细胞骨架与细胞的运动.ppt

医学细胞生物学第七章第七章 细胞骨架与胞骨架与细胞的运胞的运动Cytoskeleton医学细胞生物学细胞骨架胞骨架细胞骨架是在真核胞骨架是在真核细胞胞发现的蛋白的蛋白纤维网网络。为细胞提供胞提供结构的支持，并使构的支持，并使细胞器，胞器，染色体和染色体和细胞自身能直接运胞自身能直接运动。细胞骨架的基本胞骨架的基本组件有件有 3种种:微管微管,微微丝和中和中间丝（纤维）。医学细胞生物学细胞骨架胞骨架医学细胞生物学细胞骨架胞骨架医学细胞生物学第一第一节 微管微管由微管蛋白和微管由微管蛋白和微管结合蛋白合蛋白组成的中空成的中空圆柱状柱状结构构存在于存在于细胞胞质中中控制膜性控制膜性细胞器定位及胞器定位及细胞内物胞内物质运运输；参与装配鞭毛、参与装配鞭毛、纤毛、中心体、毛、中心体、纺锤体等，体等，影响影响细胞运胞运动、细胞分裂和胞分裂和细胞形胞形态维持持医学细胞生物学第一第一节 微管微管一、微管蛋白与微管一、微管蛋白与微管的的结构构,二聚体构成原二聚体构成原纤维13根原根原纤维成成环动态合成，具有极性合成，具有极性三种形式的微管三种形式的微管医学细胞生物学第一第一节 微管微管医学细胞生物学第一第一节 微管微管二、微管二、微管结合蛋白：合蛋白：与微管表面相与微管表面相结合合参与微管的装配参与微管的装配由碱性的微管由碱性的微管结合区合区域和酸性的突出区域域和酸性的突出区域构成构成包括包括MAP-1,MAP-2,tau,MAP-4分布不同，功能不同分布不同，功能不同tau and MAP-2 distribution医学细胞生物学微管的微管的组装装延迟期延迟期延迟期延迟期聚合期聚合期聚合期聚合期稳定期稳定期稳定期稳定期又称又称又称又称成核期成核期成核期成核期，由，由，由，由 、微管蛋白聚合成寡聚体核心，微管蛋白聚合成寡聚体核心，微管蛋白聚合成寡聚体核心，微管蛋白聚合成寡聚体核心，接着二聚体在其两端和侧面增加使之扩展成片状接着二聚体在其两端和侧面增加使之扩展成片状接着二聚体在其两端和侧面增加使之扩展成片状接着二聚体在其两端和侧面增加使之扩展成片状带，加宽成带，加宽成带，加宽成带，加宽成13131313根原纤维即构成一段微管。根原纤维即构成一段微管。根原纤维即构成一段微管。根原纤维即构成一段微管。又称又称又称又称延长期延长期延长期延长期，该期微管蛋白聚合速度大于解聚，该期微管蛋白聚合速度大于解聚，该期微管蛋白聚合速度大于解聚，该期微管蛋白聚合速度大于解聚速度，微管延长。速度，微管延长。速度，微管延长。速度，微管延长。又称又称又称又称平衡期平衡期平衡期平衡期，微管的聚合和解聚速度相等。，微管的聚合和解聚速度相等。，微管的聚合和解聚速度相等。，微管的聚合和解聚速度相等。微管的聚合从特异性核心形成位点开始，主要是中微管的聚合从特异性核心形成位点开始，主要是中微管的聚合从特异性核心形成位点开始，主要是中微管的聚合从特异性核心形成位点开始，主要是中心体和纤毛的基体，称为心体和纤毛的基体，称为心体和纤毛的基体，称为心体和纤毛的基体，称为微管组织中心（微管组织中心（微管组织中心（微管组织中心（MTOCMTOC）。医学细胞生物学第一第一节 微管微管1.成核成核从位于中心体和从位于中心体和纤毛的基体毛的基体处微管微管组织中中心开始心开始g g-微管蛋白复合体影响成核及微管从中心微管蛋白复合体影响成核及微管从中心粒上粒上释放放医学细胞生物学第一第一节 微管微管医学细胞生物学第一第一节 微管微管Aster医学细胞生物学第一第一节 微管微管MTOC家族：家族：生生长期期 G 期期 MTOC 中中心体心体(动态微管微管)分裂分裂细胞的胞的 MTOC 有有丝分裂分裂纺锤体体 (动态微管微管)鞭毛和鞭毛和纤毛毛 MTOC 基基体体(永久性永久性结构构)医学细胞生物学第一第一节 微管微管中心体中心体医学细胞生物学第一第一节 微管微管2.聚合（延聚合（延长）：）：在体外需要在体外需要GTP,微管蛋白二聚体，适当的温度微管蛋白二聚体，适当的温度,pH和离子和离子浓度度环境境GTP帽能帽能稳定定结构，促构，促进合成。合成。GDP帽帽则反之反之踏踏车运运动医学细胞生物学踏踏车运运动医学细胞生物学影响微管聚合与解聚的因素1.1.温度温度：温度超过温度超过2020利于组装，低于利于组装，低于44引起分解。引起分解。2.2.药物药物：秋水仙素秋水仙素和和长春花碱长春花碱促分解，促分解，紫紫杉酚杉酚促组装。促组装。3.3.离子离子：CaCa2+2+低时促进组装，高时引起分解。低时促进组装，高时引起分解。医学细胞生物学第一第一节 微管微管影响微管合成的影响微管合成的药物物紫杉醇：和微管蛋白紫杉醇：和微管蛋白紧密密结合，加速微管合，加速微管聚合，防止微管解聚，聚合，防止微管解聚，导致微管致微管稳定定。秋水仙素：秋水仙素：结合合稳定游离的微管蛋白，定游离的微管蛋白，引引起微管解聚起微管解聚。长春新碱：春新碱：结合微管蛋白异源二聚体，合微管蛋白异源二聚体，抑抑制微管聚合制微管聚合。医学细胞生物学第一第一节 微管微管四、微管的功能四、微管的功能1.形成形成细胞内网状支架，胞内网状支架，维持持细胞形胞形态2.参与中心粒、参与中心粒、纤毛、鞭毛的形成毛、鞭毛的形成医学细胞生物学第一第一节 微管微管3.参与参与细胞内物胞内物质运运输主要由主要由马达蛋白完成，达蛋白完成，结构构类似，消耗似，消耗ATP运送不运送不同的蛋白和同的蛋白和细胞器。胞器。动力蛋白：沿微管正极向力蛋白：沿微管正极向负极运送极运送驱动蛋白：沿微管蛋白：沿微管负极向正极运送极向正极运送肌球蛋白：沿肌肌球蛋白：沿肌动蛋白运行（微蛋白运行（微丝）医学细胞生物学第一第一节 微管微管4.维持持细胞内胞内细胞胞器的定位和分布器的定位和分布5.参与染色体的运参与染色体的运动，调节细胞分胞分裂裂6.参与参与细胞内信号胞内信号转导医学细胞生物学第二第二节 微微丝一、肌一、肌动蛋白与微蛋白与微丝的的结构构微微丝(F-actin)由肌由肌动蛋白蛋白(G-actin)组成成具有极性具有极性比微管更短更比微管更短更细，细胞内常呈聚合体胞内常呈聚合体或成束或成束医学细胞生物学肌动蛋白肌动蛋白(actin),由由375375个个AAAA组成组成,单体单体actinactin分子的分分子的分子量为子量为43kDa,43kDa,其上有其上有三个结合位点三个结合位点。一个是。一个是ATPATP结合位结合位点点,另两个都是肌动蛋白结合蛋白的结合位点。另两个都是肌动蛋白结合蛋白的结合位点。医学细胞生物学第二第二节 微微丝二、微二、微丝结合蛋白合蛋白种种类繁多，将微繁多，将微丝组织为不同不同结构，构，执行不同功能行不同功能1.单体隔离蛋白：体隔离蛋白：结合合单体，抑制聚合，体，抑制聚合，调节单体体聚合体的平衡聚合体的平衡2.交交联蛋白蛋白:使肌使肌动蛋白蛋白纤维形成网形成网络，改，改变其三其三维结构构3.末端阻断蛋白末端阻断蛋白:结合在合在纤维末端，抑制末端，抑制纤维增增长4.纤维切割蛋白：切割切割蛋白：切割纤维，控制，控制长度，增加数量度，增加数量5.肌肌动蛋白蛋白纤维解聚蛋白：引起解聚蛋白：引起纤维解聚解聚6.膜膜结合蛋白：合蛋白：链接肌接肌动蛋白蛋白纤维与与细胞膜，胞膜，传递收收缩引起引起细胞膜移胞膜移动医学细胞生物学第二第二节 微微丝三、微三、微丝的装配机制：的装配机制：1.同同样分分为成核、聚合和成核、聚合和稳定三个定三个阶段段三聚体三聚体为稳定核心，聚合定核心，聚合时有极性有极性医学细胞生物学第二第二节 微微丝2.踏踏车模型和非模型和非稳态动力学模型力学模型成核作用成核作用发生在生在质膜膜医学细胞生物学uATPATPATPATP是调节微丝组装的动力学不稳定性行为的主要是调节微丝组装的动力学不稳定性行为的主要是调节微丝组装的动力学不稳定性行为的主要是调节微丝组装的动力学不稳定性行为的主要因素。因素。因素。因素。u微丝结合蛋白微丝结合蛋白微丝结合蛋白微丝结合蛋白(ABP)(ABP)(ABP)(ABP)对微丝的组装也具有调控作用。对微丝的组装也具有调控作用。对微丝的组装也具有调控作用。对微丝的组装也具有调控作用。在含在含在含在含：ATPATPATPATP和和和和CaCaCaCa2+2+2+2+、低浓度的单价离子、低浓度的单价离子、低浓度的单价离子、低浓度的单价离子(Na(Na(Na(Na+、K K K K+等等等等)溶液中微丝趋向解聚溶液中微丝趋向解聚溶液中微丝趋向解聚溶液中微丝趋向解聚G-actinG-actinG-actinG-actin在含在含在含在含：MgMgMgMg2+2+2+2+和高浓度的和高浓度的和高浓度的和高浓度的NaNaNaNa+、K K K K+离子溶液中离子溶液中离子溶液中离子溶液中微丝趋向聚合（微丝趋向聚合（微丝趋向聚合（微丝趋向聚合（G-actinG-actinG-actinG-actinF-actinF-actinF-actinF-actin）。）。）。）。第二第二节 微微丝医学细胞生物学第二第二节 微微丝3.影响微影响微丝组装的装的药物物细胞松弛素胞松弛素B：与微：与微丝正端正端结合，抑制聚合合，抑制聚合鬼笔鬼笔环肽：与聚合的微：与聚合的微丝结合，抑制解聚合，抑制解聚影响微影响微丝装配装配动态性的性的药物物对细胞都有毒害，胞都有毒害，说明微明微丝功能的功能的发挥依依赖于微于微丝与肌与肌动蛋白蛋白单体体库间的的动态平衡。平衡。这种种动态平衡受平衡受actin单体体浓度和微度和微丝结合蛋白的影响。合蛋白的影响。医学细胞生物学第二第二节 微微丝四、微四、微丝的功能的功能1.构成构成细胞支架并胞支架并维持持细胞形胞形态医学细胞生物学第二第二节 微微丝2.参与参与细胞运胞运动3.参与参与细胞分裂胞分裂医学细胞生物学第二第二节 微微丝4.肌肉收肌肉收缩5.细胞内物胞内物质运运输6.细胞内信号胞内信号传递医学细胞生物学第三第三节 中中间纤维一、中一、中间纤维的的结构和构和类型型单体种体种类较多，多，都包含都包含-螺旋螺旋的杆状区，由的杆状区，由4个螺旋区和个螺旋区和3个个间隔区构成，隔区构成，较为保守。保守。N端端C端高度可端高度可变分子量大小取分子量大小取决于尾部决于尾部医学细胞生物学第三第三节 中中间纤维类型类型举例举例分子质量分子质量(kD)细胞内分布细胞内分布I酸性角蛋白40-60表皮细胞II中性/碱性角蛋白50-70表皮波形蛋白54成纤维细胞，白细胞及其他细胞结蛋白53肌细胞外周蛋白57外周神经元胶质原纤维酸性蛋白51神经胶质细胞IV神经丝蛋白NF-L67神经元NF-M150神经元NF-H200神经元V核纤层蛋白各种类型细胞核纤层蛋白A70核纤层蛋白B67核纤层蛋白C60VI巢蛋白200中央神经系统的干细胞医学细胞生物学第三第三节 中中间纤维二、中二、中间纤维的装配和的装配和调节1.单体体为长丝状的状的丝状蛋状蛋白，具有白，具有七位复件七位复件，可形，可形成卷曲螺旋二聚体。成卷曲螺旋二聚体。2.卷曲螺旋反向平行相卷曲螺旋反向平行相连，形成四聚体的无极性形成四聚体的无极性结构。构。3.加和包裹，形成加和包裹，形成长纤维。4.受受头部部结构域内构域内丝氨酸氨酸残基的磷酸化残基的磷酸化调节。医学细胞生物学第三第三节 中中间纤维三、中三、中间纤维的功能的功能1.形成完整的网状骨架系形成完整的网状骨架系统2.为细胞提供机械胞提供机械强度支持度支持医学细胞生物学第三第三节 中中间纤维3.参与参与细胞胞连接接4.参与参与细胞内信息胞内信息传递及物及物质运运输5.维持持细胞核膜胞核膜稳定定6.参与参与细胞分化胞分化医学细胞生物学第四第四节 细胞运胞运动一、微管与一、微管与细胞运胞运动1.鞭毛：鞭毛：规律性波律性波动2.纤毛：猛烈抽打毛：猛烈抽打医学细胞生物学第四第四节 细胞运胞运动运运动机制：微管滑机制：微管滑动模型模型医学细胞生物学第四第四节 细胞运胞运动二、微二、微丝与与细胞运胞运动1.细胞前胞前缘伸出伸出伪足：足：肌肌动蛋白蛋白丝在在质膜下膜下聚合生聚合生长驱使使细胞胞质膜向外突出，形成膜向外突出，形成丝状或片状状或片状伪足。足。Figure 6-20 Assembly of an actin meshwork pushes forward the leading edge of a lamellipodium.医学细胞生物学第四第四节 细胞运胞运动2.整合蛋白与整合蛋白与细胞胞外分子外分子结合，也与合，也与细胞内肌胞内肌动蛋白蛋白丝结合，提供合，提供锚着点着点3.肌肌动蛋白与肌球蛋白与肌球蛋白相互作用，收蛋白相互作用，收缩产生拉力，将生拉力，将细胞拖胞拖动向前。向前。Figure 6-19 Forces generated in the actin-rich cortex move a cell forward.医学细胞生物学第四第四节 细胞运胞运动三、三、细胞运胞运动的的调节机制机制1.细胞外信号可以引起胞外信号可以引起细胞骨架的重排胞骨架的重排2.细胞外信号可以指胞外信号可以指导细胞运胞运动的方向的方向医学细胞生物学第五第五节 细胞骨架与疾病胞骨架与疾病一、一、细胞骨架与胞骨架与肿瘤瘤二、二、细胞骨架蛋白与神胞骨架蛋白与神经系系统疾病疾病三、三、细胞骨架与胞骨架与遗传性疾病性疾病