大学细胞生物学课件-第七章--细胞骨架.ppt

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1、第七章第七章 细胞骨架细胞骨架 cytoskeleton 细胞骨架真核细胞中细胞骨架真核细胞中由微管、微丝和中间由微管、微丝和中间纤维构成的相互作用纤维构成的相互作用的网络。的网络。 广义的细胞骨架包括核广义的细胞骨架包括核骨架、核纤层和细胞外骨架、核纤层和细胞外基质，形成贯穿于细胞基质，形成贯穿于细胞核、细胞质、细胞外的核、细胞质、细胞外的一体化网络结构。一体化网络结构。 细胞骨架真核细胞中细胞骨架真核细胞中由微管、微丝和中间由微管、微丝和中间纤维构成的相互作用纤维构成的相互作用的网络。的网络。 广义的细胞骨架包括广义的细胞骨架包括核骨架、核纤层和细核骨架、核纤层和细胞外基质，形成贯穿胞外基

2、质，形成贯穿于细胞核、细胞质、于细胞核、细胞质、细胞外的一体化网络细胞外的一体化网络结构。结构。 微管主要分布在核周围，呈放射状向胞质四周扩散。微管主要分布在核周围，呈放射状向胞质四周扩散。 微丝主要分布在细胞质膜的内侧。微丝主要分布在细胞质膜的内侧。 中间纤维分布在整个细胞中。中间纤维分布在整个细胞中。 MicrotubuleMicrofilamentIntermediate filament第一节第一节 微微 管管上世纪上世纪50年代，首次在超薄切片中观年代，首次在超薄切片中观察到微管察到微管(microtubule ) 。(a) 脑细胞微管的电镜照片脑细胞微管的电镜照片(b) 微管横截面

3、的电镜照片微管横截面的电镜照片 (c) 微管纵切面模式图微管纵切面模式图一、微管的结构与组成一、微管的结构与组成 微管的外径微管的外径24nm，管壁厚度约，管壁厚度约5nm，跨越细胞，跨越细胞的整个长度或宽度。的整个长度或宽度。 管壁由纵向排列的管壁由纵向排列的13条原纤维构成。条原纤维构成。 原纤维原纤维由由 , 微管蛋白球状亚基组成的异微管蛋白球状亚基组成的异二聚体二聚体装配而成。装配而成。每个装配单位一端是每个装配单位一端是微管蛋白，另一端是微管蛋白，另一端是微管蛋白。微管蛋白。所以原纤维不对称。所以原纤维不对称。微管在细胞中的存在形式微管在细胞中的存在形式单管：细胞质微管，单管：细胞质

4、微管，结构不稳定。结构不稳定。三联管：三联管：13+10+10存在于中心粒、基体，存在于中心粒、基体，结构结构稳定。稳定。131310131010二联管：二联管：13+10见于特化的细胞结构见于特化的细胞结构纤毛和鞭毛的轴丝内。纤毛和鞭毛的轴丝内。结构比较稳定。结构比较稳定。二、微管结合蛋白二、微管结合蛋白 微管结合蛋白微管结合蛋白( microtubule associated protein, MAP ) 结合在微管表面的一种辅助蛋白结合在微管表面的一种辅助蛋白 (accessory proteins)，提高微管的稳定性；改变其刚性或影响组装速率；介导提高微管的稳定性；改变其刚性或影响组装

5、速率；介导微管与其他细胞器的连接。微管与其他细胞器的连接。 MAP 具有两个结构域具有两个结构域 ( domain ) 一个结构域结合到微管蛋白侧面，加速微管的成核。一个结构域结合到微管蛋白侧面，加速微管的成核。 另一个结构域从微管蛋白表面向外延伸，与其他骨架纤维连接。另一个结构域从微管蛋白表面向外延伸，与其他骨架纤维连接。 MAP1, MAP2, Tau 只存在于神经元细胞。只存在于神经元细胞。 MAP4 广泛分布在哺乳动物非神经元细胞中。广泛分布在哺乳动物非神经元细胞中。*结构域蛋白质中在结构和功能上相对独立的区域。神经细胞中的神经细胞中的MAPs MAP2 有有3个微管蛋白结个微管蛋白结

6、合位点，彼此分开，与微合位点，彼此分开，与微管壁的管壁的3个不同微管蛋白个不同微管蛋白亚基结合。亚基结合。 MAP2 的尾部向外伸出，的尾部向外伸出，拥有较长的突出结构域，拥有较长的突出结构域，以便与其他骨架纤维相互以便与其他骨架纤维相互作用。作用。 突出结构域的长度决定微管突出结构域的长度决定微管束中微管的间距。束中微管的间距。突出结构域突出结构域神经细胞中的神经细胞中的 MAPs MAP2 有有3个微管蛋白结合个微管蛋白结合位点，彼此分开，与微管壁位点，彼此分开，与微管壁的的3个不同微管蛋白亚基结个不同微管蛋白亚基结合。合。 MAP2 的尾部向外伸出，拥的尾部向外伸出，拥有较长的突出结构域

7、，以便有较长的突出结构域，以便与其他骨架纤维相互作用。与其他骨架纤维相互作用。 Tau 拥有较短的突出结构域。拥有较短的突出结构域。 细胞过量表达细胞过量表达MAP2, Tau MAP2 过量表达的细胞，保持过量表达的细胞，保持有较宽空间的微管束。有较宽空间的微管束。 Tau 过量表达，形成包裹得更过量表达，形成包裹得更紧密的微管束。紧密的微管束。三、微管的装配与动力学三、微管的装配与动力学 微管在正常情况下装配和去装配，以适应细胞在不微管在正常情况下装配和去装配，以适应细胞在不同时间的变化需要。同时间的变化需要。 微管的装配分为三个时期微管的装配分为三个时期 成核期成核期 ( nucleat

8、ion phase ) , 微管蛋白聚合，形成一个短的寡聚体微管蛋白聚合，形成一个短的寡聚体/ /核心。核心。 聚合期聚合期( polymerization phase ) , 微管蛋白异二聚体不断加到微管正端，使微管延长。微管蛋白异二聚体不断加到微管正端，使微管延长。 稳定期稳定期( steady state phase ) 游离微管蛋白水平下降，装配与去装配达到动态平衡。游离微管蛋白水平下降，装配与去装配达到动态平衡。（一）微管装配的起始点是（一）微管装配的起始点是微管组织中心微管组织中心 在体内，微管的成核和组织在体内，微管的成核和组织过程与一些特异的结构相关，过程与一些特异的结构相关，

9、这些结构被称为微管组织中这些结构被称为微管组织中心心 ( microtubule-organizing center, MTOC ) 。 MTOC 是微管装配的起始点是微管装配的起始点控制微管的数目、极性控制微管的数目、极性控制组成微管壁的原纤维数目控制组成微管壁的原纤维数目控制微管组装的时间和地点控制微管组装的时间和地点 常见微管组织中心常见微管组织中心 间期细胞：中心体（动态间期细胞：中心体（动态微管）微管） 鞭毛、纤毛细胞：基体鞭毛、纤毛细胞：基体 ，永久性结构永久性结构中心体中心体 (centrosome) 在动物细胞中，细胞骨架微在动物细胞中，细胞骨架微管一般与中心体结合，组成管一般

10、与中心体结合，组成一个复合结构。一个复合结构。 含有含有2个桶状的中心粒个桶状的中心粒 由由9组三联管构成组三联管构成 成对的中心粒垂直排列，成对的中心粒垂直排列，包埋在中心粒旁物质包埋在中心粒旁物质( pericentriolar material, PCM )中。中。经过复制的经过复制的2对中心粒对中心粒微管的成核作用微管的成核作用 -环形蛋白复合体环形蛋白复合体 (- Tubulin ring complex,-TuRC ) 螺旋化排列的螺旋化排列的13个个微管蛋白亚微管蛋白亚基组成一个开放的环状模板，基组成一个开放的环状模板，在在模板上第一列模板上第一列微管蛋白二聚体微管蛋白二聚体组装

11、形成组装形成-TuRC，与微管具有相，与微管具有相同直径。同直径。 纤维性的中心粒旁物质含有纤维性的中心粒旁物质含有50拷贝以上的拷贝以上的-TuRC 中心体是微管成核的位点。中心体是微管成核的位点。-TuRC 由由MTOC提供的物提供的物质固定其位置，从而决定微管的极性。负端与中心体结质固定其位置，从而决定微管的极性。负端与中心体结合，正端远离中心体。合，正端远离中心体。nucleating sites(-tubulin ring complexes)pair of centriolesmicrotubules growing form -tubulin ring complexes of

12、the centrosome (a)(b)微管生长时，正端以开口片状存在，微管生长时，正端以开口片状存在，结合结合GTP的二聚体添加其上。的二聚体添加其上。 快速生长阶段，微管蛋白二聚体添快速生长阶段，微管蛋白二聚体添加速率快于微管蛋白上加速率快于微管蛋白上GTP水解的水解的速率。微管末端形成速率。微管末端形成GTP帽，有利帽，有利于添加更多的亚基使微管生长。但于添加更多的亚基使微管生长。但带有开放末端的微管会产生自发反带有开放末端的微管会产生自发反应，导致管口闭合。应，导致管口闭合。管口闭合，迫使结合的管口闭合，迫使结合的GTP水解，水解，改变微管蛋白二聚体的构像。改变微管蛋白二聚体的构像。

13、 当原纤维向外翻卷并发生级联去组当原纤维向外翻卷并发生级联去组装时，装时，GTP水解形成的张力被释放。水解形成的张力被释放。（三）（三） 微管的体外装配微管的体外装配 微管的体外装配条件微管的体外装配条件 微管蛋白浓度微管蛋白浓度：1mg/ml 最适最适 pH：6.9 最适温度：最适温度：37，低温微管解聚，低温微管解聚 离子：加入离子：加入 Mg2+ 、除去、除去 Ca2+ GTP 提供能量提供能量 在一定条件下，微管在正端装配使微管延长，在在一定条件下，微管在正端装配使微管延长，在负端去装配使微管缩短。当微管两端的装配和去负端去装配使微管缩短。当微管两端的装配和去装配达到平衡，其长度相对恒

14、定不变时，该现象装配达到平衡，其长度相对恒定不变时，该现象被称为被称为“踏车踏车” ( tread milling ) 。在试管中组装的微管在试管中组装的微管11根原纤丝（四）影响微管组装和去组装的因素（四）影响微管组装和去组装的因素 对活细胞进行各种处理可使细胞骨架微管去组装，但不对活细胞进行各种处理可使细胞骨架微管去组装，但不破坏其它细胞结构。破坏其它细胞结构。 低温、流体静力学压力、升高的钙离子浓度低温、流体静力学压力、升高的钙离子浓度 微管特异性药物微管特异性药物 秋水仙素、长春花碱、长春新碱和秋水仙素、长春花碱、长春新碱和紫杉醇紫杉醇 秋水仙素，最重要的微管工具药物。秋水仙素，最重要

15、的微管工具药物。 秋水仙素结合和稳定微管蛋白，阻止微管蛋白聚合，引起微管秋水仙素结合和稳定微管蛋白，阻止微管蛋白聚合，引起微管去组装。去组装。 长春花碱和长春新碱则结合微管蛋白异二聚体，抑制微长春花碱和长春新碱则结合微管蛋白异二聚体，抑制微管的聚合。管的聚合。 细胞周期特异性抗肿瘤药，作用于细胞周期特异性抗肿瘤药，作用于G1 , S & M。阻断增殖细胞。阻断增殖细胞纺锤体的形成，使有丝分裂停止于中期。纺锤体的形成，使有丝分裂停止于中期。2022-5-2319 紫杉醇紫杉醇 ( taxol ) 促进微管的装配，并使已形成的微管稳定。紫杉醇所致促进微管的装配，并使已形成的微管稳定。紫杉醇所致的微

16、管稳定性对细胞是的微管稳定性对细胞是有害的有害的，使细胞周期停止于有丝，使细胞周期停止于有丝分裂期。分裂期。 紫杉醇类化合物在体内优先杀死肿瘤细胞，已用于紫杉醇类化合物在体内优先杀死肿瘤细胞，已用于癌症的化疗。癌症的化疗。四、微管的功能四、微管的功能 （一）支持和维持细胞（一）支持和维持细胞的形态的形态 作为动态支架，提供作为动态支架，提供结构支撑，决定细胞结构支撑，决定细胞形态和抵抗细胞变形。形态和抵抗细胞变形。 微管从细胞的核周区微管从细胞的核周区域呈放射状向外伸展，域呈放射状向外伸展，各条微管逐渐弯曲并各条微管逐渐弯曲并与细胞形状一致。与细胞形状一致。 大而扁平的培养小鼠细胞中微管的定位

17、大而扁平的培养小鼠细胞中微管的定位（二）（二） 参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成纤毛纤毛/鞭毛轴丝的结构。鞭毛轴丝的结构。可见轴心的可见轴心的 “92” 结构：结构：外周的外周的9组二联管组二联管（13+10）和）和2条中央微管（完整微管）。条中央微管（完整微管）。精子轴丝动力蛋白（以区别于胞质动力蛋白）缺陷将导致不育。精子轴丝动力蛋白（以区别于胞质动力蛋白）缺陷将导致不育。动力蛋白臂动力蛋白臂AB（三）参与细胞内的物质运输（三）参与细胞内的物质运输 细胞中的马达蛋白细胞中的马达蛋白(motor proteins)将将 ATP 的化学能转的化学能转变为机械能，转运与马达

18、蛋白结合的货物。变为机械能，转运与马达蛋白结合的货物。 运输小泡、分泌颗粒、色素颗粒、线粒体、溶酶体和染色体等运输小泡、分泌颗粒、色素颗粒、线粒体、溶酶体和染色体等 单个细胞含有几十种不同的马达蛋白，分为三大家族：单个细胞含有几十种不同的马达蛋白，分为三大家族： 动力蛋白动力蛋白( dyneins ) 沿微管运动沿微管运动 驱动蛋白驱动蛋白( kinesin ) 沿微管运动沿微管运动 肌球蛋白肌球蛋白( myosin ) 沿微丝运动沿微丝运动 每种马达蛋白用于运输细胞特定区域的一类特定物质。每种马达蛋白用于运输细胞特定区域的一类特定物质。 它们结合的纤维不同、移动的方向不同、携带的它们结合的纤

19、维不同、移动的方向不同、携带的“货物货物”不同。不同。1. 动力蛋白动力蛋白(a)由由2个产力的球状头部个产力的球状头部（具有（具有 ATP 水解酶活水解酶活性）、性）、1个柄部和基部个柄部和基部的许多小亚基组成。小的许多小亚基组成。小亚基介导马达蛋白与要亚基介导马达蛋白与要转运的转运的“货物货物” 结合。结合。2. 驱动蛋白驱动蛋白 负责从胞体向轴突末端负责从胞体向轴突末端运输小泡和细胞器。运输小泡和细胞器。 由由2条重链和条重链和2条轻链组条轻链组成的四聚体。成的四聚体。 一对球状头部（水解一对球状头部（水解 ATP 产生能量）与微管产生能量）与微管结合。每个头部与一个结合。每个头部与一个

20、颈部、一个杆状的柄部颈部、一个杆状的柄部和一个结合运载和一个结合运载“货物货物”的扇形尾部相连。的扇形尾部相连。驱动蛋白沿着微管运输小泡的示意图驱动蛋白沿着微管运输小泡的示意图在体外培养的非极性细胞中，驱在体外培养的非极性细胞中，驱动蛋白和动力蛋白介导的小泡和动蛋白和动力蛋白介导的小泡和细胞器运输的示意图。细胞器运输的示意图。（四）维持细胞内细胞器的定位（四）维持细胞内细胞器的定位 大鼠结肠分泌黏液的杯状细大鼠结肠分泌黏液的杯状细胞的极化结构图胞的极化结构图 细胞器沿着从顶端到基底端细胞器沿着从顶端到基底端的轴以确定的模式排列的轴以确定的模式排列 正常细胞高尔基体（绿色）定位在核周围。正常细胞

21、高尔基体（绿色）定位在核周围。 用秋水仙素处理细胞，微管（橙色）解聚，高尔基体用秋水仙素处理细胞，微管（橙色）解聚，高尔基体分散在整个胞质中。分散在整个胞质中。5. 细胞分裂装置的必要组分细胞分裂装置的必要组分 构成有丝分裂器，介导染色体运动。构成有丝分裂器，介导染色体运动。第二节第二节 微丝微丝 (microfilament, MF) 又称肌动蛋白丝又称肌动蛋白丝(actin filament) 细胞的许多运动都依赖微丝的存在细胞的许多运动都依赖微丝的存在 肌肉收缩肌肉收缩 非肌肉收缩与运动非肌肉收缩与运动 细胞分裂细胞分裂 巨噬细胞的吞噬活动巨噬细胞的吞噬活动 微绒毛微绒毛一、肌动蛋白与微

22、丝的结构一、肌动蛋白与微丝的结构 微丝是由肌动蛋白单体（常称作微丝是由肌动蛋白单体（常称作G-肌动蛋白）组成的多聚体，直肌动蛋白）组成的多聚体，直径约径约8nm。 肌动蛋白单体由肌动蛋白单体由2个亚基构成，个亚基构成，每一亚基含有每一亚基含有375个氨基酸残基。个氨基酸残基。 肌动蛋白单体有肌动蛋白单体有 ATP ADP、Mg2+和和K+ Na+以及肌球蛋白的结以及肌球蛋白的结合位点。合位点。肌动蛋白纤维的冷冻蚀刻电镜照片肌动蛋白纤维的冷冻蚀刻电镜照片双股螺旋结构双股螺旋结构一、肌动蛋白与微丝的结构一、肌动蛋白与微丝的结构 每个肌动蛋白亚基都有极性，并且肌动蛋白纤维中所有每个肌动蛋白亚基都有极

23、性，并且肌动蛋白纤维中所有的亚基均指向同一方向，所以整条微丝都有极性。的亚基均指向同一方向，所以整条微丝都有极性。二、微丝结合蛋白及其功能二、微丝结合蛋白及其功能 决定细胞内微丝的组织决定细胞内微丝的组织与行为与行为 右图，运动的成纤维细右图，运动的成纤维细胞的前导边缘电镜照片，胞的前导边缘电镜照片，显示高度致密的肌动蛋显示高度致密的肌动蛋白纤维组织成两种不同白纤维组织成两种不同的排列。的排列。 什么因素控制肌动蛋白什么因素控制肌动蛋白纤维的组装速率、数量、纤维的组装速率、数量、长度和空间分布？长度和空间分布？微丝平行排列成束微丝平行排列成束微丝以不同方向微丝以不同方向交联成网交联成网单体隔离

24、单体隔离封端加帽封端加帽单体成核单体成核单体单体交联交联单体聚合单体聚合交联交联解聚解聚纤维切割纤维切割膜结合膜结合（一）单体（一）单体-隔离蛋白隔离蛋白(monomer-sequestering protein)1. 胸腺素胸腺素 结合结合G-actin，阻止，阻止G-actin聚合。聚合。 维持非肌肉细胞中肌动蛋白单体以较高的浓度维持非肌肉细胞中肌动蛋白单体以较高的浓度( 50200mol / L )存在。维持单体库的稳定。存在。维持单体库的稳定。2. 抑制蛋白抑制蛋白 不抑制聚合，而是在去除加帽蛋白后，促进生不抑制聚合，而是在去除加帽蛋白后，促进生长中的微丝正端添加结合抑制蛋白的肌动蛋白

25、长中的微丝正端添加结合抑制蛋白的肌动蛋白单体，在细胞运动过程中促进肌动蛋白聚合。单体，在细胞运动过程中促进肌动蛋白聚合。（二）交联蛋白（二）交联蛋白(cross-linking protein) 改变微丝群体的三维结构。改变微丝群体的三维结构。 交联蛋白有交联蛋白有2个或个或2个以上个以上与肌动蛋白结合的位点，与肌动蛋白结合的位点，能够将两个或两个以上分能够将两个或两个以上分离的肌动蛋白纤维交联在离的肌动蛋白纤维交联在一起。一起。 细丝蛋白细丝蛋白 绒毛蛋白绒毛蛋白 丝束蛋白丝束蛋白细丝蛋白细丝蛋白 呈细长柔软的呈细长柔软的杆状杆状，促进形成近似正交相促进形成近似正交相互关系的纤维松散网互关系

26、的纤维松散网络。络。 含该网络的胞质区具含该网络的胞质区具有弹性凝胶特性，能有弹性凝胶特性，能抵抗局部的机械压力。抵抗局部的机械压力。成束蛋白成束蛋白 丝束蛋白丝束蛋白和和绒毛蛋绒毛蛋白白呈球状呈球状，促进肌，促进肌动蛋白纤维束动蛋白纤维束紧密紧密地平行排列。地平行排列。 上皮细胞的上皮细胞的微绒微绒毛毛、内耳受体细内耳受体细胞胞突出的毛发状突出的毛发状的的静纤毛静纤毛。端帽端帽丝束蛋白丝束蛋白绒毛蛋白绒毛蛋白肌球蛋白肌球蛋白纤维正端纤维正端微绒毛微绒毛辅肌蛋白和丝束蛋白辅肌蛋白和丝束蛋白成束蛋白成束蛋白（三）封端（加帽）蛋白（三）封端（加帽）蛋白End-blocking(capping) p

27、rotein 与微丝的某一端结合形成帽，调节肌动蛋白纤维与微丝的某一端结合形成帽，调节肌动蛋白纤维的长度。的长度。 在纤维快速增长的正端加帽，则另一端解聚，导致纤在纤维快速增长的正端加帽，则另一端解聚，导致纤维去组装。维去组装。 横纹肌的细丝由横纹肌的细丝由 Cap Z 在其在其 Z 线的正端加帽，其线的正端加帽，其负端则由负端则由原肌球调节蛋白原肌球调节蛋白加帽。加帽。（四）纤维（四）纤维-切割蛋白切割蛋白(filament-severing protein) 与与已有纤维的侧面结合，已有纤维的侧面结合，并将其一分为二。由于并将其一分为二。由于纤维长度缩短，胞质黏纤维长度缩短，胞质黏度下降。

28、度下降。 切割蛋白能产生游离的切割蛋白能产生游离的正端，促进肌动蛋白单正端，促进肌动蛋白单体的渗入，或为切割产体的渗入，或为切割产生的片段加帽。生的片段加帽。凝溶胶转换蛋白凝溶胶转换蛋白切割、加帽切割、加帽（五）肌动蛋白纤维（五）肌动蛋白纤维-解聚蛋白解聚蛋白(actin filament-depolymerizing protein) 与微丝负端结合，促进微丝解聚成肌动蛋白单体。与微丝负端结合，促进微丝解聚成肌动蛋白单体。 结合在肌动蛋白微丝上，使之轻微扭曲结合在肌动蛋白微丝上，使之轻微扭曲变紧变紧，易碎易碎、易易切割切割。拆卸细胞的衰老纤维。拆卸细胞的衰老纤维。丝切蛋白丝切蛋白（六）膜结合

29、蛋白（六）膜结合蛋白(membrane-binding protein) 非肌肉细胞的收缩装置大部分位于细胞质膜下方。非肌肉细胞的收缩装置大部分位于细胞质膜下方。 通过与外周膜蛋白连接，将微丝间接连在质膜上，通过与外周膜蛋白连接，将微丝间接连在质膜上，产生细胞运动或移动。产生细胞运动或移动。 收缩蛋白产生的力作用于质膜上使之外凸收缩蛋白产生的力作用于质膜上使之外凸/内凹。内凹。 细胞移动过程中细胞移动过程中 吞噬作用或胞质分裂过程中吞噬作用或胞质分裂过程中红细胞膜骨架红细胞膜骨架人红细胞质膜的内表面观模型，显示人红细胞质膜的内表面观模型，显示出包埋在脂双层中的整合蛋白和形成出包埋在脂双层中的整

30、合蛋白和形成膜内表面骨架的外周蛋白的排列。膜内表面骨架的外周蛋白的排列。三、微丝的装配机制三、微丝的装配机制 非肌肉细胞中，微丝是一种动态结构。非肌肉细胞中，微丝是一种动态结构。 G-actin 渗入微丝前，先结合渗入微丝前，先结合1分子分子ATP；快速组；快速组装肌动蛋白纤维时，其末端含有装肌动蛋白纤维时，其末端含有actin-ATP 帽，帽，阻止纤维去组装，有利于连续组装；阻止纤维去组装，有利于连续组装；ATP水解，水解，减弱微丝单体间的结合力，微丝解聚。减弱微丝单体间的结合力，微丝解聚。（一）微丝的组装过程分为成核、聚合和稳（一）微丝的组装过程分为成核、聚合和稳定三个阶段定三个阶段肌动蛋

31、白微丝体外组装的三个时期 成核期成核期/延迟期延迟期 成核作用发生在质膜下，由成核作用发生在质膜下，由 ARP2/3 复合物催化，复合物催化，是微丝组装的限是微丝组装的限速过程，刚形成的二聚体易水解，形成三聚体核心才稳定；速过程，刚形成的二聚体易水解，形成三聚体核心才稳定； 聚合期聚合期 球状肌动蛋白快速地在核心两端聚合；正端是快速增长端，负端是球状肌动蛋白快速地在核心两端聚合；正端是快速增长端，负端是缓慢增长端。一端添加单体的速率是另一端的缓慢增长端。一端添加单体的速率是另一端的510倍；倍； 平衡期平衡期 肌动蛋白肌动蛋白-ATP 亚基倾向于添加到纤维的正端，而肌动蛋白亚基倾向于添加到纤维

32、的正端，而肌动蛋白-ADP 倾向于离开纤维的负端；聚合与解聚达到动态平衡。倾向于离开纤维的负端；聚合与解聚达到动态平衡。三、微丝的装配机制三、微丝的装配机制（二）微丝组装的踏车模型和非稳态动力学模型（二）微丝组装的踏车模型和非稳态动力学模型 体外实验中，体外实验中，肌动蛋白肌动蛋白-ATP 亚基添加到纤维的正端，亚基添加到纤维的正端，而肌动蛋白而肌动蛋白-ADP 离开纤维的负端。微丝两端聚合与解离开纤维的负端。微丝两端聚合与解聚达到平衡，各个单体沿着肌动蛋白纤维长度的移动聚达到平衡，各个单体沿着肌动蛋白纤维长度的移动称为踏车称为踏车(tread-milling)。肌动蛋白的体外装配肌动蛋白的体

33、外装配（三）影响微丝组装的因素（三）影响微丝组装的因素 肌动蛋白单体的临界浓度肌动蛋白单体的临界浓度 ATP 离子浓度离子浓度 有有 Mg2+存在，存在，Na+, K+溶液中，溶液中，G-actin 组装成微丝。组装成微丝。 有有 Ca2+存在，存在，Na+, K+溶液中，微丝解聚成溶液中，微丝解聚成 G-actin。 药物药物 细胞松弛素细胞松弛素B ( cytochalasin B ) 从霉菌细胞中提取的化合物，与微丝的从霉菌细胞中提取的化合物，与微丝的正端结正端结合合，阻止肌动蛋白聚合，破坏微丝的三维网络。，阻止肌动蛋白聚合，破坏微丝的三维网络。 鬼笔环肽鬼笔环肽 ( phalloidi

34、n ) 从有毒蘑菇中提取的化合物，从有毒蘑菇中提取的化合物，结合并稳定微丝，结合并稳定微丝，使肌动蛋白纤维网络使肌动蛋白纤维网络聚合增强聚合增强。 当细胞暴露于这类化合物时，微丝介导的活动当细胞暴露于这类化合物时，微丝介导的活动迅速停止。迅速停止。 细胞移动、吞噬活动、胞质分裂细胞移动、吞噬活动、胞质分裂四、微丝的功能四、微丝的功能构成细胞支架并维持细胞的形态构成细胞支架并维持细胞的形态参与细胞运动参与细胞运动细胞分裂细胞分裂肌肉收缩肌肉收缩细胞物质运输细胞物质运输细胞内信号传递细胞内信号传递（一）构成细胞支架并维持细胞的形态（一）构成细胞支架并维持细胞的形态 每根每根微绒毛微绒毛含有含有25

35、根微丝，通过绒毛蛋白和丝束蛋白根微丝，通过绒毛蛋白和丝束蛋白将微丝交联成束，使其保持高度有序的排列。将微丝交联成束，使其保持高度有序的排列。（二）参与细胞运动（二）参与细胞运动 巨噬细胞、白细胞含有丰富的微丝，通过与微巨噬细胞、白细胞含有丰富的微丝，通过与微丝结合蛋白的相互作用，使细胞表面形成凸起，丝结合蛋白的相互作用，使细胞表面形成凸起，如丝足、片足。如丝足、片足。（三）（三） 参与细胞分裂参与细胞分裂 有丝分裂后、末有丝分裂后、末期，质膜下的微期，质膜下的微丝在肌球蛋白的丝在肌球蛋白的作用下，形成带作用下，形成带状束状束收缩环，收缩环，导致细胞一分为导致细胞一分为二。二。 （四）参与肌肉收

36、缩（四）参与肌肉收缩 肌细胞（纤维）由肌细胞（纤维）由数百个肌原纤维组数百个肌原纤维组成。成。 每根肌原纤维由细每根肌原纤维由细肌丝和粗肌丝重叠肌丝和粗肌丝重叠而形成。而形成。 骨胳肌收缩的基骨胳肌收缩的基本结构单位本结构单位肌小节肌小节骨骼肌骨骼肌肌束肌束肌纤维肌纤维细胞核细胞核肌鞘肌鞘肌原纤维肌原纤维肌节肌节肌球蛋白肌球蛋白分子结构分子结构头头颈颈尾尾由一对重链和两对轻链组成：由一对重链和两对轻链组成：成对的重链由一个杆状尾部和一对球状头部组成，成对的重链由一个杆状尾部和一对球状头部组成，尾部的两条多肽链部分互相缠绕形成卷曲螺旋。尾部的两条多肽链部分互相缠绕形成卷曲螺旋。每根粗丝由几百个肌

37、球蛋白每根粗丝由几百个肌球蛋白(myosin)分子组成。分子组成。粗肌丝和细肌丝粗肌丝和细肌丝肌动蛋白肌动蛋白 肌钙蛋白肌钙蛋白 原肌球蛋白原肌球蛋白粗丝的中央由肌球蛋白分子相对的尾部组成。粗丝的中央由肌球蛋白分子相对的尾部组成。由于组成粗丝的肌球蛋白分子的交错位置，由于组成粗丝的肌球蛋白分子的交错位置，肌球蛋白的头部在每根粗丝的末端突出。肌球蛋白的头部在每根粗丝的末端突出。在肌肉收缩过程中肌节的缩短在肌肉收缩过程中肌节的缩短 I 带仅含细肌丝；带仅含细肌丝；H 区区只含粗肌丝；只含粗肌丝；H 区两侧区两侧的的 A 带代表重叠区域，带代表重叠区域，含有粗肌丝和细肌丝。含有粗肌丝和细肌丝。 肌节

38、在肌肉松弛与收缩状肌节在肌肉松弛与收缩状态中的差别。态中的差别。 在收缩过程中，肌球蛋在收缩过程中，肌球蛋白交联桥与周围的细肌白交联桥与周围的细肌丝接触，细肌丝被迫向丝接触，细肌丝被迫向肌节中央滑动。肌节中央滑动。 交联桥非同步活动，以致交联桥非同步活动，以致在任意时刻都只有一部分在任意时刻都只有一部分处于活动状态。处于活动状态。在肌肉收缩过程中肌节的缩短在肌肉收缩过程中肌节的缩短 松弛和收缩的肌节松弛和收缩的肌节纵切面的电镜照片。纵切面的电镜照片。 显示由于细肌丝向显示由于细肌丝向肌节中央滑动，使肌节中央滑动，使H 区消失。区消失。肌肉收缩的分子基础肌肉收缩的分子基础 +-+-（五）参与细胞

39、内的物质运（五）参与细胞内的物质运输输肌球蛋白肌球蛋白Va驱动蛋白驱动蛋白色素颗粒色素颗粒微管微管微丝微丝（六）细胞内信号传递（六）细胞内信号传递 细胞表面的受体受到外界信号作用，诱导细胞细胞表面的受体受到外界信号作用，诱导细胞质膜下的肌动蛋白结构改变，从而启动胞内激质膜下的肌动蛋白结构改变，从而启动胞内激酶变化的信号传导过程。酶变化的信号传导过程。第三节第三节 中中 间间 纤纤 维维 ( intermediate filament, IF ) 直径约直径约10nm的实心纤维。的实心纤维。 存在于细胞质和细胞核。存在于细胞质和细胞核。 是最坚韧持久的细胞骨架成是最坚韧持久的细胞骨架成分。分。一

40、、中间纤维的结构和类型一、中间纤维的结构和类型（一）中间纤维是丝状蛋白多聚体（一）中间纤维是丝状蛋白多聚体 具有一个由具有一个由310个氨基酸组成的个氨基酸组成的螺旋杆状区螺旋杆状区，两端是非两端是非螺旋的头部和尾部螺旋的头部和尾部。 杆状区杆状区在长度和氨基酸序列上在长度和氨基酸序列上非常保守非常保守，是结构的是结构的关键区域关键区域。 包含包含4段具有段具有7个氨基酸一组的个氨基酸一组的螺旋区，螺旋区，4个螺旋区被个螺旋区被3个短个短小的间隔区所连接。小的间隔区所连接。L1L12 L21A1B2A2B N 端的头部和端的头部和 C 端的尾部高度可变端的尾部高度可变 IF 的主要的主要区别区

41、别取决于取决于头和尾的长度及氨基头和尾的长度及氨基酸顺序酸顺序 具有不同的氨基酸序列和化学性质具有不同的氨基酸序列和化学性质 2个多肽的个多肽的螺旋杆状区以卷曲螺旋形式互相缠螺旋杆状区以卷曲螺旋形式互相缠绕，形成约绕，形成约45nm的绳状二聚体。的绳状二聚体。（一）中间纤维是丝状蛋白多聚体（一）中间纤维是丝状蛋白多聚体一、中间纤维的结构和类型一、中间纤维的结构和类型（二）（二）中间纤维蛋白的类型和分布中间纤维蛋白的类型和分布 IF 是一类形态上非常相似，而化学组成上有是一类形态上非常相似，而化学组成上有明显差异的蛋白质。明显差异的蛋白质。根据其组织分布、生化、根据其组织分布、生化、遗传及免疫学

42、标准分为六大类。遗传及免疫学标准分为六大类。 角蛋白角蛋白 结蛋白结蛋白 胶质原纤维酸性蛋白胶质原纤维酸性蛋白 波形纤维蛋白波形纤维蛋白 神经纤丝蛋白神经纤丝蛋白 核纤层蛋白核纤层蛋白( lamin )中间纤维的类型中间纤维的类型IF蛋白蛋白序列类型序列类型 主要组织分布主要组织分布酸性角蛋白酸性角蛋白I 上皮上皮 中性中性/碱性角蛋白碱性角蛋白II 上皮上皮 波形蛋白波形蛋白 III 间充质细胞间充质细胞结蛋白结蛋白 III 肌肉肌肉外周蛋白外周蛋白胶质原纤维酸性蛋白胶质原纤维酸性蛋白IIIIII外周神经元外周神经元神经胶质细胞神经胶质细胞 神经丝蛋白神经丝蛋白(NF-L, M, H)IV

43、中枢神经元和外周神经中枢神经元和外周神经核纤层蛋白核纤层蛋白 (lamin) (Lamin A,B,C)V 所有细胞类型（核被膜）所有细胞类型（核被膜） NestinVI 神经干细胞神经干细胞1. 角蛋白角蛋白 人类上皮细胞有人类上皮细胞有20余种不同的角蛋白，分为余种不同的角蛋白，分为和和两类两类 角蛋白又称胞质角蛋白，分布于体表、体腔的上角蛋白又称胞质角蛋白，分布于体表、体腔的上皮细胞中。皮细胞中。 角蛋白为头发、指甲等坚韧结构所具有。角蛋白为头发、指甲等坚韧结构所具有。 根据组成氨基酸的不同，也可分为根据组成氨基酸的不同，也可分为 酸性角蛋白酸性角蛋白(I型型) 中性中性/碱性角蛋白碱性

44、角蛋白(II型型)2. 波形纤维蛋白波形纤维蛋白 存在于间充质细胞及中胚层来源的细胞。存在于间充质细胞及中胚层来源的细胞。 波形蛋白一端与核膜相连，另一端与细胞表面波形蛋白一端与核膜相连，另一端与细胞表面处的桥粒或半桥粒相连，将细胞核和细胞器维处的桥粒或半桥粒相连，将细胞核和细胞器维持在特定的空间。持在特定的空间。3. 结蛋白结蛋白 存在于肌肉细胞，又称骨骼蛋白。存在于肌肉细胞，又称骨骼蛋白。 主要功能主要功能: 使肌纤维连在一起。使肌纤维连在一起。4. 胶质原纤维酸性蛋白胶质原纤维酸性蛋白 存在于星形神经胶质细胞和周围神经的许旺细存在于星形神经胶质细胞和周围神经的许旺细胞，主要起支撑作用。胞

45、，主要起支撑作用。5.神经丝蛋白神经丝蛋白 由三种分子量不同的多肽组成的异聚体。由三种分子量不同的多肽组成的异聚体。 NF-L ( low,6070KD ) NF-M ( medium ,105110KD ) NF-H ( heavy,135150KD ) 功能：提供弹性使神经纤维易于伸展、防止断裂。功能：提供弹性使神经纤维易于伸展、防止断裂。核纤层核纤层(nuclear lamina) 真核细胞内核膜内表面连接的一层致密的纤维网络结构。真核细胞内核膜内表面连接的一层致密的纤维网络结构。 培养的人细胞的细胞核，用荧光标记抗体染色显示核纤培养的人细胞的细胞核，用荧光标记抗体染色显示核纤层（红色）

46、，核基质被染成绿色。层（红色），核基质被染成绿色。核基质核基质核纤层纤维核纤层纤维核纤层冰冻蚀刻电镜照片核纤层冰冻蚀刻电镜照片二、中间纤维的装配二、中间纤维的装配和调节和调节三、中间纤维的功能三、中间纤维的功能（一）（一） 在细胞内形成完整的网状骨架系统在细胞内形成完整的网状骨架系统（二）（二） 为细胞提供机械支持为细胞提供机械支持（三）（三） 参与细胞连接参与细胞连接（四）（四） 参与细胞内信息传递及物质运输参与细胞内信息传递及物质运输（五）（五） 维持细胞核膜稳定维持细胞核膜稳定（六）（六） 参与细胞分化参与细胞分化（一）（一） 在细胞内形成完整的在细胞内形成完整的网状骨架系统网状骨架系统

47、 中间纤维在靠近核区域多次分支，且与核纤层相中间纤维在靠近核区域多次分支，且与核纤层相连，整个纤维网架穿过胞质终止于质膜。连，整个纤维网架穿过胞质终止于质膜。细胞骨架成分通过细胞骨架成分通过蛋白交联桥蛋白交联桥相互连接相互连接 成纤维细胞局部细胞骨架的冰冻蚀刻电镜照片成纤维细胞局部细胞骨架的冰冻蚀刻电镜照片（已选择性去除微丝）。（已选择性去除微丝）。 通过由纤维网状蛋白组成的细长束状通过由纤维网状蛋白组成的细长束状交联桥交联桥可可见见中间纤维中间纤维与与微管微管连接。连接。中间纤维中间纤维微管微管（二）（二） 为细胞提供机械支持为细胞提供机械支持 细胞内的中间纤维通过桥粒相互连接形成贯穿于整个

48、细胞内的中间纤维通过桥粒相互连接形成贯穿于整个组织的网络，支持该组织并抵抗外界压力与张力。组织的网络，支持该组织并抵抗外界压力与张力。 上皮细胞中是角蛋白中间纤维。上皮细胞中是角蛋白中间纤维。 心肌细胞中是结蛋白中间纤维心肌细胞中是结蛋白中间纤维 大脑表皮细胞中为波形中间纤维大脑表皮细胞中为波形中间纤维（三）（三） 参与细胞连接参与细胞连接 中间纤维通过锚定在桥粒中间纤维通过锚定在桥粒和半桥粒上，把一些器官和半桥粒上，把一些器官和皮肤表皮细胞连接在其和皮肤表皮细胞连接在其他细胞或固着在基底膜上。他细胞或固着在基底膜上。 桥粒介导细胞桥粒介导细胞-细胞的黏着细胞的黏着 半桥粒介导细胞半桥粒介导细

49、胞-细胞外基细胞外基质的黏着质的黏着（四）（四）参与细胞内信息传递及物质运输参与细胞内信息传递及物质运输 中间纤维连接质膜及胞外基质，并与核中间纤维连接质膜及胞外基质，并与核纤层相连，形成一个跨膜的信息通道。纤层相连，形成一个跨膜的信息通道。 胞质胞质 mRNA 锚定于中间纤维，可能与锚定于中间纤维，可能与 mRNA的运输、定位有关。的运输、定位有关。（五）（五）维持细胞核膜稳定维持细胞核膜稳定 核纤层为核被膜提供机械支持，维持细核纤层为核被膜提供机械支持，维持细胞核的形态。胞核的形态。（六）（六）参与细胞分化参与细胞分化 不同的中间不同的中间纤维纤维蛋白在各类组织中有特异的表达，蛋白在各类组

50、织中有特异的表达，表明中间表明中间纤维纤维与细胞的分化有密切关系与细胞的分化有密切关系。 胚胎细胞能根据其发育的方向调节中间纤维基因的表达。胚胎细胞能根据其发育的方向调节中间纤维基因的表达。 小鼠胚胎发育初期，胚胎细胞表达角蛋白；到第小鼠胚胎发育初期，胚胎细胞表达角蛋白；到第89d,将要发育为间叶组织的细胞中，角蛋白表达下降将要发育为间叶组织的细胞中，角蛋白表达下降并停止，同时出现波形纤维蛋白的表达。并停止，同时出现波形纤维蛋白的表达。 神经外胚层发育中，首先出现角蛋白的表达，第神经外胚层发育中，首先出现角蛋白的表达，第11d左右，角蛋白表达停止，波形纤维蛋白出现。左右，角蛋白表达停止，波形纤