医学细胞生物学第七章细胞骨架.ppt

1 细胞骨架(cytoskeleton)概述1 微管(microtubule,MT)1 微丝(microfilament,MF)1 中间纤维(intermediate filament,IF)1 细胞的运动1 细胞骨架与疾病细胞骨架细胞骨架细胞骨架细胞骨架细胞骨架概述细胞骨架概述细胞骨架概述细胞骨架概述v 真核细胞中的蛋白质纤维立体网络体系v 细胞骨架执行多种多样的生物学功能v 广义的细胞骨架和狭义的细胞骨架v 细胞骨架体系包括微丝、微管、中间纤维 及细胞骨架结合蛋白v 细胞骨架的一般性质v 细胞骨架的研究方法1963年，采用戊二醛常温固定后，年，采用戊二醛常温固定后，才广泛的地观察到细胞骨架的存在才广泛的地观察到细胞骨架的存在真真核核细细胞胞内内的的纤纤维维蛋蛋白白网网络络体体系系细胞骨架概述细胞骨架概述细胞骨架概述细胞骨架概述v 真核细胞中的蛋白质纤维立体网络体系v 细胞骨架执行多种多样的生物学功能v 广义的细胞骨架和狭义的细胞骨架v 细胞骨架体系包括微丝、微管、中间纤维 及细胞骨架结合蛋白v 细胞骨架的一般性质v 细胞骨架的研究方法细胞骨架概述细胞骨架概述细胞骨架概述细胞骨架概述v 真核细胞中的蛋白质纤维立体网络体系v 细胞骨架执行多种多样的生物学功能v 广义的细胞骨架和狭义的细胞骨架v 细胞骨架体系包括微丝、微管、中间纤维 及细胞骨架结合蛋白v 细胞骨架的一般性质v 细胞骨架的研究方法真核细胞的骨架体系（广义）真核细胞的骨架体系（广义）真核细胞的骨架体系（广义）真核细胞的骨架体系（广义）真核细胞的骨架体系（狭义）真核细胞的骨架体系（狭义）真核细胞的骨架体系（狭义）真核细胞的骨架体系（狭义）细胞骨架概述细胞骨架概述细胞骨架概述细胞骨架概述v 真核细胞中的蛋白质纤维立体网络体系v 细胞骨架执行多种多样的生物学功能v 广义的细胞骨架和狭义的细胞骨架v 细胞骨架体系包括微丝、微管、中间纤维 及细胞骨架结合蛋白v 细胞骨架的一般性质v 细胞骨架的研究方法 细胞骨架与其结合蛋白细胞骨架与其结合蛋白 细胞骨架的一般性质：v 细胞骨架不是惰性结构，而是一种高度动态的组织，它的装配、去装配和再装配都很快，并受很多 因素影响.v 细胞骨架最基本的两个功能：a、机械支撑及决定细胞器或生物大分子的空间定位（静态静态）b、参与了几乎所有形式的细胞运动（动态动态）v 细胞骨架是真核生物特有的结构细胞骨架概述细胞骨架概述细胞骨架概述细胞骨架概述v 真核细胞中的蛋白质纤维立体网络体系v 细胞骨架执行多种多样的生物学功能v 广义的细胞骨架和狭义的细胞骨架v 细胞骨架体系包括微丝、微管、中间纤维 及细胞骨架结合蛋白v 细胞骨架的一般性质v 细胞骨架的研究方法细胞骨架常见研究方法细胞骨架常见研究方法细胞骨架常见研究方法细胞骨架常见研究方法荧光显微镜 免疫荧免疫荧光显微镜光显微镜照片（照片（微微管呈绿色、管呈绿色、微丝红色微丝红色、中间纤维中间纤维蓝色蓝色）细胞骨架常见研究方法细胞骨架常见研究方法细胞骨架常见研究方法细胞骨架常见研究方法荧光显微镜 免疫荧免疫荧光显微镜光显微镜照片（照片（微微管呈绿色、管呈绿色、微丝红色微丝红色、中间纤维中间纤维蓝色蓝色）细胞骨架常见研究方法细胞骨架常见研究方法细胞骨架常见研究方法细胞骨架常见研究方法荧光显微镜LCSM照片，蓝色为细胞核，绿色为微管，红色为线粒体细胞骨架常见研究方法细胞骨架常见研究方法细胞骨架常见研究方法细胞骨架常见研究方法电视显微镜经典案例：分子发动机的观察将微丝样本和发动机分子混合放在载玻片上，在合适的条件下（ATP），用电视屏幕记录微丝移动过程。细胞骨架常见研究方法细胞骨架常见研究方法细胞骨架常见研究方法细胞骨架常见研究方法电子显微镜电子显微镜下的细胞骨架1 细胞骨架(cytoskeleton)概述1 微管(microtubule,MT)1 微丝(microfilament,MF)1 中间纤维(intermediate filament,IF)1 细胞的运动1 细胞骨架与疾病细胞骨架细胞骨架细胞骨架细胞骨架微管微管微管微管(microtubule,MT)microtubule,MT)microtubule,MT)microtubule,MT)微管的形态、结构、类型、功能的概述 微管结合蛋白 微管的装配与动力学 微管的功能微管的基本形态微管的基本形态微管是由微管蛋白和微管结合蛋白组成的中空圆柱状结构微管的结构微管的结构-+微管蛋白微管蛋白/二者同源，二者同源，形成形成异二聚体异二聚体为微管基本构为微管基本构件件;二聚体首先首尾相连形二聚体首先首尾相连形成成原纤维原纤维，而后原纤维进一，而后原纤维进一步加长、变宽形成步加长、变宽形成片层片层，当，当片层达到片层达到1313根原纤维时则闭根原纤维时则闭合形成微管。合形成微管。微管蛋白不可逆结合微管蛋白不可逆结合GTPGTP，而，而管蛋白可水解管蛋白可水解GTPGTP为为GDP,GDP,并再次结合新的并再次结合新的GTPGTP 微管具有微管具有极性极性，增长速，增长速度快的一端为度快的一端为正端正端，另一端，另一端为为负端负端微管的分类微管的分类 微管有三种存在形式：1、单管，由13根原纤维构成，是细胞质微管的主要形式；2、二联管，由A、B两根单管，共23条原纤维构成，主要分布于纤毛和鞭毛；3、三联管，由A、B、C三根单管，共33条原纤维构成，主要分布于中心粒及鞭毛和纤毛的基体微管的分类微管的分类 根据微管的稳定性，细胞内微管可分为两类：1、稳定的长寿微管，如鞭毛或纤毛、神经细胞的轴突微管等；2、不稳定的短寿微管，如细胞质微管和纺锤体微管在细胞周期间的互变。微管的功能微管的功能维持细胞形态及细胞器的定位维持细胞形态及细胞器的定位微管的功能微管的功能形成鞭毛或纤毛参与细胞运动形成鞭毛或纤毛参与细胞运动鞭毛纤毛微管的功能微管的功能是胞内物质运输的轨道是胞内物质运输的轨道细胞分裂细胞分裂 有丝分裂器微管的功能微管的功能由中心粒形成纺锤丝参与细胞分裂由中心粒形成纺锤丝参与细胞分裂微管微管微管微管(microtubule,MT)microtubule,MT)microtubule,MT)microtubule,MT)微管的形态、结构、类型、功能的概述 微管结合蛋白 微管的装配与动力学 微管的功能 微管结合蛋白不是微管的基本构件，而是结合在微管表面的辅助蛋白，执行特殊功能。微管微管结合蛋白结合蛋白1.使微管互相交联，形成束状微管微管结合蛋白结合蛋白2.微管组装时与成核点作用，促进聚合 微管结合蛋白不是微管的基本构件，而是结合在微管表面的辅助蛋白，执行特殊功能。微管微管结合蛋白结合蛋白3.提高微管稳定性(阿尔茨海默，AD)TauTau 微管结合蛋白不是微管的基本构件，而是结合在微管表面的辅助蛋白，执行特殊功能。微管微管结合蛋白结合蛋白4.沿微管运输囊泡、颗粒的马达蛋白马达蛋白 微管结合蛋白不是微管的基本构件，而是结合在微管表面的辅助蛋白，执行特殊功能。快速冷冻深度蚀刻技术显示微管快速冷冻深度蚀刻技术显示微管和膜性细胞器之间的横桥样结构和膜性细胞器之间的横桥样结构马达蛋白分为三个家族：家族 结合对象 运输方式 运输方向肌球蛋白家族 与微丝结合 沿微丝运动 （）到（）驱动蛋白家族 与微管结合 沿微管运动 （）到（）动力蛋白家族 与微管结合 沿微管运动 （）到（）马达蛋白：细胞内有一类蛋白质分子能利用ATP，通过自身构型的变化产生推动力，能够带动与之连接的结构在细胞内移动。所以，马达蛋白又被称为移动因子。分子发动机：马达蛋白微管微管结合蛋白结合蛋白驱动蛋白结构和运输方式驱动蛋白结构和运输方式动动力力蛋蛋白白结结构构和和运运输输方方式式Organelle Movement on MicrotubulesOrganelle Movement on MicrotubulesFantastic vesicle trafficFantastic vesicle trafficSecretory Pathway(ER to PM)Secretory Pathway(ER to PM)微管微管结合蛋白结合蛋白许多微管结合蛋白性质未知，作用各异微管微管微管微管(microtubule,MT)microtubule,MT)microtubule,MT)microtubule,MT)微管的形态、结构、类型、功能的概述 微管结合蛋白 微管的装配与动力学 微管的功能微管的体内装配（以微管组织中心为起点）微管微管的装配与动力学的装配与动力学微管组织中心：是微管体内装配的起始点。如中心体及鞭毛和纤毛的基体等都是微管组织中心中心粒旁物质中含有微管蛋白环，它是细胞内微管生长的初始部位，能吸引微管蛋白二聚体聚集成核；以成核部位为中心，微管蛋白二聚体从内外两个方向附着，微管的端合成速度快向外发散，端被微管蛋白抑制。微管的体内装配（以微管组织中心为起点）微管微管的装配与动力学的装配与动力学基体是另一形式的微管组织中心，只含有一个中心粒，微管蛋白以基体为起点，组装为鞭毛或纤毛。微管的体外装配：成核期聚合期稳定期成核期聚合期微管蛋白二聚体 微管组装去组装 成核期：微管蛋白二聚体首先聚集成寡聚体（原纤维），继而扩展形成片状，当聚集13根原纤维时则闭合形成一段小的微管，即成核。微管微管的装配与动力学的装配与动力学微管的体外装配：成核期聚合期稳定期 聚合期：微管蛋白二聚体不断添加到微管核心的两端，当微管蛋白二聚体浓度较大时，聚合速度大于解聚速度，微管快速生长，随着微管蛋白二聚体浓度的降低，微管生长速度也变慢。成核期聚合期微管微管的装配与动力学的装配与动力学微管的体外装配：成核期聚合期稳定期 稳定期：游离的微管蛋白二聚体浓度进一步下降，达到临界浓度，微管聚合与解聚速度相等，微管停止生长。当二聚体浓度低于临界浓度时，微管聚合速度小于解聚速度，微管分解。微管蛋白二聚体 微管组装去组装微管微管的装配与动力学的装配与动力学这一装配过程的发现很好地解释了细胞质微管的动态延长或缩短这一装配过程的发现很好地解释了细胞质微管的动态延长或缩短Microtubules Dynamic InstabilityMicrotubules Dynamic Instability模型中的两个决定性因素：1、微管蛋白二聚体的浓度 2、GTP微管微管的装配与动力学的装配与动力学微管体外装配的非稳态动力学模型微管蛋白二聚体与GTP的相互作用-+活化/失活的微管蛋白二聚体微管蛋白二聚体 微管组装去组装1、微管蛋白二聚体的位点结合GTP后被激活（GTP微管蛋白），GTP微管蛋白有相互聚集的倾向；2、微管蛋白二聚体聚集成微管后不久，位点的GTP被水解为GDP，二聚体因此失活（GDP微管蛋白），GDP微管蛋白有相互解离的倾向。GTPGTP微管体外装配的非稳态动力学模型微管微管的装配与动力学的装配与动力学GTP微管蛋白 (GTP帽)GDP微管蛋白二聚体浓度降低GTP微管蛋白浓度高微管蛋白浓度高GTP微管蛋白聚合速度GTP水解速度，形成GTP帽，微管稳定、生长浓度继续降低GTP微管蛋白浓度降低GTP微管蛋白浓度进一步降低微管体外装配的非稳态动力学模型微管微管的装配与动力学的装配与动力学GTP微管蛋白 (GTP帽)GDP微管蛋白二聚体浓度降低GTP微管蛋白浓度高GTP微管蛋白聚合速度GTP水解速度，GTP帽缩短、消失，微管不稳定浓度继续降低GTP微管蛋白浓度降低微管蛋白浓度降低GTP微管蛋白浓度进一步降低微管体外装配的非稳态动力学模型微管微管的装配与动力学的装配与动力学GTP微管蛋白 (GTP帽)GDP微管蛋白二聚体浓度降低GTP微管蛋白浓度高GDP微管蛋白趋于解离，微管解聚、缩短浓度继续降低Microtubule-Structure function and DynamicsMicrotubule-Structure function and DynamicsGTP微管蛋白浓度进一步降低微管蛋白浓度进一步降低GTP微管蛋白浓度降低微管的踏车现象 微管组装之初，二聚体浓度较高，微管两端都有GTP帽，微管两端均生长；但微管正端组装速度大于负端。当微管二聚体浓度降低时，负端先达到平衡状态，当二聚体浓度进一步降低时，微管可能出现负端解聚而正端聚合的现象。当微管正端聚合速度等于负端解聚速度时，微管长度不变，但微管蛋白二聚体在不断地移行，这一现象称为踏车现象微管微管的装配与动力学的装配与动力学其他因素：1、某些物理因素：温度（最适37C）、压力（低压组装，高压去组装）、pH（最适6.9）2、化学毒素秋水仙素：促进解聚紫杉醇：促进聚合长春新碱：与微管二聚体结合，抑制微管聚合影响微管体外组装和解聚的因素微管微管的装配与动力学的装配与动力学影响微管组装的决定性因素：1、微管蛋白二聚体的浓度 2、GTP秋水仙素（秋水仙素（colchicine）介绍）介绍 秋水仙素是一种生物碱。因最初从秋水仙素是一种生物碱。因最初从百合科植物秋水仙百合科植物秋水仙（Colchicum autumnale）中提取出来，故名。分中提取出来，故名。分子式子式C22H25O6N。纯秋水仙素呈黄色。纯秋水仙素呈黄色针状结晶，熔点针状结晶，熔点157。易溶于水、。易溶于水、乙醇和氯仿。味苦，有毒。乙醇和氯仿。味苦，有毒。秋水仙素秋水仙素能抑制有丝分裂，破坏纺锤体，使染能抑制有丝分裂，破坏纺锤体，使染色体停滞在分裂中期色体停滞在分裂中期。这种由秋水仙。这种由秋水仙素引起的不正常分裂，称为秋水仙素素引起的不正常分裂，称为秋水仙素有丝分裂（有丝分裂（C-mitosis）。在这样的）。在这样的有丝分裂中，染色体虽然纵裂，但细有丝分裂中，染色体虽然纵裂，但细胞不分裂，不能形成两个子细胞，因胞不分裂，不能形成两个子细胞，因而使染色体加倍，常用于植物育种。而使染色体加倍，常用于植物育种。紫杉醇（Toxol）是什么？红豆杉属植物树皮中含有紫杉醇，红豆杉属植物树皮中含有紫杉醇，含量极低含量极低0.06900030.0690003，约从，约从 38 38 000000棵红豆杉中方可分离提纯紫杉棵红豆杉中方可分离提纯紫杉醇约醇约 25kg25kg，现在国际市场上，现在国际市场上1 1公斤公斤紫杉醇的最低价格是紫杉醇的最低价格是26.526.5万美元。万美元。在临床上，多烯紫杉醇作为化疗药在临床上，多烯紫杉醇作为化疗药物已经广泛用于治疗多种肿瘤，物已经广泛用于治疗多种肿瘤，表明了较好的治疗效果。表明了较好的治疗效果。其通过其通过促进细胞微管蛋白聚集和抑制其促进细胞微管蛋白聚集和抑制其解聚而使细胞发生解聚而使细胞发生G2/MG2/M期阻滞期阻滞，另外该药还有促进细胞凋亡的作另外该药还有促进细胞凋亡的作用，是比较理想的放疗增敏药物。用，是比较理想的放疗增敏药物。细胞生长DNA复制细胞周期开始细胞分裂细胞周期调节点微管微管微管微管(microtubule,MT)microtubule,MT)microtubule,MT)microtubule,MT)1、维持细胞形态、维持细胞器的分布和定位2、物质运输（轴突运输、色素颗粒运输）3、细胞运动（纤毛和鞭毛）4、细胞分裂（纺锤体和染色体运动）微管的形态、结构、类型、功能的概述 微管结合蛋白 微管的装配与动力学 微管的功能支持和维持细胞形态支持和维持细胞形态微管具有一定强度，能够抗压、抗弯曲，给细胞提供机械支持力，是支撑和维持细胞形态（细胞突起部分）的主要物质维持胞内细胞器的定位和分布维持胞内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内质网沿微管在细胞质中展开分布高尔基体借助微管实现极化分布马达蛋白分为三个家族：家族 结合对象 运输方式 运输方向肌球蛋白家族 与微丝结合 沿微丝运动 （）到（）驱动蛋白家族 与微管结合 沿微管运动 （）到（）动力蛋白家族 与微管结合 沿微管运动 （）到（）马达蛋白：细胞内有一类蛋白质分子能利用ATP，通过自身构型的变化产生推动力，能够带动与之连接的结构在细胞内移动。所以，马达蛋白又被称为移动因子。细胞内物质的运输：细胞内物质的运输：运输方式内向运输：内吞泡-动力蛋白外向运输：神经递质，分泌泡-驱动蛋白细胞内物质的运输：细胞内物质的运输：神经轴突中的膜泡转运图10-25 鱼的色素细胞中色素分子的分散与聚集细胞内物质的运输：细胞内物质的运输：色素颗粒的运输细胞内物质的运输：细胞内物质的运输：各种膜泡、细胞器细胞的运动：细胞的运动：鞭毛和纤毛细胞的运动：细胞的运动：鞭毛和纤毛的结构：9（2）+2 基 体纤毛和鞭毛的运动机制（滑动模型）纤毛和鞭毛的运动机制（滑动模型）细胞的运动：细胞的运动：鞭毛和纤毛的结构：9（2）+2纤毛和鞭毛的运动机制（滑动模型）纤毛和鞭毛的运动机制（滑动模型）细胞的运动：细胞的运动：鞭毛和纤毛的结构：9（2）+2参与细胞分裂：参与细胞分裂：纺锤丝纺锤丝微管在有丝分裂中的作用微管在有丝分裂中的作用关于微管部分的小结关于微管部分的小结微管的结构和基本性质：-微管蛋白/-微管蛋白微管蛋白二聚体微管，表现极性 微管的三种类型：单管、二联管、三联管微管的体内组装：以微管组织中心（中心体、基体）为起点微管的体外组装：成核聚合稳定；非稳态动力学模型、踏车现象影响微管稳定的因素：微管蛋白浓度、GTP、化学分子、物理因素与微管结合的蛋白质分子：马达蛋白：驱动蛋白、动力蛋白微管的功能 维持细胞形态和细胞器的定位；物质运输(神经细胞轴突运输)；参与细胞的运动（鞭毛和纤毛，滑动模型）；参与细胞分裂（纺锤丝）1 细胞骨架(cytoskeleton)概述1 微管(microtubule,MT)1 微丝(microfilament,MF)1 中间纤维(intermediate filament,IF)1 细胞的运动1 细胞骨架与疾病细胞骨架细胞骨架细胞骨架细胞骨架微丝微丝微丝微丝(microfilament,MF)microfilament,MF)微丝的形态结构及功能概述肌动蛋白与微丝的结构微丝结合蛋白微丝的组装及其影响因素微丝的功能图A示 微丝的电镜照片(bar=50nm)；图B 示微丝的结构模式图，微丝的结构单位为肌动蛋白，所以微丝也称为肌动蛋白丝，为双股螺旋微丝结构模式图微丝结构模式图微丝的各种功能都与细胞质膜相关：维持细胞的形态、细胞附着、参与质膜相关的各种细胞运动微丝的基本功能微丝的基本功能应力纤维 黏着斑 缢缩环 微丝微丝微丝微丝(microfilament,MF)microfilament,MF)微丝的形态结构及功能概述肌动蛋白与微丝的结构微丝结合蛋白微丝的组装及其影响因素微丝的功能G-G-肌动蛋白单体呈肌动蛋白单体呈哑铃型哑铃型结构，结构，分子中具有分子中具有ATP/ADPATP/ADP结合位点结合位点。球状肌动蛋白球状肌动蛋白 （G-actinG-actin）肌动蛋白与微丝的结构肌动蛋白与微丝的结构 纤维状肌动蛋白纤维状肌动蛋白 （F-actinF-actin）微微 丝丝（MFMF）肌动蛋白与微丝的结构肌动蛋白与微丝的结构球状肌动蛋白球状肌动蛋白 （G-actinG-actin）纤维状肌动蛋白纤维状肌动蛋白 （F-actinF-actin）微微 丝丝（MFMF）F-actinATP-G-actinADP-G-actin F-肌动蛋白的形成 F-actinATP-G-actinADP-G-actin F-肌动蛋白的形成肌动蛋白与微丝的结构肌动蛋白与微丝的结构球状肌动蛋白球状肌动蛋白 （G-actinG-actin）纤维状肌动蛋白纤维状肌动蛋白 （F-actinF-actin）微微 丝丝（MFMF）负端 正端双股 F-actin缠绕形成微丝微丝微丝微丝微丝(microfilament,MF)microfilament,MF)微丝的形态结构以及功能概述肌动蛋白与微丝的结构微丝结合蛋白微丝的组装及其影响因素微丝的功能微丝结合蛋白微丝结合蛋白名称 分布特点 功能单体隔离蛋白 广泛分布结合单体，调节单体浓度，抑制聚合；交联蛋白 变形虫、巨噬细胞使多条肌动蛋白丝发生交联，形成网络末端阻断蛋白 骨骼肌、肾组织同肌动蛋白丝的一端或两端结合，防止肌动蛋白纤维末端的聚合和解聚，调节微丝长度纤维切割蛋白 广泛分布剪切微丝，降低细胞黏度，形成新的成核中心 成束蛋白 小肠上皮位于纤维之间，呈桥梁状，将平行的肌动蛋白纤维连接成束状 解聚蛋白 广泛分布引起微丝去聚合形成肌动蛋白单体 膜结合蛋白 广泛分布非肌细胞质膜下方产生收缩的机器马达蛋白分为三个家族：家族 结合对象 运输方式 运输方向肌球蛋白家族 与微丝结合 沿微丝运动 （）到（）驱动蛋白家族 与微管结合 沿微管运动 （）到（）动力蛋白家族 与微管结合 沿微管运动 （）到（）分子发动机：马达蛋白分子发动机：马达蛋白马达蛋白：细胞内有一类蛋白质分子能利用ATP，通过自身构型的变化产生推动力，能够带动与之连接的结构在细胞内移动。所以，马达蛋白又被称为移动因子 微丝和II型肌球蛋白形成收缩环 Myosin-IMyosin-IMyosin-IMyosin-II各型肌球蛋白的作用方式肌球蛋白的结构、类型和作用方式肌球蛋白的结构、类型和作用方式 II型肌球蛋白尾部相互聚合形成粗肌丝肌肌球球蛋蛋白白的的运运动动机机制制Myosin Cross-bridge CycleMyosin Cross-bridge CycleIn Vitro Motility AssayIn Vitro Motility Assay微丝微丝微丝微丝(microfilament,MF)microfilament,MF)微丝的形态结构以及功能概述肌动蛋白与微丝的结构微丝结合蛋白微丝的组装及其影响因素微丝的功能三个阶段：成核期聚合期稳定期组装条件：ATP-G-actin、一定浓度的Mg2+、Na+、K+微丝装配的基本过程G-肌动蛋白浓度：肌动蛋白浓度：高高低低临界浓度临界浓度微丝体外组装的基本过程：微丝体外组装的基本过程：微丝体外组装的动力学模型微丝体外组装的动力学模型非稳态动力学模型及踏车行为ATP-G-actinADP-G-actinATP是调节微丝组装的主要因素 1、当ATP-G-肌动蛋白结合到纤维末端后，蛋白构象变化，ATP水解为ADP，形成ADP-G-肌动蛋白；2、ATP-G-肌动蛋白对纤维状肌动蛋白末端亲和力高，微丝生长；ADP-G-肌动蛋白对纤维末端亲和力低，易脱落，微丝缩短；微丝的踏车行为：当微丝正端的聚合速度等于微丝负端的解聚速度，此时微丝净长度保持不变；微丝体外组装的动力学模型微丝体外组装的动力学模型非稳态动力学模型及踏车行为ATP-G-actin蛋白 (ATP帽)浓度降低聚合速度聚合速度水解速度水解速度ATP-G-actin聚合速度聚合速度水解速度水解速度微丝体外组装的动力学模型微丝体外组装的动力学模型非稳态动力学模型及踏车行为ATP是调节微丝组装的主要因素 1、当ATP-G-肌动蛋白结合到纤维末端后，蛋白构象变化，ATP水解为ADP，形成ADP-G-肌动蛋白；2、ATP-G-肌动蛋白对纤维状肌动蛋白末端亲和力高，微丝生长；ADP-G-肌动蛋白对纤维末端亲和力低，易脱落，微丝缩短；微丝的踏车行为：当微丝正端的聚合速度等于微丝负端的解聚速度，此时微丝净长度保持不变；影响微丝组装的因素：影响微丝组装的因素：活化的球状肌动蛋白（ATP-G-actin）的浓度其他因素：1、某些离子的浓度 Mg 2、K、Na2、化学毒素 细胞松弛素B（促进解聚或抑制聚合）鬼笔环肽（促进聚合或抑制解聚）细胞松弛素B影响微丝组装的因素：影响微丝组装的因素：活化的球状肌动蛋白（ATP-G-actin）的浓度其他因素：1、某些离子的浓度 Mg 2、K、Na2、化学毒素 细胞松弛素B（促进解聚或抑制聚合）鬼笔环肽（促进聚合或抑制解聚）微丝的鬼笔环肽染色微丝微丝微丝微丝(microfilament,MF)microfilament,MF)微丝的形态结构以及功能概述肌动蛋白与微丝的结构微丝结合蛋白微丝的组装及其影响因素微丝的功能 微丝的功能：微丝的功能：构成细胞的支架，维持细胞的形态：微绒毛、应力纤维参与细胞运动：伪足参与细胞分裂：收缩环作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩：细肌丝参与细胞内物质的运输参与细胞内信号转导微绒毛中的肌动蛋白束微绒毛中的肌动蛋白束 微丝的功能：微丝的功能：构成细胞支架、维持细胞形态小肠上皮细胞纵切图小肠上皮细胞纵切图小肠上皮细胞横切图小肠上皮细胞横切图（微绒毛的中轴是由微丝构成）（微绒毛的中轴是由微丝构成）激活的血小板出现突起，并彼此聚集激活的血小板出现突起，并彼此聚集血小板形态的改变血小板形态的改变 微丝的功能：微丝的功能：构成细胞支架、维持细胞形态应力纤维参与维持细胞形态应力纤维参与维持细胞形态 微丝的功能：微丝的功能：构成细胞支架、维持细胞形态 培养的上皮细胞中的培养的上皮细胞中的应力纤维应力纤维 （红色为微丝；绿色为微管）（红色为微丝；绿色为微管）应应力力纤纤维维参参与与组组织织形形态态的的改改变变 应力纤维应力纤维Tubulin and actin-live cell imagingTubulin and actin-live cell imagingTubulin and actin-live cell imagingTubulin and actin-live cell imaging构成细胞的支架，维持细胞的形态：微绒毛、应力纤维参与细胞运动：伪足参与细胞分裂：收缩环作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩：细肌丝参与细胞内物质的运输参与细胞内信号转导 微丝的功能：微丝的功能：细胞蠕动中力产生的两种假说 (a)微丝装配假说；(b)滑动假说 培养的动物细胞蠕动的三个过程示意图 细胞的爬行、分裂等现象细胞的爬行、分裂等现象细胞贴壁过程细胞贴壁过程 微丝的功能：微丝的功能：构成细胞的支架，维持细胞的形态：微绒毛、应力纤维参与细胞运动：伪足参与细胞分裂：收缩环作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩：细肌丝参与细胞内物质的运输参与细胞内信号转导胞胞质质分分裂裂中中收收缩缩环环的的形形成成及及作作用用 细胞松弛素细胞松弛素B B作用于分裂期细作用于分裂期细胞后抑制了收缩环（微丝）的胞后抑制了收缩环（微丝）的生成，从而导致细胞核分裂而生成，从而导致细胞核分裂而细胞质不分裂。因此，最后会细胞质不分裂。因此，最后会形成多核细胞形成多核细胞 微丝的功能：微丝的功能：构成细胞的支架，维持细胞的形态：微绒毛、应力纤维参与细胞运动：伪足参与细胞分裂：收缩环作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩：细肌丝参与细胞内物质的运输参与细胞内信号转导 肌小节模式图 肌束 肌细胞(肌纤维)肌原纤维 肌小节 肌鞘 肌细胞核 细肌丝（肌动蛋白丝）粗肌丝（聚合的肌球蛋白）原肌球蛋白肌钙蛋白肌动蛋白 肌小节模式图细肌丝细肌丝微丝与肌肉收缩微丝与肌肉收缩在肌肉中，由肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白构成细肌丝，与由在肌肉中，由肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白构成细肌丝，与由肌球蛋白构成的粗肌丝的相互滑动，导致了肌肉收缩。肌球蛋白构成的粗肌丝的相互滑动，导致了肌肉收缩。sacroplasmic reticulumsacroplasmic reticulum肌细胞的收缩可分五个步骤结合（ATP）释放（脱离细肌丝）直立（ATP水解，变构）产力（释放ADP，构象复原）再结合（ATP）微丝的功能：微丝的功能：构成细胞的支架，维持细胞的形态：微绒毛、应力纤维参与细胞运动：伪足参与细胞分裂：收缩环作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩：细肌丝参与细胞内物质的运输参与细胞内信号转导微丝参与细胞内物质的运输 微丝的功能：微丝的功能：运输微丝运输微丝运输小泡运输小泡运输微丝运输微丝肌肉收缩肌肉收缩关于微丝部分的小结关于微丝部分的小结微丝的结构和基本性质：G-肌动蛋白/F-肌动蛋白 极性、动态不稳定性（非稳态动力学模型）、踏车现象微丝的组装：成核聚合稳定、ATP参与影响微丝稳定的因素：G-肌动蛋白浓度、离子、化学分子、结合蛋白与微丝结合的蛋白质分子：单体隔离蛋白、封端蛋白、捆绑蛋白、交联蛋白等 发动机分子：肌球蛋白微丝的功能 微绒毛、应力纤维维持细胞形态 形成细肌丝参与肌肉收缩 参与细胞分裂（收缩环）形成伪足,参与细胞爬行及贴壁过程1 细胞骨架(cytoskeleton)概述1 微管(microtubule,MT)1 微丝(microfilament,MF)1 中间纤维(intermediate filament,IF)1 细胞的运动1 细胞骨架与疾病细胞骨架细胞骨架细胞骨架细胞骨架中间纤维中间纤维(intermediate filament,IF)intermediate filament,IF)中间纤维的形态结构及类型中间纤维的组装和调节中间纤维的功能中间纤维的基本形态中间纤维的基本形态中间纤维的单体分子中间纤维的单体分子角蛋白角蛋白波形蛋白波形蛋白神经纤维蛋白神经纤维蛋白核纤层蛋白核纤层蛋白 N端端(头部头部)杆状区（保守区）杆状区（保守区）C端端(尾部尾部)中间纤维单体分子的结构模型类型 名称分子量细胞定位分布细胞（组织特异性）I型酸性角蛋白4064kd胞质上皮细胞II型碱性角蛋白5268kd胞质上皮细胞III型波形纤维蛋白结蛋白胶质纤维酸性蛋白外周蛋白55kd53kd5052kd54kd胞质胞质胞质胞质成纤维细胞（间充质细胞）肌细胞神经胶质细胞多种神经细胞IV型-内连蛋白神经纤维蛋白56kd53kd胞质胞质神经细胞神经细胞V型核纤层蛋白A、B、C6070kd胞核各种类型的细胞VI型融合蛋白平行蛋白神经干细胞蛋白（巢蛋白）182kd178kd240kd胞质胞质胞质肌细胞肌细胞神经干细胞其他 phakinin/filensin46kd/83kd胞质晶体细胞中间纤维的类型及其分布中间纤维的类型及其分布中间纤维的形态结构及类型中间纤维的组装和调节中间纤维的功能中间纤维中间纤维(intermediate filament,IF)intermediate filament,IF)中中间间纤纤维维的的组组装装IF单体两个单体组成二聚体两个二聚体组成四聚体两个四聚体串联成原纤维八条原纤维缠绕成中间纤维1、中间纤维蛋白单体具有极性，中间纤维分子不具极性2、中间纤维的组装无须核苷酸和结合蛋白的参与。3、中间纤维的组装受到蛋白单体磷酸化和去磷酸化的调节4、中间纤维较稳定，不受细胞松弛素或秋水仙素的影响中间纤维的形态结构及类型中间纤维的组装和调节中间纤维的功能中间纤维中间纤维(intermediate filament,IF)intermediate filament,IF)IF贯穿整个细胞起广泛的骨架作用（联通细胞外基质、细胞质膜、核膜、核基质）在胞内形成一个完整的网状骨架系统IF比MT或MF更耐受剪切力，更具备可塑性，在细胞质内形成一个完整的支撑网架结构。为细胞提供机械强度支持拉伸一层有中间纤维的细胞细胞保持完整连在一起拉伸一层没有中间纤维的细胞细胞破裂Intermediate FilamentsIntermediate Filaments中间纤维参与细胞连接基底膜基底膜细胞细胞/基底基底膜连接处膜连接处基底膜基底膜 成纤维细胞成纤维细胞胶原蛋白胶原蛋白真真 皮皮表表 皮皮细胞细胞/细细胞连接处胞连接处中间纤维参与细胞连接中间纤维参与细胞连接维持细胞核膜的稳定性核纤层及其作用BAC关于中间纤维的小结关于中间纤维的小结IF的结构和基本性质：单体-二聚体-四聚体-原纤维-中间纤维 单体有极性，纤维无极性；组织特异性（例子）中间纤维的组装：通过单体分子的磷酸化或去磷酸化调节IF的功能 贯穿细胞内外维持细胞形态 参与细胞连接的形成（桥粒和半桥粒）参与细胞核的形态维持（核纤层）1 细胞骨架(cytoskeleton)概述1 微管(microtubule,MT)1 微丝(microfilament,MF)1 中间纤维(intermediate filament,IF)1 细胞的运动1 细胞骨架与疾病细胞骨架细胞骨架细胞骨架细胞骨架1 细胞骨架(cytoskeleton)概述1 微管(microtubule,MT)1 微丝(microfilament,MF)1 中间纤维(intermediate filament,IF)1 细胞的运动1 细胞骨架与疾病细胞骨架细胞骨架细胞骨架细胞骨架细胞骨架与疾病细胞骨架与疾病细胞骨架与疾病细胞骨架与疾病细胞骨架与肿瘤1、细胞骨架在肿瘤细胞中的变化：细胞骨架的破坏，导致细胞表面平滑化，促进了癌细胞的浸润转移能力2、利用中间纤维的组织特异性进行肿瘤的来源的诊断3、利用细胞骨架相关的化学毒素进行肿瘤化疗 抗肿瘤药物：紫杉醇通过稳定纺锤体，抑制细胞分裂，诱导细胞凋亡秋水仙素紫杉醇紫杉醇或秋水仙素对细胞的影响 是一种在老年期前后起病的中枢神经是一种在老年期前后起病的中枢神经系统原发性退行性疾病，主要临床表现系统原发性退行性疾病，主要临床表现为痴呆综合征，病理学上表现为弥漫性为痴呆综合征，病理学上表现为弥漫性大脑皮质萎缩，神经细胞空泡化，脑内大脑皮质萎缩，神经细胞空泡化，脑内出现出现神经纤维缠结神经纤维缠结和和淀粉样斑块淀粉样斑块。在美国，阿尔茨海默病已成为老年人在美国，阿尔茨海默病已成为老年人第第4位主要死因。我国位主要死因。我国65岁以上老人中岁以上老人中阿尔茨海默病患病率为阿尔茨海默病患病率为0.3左右，已左右，已与发达国家接近。与发达国家接近。研究发现，研究发现，AD病因部分与微管相关，病因部分与微管相关，在患者的神经细胞中出现微管聚集的缺在患者的神经细胞中出现微管聚集的缺陷，使神经信号传递出现紊乱。陷，使神经信号传递出现紊乱。细胞骨架与神经系统疾病阿尔茨海默病（阿尔茨海默病（Alzheimers disease,AD)细胞骨架与神经系统疾病阿尔茨海默病（阿尔茨海默病（Alzheimers disease,AD)是一种在老年期前后起病的中枢神经是一种在老年期前后起病的中枢神经系统原发性退行性疾病，主要临床表现系统原发性退行性疾病，主要临床表现为痴呆综合征，病理学上表现为弥漫性为痴呆综合征，病理学上表现为弥漫性大脑皮质萎缩，神经细胞空泡化，脑内大脑皮质萎缩，神经细胞空泡化，脑内出现出现神经纤维缠结神经纤维缠结和和淀粉样斑块淀粉样斑块。在美国，阿尔茨海默病已成为老年人在美国，阿尔茨海默病已成为老年人第第4位主要死因。我国位主要死因。我国65岁以上老人中岁以上老人中阿尔茨海默病患病率为阿尔茨海默病患病率为0.3左右，已左右，已与发达国家接近。与发达国家接近。研究发现，研究发现，AD病因部分与微管相关，病因部分与微管相关，在患者的神经细胞中出现微管聚集的缺在患者的神经细胞中出现微管聚集的缺陷，使神经信号传递出现紊乱。陷，使神经信号传递出现紊乱。Alzheimers DiseaseAlzheimers Disease单纯性大泡性表皮松解症（epidermolysis bullosa simplex）症状：表皮松懈，易损伤原因：角蛋白14（k14）基因缺陷 （IF异常）导致皮肤基底细胞易脱离，对机械损伤敏感细胞骨架与遗传性疾病单纯性大泡性表皮松解症单纯性大泡性表皮松解症（epidermolysis bullosa simplex）症状：表皮松懈，易损伤原因：角蛋白14（k14）基因缺陷 （IF异常）导致皮肤基底细胞易脱离，对机械损伤敏感WAS综合症症状：遗传性免疫缺陷，湿疹、出血不止、血小板数量减少、反复感染原因：骨架（MF异常）异常，导致T淋巴细胞及血小板微绒毛数量减少细胞骨架与遗传性疾病细胞骨架成分比较细胞骨架成分比较主要特征微管微丝中间丝直径25nm67nm10nm分布所有真核细胞所有真核细胞动物细胞单体分子微管蛋白G-肌动蛋白6类中间纤维蛋白原纤维组成微管蛋白异二聚体F-肌动蛋白若干单体组成的4聚体首尾串连结构特征13根原纤维形成中空管状结构2条原纤维组成双螺旋状的实心纤维8条原纤维组成中空的管状结构踏车运动有有无单体蛋白库有有无核甘酸结合GTPATP无细胞骨架成分比较（续表）细胞骨架成分比较（续表）主要特征微管微丝中间丝极性