管 排 列 方 式,具有极性，(+)极生长速度快，(-)极生长速度慢。,(+)极的最外端是球蛋白，(-)极是球蛋白。,可形成稳定结构，如轴突、纤毛、鞭毛。是微管结合蛋白的作用和酶修饰的原因。,大多数微管处于动态组装和去组装状态如纺锤体，具有踏车行为。,秋水仙素、长春花碱抑制微管装配。 紫杉酚能促进微管的装配, 并使已形成的微管稳定。,二、微管的组装河去组装,微管组装时的极性,微管的组装与去组装：踏车现象,二、影响微管稳定性的药物,三、微管组织中心,microtubule organizing center, MTOCs,存在于细胞质中决定微管在生理状态或实验处理解聚后重新组装的结构叫微管组织中心,是微管进行组装的区域，都具有,微管球蛋白 ，如：中心体、鞭毛基体。,一中心体,中心粒是中心体的主要结构,成对存在,即一个中心体含有一对中心粒，且互相垂直形成,L,形排列。中心粒直径为,0.2m.,长为,0.4m,，是中空的短圆柱状结构。圆柱的壁由,9,组间距均匀的三联管组成,中心体由两个相互垂直的中心粒构成。周围是无定形物质，叫做外中心粒物质PCM。,中心粒由9组3联微管构成，具有召集PCM的作用。,MTOC处微管蛋白以环状的球蛋白复合体为模板核化、先组装出-极，然后开始生长。,提纯的微管，在微酸性环境，适宜温度，存在GTP、Mg2+和去除Ca2+的条件下能自发的组装成11条原纤维的微管。,The Orientation of Microtubules in a Cell,中心粒结构,微管蛋白,( tubulin),微管蛋白介导微管组装的两种模型,基体是纤毛和鞭毛的微管组织中心，不过基体只含有一个中心粒而不是一对中心粒。基体又称动质体,(kinetosome),负责鞭毛和纤毛的合成。,活细胞中微管动态不稳定性的直接观察,通常, 一条微管每分钟假设干次转换于生长和缩短之间,四、微管的动力学性质,五、微管结合蛋白,(microtubule-associated proteins, MAPs),对微管网络结构的调节,微管结合蛋白,MAP2,六、微管对细胞结构的组织作用,七、细胞内依赖于微管的物质运输,轴突运输,(axonal transport),色素颗粒的运输,微管是胞内物质运输的轨道。,涉及2类马达蛋白：kinesin、dyenin，需ATP供能。,Kinesin发现于1985年，由两条轻链和两条重链构成，向微管+极运输小泡 。,Kinesin walk along microtubule towards plus end,Dynein发现于1963年。,由两条相同的重链和种类繁多的轻链以及结合蛋白构成。,作用：推动染色体的别离、驱动鞭毛的运动、向着微管-极运输小泡。,分子发动机,(molecular motor),将细胞内利用,ATP,供能,产生推动力，进行细胞内的物质运输或细胞运动的蛋白质分子称为分子发动机或发动机蛋白,(motor proteins),。,肌球蛋白,(myosins),家族、驱动蛋白,(kinesins),家族、动力蛋白,(dyneins),家族。,一、驱动蛋白(kinesins)和物质运输,驱动蛋白的结构,二、驱动蛋白沿微管运动的分子机制,三胞质动力蛋白(cytoplasmic dyneins)和物质运输,胞质动力蛋白的结构,胞质动力蛋白的运输方式,八、鞭毛与纤毛 的结构与功能,结构：由基体和鞭杆两局部构成；鞭毛中的微管为9+2结构；二联微管A管由13条原纤维组成，B管由10条原纤维组成；A管向相邻B管伸出两条动力蛋白臂，并向鞭毛中央发出一条辐；基体的微管组成为9+0。,运动原理：动力蛋白臂的dynein水解ATP作功，使相邻的二联微管相互滑动。,典型的真核细胞的纤毛或鞭毛结构组成,二鞭毛和纤毛的运动机制,九、纺锤体和染色体运动,纺锤体微管,形成纺锤体 。,第三节中间纤维,上皮细胞中的角蛋白纤维,中间纤维,直径,10nm,左右，介于粗肌丝和细肌丝之间，故名。,IF,是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑作用。,IF,在细胞中围绕着细胞核分布，成束成网，并扩展到细胞质膜，与质膜相连结。,一、类 型,分5类：角蛋白、结蛋白、胶质原纤维酸性蛋白、波形纤维蛋白、神经纤丝蛋白。,具有组织特异性，不同类型细胞含有不同IF。,通常一种细胞含有一种IF，少数含2种以上。,肿瘤细胞转移后仍保存源细胞的IF。,一角蛋白keratin,表皮细胞特有，分和两类，型存在于细胞中，型构成头发、指甲。,单体分为：酸性角蛋白I型、中性或碱性角蛋白II型。通过两者的异二聚体形成角蛋白纤维。,二结蛋白desmin,又称骨骼蛋白skeletin，存在于肌肉细胞中，主要功能是使肌纤维连在一起。,三胶质原纤维酸性蛋白glial fibrillary acidic protein，存在于星形神经胶质细胞和许旺细胞。起支撑作用。,四波形纤维蛋白vimentin，存在于间充质细胞及中胚层来源的细胞中。,五神经纤丝蛋白neurofilament protein，是由三种分子量不同的多肽组成的异聚体，功能是提供弹性使神经纤维易于伸展和防止断裂。,intemediate filaments,，,IF,二、结构与装配,一结构,由螺旋化杆状区、球形头部N端和尾部C端构成。,杆状区高度保守，由螺旋1和螺旋2构成，每个螺旋区分为A、B两个亚区。,中间纤维的一般结构,中间纤维的装配,IF,的装配,过程：,两个单体形成超螺旋二聚体；,两个二聚体反向平行组装成四聚体；,四聚体组成原纤维；,8,根原纤维组成中间纤维。,特点： 无极性；无动态蛋白库；装配与温度和蛋白浓度无关；不需要,ATP,、,GTP,或结合蛋白的辅助。,中间丝很容易折弯，但是极难折断,8,个四聚体共同组成绳状中间丝,三、,IF,的结合蛋白,IFAP,功能：,使中间纤维交联成束、成网，,把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上,的IFAPs约15种左右，分别与特定的中间纤维结合，如：flanggrin、Plectin、Ankyrin,特点：具有细胞特异性,中间纤维,胞质骨架三种组分的比较,
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