细胞骨架作用机理.pptx

CytoCytoskeletonskeleton细胞骨架细胞骨架：真核细胞中的蛋白纤维立体网架体系。狭义狭义：指细胞质骨架：微丝microfilament、微管microtubule、中间丝intemediate filament 广义广义：核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架、细胞外基质特点特点：弥散性、整体性、变动性功能功能：维持细胞形态，保持细胞内部结构的有序性细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递、细胞分裂、基因表达、细胞分化概概 述述MicrotubulesMicrofilamemtsIntermediate filamentsLow-magnificationimageofepithelialcellsstainedtoshowactin(inred),microtubules(ingreen)andDNA(inblue).Notethefourroundedcellsundergoingcelldivision.Cytoskeletonofaculturedepithelialcell.Microtubulesareshowningreen,actinisshowninredandDNAisinblue.ImagebySteveRogers.(FluorescenceMicroscope)细细细细 胞胞胞胞 骨骨骨骨 架架架架微管微管微管微管微丝微丝微丝微丝中间纤维中间纤维中间纤维中间纤维线粒体线粒体核糖体核糖体内质网内质网微丝确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩。微丝确定细胞表面特征，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。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。中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。The three types of protein第一节 微管microtubule,MTmicrotubule,MT微管普遍存在于真核细胞的胞质中，分布于核周围，呈放射状向四周扩散。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。Afluorescentlystainedimageofculturedepithelialcellsshowingthenucleus(yellow)andmicrotubules(red)光镜下黄色荧光显示微管 光镜下的微管电镜下的微管真核细胞中微管真核细胞中微管所处的三种位置。所处的三种位置。特点和功能特点和功能：存在于所有真核细胞的细胞质中；是真核细胞特有的保守性结构；出现于细胞周期特定时刻或某一特定发育过程。在不同细胞有相同形态。是一种动态结构，通过其亚单位的装配和去装配能适应细胞的变化。呈网状或束状分布,与其他蛋白装配成纺锤体、中心粒、鞭毛、纤毛、轴突和神经管等结构，参与细胞形态的维持，细胞内运动和细胞分裂。一、分子结构一、分子结构形态结构：形态结构：是由微管蛋白二聚体装配成的长管状细胞器结构，大小均匀一致，外径25nm，内径15nm，微管壁由13条原纤维螺旋盘绕一周构成。SingletSingletDoubleDoubleTripletABABCIn cilia and flagellaIn centrioles and basal bodies微管有单管、二联管和三联管三种存在形式。微管有单管、二联管和三联管三种存在形式。二、微管的化学组成二、微管的化学组成化学组成化学组成：微管蛋白和微管相关蛋白。（一）微管蛋白tubulin微管蛋白和微管蛋白(球形酸性蛋白)是装配成微管的基本亚单位。三级结构相似，能紧密联结在一起形成异二聚体，在进化上高度保守。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。二、微二、微管相关蛋白管相关蛋白microtubule associated proteins,MAPs1.1.概念：概念：2.MAP2.MAP由两个区域组成：由两个区域组成：(1)(1)碱性的微管结合结碱性的微管结合结构域构域 (2)(2)酸性的突出结构域酸性的突出结构域I型：MAP1；分布于神经细胞的轴突和树突中，在其他非神经细胞中也有。II型：MAP2，存在于树突 MAP4，存在于神经细胞核非神经细胞 Tau，存在于轴突和树突MAPs可与其它细胞组分（如微管束、中间纤维、质膜）结合。3 3.种类：种类：4.4.功能：功能：促进微管组装。增加微管稳定性。促进微管聚集成束。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。成核期（延迟期）：成核期（延迟期）：和和和和 微管蛋白聚合成短微管蛋白聚合成短微管蛋白聚合成短微管蛋白聚合成短 的寡聚体，核心形成。的寡聚体，核心形成。的寡聚体，核心形成。的寡聚体，核心形成。聚合期（延长期）：聚合期（延长期）：微管蛋白聚合速度大于微管蛋白聚合速度大于微管蛋白聚合速度大于微管蛋白聚合速度大于 解聚速度，为微管延长。解聚速度，为微管延长。解聚速度，为微管延长。解聚速度，为微管延长。稳定期（平衡期）：稳定期（平衡期）：微管蛋白浓度达到临界浓度，微管蛋白浓度达到临界浓度，微管蛋白浓度达到临界浓度，微管蛋白浓度达到临界浓度，微管的组装与去组装速度相等。微管的组装与去组装速度相等。微管的组装与去组装速度相等。微管的组装与去组装速度相等。三、微管的装配三、微管的装配微管的组装分三个时期：微管的组装分三个时期：（一）微管组织中心是微管装配的起始点（一）微管组织中心是微管装配的起始点1、微管组织中心、微管组织中心microtubule organizing center,MTOCs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。vMT are nucleated by a protein complex containing -tubulinThecentrosomeisthemajorMTOCofanimalcells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。（二）微管的体外组装（二）微管的体外组装1.1.1.1.微管的组装微管的组装微管的组装微管的组装：条件条件条件条件：微管蛋白浓度、：微管蛋白浓度、：微管蛋白浓度、：微管蛋白浓度、GTPGTP、37373737、pH6.9pH6.9。微管的装配过程2.微管组装微管组装动态不稳定性模型动态不稳定性模型(1)GTP-微管蛋白微管蛋白与微管末端亲和性与微管末端亲和性与微管末端亲和性与微管末端亲和性大大大大微管蛋白聚集。微管蛋白聚集。微管蛋白聚集。微管蛋白聚集。(2)GDP-微管蛋白微管蛋白与微管末端亲和性与微管末端亲和性与微管末端亲和性与微管末端亲和性小小小小微管蛋白解聚。微管蛋白解聚。微管蛋白解聚。微管蛋白解聚。GTP微管蛋白GDP微管蛋白(3)(3)当当GTP-GTP-微管蛋白的组装速度大微管蛋白的组装速度大于于GTPGTP的水解速度时，形成一的水解速度时，形成一GTPGTP帽帽,微管延长。微管延长。(4)(4)(4)(4)随着随着随着随着GTP-GTP-GTP-GTP-微管蛋微管蛋微管蛋微管蛋白浓度下降，不稳定白浓度下降，不稳定白浓度下降，不稳定白浓度下降，不稳定性。性。性。性。GTP微管蛋白GDP微管蛋白The function of GTP-tubulin capGTPhydrolysisisnotrequiredformicrotubuleassembly，WHY？（三）微管的体内组装（三）微管的体内组装 1.细胞内微管组装的特点：随细胞周期和生理 状况处于动态变化之中，频率高于体外。2.-微管蛋白环形复合体存在微管组织中心。（四）影响微管组装的因素四）影响微管组装的因素 1.1.促进微管组装的因素：促进微管组装的因素：微管蛋白浓度高于微管蛋白浓度高于微管蛋白浓度高于微管蛋白浓度高于CcCc、3737、GTPGTP和和和和MgMg2+2+存在时，微管组装；存在时，微管组装；存在时，微管组装；存在时，微管组装；2.2.抑制微管组装的因素：抑制微管组装的因素：微管蛋白浓度低于微管蛋白浓度低于CcCc，低于低于4 4、高高CaCa2+2+，微管解聚；，微管解聚；3.3.药物：药物：紫杉醇：紫杉醇：促进微管的组装。促进微管的组装。秋水仙素秋水仙素、长春花碱：长春花碱：抑制微管的组装。抑制微管的组装。Antimitosis drugs（一）、微管构成细胞内的网状支架，支持和维持细（一）、微管构成细胞内的网状支架，支持和维持细（一）、微管构成细胞内的网状支架，支持和维持细（一）、微管构成细胞内的网状支架，支持和维持细胞的形态。胞的形态。胞的形态。胞的形态。微管具有一定的微管具有一定的微管具有一定的微管具有一定的强度，强度，强度，强度，能够能够能够能够抗压抗压抗压抗压和抗弯曲，和抗弯曲，和抗弯曲，和抗弯曲，给细胞给细胞给细胞给细胞提供机械支持力。提供机械支持力。提供机械支持力。提供机械支持力。五、微管的功能维持细胞的形态固定与支持细胞器的位置红色显示微丝绿色显示微管在细胞内，微管作为内物质运输的轨道。在细胞内，微管作为内物质运输的轨道。具体功能由具体功能由马达蛋白马达蛋白（motor protein ）：主要分为三类主要分为三类:1.1.1.1.动力蛋白（动力蛋白（动力蛋白（动力蛋白（cytoplasmic dynein cytoplasmic dynein）2.2.2.2.驱动蛋白驱动蛋白驱动蛋白驱动蛋白(kinesin)kinesin)3.3.肌球蛋白（肌球蛋白（肌球蛋白（肌球蛋白（myosin)myosin)将物质沿微丝运输将物质沿微丝运输将物质沿微丝运输将物质沿微丝运输（二）、微管参与细胞内物质运输将物质沿微管运输将物质沿微管运输 1.1.驱动蛋白驱动蛋白kinesin超家族：超家族：结构：结构：两个球形的头部：具有两个球形的头部：具有ATPATP活性，水解活性，水解ATPATP产产生能量，与微管结合；尾部与被转运分子结合。生能量，与微管结合；尾部与被转运分子结合。方向性方向性：由微管的负端向正端：由微管的负端向正端，蛋白的运动是一步一，蛋白的运动是一步一步地进行的。步地进行的。2.微管动力蛋白（cytoplasmic dynein）超家族由微管的正端向负端运动由微管的正端向负端运动 动力蛋白通过可溶的多亚基蛋白复合体与被运输物结合动力蛋白通过可溶的多亚基蛋白复合体与被运输物结合 多亚基蛋白多亚基蛋白动力蛋白动力蛋白驱动蛋白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：推动染色体的分离、驱动鞭毛的运动、向着微管（-）极运输小泡。驱动蛋白动力蛋白沿微管运输的马达蛋白沿微管运输的马达蛋白+（三）微管维持细胞器的定位和分布线粒体的分布与微管相伴随。游离核糖体附着于微管和微丝的交叉点上。（四）微管参与染色体的运动，调节细胞分裂 微管是构成有丝分裂器的主要成分。染色体微管是构成有丝分裂器的主要成分。染色体的分裂和位移与的分裂和位移与微管马达蛋白微管马达蛋白有关。有关。有丝分裂时，微管形成纺锤体，牵引染色体到达分裂极有丝分裂时，微管形成纺锤体，牵引染色体到达分裂极1.形成纺锤体。2.形成鞭毛和纤毛结构：由基体和鞭杆两部分构成；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。纤毛杆部质膜轴丝ABABABABABABABABABC2C19X2+2二联体微管中央微管中央鞘（内鞘）外臂内臂动力蛋白BA辐条头辐条管间连接丝第三节 中间纤维直径10nm左右，介于微丝和微管之间，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。intermediatefilaments，IFKeratinfilamentsofepithelialcellsaretightlyanchoredtotheplasmamembranesatdesmosmesandhemidesmosomes一、类一、类 型型分5类：角角蛋蛋白白、结结蛋蛋白白、胶胶质质原原纤纤维维酸酸性性蛋蛋白白、波形纤维蛋白、神经纤丝蛋白波形纤维蛋白、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留源细胞的IF。（一）角蛋白（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（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。（三三）胶胶质质原原纤纤维维酸酸性性蛋蛋白白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。（四四）波波形形纤纤维维蛋蛋白白vimentin，存在于间充质细胞及中胚层来源的细胞中。（五五）神神经经纤纤丝丝蛋蛋白白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。二、结构与装配二、结构与装配（一）结构（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。intemediate filaments，IF（二）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。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已知的IFAPs约15种左右，分别与特定的中间纤维结合，如：flanggrin、Plectin、Ankyrin特点：具有细胞特异性胞质骨架三种组分的比较胞质骨架三种组分的比较