第九章细胞骨架.pdf

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1、第九章第九章 细胞骨架细胞骨架 cytoskeleton 培养的上皮细胞（培养的上皮细胞（微丝红色微丝红色 微管绿色微管绿色） 本章内容本章内容 概述 细胞质骨架 微管 (microtuble, MT) 鞭毛与纤毛 中心体和中心粒 微丝 (microfilament, MF) 中间纤维 (intermediate filament, IF) 目的要求目的要求 一、掌握：1. 细胞骨架的概念 2. 微管、微丝和中间纤维的化 学组成、结构与组装 二、熟悉：微管、微丝和中间纤维的功能 三、了解：细胞骨架与疾病的关系 细胞骨架的发现细胞骨架的发现 1928年， 人们提出了细胞骨架的原始概念。 1954

2、年， 在电镜下首次看到了细胞中的微管，但此时，电镜制片只能用锇酸或高锰酸钾在低温条件下来固定，所以细胞骨架常被破坏。 1963年，采用戊二醛常温固定后，才广泛的地观察到各种细胞骨架的存在，并正式命名为一种细胞器。 最初人们认为细胞质中无有形结构，但许多生命现象，如细胞运动、细胞形状的维持等，难以得到解释。 显微镜所观察到的细胞骨架显微镜所观察到的细胞骨架 MF MT IF 细胞骨架的概念细胞骨架的概念 定义：定义： 细胞骨架是指细胞骨架是指真核细胞真核细胞质中的质中的蛋白质纤维网架蛋白质纤维网架体系。它对于细胞的形状、细胞的运动、细胞内物体系。它对于细胞的形状、细胞的运动、细胞内物质的运输、染

3、色体的分离和细胞分裂等起着重要的质的运输、染色体的分离和细胞分裂等起着重要的作用。包括微管、微丝和中间纤维。（狭义）作用。包括微管、微丝和中间纤维。（狭义） 细胞骨架 B 微丝 (microfilament, MF) A 微管 (microtuble, MT) C 中间纤维 (intermediate filament, IF) A fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucleus (yellow) and microtubules (red) 第一节第一节 微管微管 (microtubul

4、es)(microtubules) 微管微管( (microtubule, MT) ) 1、形态结构： 直径15-25nm，直而中空的管状结构，其管壁由13条直径为45nm的原纤维聚合而成。 原纤维：异二聚体排列而成 光镜下黄色荧光显示微管光镜下黄色荧光显示微管 光镜下的微管光镜下的微管 电镜下的微管电镜下的微管 微管微管( (microtubule, MT) ) 2、化学组成：微管蛋白 微管蛋白 异二聚体：二价阳离子、秋水仙素、 长春花碱、GDP、GTP结合位点 微管蛋白 微管相关蛋白：调节微管蛋白聚合 微微管管蛋蛋白白 -微管蛋白微管蛋白: 位于微管组织中心位于微管组织中心 微管组织中心微

5、管组织中心 microtubule organizing center, MTOCs 是微管进行组装的区域，都具有微管蛋白 ，如：中心体、鞭毛基体。 微管微管( (microtubule, MT) ) 3、组装：可逆的蛋白组装方式: 微管蛋白 + 微管蛋白（单体） 异二聚体 聚合体(微管) GTP提供能量 微管组装过程： 成核期 聚合期 稳定期 微管微管( (microtubule, MT) ) 限速阶段 缓慢 聚合解聚 聚合=解聚 微管的组装微管的组装 微管蛋白二聚体微管蛋白二聚体单根单根原纤维原纤维两端、侧面扩展成两端、侧面扩展成片状片状 1313根根原纤维原纤维卷曲合拢形成微管卷曲合拢形

6、成微管； 成核期微管的装配过程 微管是一种动态结构，在体内不断地组装微管是一种动态结构，在体内不断地组装 与去组装。与去组装。 微管结合蛋白 microtubule associated proteins MAPs MAP分子包含一个结合微管的结构域和一个向外突出的结构域。可与其它细胞组分（如微管束、中间纤维、质膜）结合。 主要功能：调控微管组装。增加微管稳定性。参与轨道定向转运。介导信号转导。 抑制微管组装的药物： 秋水仙素、长春花碱 促进微管组装的药物： 紫杉酚、氧化氘（D2O） 微管微管( (microtubule, MT) ) 4、类型 单管（细胞质中） 二联管(纤毛和鞭毛中) 三联管

7、(中心粒和纤毛的基体中) 微管的三种存在形式： 单管、二联管、三联管 中心粒中心粒 微管的功能微管的功能 1、构成细胞的网状支架，维持细胞的形态；固定和支持细胞器的位置 . 以细胞核为中心向外放射状排列的微管纤维 深绿：微管深绿：微管 浅兰：内质网浅兰：内质网 黄色：高尔基体黄色：高尔基体 上图：内质网抗体染色上图：内质网抗体染色 下图：微管抗体染色下图：微管抗体染色 上图：高尔基抗体染色上图：高尔基抗体染色 下图：微管抗体染色下图：微管抗体染色 2 、参与细胞的收缩与变形运动，是纤毛和鞭毛等细胞运动器官的主体结构成分。 微管的功能 纤毛和鞭毛 纤毛不动综合征 由纤毛结构缺陷引起的具有由纤毛结

8、构缺陷引起的具有多种异常的常染色体隐性遗多种异常的常染色体隐性遗传病；传病； 导致男性不育外，还会引起：导致男性不育外，还会引起：慢性支气管炎、支气管扩张、慢性支气管炎、支气管扩张、慢性鼻窦炎、中耳炎等。半慢性鼻窦炎、中耳炎等。半数病人伴内脏转位。数病人伴内脏转位。 此病应以预防为主，促进粘此病应以预防为主，促进粘液分泌物的排除，抗感染及液分泌物的排除，抗感染及对症治疗。对症治疗。 微管构成的主要稳定结构微管构成的主要稳定结构 鞭毛、纤毛、中心粒鞭毛、纤毛、中心粒 纤毛的横截面 92+2 A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C 中心粒卫星中心粒卫星

9、A B C A B C 中心粒小轮中心粒小轮 （9 3 + 0） 中心粒的横截面中心粒的横截面 3 、参与细胞器的空间定位和分布。 微管的功能 过氧化物酶体的运输过氧化物酶体的运输 4、 参与细胞内物质，特别是大分子颗粒物质的运送，并具有运输的定向作用. 微管的功能 细胞内物质：微管“公路” 马达蛋白“脚” 多亚基蛋白多亚基蛋白 动力蛋白动力蛋白 驱驱动动蛋蛋白白 神经元轴突运输 5、 参与细胞分裂过程中染色体的定向移动和调节细胞分裂 微管是构成有丝分裂器的主要成分。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微管马达蛋白染色体的分裂和位移与微管马达蛋白有关。有关。 微管的功能 5、

10、参与细胞分裂过程中染色体的定向移动和调节细胞分裂 微管与其他细胞结构的关系微管与其他细胞结构的关系 (1)微管常常密集地分布于细胞膜内侧。尽管，在结构上尚未观察到它们之间的直接联系，但已证明，微管可控制膜内在蛋白的位置。 (2)所谓游离核糖体，实际上可能附着于微管与微丝的交叉点上。 (3)有些微管可直接相连于高尔基复合体的小泡上，可能微管与小泡物质运输有关。破坏甲状腺细胞内的微管，有时会引起高尔基复合体的消失。 微管与其他细胞结构的关系 (4)在线粒体周围，常常可观察到与其长轴平行的微管分布，并且，似乎有“桥”与线粒体膜相连。 (5)细胞核周围微管分布特别密集，并存在接触联系。核孔的生理功能，

11、也与微管有着密切的关系。 微管与细胞病理 许多细胞病理状态往往伴随着微管的异常。如阿尔茨海默（Alzheimer）病，其脑神经元细胞中发现有大量扭曲变形的微管。 长期传代的癌变细胞内，微管显著减少。而微管的减少，则又是恶性转化细胞的重要特征之一。 病毒感染的细胞中，可看到微管明显增多，并且与病毒具有很强的亲和力。 细胞内微丝和线粒体双标荧光染色细胞内微丝和线粒体双标荧光染色 绿色纤维示微丝绿色纤维示微丝，红色区域示线粒体红色区域示线粒体 第二节第二节 微丝微丝 (microfilament, MF)(microfilament, MF) 培养细胞的微丝染色培养细胞的微丝染色 电子显微镜下的肌动

12、蛋白丝 微丝微丝(MF)(MF)的的形态结构形态结构 实心的纤维状结构 直径约为5-7nm 成束分布于细胞质 Actin filament structure 微丝(MF)的类型 可被细胞松弛素B破坏，以疏松网状形式分布于质膜下. 不被细胞松弛素B所破坏，形成鞘和粗纤维. 微丝(MF)的化学组成 球形肌动蛋白 (G-actin)： 哑铃状 肌动蛋白(肌细胞) 肌动蛋白 肌动蛋白 微丝(MF)的组装 ATP供能 二聚体 三聚体 核心结构 球形单体肌动蛋白分子逐一地加到核心的两端 延长（有极性） 平衡 Actin assembly in vitro 10 成核期 聚合期 稳定期 抑制微丝聚合的药物

13、： 细胞松弛素(cytochalasin)B 稳定微丝聚合的药物： 鬼笔环肽(phillondin) 微丝微丝(MF)(MF)的功能的功能 1、构成细胞的支架维持细胞形态 微丝遍及胞质各处，集中分布于质膜下，维持细胞形状和赋予质膜机械强度。如哺乳动物红细胞膜骨架的作用。 微丝维持小肠上皮细胞形态(支持微绒毛) 2. 构成细胞间的连接装置； 如：黏着带、黏着斑 微丝微丝(MF)的功能的功能 3. 参与细胞运动及胞内物质的运输 如：肌肉收缩、变形运动、吞噬活动、胞质环流、胞质分裂等。 微丝在微丝结合蛋白介导下与微管一起进行细胞内物质运输。 微丝微丝(MF)的功能的功能 参与变形运动细胞的运动 细胞

14、整体的移动和位置改变主要是在微丝的作用下完成的，如变形虫、巨噬细胞和白细胞以及器官发生时的胚胎细胞等。 细胞变形运动细胞变形运动 ： 肌动蛋白的聚合形成伪足肌动蛋白的聚合形成伪足 伪足与基质之间行成新的伪足与基质之间行成新的 锚定点；锚定点； 以附着点为支点向前移动以附着点为支点向前移动 （肌动蛋白纤维的解聚）；（肌动蛋白纤维的解聚）； 微丝参与变形运动 4、微丝参与胞质分裂 胞质分裂时，在细胞 中部形成收缩环，收缩环 收缩，一个细胞分裂为两 个细胞。 收缩环由大量反向平 行排列的微丝组成，其收 缩机制是肌动蛋白和肌 球蛋白相对滑动。 精子的微丝组装形成顶体刺突，穿透卵子表面的胶质层和卵黄层，

15、完成受精。 5、微丝参与受精作用 细胞外的某些信号分子与细胞膜上的受体结合，可触发膜下肌动蛋白的结构变化，从而启动细胞内激酶变化的信号传导过程。 微丝主要参与Rho（Ras homology）蛋白家族有关的信号传导。 6、微丝参与细胞内信息的传递 7、微丝参与肌肉收缩 粗肌丝由肌球蛋白组成， 细肌丝由 三种蛋白组成， 肌肉收缩是粗肌丝和细肌丝相 互滑动的结果 第三节第三节 中间纤维中间纤维 （intermediate filaments，IF） 胞质中独立的一类纤维系统，交织成网。 概概 述述 中间丝发现于20世纪60年代中期，当时在哺乳动物细胞中发现一种10nm的纤维。 直径10nm左右，介

16、于微丝和微管之间，或粗肌丝与细肌丝之间故名。 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。 中间纤维类型与成分 1. 角蛋白: 见于表皮细胞 2. 波形蛋白纤维: 存在于间质细胞和中胚层来源的细胞中,如成纤维Cell 3. 结蛋白纤维: 存在于肌肉细胞中 4. 神经丝蛋白: 存在于中枢和外周神经系统的神经细胞中 5. 胶质中丝: 存在于神经胶质细胞中 6. 核纤层蛋白 ：存在于细胞核 7. 巢蛋白：存在于神经干细胞 中间纤维蛋白的结构特征： 由三部分组成 杆状中心区（杆状中心区（ 螺旋区）螺旋区） 非螺旋化的头部非螺旋化

17、的头部(N端端) 非螺旋化的尾部非螺旋化的尾部(C端端) 单体 二聚体（螺旋） 四聚体 （反向半交错） 原纤维 中间纤维 (32个蛋白单体) 中间纤维的组装 中间纤维的功能 1.参与形成网状骨架系统。 2.为细胞提供机械强度支持。 3.中间纤维与细胞分化。 4.维持细胞核膜稳定。 5.参与细胞内的信号转导过程，影响DNA的复制和转录。 6.参与物质运输-mRNA 中间纤维增强细胞抗机械压力的能力中间纤维增强细胞抗机械压力的能力 中间纤维的功能 1.参与形成网状骨架系统。 2.为细胞提供机械强度支持。 3.中间纤维与细胞分化。 4.维持细胞核膜稳定。 5.参与细胞内的信号转导过程，影响DNA的复

18、制和转录。 6.参与物质运输-mRNA 神经胶质纤维酸性蛋白神经胶质纤维酸性蛋白(GFAP)作为星形胶质细胞分化的标志作为星形胶质细胞分化的标志 中间纤维的功能 1.参与形成网状骨架系统。 2.为细胞提供机械强度支持。 3.中间纤维与细胞分化。 4.维持细胞核膜稳定。 5.参与细胞内的信号转导过程，影响DNA的复制和转录。 6.参与物质运输-mRNA 中间纤维异常与疾病 遗传性单纯性大疱性表皮松懈症 （epidermdysis bullosa simplex） 细胞骨架与疾病 细胞骨架异常细胞骨架异常 癌症癌症 神经系统疾病神经系统疾病 遗传性疾病遗传性疾病 细胞骨架结构与功能总结细胞骨架结构与功能总结 细胞骨架成分在细胞内的分布细胞骨架成分在细胞内的分布 Thanks