[细胞生物学]细胞骨架医学PPT课件.ppt

1Chapter 8 cytoskeleton细胞骨架细胞骨架2学习目的学习目的1、掌握微管、微、掌握微管、微丝和中等和中等纤维的的结构构和和组装装2、熟悉微管、微丝和中等纤维的功能、熟悉微管、微丝和中等纤维的功能3、了解细胞骨架与医学的关系、了解细胞骨架与医学的关系3学习内容学习内容概概述述微微管管微微丝丝中中等等纤纤维维4 细胞骨架细胞骨架(cytoskeleton)(cytoskeleton)：是由位于细胞质、：是由位于细胞质、细胞核的蛋白质纤维组成的网架系统。细胞核的蛋白质纤维组成的网架系统。细细 胞胞 骨骨 架架微管微管微丝微丝中等纤维中等纤维线粒体线粒体核糖体核糖体内质网内质网广义上包括细胞核骨架、细胞质骨架、广义上包括细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架、细胞外基质细胞膜骨架、细胞外基质概概 述述5一、细胞骨架主要成分一、细胞骨架主要成分在真核细胞中由微管在真核细胞中由微管(M Microicrot tubule,ubule,MTMT)、微丝、微丝(M Microicrof filament,ilament,MFMF)和和中等纤维中等纤维(I Intermediate ntermediate f filament,ilament,IFIF)以及功能各异的结合蛋白质组成。以及功能各异的结合蛋白质组成。6Three types of filaments:Microtubules Microfilaments Intermediate Filaments7二、细胞骨架主要成分分布特点二、细胞骨架主要成分分布特点 微管主要分布在核周微管主要分布在核周围，并呈放射状向胞，并呈放射状向胞质四周四周扩散；微散；微丝主要分布于主要分布于细胞膜内胞膜内侧；中等中等纤维分布于整个分布于整个细胞。胞。89 三、细胞骨架的功能三、细胞骨架的功能 细胞骨架在形态结构上与其他细细胞骨架在形态结构上与其他细胞器有明显的不同，其特点具有弥胞器有明显的不同，其特点具有弥散性、整体性和变动性。散性、整体性和变动性。维持细胞形态维持细胞形态;与细胞运动、物质与细胞运动、物质运输、信息传递、细胞分裂和细胞分运输、信息传递、细胞分裂和细胞分化等生命活动密切相关。化等生命活动密切相关。10第一节第一节 微管微管Microtubules111213内容内容一、一、微管的主要构成成分微管的主要构成成分 二、二、微管结构微管结构三、三、微管组装微管组装四、四、微管结合蛋白微管结合蛋白五、五、微管的功能微管的功能六、六、微管与药物微管与药物七、七、微管与医学微管与医学14微管复习题微管复习题1、微管在体外、微管在体外组装的装的过程程?2、解、解释微管踏微管踏车现象象3、微管在、微管在细胞内如何胞内如何组装的？装的？4、简述微管的功能？述微管的功能？15微微管蛋白（管蛋白（tubulintubulin）是微管组装的基本单是微管组装的基本单位，位，-微管蛋白和微管蛋白和 -微管蛋白微管蛋白形成异二聚形成异二聚体。体。-微管蛋白（微管蛋白（-tubulin-tubulin）和）和 -微管微管蛋白（蛋白（-tubulin-tubulin）以及少量微管结合蛋）以及少量微管结合蛋白（白（microtubule associated protein,microtubule associated protein,MAPMAP）形成的柱状多聚体。）形成的柱状多聚体。一、微管的主要构成成分一、微管的主要构成成分16微管的主要构成成分微管的主要构成成分q微管蛋白在进化上非常保守，但在不同物微管蛋白在进化上非常保守，但在不同物种中的功能差别大种中的功能差别大q微管蛋白与微管蛋白与GTPGTP结合及水解结合及水解 -微管蛋白结合一个微管蛋白结合一个GTPGTP，不发生水解，不发生水解 -微管蛋白微管蛋白结合一个结合一个GTP,GTP,发生水解，发生水解，影影响微管的组装响微管的组装 17-和和-微管蛋白二聚体结构模式图微管蛋白二聚体结构模式图18二、微管结构二、微管结构微微管亚单位（原纤维）管亚单位（原纤维）纵向单列重复排列形纵向单列重复排列形成成所有二聚体的方向相所有二聚体的方向相同，同，微管蛋白朝向微管蛋白朝向正极，形成正极，形成原纤维原纤维（protofilament)protofilament)19单管：微管管壁由单管：微管管壁由1313条原纤维包围而条原纤维包围而成。成。纤毛、鞭毛纤毛、鞭毛中心粒、基体中心粒、基体20纤毛、鞭毛和基体纤毛、鞭毛和基体21纤毛、鞭毛和基体纤毛、鞭毛和基体22中心中心体体 中心体：是中心体：是动物物细胞中决定微管形胞中决定微管形成的一种成的一种细胞器，包括中心粒和中胞器，包括中心粒和中心球；在心球；在细胞分裂胞分裂间期，位于期，位于细胞胞核的附近，在分裂期，位于核的附近，在分裂期，位于细胞的胞的两极。两极。23 BB.B.中期微管（纺中期微管（纺锤体）锤体）A.A.间期微管间期微管 中心中心体体24中心粒中心粒25中心粒是中空的短中心粒是中空的短圆柱状柱状结构，成构，成对存在且存在且相互垂直排列。相互垂直排列。由九由九组三三联管管环列而成，列而成，倾斜排列。斜排列。中心粒周中心粒周围充充满电子密度高的基子密度高的基质，含有，含有 微管蛋白。微管蛋白。中心粒的形态结构中心粒的形态结构2627 微管微管组织中心（中心（microtubule organizing center,MTOC）：微管聚合）：微管聚合从特异性的核心形成位点开始，主要是从特异性的核心形成位点开始，主要是中心体、鞭毛和中心体、鞭毛和纤毛的基体等，提供了毛的基体等，提供了细胞内微管胞内微管组装的核心，称装的核心，称为微管微管组织中心。中心。MTOC28MTOC MTOC处微管蛋白以微管蛋白以环状的状的球蛋白球蛋白复合体复合体为模板核化，模板核化，负端附着于端附着于MTOC上开始生上开始生长，延，延长或或缩短短发生在正端。生在正端。2930微管分布特点微管分布特点-为真核细胞中重要的细胞骨架成分为真核细胞中重要的细胞骨架成分-呈中空的管状，在不同的细胞中具有相同呈中空的管状，在不同的细胞中具有相同 的形态，大多数的形态，大多数呈放射状分布呈放射状分布；-微管的正极朝向外围，负极锚定到微管的正极朝向外围，负极锚定到微管组织微管组织中心中心胞质微管组织中心是胞质微管组织中心是中心粒中心粒鞭毛和纤毛的鞭毛和纤毛的微管组织中心是微管组织中心是基体基体-微管为一种微管为一种动态动态的结构，具有组装和去组装的结构，具有组装和去组装31三、微管组装三、微管组装和和微管蛋白微管蛋白 +GTP+Mg+GTP+Mg2+2+适宜温度：适宜温度：3737 C C32过程如下：分成成核、延伸过程。过程如下：分成成核、延伸过程。1)1)首先一些二聚体形成短的原纤维，通过在首先一些二聚体形成短的原纤维，通过在两端和侧面增加二聚体而使之扩展成片状带，两端和侧面增加二聚体而使之扩展成片状带，当片状带加至当片状带加至1313根原纤维时即合拢成一段微根原纤维时即合拢成一段微管，然后二聚体再不断聚合到两端上使之延管，然后二聚体再不断聚合到两端上使之延伸伸 体外微管的组装体外微管的组装 -tubulin -tubulindimerHead to tailProto-fibersMicro-tubule(13)12345678910111213 cross section (13 protofibers)Polymerize2)2)当当GTP-GTP-微管蛋白在末端聚合后，微管蛋白在末端聚合后，GTPGTP被水被水 解成解成GDP,GDP,结合结合GDPGDP的微管蛋白对微管末端的的微管蛋白对微管末端的亲和力小亲和力小,易于从末端解聚易于从末端解聚3 3）当）当GTP-GTP-微管蛋白的聚合速度大于微管蛋白的聚合速度大于GTPGTP的的水解水解 速度时，在微管末端形成一段速度时，在微管末端形成一段GTP-GTP-微微管蛋管蛋 白，称为白，称为GTP-GTP-帽（帽（GTP-cap)GTP-cap)4)4)随着随着GTP-GTP-微管蛋白的消耗，其浓度下降，微管蛋白的消耗，其浓度下降，使使GTP-GTP-微管蛋白在末端聚合的速度下降，微管蛋白在末端聚合的速度下降，当其聚合速度当其聚合速度 GTP GTP水解速度时，其水解速度时，其GTP-GTP-帽不断下降，以至最后消失，暴露出帽不断下降，以至最后消失，暴露出GDP-GDP-微管蛋白微管蛋白,迅速解聚而缩短，表现出动迅速解聚而缩短，表现出动 力学不稳定性。力学不稳定性。组装和去组装之间存在临界浓度，（组装和去组装之间存在临界浓度，（+)端组装，端组装，（-）端发生去组装。正极装配使微管延伸速）端发生去组装。正极装配使微管延伸速度等于负极去装配使微管缩短的速度，处于度等于负极去装配使微管缩短的速度，处于动态平衡，形成一种动态平衡，形成一种“踏车现象踏车现象”37 1）构成微管壁的）构成微管壁的-和和 -微管蛋白异二聚微管蛋白异二聚体方向一致，因此多体方向一致，因此多聚体具有极性。聚体具有极性。2）两端的）两端的组装速度装速度不同。不同。微管的极性微管的极性38四、微管结合蛋白四、微管结合蛋白(Microtubule(Microtubule associated proteins,MAPs)associated proteins,MAPs)定义定义 一类可与微管结合并与微管蛋白共同组成一类可与微管结合并与微管蛋白共同组成微管系统的蛋白微管系统的蛋白。绿色显示为轴突中脱磷绿色显示为轴突中脱磷酸化的酸化的tautau蛋白。蛋白。橘黄色显示为胞体和树橘黄色显示为胞体和树突中的突中的MAP-2MAP-2蛋白蛋白39微管结合蛋白（微管结合蛋白（MAPs）至少有至少有1212种稳定微种稳定微管的管的MAPMAP。一部分嵌入微管一部分嵌入微管微管结合蛋白微管结合蛋白其余部分从微管的其余部分从微管的表面伸出，呈须状，表面伸出，呈须状，大部分沿着微管侧面大部分沿着微管侧面分布而不是在末端分布而不是在末端40驱动蛋白和动力蛋白驱动蛋白和动力蛋白41鞭毛（动力蛋白）鞭毛（动力蛋白）42MAP主要功能主要功能调节微管的特异性、提高微管的特异性、提高稳定性定性介介导细胞内沿微管的物胞内沿微管的物质运运输微管微管结合蛋白合蛋白决定微管蛋白二聚体形成决定微管蛋白二聚体形成 胞胞质中的中的动态单微管微管 鞭毛鞭毛轴丝中中稳定的成定的成组的微管的微管43五、微管的功能五、微管的功能（一）（一）维持细胞形态维持细胞形态（二）（二）维持细胞器的空间定位分布维持细胞器的空间定位分布（三）（三）运输功能运输功能（四（四)构成纺锤体构成纺锤体（五）（五）参与细胞运动参与细胞运动（六）（六）细胞吞噬与融合细胞吞噬与融合44（一）维持细胞形态一）维持细胞形态45秋水仙素处理细胞秋水仙素处理细胞1 1小时后，细胞变圆；去除小时后，细胞变圆；去除秋水仙素的作用，细胞将会恢复原来的形态秋水仙素的作用，细胞将会恢复原来的形态46（二）维持细胞器的空间定位分布（二）维持细胞器的空间定位分布47神经元轴突内囊泡的运输神经元轴突内囊泡的运输（三）（三）细胞内物质的运输细胞内物质的运输48变色龙49 （四（四)构成纺锤体构成纺锤体 母细胞在有丝分裂期，把染色体移向母细胞在有丝分裂期，把染色体移向两极两极,在最终分裂成两个子细胞的过程中，在最终分裂成两个子细胞的过程中，纺锤丝的形成是由微管来完成。纺锤丝的形成是由微管来完成。50（有丝分裂）中有丝分裂）中 期期 （有丝分裂）早后期有丝分裂）早后期 （有丝分裂）有丝分裂）晚后期晚后期 （有丝分裂）有丝分裂）末末 期期51 构成构成纤毛、鞭毛纤毛、鞭毛等细胞运动器官，参与等细胞运动器官，参与细胞运动细胞运动；（五）参与细胞运动（五）参与细胞运动52（六）细胞吞噬与融合（六）细胞吞噬与融合 巨噬细胞吞噬红细胞巨噬细胞吞噬红细胞红色红色箭头代表被吞噬红细胞的内质化；箭头代表被吞噬红细胞的内质化；蓝色蓝色箭头代表形成的吞噬体；箭头代表形成的吞噬体；紫色紫色星号代表微管组织中心星号代表微管组织中心53六、药物对微管的影响六、药物对微管的影响长春新碱长春新碱抑制纺锤丝形成，终止有丝分裂；抑制纺锤丝形成，终止有丝分裂；紫杉醇紫杉醇(taxol)(taxol)：结合到：结合到-微管蛋白上明显微管蛋白上明显增加微管的稳定性，抑制纺锤丝解聚，将细增加微管的稳定性，抑制纺锤丝解聚，将细胞阻断在胞阻断在M M期期54微管蛋白异二聚体有两个秋水仙素结合位点：微管蛋白异二聚体有两个秋水仙素结合位点：高亲和和低亲和结合位点。高亲和和低亲和结合位点。秋水仙素高浓度时，可结秋水仙素高浓度时，可结合到游离的微管蛋白二聚合到游离的微管蛋白二聚体体两个结合位点两个结合位点，降低其，降低其结合到微管末端的亲和力结合到微管末端的亲和力而而阻止微管聚合阻止微管聚合。秋水仙素低浓度时，可结秋水仙素低浓度时，可结合到游离的微管蛋白二聚合到游离的微管蛋白二聚体体高亲和力的位点高亲和力的位点上，上，二二聚体结合到微管两端，可聚体结合到微管两端，可阻止其他二聚体的加入与阻止其他二聚体的加入与丢失。丢失。55七、微管与医学七、微管与医学56原发性纤毛运动障碍（原发性纤毛运动障碍（PCD)纤毛超微毛超微结构具有特异的、先天的构具有特异的、先天的遗传缺陷缺陷导致的，致的，为常染色体常染色体隐性基因性基因遗传病。病。临床表床表现：鼻：鼻窦炎、支气管炎、内炎、支气管炎、内脏反反位、精子无运位、精子无运动。病因：病因：动位蛋白缺乏或异常位蛋白缺乏或异常5758阿尔茨海默病（阿尔茨海默病（AD）5960阿尔茨海默病（阿尔茨海默病（AD）阿阿尔茨海默病是一种茨海默病是一种进行性行性发展的致死性神展的致死性神经退行性疾退行性疾病。病。临床表床表现：认知和知和记忆功能不断功能不断恶化，日常生活能力化，日常生活能力进行性减退，并有各种神行性减退，并有各种神经精神症状和行精神症状和行为障碍。障碍。病因：病因：1、Tau蛋白假蛋白假说：认为过度磷酸化的度磷酸化的Tau蛋白影响了神蛋白影响了神经骨架微管蛋白的骨架微管蛋白的稳定性，从而定性，从而导致神致神经原原纤维缠结形形成，成，进而破坏了神而破坏了神经元及突触的正常功能，元及突触的正常功能，导致致递质运运输减少，突触减少，突触丧失。失。612、胆碱能学胆碱能学说：AD患者海患者海马和新皮和新皮质及及脑脊液中的脊液中的ACh的合成、的合成、释放、放、摄取等功能下降，胆碱乙取等功能下降，胆碱乙酰转移移酶(ChTA)显著减少，乙著减少，乙酰胆碱胆碱酯酶(AChE)活性下降活性下降 3、-淀粉淀粉样蛋白蛋白(-amylod，A)假假说：A蛋白蛋白AD患者患者脑组织内老年斑的主要内老年斑的主要组成成分成成分，A的生成与清除失的生成与清除失衡是衡是导致神致神经元元变性和痴呆的起始事件性和痴呆的起始事件。寡聚体。寡聚体A具具有神有神经毒性毒性。Down综合征患者因体内多一个合征患者因体内多一个淀粉淀粉样前体蛋白前体蛋白(amyloid precursor protein，APP)基因，基因，APP基因定位于基因定位于21q21，在早年就出，在早年就出现A沉沉积斑斑块，也，也从从侧面面证明了明了该假假说 62绿色显示为轴突中脱磷酸化的绿色显示为轴突中脱磷酸化的tau蛋白蛋白63癌症癌症 细胞生物学特征：运胞生物学特征：运动发生异常，侵生异常，侵润和和转移，微移，微丝、微管异常。、微管异常。64第第 二二 节节微丝微丝 (Microfilament(Microfilament，MF)MF)6566微丝组成微丝组成微丝（微丝（MicrofilamentMicrofilament，MFMF），又称肌动蛋白纤维），又称肌动蛋白纤维（Actin filamentActin filament），是指真核细胞中由肌动蛋白），是指真核细胞中由肌动蛋白（actin actin）组成，呈双股螺旋状，直径为）组成，呈双股螺旋状，直径为7nm7nm的骨的骨架纤维，主要分布在细胞质膜内侧。架纤维，主要分布在细胞质膜内侧。37nm67微丝微丝 (Microfilament(Microfilament，MF)MF)一、组成成分一、组成成分肌动蛋白肌动蛋白 二、微丝结构与组装二、微丝结构与组装 三、微丝结合蛋白三、微丝结合蛋白 四、微丝的功能四、微丝的功能 五、药物对微丝的影响五、药物对微丝的影响68 为为微丝的基本组成成分微丝的基本组成成分分类：分类：-、-和和-肌肌动蛋白动蛋白 真核细胞中含量最丰富，真核细胞中含量最丰富，不同物种中最为保守的蛋不同物种中最为保守的蛋白质之一白质之一在裂口处有一个在裂口处有一个ATPATP结合结合位点位点 一、肌动蛋白一、肌动蛋白 (actin)(actin)69exchange of ATP for ADP ATP ADP+Pi。The G-actin can exchange bound ADP for ATP.70肌动蛋白存在方式肌动蛋白存在方式游离状态游离状态球状肌动蛋球状肌动蛋白（白（globular actin,globular actin,G-actin)G-actin)微丝中微丝中纤维状肌动纤维状肌动蛋白（蛋白（filamentous filamentous actin,F-actin)actin,F-actin)，由球状肌动蛋白组成由球状肌动蛋白组成G-actinG-actinF-actinF-actinG-actinG-actin与与F-actinF-actin之之间可以相互转换间可以相互转换。71二、微丝的结构二、微丝的结构 两条肌两条肌动蛋白蛋白单链盘绕而成的双螺旋而成的双螺旋结构，构，直径直径约7nm7nm，螺距，螺距为37nm37nm。72肌动蛋白与微丝均有极性肌动蛋白与微丝均有极性肌动蛋白分子具有极性，有氨基和羧基的暴露一端为正端肌动蛋白分子具有极性，有氨基和羧基的暴露一端为正端（plus end），另一端则为负端另一端则为负端（minus end）。装配时呈头尾相连，故微丝也有极性。装配时呈头尾相连，故微丝也有极性。73三、微丝的组装三、微丝的组装装配过程装配过程:成核成核(nucleation)(nucleation)、延伸、延伸(elongation)(elongation)、稳定状态稳定状态(steady state)(steady state)。1、成核期（成核期（Nucleation phase)Nucleation phase)限速过程，又称延迟期。限速过程，又称延迟期。二聚体（不稳定）二聚体（不稳定）三聚体（核心形成）三聚体（核心形成）74ATP-actin 和和ADP-actinATP-actinATP-actin易于聚合，易于聚合，ATP-actinATP-actin浓度与其聚合速度浓度与其聚合速度成正比，聚合到微丝上后水解为成正比，聚合到微丝上后水解为ADP-actinADP-actin，ADP-ADP-actinactin易于从微丝上解聚下来易于从微丝上解聚下来。75生长期（生长期（Growth phase)2 2、ATP-actinATP-actin浓度高度高时，微，微丝两端都加两端都加 ATP-actinATP-actin，正极，正极-聚合快，聚合快，负极极-聚合慢，聚合慢，这样在正极在正极ATP-ATP-actinactin聚合的速度大于水解聚合的速度大于水解成成ADP-actinADP-actin的速度，的速度，形成形成ATPATP帽。帽。负极极-聚合慢，不形成聚合慢，不形成ATPATP帽。帽。这样微微丝延延长。76动态平衡（动态平衡（steady state）3 3、ATP-actinATP-actin浓度下降到一定的度下降到一定的临界界值，在，在正极聚合速度下降，仍在延正极聚合速度下降，仍在延长。而在。而在负极聚极聚合速度更慢，小于水解成合速度更慢，小于水解成ADP-actinADP-actin的速度，的速度，ADP-actinADP-actin暴露，暴露，负极解聚，并且极解聚，并且负极解聚速极解聚速度等于正极聚合速度，度等于正极聚合速度，微微丝长度不度不变。77踏车现象踏车现象(Treadmilling)(Treadmilling)当添加到正极的肌当添加到正极的肌动蛋白分子速率蛋白分子速率=从从负极上极上失去的速率，此失去的速率，此过程称程称为肌肌动蛋白踏蛋白踏车现象象(Treadmilling)(Treadmilling)78去组装去组装微丝缩短微丝缩短 ATP-actinATP-actin浓度度较低低时，在正极聚合速度在正极聚合速度小于小于水水解速度，此解速度，此时ATP-actin帽子不存在了，帽子不存在了，ADP-actin在正端暴露，正极也快速解聚，微在正端暴露，正极也快速解聚，微丝缩短。短。80体内组装的特点体内组装的特点体内装配时，微丝呈现出动态不稳定性，体内装配时，微丝呈现出动态不稳定性，主要取决于游离的主要取决于游离的G-G-actinactin单体浓度与单体浓度与F-actinF-actin结合的结合的ATPATP水解速度之间的关系水解速度之间的关系。-ATP-actinATP-actin:对纤维末端的对纤维末端的亲和力高亲和力高，使纤维延长；，使纤维延长；-当当ATPATP水解为水解为ADP+PiADP+Pi，ATP-actinATP-actinADP-actinADP-actin-ADP-actinADP-actin对纤维末端的对纤维末端的亲和力低亲和力低，易脱落，使纤维缩短。，易脱落，使纤维缩短。ATPATP帽帽:-ATP-actin:-ATP-actin浓度与其聚合速度浓度与其聚合速度成正比成正比，当，当ATP-ATP-actinactin浓度高时浓度高时,形成一连串的形成一连串的ATP-actinATP-actin，被称为，被称为ATPATP帽；帽；后部为后部为ADP-actinADP-actin。ADP-actinADP-actin从从F-actinF-actin脱落后，脱落后，其其ADPADP可可被被ATPATP置换置换，重新参加聚合。，重新参加聚合。81微管微管达因蛋白：达因蛋白：微丝组装中的微丝组装中的ATPATP的作用的作用A.ATP-actinA.ATP-actin高浓度时高浓度时ATP-capATP-cap形成形成B.ATP-actinB.ATP-actin低浓度时低浓度时ATP-capATP-cap消失消失82四、微丝结合蛋白四、微丝结合蛋白微丝结合蛋白影响微丝的形态、功能、组装和去组装，微丝结合蛋白影响微丝的形态、功能、组装和去组装，还能控制与其他细胞器的链接还能控制与其他细胞器的链接（一）肌动蛋白单体结合蛋白一）肌动蛋白单体结合蛋白 控制细胞内未聚合的肌动蛋白数量，同时也控制控制细胞内未聚合的肌动蛋白数量，同时也控制着结合到肌动蛋白上的核苷转换着结合到肌动蛋白上的核苷转换（二）肌动蛋白纤维加帽蛋白（二）肌动蛋白纤维加帽蛋白 与肌动蛋白纤维的倒刺端或突出端结合，抑制亚与肌动蛋白纤维的倒刺端或突出端结合，抑制亚单位聚合和解聚单位聚合和解聚（三）切断肌动蛋白纤维的蛋白（三）切断肌动蛋白纤维的蛋白（四）肌动蛋白纤维交联蛋白（四）肌动蛋白纤维交联蛋白 交联蛋白有两个肌动蛋白结合位点，能连接纤维交联蛋白有两个肌动蛋白结合位点，能连接纤维并稳定其组装。并稳定其组装。84（五）侧面蛋白（五）侧面蛋白 侧面结合蛋白稳定肌动纤维，并调节和肌球侧面结合蛋白稳定肌动纤维，并调节和肌球蛋白的相互作用蛋白的相互作用（六）衔接子蛋白（六）衔接子蛋白（adapter protein)adapter protein)动物和真菌细胞利用多结构域的蛋白质作动物和真菌细胞利用多结构域的蛋白质作为肌动蛋白和其他蛋白（特别是为肌动蛋白和其他蛋白（特别是Rho家族的家族的小小GTP结合蛋白和其他信号蛋白）的衔接子结合蛋白和其他信号蛋白）的衔接子蛋白，如蛋白，如WASP和和VASP85五、微丝的功能五、微丝的功能（一）维持细胞形态（一）维持细胞形态（二）与细胞运动有关（二）与细胞运动有关（三）胞质分裂（三）胞质分裂（四）参与肌肉收缩（四）参与肌肉收缩（五）参与受精作用（五）参与受精作用（六）参与物质运输（六）参与物质运输86 细胞皮层（细胞皮层（cell cell cortexcortex）细胞膜下由微）细胞膜下由微丝和各种微丝结合蛋白丝和各种微丝结合蛋白组成的网状结构。具有组成的网状结构。具有很高的动态性，与肌动很高的动态性，与肌动蛋白一起为细胞膜提供蛋白一起为细胞膜提供强度和韧度，维持细胞强度和韧度，维持细胞的形态。的形态。带状桥粒、微绒毛带状桥粒、微绒毛（一）维持细胞形态（一）维持细胞形态87 （二）（二）与细胞移动有关与细胞移动有关如胞质环流如胞质环流阿米巴运动，阿米巴运动，变皱运动变皱运动8889 （三）（三）胞质分裂胞质分裂胞质分裂的结构胞质分裂的结构模式图模式图90（四）参与肌肉收缩（四）参与肌肉收缩91（五）参与受精作用（五）参与受精作用92 （六）参与物质运输（六）参与物质运输93六、药物对微丝的影响六、药物对微丝的影响细胞松弛素细胞松弛素B（Cytochalasins B）：破坏微）：破坏微丝，结合在微丝末端阻抑肌动蛋白聚合。丝，结合在微丝末端阻抑肌动蛋白聚合。鬼笔环肽（鬼笔环肽（Phalloidin）：抑制解聚，与微）：抑制解聚，与微丝有强亲合力，使肌动蛋白纤维稳定。丝有强亲合力，使肌动蛋白纤维稳定。95 第三节第三节中间纤维中间纤维 (intermediate filament)(intermediate filament)96中间纤维的结构模式图中间纤维的结构模式图中间纤维在胞质中形成一中间纤维在胞质中形成一网状支架，赋予细胞强大网状支架，赋予细胞强大的机械强度，维持细胞的机械强度，维持细胞的形态坚固和功能，对的形态坚固和功能，对细胞的生命活动有重要细胞的生命活动有重要意义。意义。97 上皮中的角质纤维上皮中的角质纤维98中间纤维中间纤维一、中间纤维的分子结构一、中间纤维的分子结构二、中间纤维的类型二、中间纤维的类型三、中间纤维的组装和动态三、中间纤维的组装和动态四、中间纤维在特异性细胞中的表达四、中间纤维在特异性细胞中的表达五、中间纤维的分布和功能五、中间纤维的分布和功能99一、中间纤维的分子结构一、中间纤维的分子结构 两端是高度可两端是高度可变的非螺旋头部变的非螺旋头部和尾部和尾部 杆状结构域，由杆状结构域，由310个个卷曲螺旋残基组成。由卷曲螺旋残基组成。由3个非螺旋区隔开个非螺旋区隔开100一一.中间纤维的分子结构中间纤维的分子结构平行且对齐平行且对齐反向平行四聚体反向平行四聚体（原丝）（原丝）进一步组装进一步组装横切面上中间横切面上中间纤维有纤维有3232个蛋个蛋白单体白单体101二、中间纤维的类型二、中间纤维的类型 纤维类型纤维类型纤维类型纤维类型蛋白亚基蛋白亚基蛋白亚基蛋白亚基细胞定位细胞定位细胞定位细胞定位组织来源组织来源组织来源组织来源角蛋白纤维角蛋白纤维角蛋白纤维角蛋白纤维角蛋白，角蛋白，角蛋白，角蛋白，19-2219-2219-2219-22种多肽种多肽种多肽种多肽细胞质细胞质细胞质细胞质上皮细胞上皮细胞上皮细胞上皮细胞波形纤维波形纤维波形纤维波形纤维波形纤维蛋白，波形纤维蛋白，波形纤维蛋白，波形纤维蛋白，一种多肽一种多肽一种多肽一种多肽细胞质细胞质细胞质细胞质间间间间质质质质细细细细胞胞胞胞和和和和中中中中胚胚胚胚层来源的细胞层来源的细胞层来源的细胞层来源的细胞结蛋白纤维结蛋白纤维结蛋白纤维结蛋白纤维结蛋白，结蛋白，结蛋白，结蛋白，一种多肽一种多肽一种多肽一种多肽细胞质细胞质细胞质细胞质肌细胞肌细胞肌细胞肌细胞神经元纤维神经元纤维神经元纤维神经元纤维神经元纤维蛋白，三种多肽神经元纤维蛋白，三种多肽神经元纤维蛋白，三种多肽神经元纤维蛋白，三种多肽细胞质细胞质细胞质细胞质神经元神经元神经元神经元神经胶质纤维神经胶质纤维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，胶质纤维酸性蛋白，胶质纤维酸性蛋白，一种多肽一种多肽一种多肽一种多肽细胞质细胞质细胞质细胞质神经胶质细胞神经胶质细胞神经胶质细胞神经胶质细胞核纤层核纤层核纤层核纤层核核核核纤纤纤纤层层层层蛋蛋蛋蛋白白白白（laminalaminalaminalamina 、），），），），细胞核细胞核细胞核细胞核大部分细胞大部分细胞大部分细胞大部分细胞102胶质纤维酸性蛋白（胶质纤维酸性蛋白（glia fibrillary glia fibrillary acidic proteinacidic protein，GFAPGFAP）103三、中间纤维的组装和稳定性三、中间纤维的组装和稳定性helical array of tetramers,made up of 8 protofilaments or 16 heterodimerstwo tetramers packed together104中等纤维的组装中等纤维的组装各型各型IF的蛋白分子，先以的蛋白分子，先以平行且相互平行且相互对齐的方式形成的方式形成双股超螺旋双股超螺旋二聚体二聚体(coiled-coil dimer)二聚体再以二聚体再以反向平行的方式反向平行的方式组装成四聚体装成四聚体(tetromer)，决定了中等决定了中等纤维无极性。四聚体是中等无极性。四聚体是中等纤维的基本的基本结构构单位，首尾相接形成位，首尾相接形成原原纤维。8根原根原纤维相互相互缠围拢，形成中等，形成中等纤维。因此在中等因此在中等纤维的横断面可的横断面可见32个蛋白个蛋白单体。体。105中间纤维的稳定性中间纤维的稳定性 IFIF的化学组成非常稳定，可以抵抗极端的化学组成非常稳定，可以抵抗极端温度、高盐和去垢剂的溶解作用温度、高盐和去垢剂的溶解作用IFIF蛋白亚单位的磷酸化会对多聚体的组蛋白亚单位的磷酸化会对多聚体的组装和动态变化产生很大的影响装和动态变化产生很大的影响磷酸化增加神经纤维蛋白的稳定性磷酸化增加神经纤维蛋白的稳定性106四、中间纤维在特殊细胞中的表达四、中间纤维在特殊细胞中的表达 不同类型的中间纤维严格地分布在不同不同类型的中间纤维严格地分布在不同类型的细胞中类型的细胞中,可以根据中间纤维的种类可以根据中间纤维的种类区分区分:癌癌:细胞角质蛋白细胞角质蛋白;肌肉瘤肌肉瘤:结蛋白；结蛋白；非肌肉瘤：波形纤维蛋白；非肌肉瘤：波形纤维蛋白；神经胶质瘤：神经胶质纤维酸性蛋白；神经胶质瘤：神经胶质纤维酸性蛋白；107五、中间纤维的分布和功能五、中间纤维的分布和功能(一一一一)中间纤维提供细胞的机械强度作用中间纤维提供细胞的机械强度作用中间纤维提供细胞的机械强度作用中间纤维提供细胞的机械强度作用(二二二二).).).).中间纤维维持细胞和组织完整性的作用中间纤维维持细胞和组织完整性的作用中间纤维维持细胞和组织完整性的作用中间纤维维持细胞和组织完整性的作用(三三三三).).).).中间纤维与中间纤维与中间纤维与中间纤维与DNADNADNADNA复制有关复制有关复制有关复制有关108 在细胞内的网状结构在细胞内的网状结构维持细胞器的空间定位维持细胞器的空间定位增强细胞的机械强度增强细胞的机械强度109(二二)中间纤维维持细胞和组织完整性的作用中间纤维维持细胞和组织完整性的作用 中间纤维结构破坏中间纤维结构破坏,细胞连接破裂细胞连接破裂110(二)中间纤维维持细胞和组织完整性的作用遗传性疾病单纯性大泡性表皮松懈症遗传性疾病单纯性大泡性表皮松懈症:表达有缺陷的表达有缺陷的细胞角质蛋白细胞角质蛋白,轻微挤压使基底细胞破坏轻微挤压使基底细胞破坏,出现水疱出现水疱核纤层蛋白在其它蛋白的协助下核纤层蛋白在其它蛋白的协助下核纤层蛋白在其它蛋白的协助下核纤层蛋白在其它蛋白的协助下,与染色体结合与染色体结合与染色体结合与染色体结合,结结结结合点可能是核基质粘附点合点可能是核基质粘附点合点可能是核基质粘附点合点可能是核基质粘附点,DNA,DNA复制位点和端粒复制位点和端粒复制位点和端粒复制位点和端粒(三三)中间纤维与中间纤维与DNADNA复制有关复制有关MFMTIF单体单体肌动蛋白肌动蛋白 -微管蛋白微管蛋白杆状蛋白杆状蛋白结合核苷酸结合核苷酸ATPGTP纤维直径纤维直径7nm25nm10nm结构结构双股螺旋实心双股螺旋实心纤维纤维13根原纤维构根原纤维构成的空心管纤成的空心管纤维维32个单体构成个单体构成的多股螺旋实的多股螺旋实心纤维心纤维极性极性有有有有无无结合蛋白结合蛋白肌球蛋白肌球蛋白动力蛋白驱动动力蛋白驱动蛋白蛋白特异性药物特异性药物细胞松弛素细胞松弛素鬼笔环肽鬼笔环肽秋水仙素秋水仙素长春新碱长春新碱113114中心粒中心粒中心体：是中心体：是动物物细胞中决定微管形成的一种胞中决定微管形成的一种细胞器，包括中心粒和中心球；在胞器，包括中心粒和中心球；在细胞分胞分裂裂间期，位于期，位于细胞核的附近，在分裂期，胞核的附近，在分裂期，位于位于细胞的两极。胞的两极。115 微管微管组织中心中心（microtubule organizing center,MTOC）微管聚合从特异性的核心形成位点开始，主要是微管聚合从特异性的核心形成位点开始，主要是中心体、鞭毛和中心体、鞭毛和纤毛的基体等，提供了毛的基体等，提供了细胞内胞内微管微管组装的核心，称装的核心，称为微管微管组织中心。中心。MTOC处微管蛋白以微管蛋白以环状的状的球蛋白复合体球蛋白复合体为模板模板核化，核化，负端附着于端附着于MTOC上开始生上开始生长，延，延长或或缩短短发生在正端。生在正端。MTOC116 BB.B.中期细胞骨架中期细胞骨架纺锤体纺锤体A.A.间期细胞骨架间期细胞骨架 117118119中心粒是中空的短中心粒是中空的短圆柱状柱状结构，成构，成对存在且存在且相互垂直排列。相互垂直排列。由九由九组三三联管管环列而成，列而成，倾斜排列。斜排列。中心粒周中心粒周围充充满电子密度高的基子密度高的基质，含有，含有 微管蛋白。微管蛋白。中心粒的形态结构中心粒的形态结构120组装微管，形成鞭毛和装微管，形成鞭毛和纤毛，参与毛，参与细胞分裂。胞分裂。中心粒有中心粒有ATP酶，为细胞运胞运动和染色体移和染色体移动提供能量。提供能量。中心粒的功能中心粒的功能 Q-LINK2121纤毛和鞭毛都是微管形成的毛和鞭毛都是微管形成的细胞特化胞特化结构，构，通常将少而通常将少而长的称鞭毛（的称鞭毛（flagellae），短），短而多的称而多的称纤毛毛(cilia)。纤毛和鞭毛及其运动纤毛和鞭毛及其运动122123纤毛和鞭毛纤毛和鞭毛的结构的结构顶部：微管不全，常少于部：微管不全，常少于9 9组。轴丝：9 92 22(2(中央两根中央两根单管，周管，周围9 9组二二联管：管：亚微管微管A A、亚微管微管B B）基体：基体：9 93 30(0(中央两根中央两根单管消失周管消失周围9 9组3 3联管管)124动力蛋白动力蛋白动力蛋白的结构：动力蛋白的结构：头部为一个大的球形结构域，头部为一个大的球形结构域，尾部为一个小的球形结构域，尾部为一个小的球形结构域，中间通过一个杆部相连。中间通过一个杆部相连。动力蛋白移向微管负极。动力蛋白移向微管负极。125基部同基部同A管相连管相连。头部同相邻的头部同相邻的B管相连。管相连。头部具有头部具有ATP结合位点，能够水解结合位点，能够水解ATP，促使动，促使动 力蛋白沿相邻力蛋白沿相邻B微管向负段移动。微管向负段移动。纤毛和鞭毛的运动纤毛和鞭毛的运动126动力蛋白动力蛋白ADP+Pi释放，动力蛋白头部角度滑动改变。释放，动力蛋白头部角度滑动改变。新结合新结合ATP使动力蛋白头部与使动力蛋白头部与B管脱离。管脱离。ATP水解，动力蛋白头部角度复原。水解，动力蛋白头部角度复原。动力蛋白头部再次与动力蛋白头部再次与B管结合，开始新的循环。管结合，开始新的循环。128复习题复习题细胞骨架和微