第11章细胞骨架1.ppt

Chapter11cytoskeleton,微丝（microfilament）、微管microtubule）和中间纤维（intemediatefilament）构成。均由单体蛋白以较弱的非共价键结合在一起，构成纤维型多聚体。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膜泡运输的导轨。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、细胞外基质。,11.1Microfilament,微丝MF,又称肌动蛋白纤维actinfilament，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维持细胞形态，参与细胞运动，参与肌肉收缩,Microfilaments,actin单体外观呈哑铃形，称球形肌动蛋白G-actin；多聚体称为纤维形肌动蛋白F-actin。每条微丝由二股螺旋状的丝相互盘绕而成。每条丝由肌动蛋白单体头尾相连呈螺旋状排列而成。actin在进化上高度保守，酵母和兔子肌肉的肌动蛋白有88%的同源性。肌动蛋白要经过翻译后修饰，如N-端乙酰化或组氨酸残基的甲基化。,分子结构,微丝的装配,组装过程：2-3个actin聚集成一个核心（核化）；ATP-actin分子向核心两端加合。微丝具有极性，ATP-actin加到(+)极的速度要比加到(-)极的速度快5-11倍。,组装的条件,当溶液中含有适当浓度的钙离子，而钠离子和钾离子的浓度很低时，微丝趋向于解聚。当溶液中含有ATP、镁离子以及较高浓度钠离子和钾离子时，G-actin趋向于组装成微丝。组装时，正极组装速度比负极快。ATP-G-actin处于临界浓度时，微丝组装和去组装达到平衡。此时称踏车行为。解聚时，正极解聚的速度比负极更快。,F-actin,G-actin,ATPCaNaK,MgNaK,微丝结合蛋白MAP,肌肉收缩相关蛋白非肌肉收缩相关蛋白,肌肉的组成,由肌原纤维组成，肌原纤维包括粗肌丝和细肌丝，粗肌丝主要成分是肌球蛋白，细肌丝的主要成分是肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白。肌肉收缩的基本单位是肌小节（sarcomere）。肌小节是相邻两Z线间的单位。主要结构有：A带（暗带）：为粗肌丝所在。H区：A带中央色浅部份，此处只有粗肌丝。I带（明带）：只含细肌丝部分。Z线：细肌丝一端游离，一端附于Z线,肌肉收缩,粗肌丝与细肌丝的相对滑动,肌球蛋白（myosin）,（一）属于马达蛋白，趋向微丝的（+）极。已知15类（myosinI-XV）。MyosinII构成粗肌丝。由2个重链和4个轻链组成，外观具有两个球形的头和一个螺旋化的干，头部有ATP酶活性。MyosinV结构类似myosinII，但重链有球形尾部。MyosinI由一个重链和两个轻链组成。MyosinI、II、V都存在于非肌细胞中，II型参与形成应力纤维和胞质收缩环，I、V型结合在膜上与膜泡运输有关。,?,MyosinII,Myosinsuperfamilytree,（二）原肌球蛋白（tropomyosin.Tm）每个Tm的长度相当于7个肌动蛋白，呈长杆状。组成两条平行纤维，位于肌动蛋白双螺旋的沟中，主要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（三）肌钙蛋白（troponin,Tn），肌钙蛋白C特异地与钙结合肌钙蛋白T与原肌球蛋白有高度亲和力肌钙蛋白I抑制肌球蛋白的ATP酶活性，主要作用是调节肌肉收缩。,微丝功能,肌肉收缩(重点讲解),微绒毛,应力纤维，顶体反应,胞质环流和阿米巴运动,肌肉收缩,粗肌丝与细肌丝的相对滑动,肌球蛋白结合ATP，引起头部与肌动蛋白纤维分离；ATP水解，引起头部与肌动蛋白弱结合；,肌肉的收缩,Pi释放，头部与肌动蛋白强结合，头部向M线方向弯曲，引起细肌丝向M线移动；ADP释放ATP结合上去，头部与肌动蛋白纤维分离。如此循环,Myosinmoveglidemodel,Cytoplasmicstreaming,microfilamentandcytoplasmstream,Microfilamentandcellshapechange,作用于微丝的药物：,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，特异性的抑制微丝功能。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。,11.2Microtubule,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。,微管的化学组成,由-微管蛋白和-微管蛋白组成，其中-微管蛋白有一个GTP结合位点，结合的GTP从不水解或进行GDP与GTP的交换。微管蛋白也有一个GTP结合位点，结合GTP可以水解，也可以进行GDP与GTP的交换.此外，它还有一个二价阳离子结合位点、一个秋水仙素结合位点和一个长春花碱结合位点。,11.2.1微管结构,分子结构,微管是由13条原纤维构成的中空管状结构，直径2225nm。每一条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成微管蛋白二聚体由结构相似的和球蛋白构成。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。,11.2.2微管装配,11.2.2微管装配,Treadingmilling,Stabilityfactor,微管具有极性，(+)极生长速度快，(-)极生长速度慢。(+)极的最外端是球蛋白，(-)极的最外端是球蛋白。微管和微丝一样具有踏车行为。微管形成的有些结构是比较稳定，是由于微管结合蛋白的作用和酶修饰的原因。如轴突、纤毛、鞭毛。大多数微管处于动态组装和去组装状态（如纺锤体）。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,微管组装和去组装,体外组装实验条件：GTP、镁离子和EDTA。过程：1)成核反应-原纤丝组装-片状结构的形成-合拢成短的微管-微管的延长2)微管的GTP帽和GDP帽以及微管的踏车行为与微丝的类似。细胞内微管的组装：在时间和空间上高度有序。微管的组装起始于特定的结构或区域（例如，中心体、基体、植物细胞两极特定的区域等）。,微管组织中心,microtubuleorganizingcenter,MTOCs是微管进行组装的区域，都具有微管球蛋白，微管蛋白在中心体的无定型致密周质中呈螺旋状排列形成一个开放的环形结构，-微管蛋白异二聚加到环上启动微管的装配。动物细胞的中心体、基体,基体和中心粒是同源结构。植物细胞两极特定的区域等。,微管的动力学性质,在细胞周期中，细胞内的微管经历着动态组装和去组装，在间期和分裂期，其分布或组织形式存在很大的差异。不同部位的微管其稳定性差异很大。因此细胞内的微管又可以分为稳定微管和不稳定微管两类。,11.2.3微管结合蛋白，MAPs）,MAP分子至少包含一个结合微管的结构域和一个向外突出的结构域。突出部位伸到微管外与其它细胞组分（如微管束、中间纤维、质膜）结合。主要功能：促进微管组装。增加微管稳定性。促进微管聚集成束。,11.2.4微管功能,维持形态细胞运输纤毛和鞭毛纺锤体与染色体运动中心体和基粒,微管对细胞结构的组织作用微管与细胞器的分布以及细胞的形态发生与维持有很大的关系。例如，微管参与神经元细胞轴突和树突的形成及其物质运输。细胞内依赖于微管的物质运输细胞内依赖于微管的物质运输需要驱动蛋白或胞质动力蛋白参与。驱动蛋白能介导膜泡沿微管向微管正极的方向移动。胞质动力蛋白能介导膜泡沿微管向微管负极的方向移动。,细胞内运输是胞内物质运输的路轨。涉及两大类马达蛋白：驱动蛋白kinesin，动力蛋白dyenin，均需ATP供能。Kinesin能向着微管（+）极运输小泡。Dynein向着微管（-）极运输小泡,CentrosomeAnimanlMTOC,Duringcelldivision,theduplicatedcentrosomehelpstoorganizethemitoticspindle.,直径11nm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。,11.3中间纤维,Themajorcategoriesofintermediatefilament,？,分为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中间纤维，少数含有2种以上。,中间丝的主要类型和组成成分,I型和II型角蛋白中间丝：以异源二聚体形式参与中间丝的组装，分布于上皮细胞内。III型中间丝：波形蛋白、结蛋白、胶质纤维酸性蛋白和外周蛋白。IV型中间丝：3种神经丝蛋白亚基和-介连蛋白。V型中间丝:核纤层蛋白VI型中间丝:巢蛋白和微管卷曲蛋白。,由螺旋化杆状区，以及两端非螺旋化的球形头（N端）尾（C端）部构成。杆状区高度保守，由螺旋1和螺旋2构成，每个螺旋区还分为A、B两个亚区。,中间纤维,Intermediatefilamentassemble,过程：两个单体形成超螺旋二聚体（角蛋白为异二聚体）；两个二聚体反向平行组装成四聚体；四聚体组成原纤维；4根原纤维组成中间纤维。特点：IF没有极性；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。,相关蛋白,功能,Ittakepartincell-celljunction,中间纤维的功能,角蛋白丝参与桥粒和半桥粒的形成。支撑作用。参与细胞的分化结蛋白是肌肉Z盘的重要结构组分。,Themajorcategoriesofintermediatefilament,？,11.3.5,