细胞骨架.ppt

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1、细胞骨架细胞骨架细胞骨架的概述细胞骨架的概述细胞骨架的组成细胞骨架的组成 细胞骨架细胞骨架第一节第一节 细胞骨架的概述细胞骨架的概述细胞骨架细胞骨架概念概念 细胞骨架是指存在于真核细胞的细胞质中的细胞骨架是指存在于真核细胞的细胞质中的蛋白蛋白纤维网架结构体系纤维网架结构体系有狭义和广义两种涵义有狭义和广义两种涵义 在细胞质基质中包括微丝、微管和中间纤维。在细胞质基质中包括微丝、微管和中间纤维。在细胞核中存在核骨架在细胞核中存在核骨架-核纤层体系。核骨架、核纤层体系。核骨架、核纤层与中间纤维在结构上相互连接核纤层与中间纤维在结构上相互连接,贯穿于贯穿于 细胞核和细胞质的网架体系。细胞核和细胞质的

2、网架体系。细胞细胞骨架骨架狭义狭义:广义广义细胞质骨架细胞质骨架微微 丝丝微微 管管中间纤维中间纤维细胞核骨架细胞核骨架细胞质骨架细胞质骨架细胞膜骨架细胞膜骨架细胞外基质细胞外基质细胞骨架主要功能的概述细胞骨架主要功能的概述作为动态的支架，提供结构支撑以决定细胞形作为动态的支架，提供结构支撑以决定细胞形状和抵抗细胞变形。状和抵抗细胞变形。作为在细胞内定位各种细胞器的内部作为在细胞内定位各种细胞器的内部框架框架。作为高速公路网指导物质与细胞器在细胞内的作为高速公路网指导物质与细胞器在细胞内的运动。运动。作为产生力的装置，将细胞从一个地方移至到作为产生力的装置，将细胞从一个地方移至到另一个地方。另

3、一个地方。作为锚定作为锚定mRNAmRNA并促进其翻译成多肽的并促进其翻译成多肽的位点。位点。作为细胞分裂的必要组分。作为细胞分裂的必要组分。第二节第二节 细胞骨架的细胞骨架的组成组成 微微 管管 （microtubules,MT）微微丝丝 (microfilament,MF)中间纤维中间纤维 (intermediate filament,IF)l在上皮细胞与神经元中，在上皮细胞与神经元中，微管起物质运输、细胞微管起物质运输、细胞结构的组织作用；结构的组织作用；l在分裂细胞中，微管是在分裂细胞中，微管是有丝分裂纺锤体的主要有丝分裂纺锤体的主要结构成分，是染色体的结构成分，是染色体的分离及向两极

4、移动所必分离及向两极移动所必需的。需的。l中间丝为细胞核提供结中间丝为细胞核提供结构支撑，并可将相邻的构支撑，并可将相邻的细胞连成一体。细胞连成一体。l微丝是微绒毛的支撑结微丝是微绒毛的支撑结构，也是神经元生长链构，也是神经元生长链伸长和细胞分裂过程中伸长和细胞分裂过程中胞质分裂环收缩的主要胞质分裂环收缩的主要运动装置，并是细胞皮运动装置，并是细胞皮层结构的组织者。层结构的组织者。细胞骨架的基本类型与主要功能示意图细胞骨架的基本类型与主要功能示意图细胞骨架的基本类型与主要功能示意图细胞骨架的基本类型与主要功能示意图细胞核骨架细胞核骨架核基质(NuclearMatrix)染色体骨架核纤层(Nuc

5、learLamina)二、微丝二、微丝(microfilament,MF)微丝的概念微丝的概念 成分与形态结构成分与形态结构 微丝的装配微丝的装配 微丝特异性药物微丝特异性药物 微丝结合蛋白微丝结合蛋白 微丝的功能微丝的功能 （一）微丝的概念（一）微丝的概念又又称称肌肌动动蛋蛋白白纤纤维维(actin filament),),是是指指真真核核细细胞胞中中由由肌肌动动蛋蛋白白(actin)单单体体组组成成的的直直径径为为7nm的的骨骨架架纤纤维维。在在细细胞胞内内与与几几乎乎所所有有形形式式的的运动相关。运动相关。图示图示肌动蛋白单位肌动蛋白丝的分子结构（二）成分与形态结构（二）成分与形态结构成

6、成 分分 肌肌动动蛋蛋白白(actin)是是微微丝丝的的结结构构成成分分,外外观观呈呈哑哑铃铃状状,这这种种actin又叫又叫球形肌动蛋白球形肌动蛋白（Gactin）。形态结构形态结构 由由球球形形肌肌动动蛋蛋白白(Gactin),),聚聚合合形形成成的的多多聚聚体体链链，因因此此微微丝丝又又称称为为纤纤维维形形肌肌动动蛋蛋白白（Factin）,在在电电镜镜下下微微丝丝是是双股螺旋的形式组成的纤维，两股肌动蛋白丝是同方向的。双股螺旋的形式组成的纤维，两股肌动蛋白丝是同方向的。近近年年来来认认为为微微丝丝是是由由一一条条肌肌动动蛋蛋白白单单体体链链形形成成的的螺螺旋旋，每每个个肌肌动动蛋蛋白白单

7、单体体周周围围都都有有四四个个亚亚基基，呈呈上上、下下及及两两侧侧排排列。列。(三）微丝的组装及动力学特性三）微丝的组装及动力学特性MF是是由由Gactin单单体体形形成成的的多多聚聚体体，肌肌动动蛋蛋白白单单体体具具有有极极性性，装装配配时时呈呈头头尾尾相相接接，故故微微丝丝具具有有极极性性，既既正正极极与与负负极极之之别别。装装配配可可分分为为成成核反应、纤维的延长和稳定期核反应、纤维的延长和稳定期3个阶段。个阶段。微丝的极性微丝的极性 有裂口的一端是负端：缓慢增长端有裂口的一端是负端：缓慢增长端 无裂口的一端是正端：快速增长端。无裂口的一端是正端：快速增长端。微丝的组装过程微丝的组装过程

8、第一阶段：成核反应第一阶段：成核反应 形成至少形成至少2-32-3个肌动蛋白单体组成的寡俱体。个肌动蛋白单体组成的寡俱体。第二阶段：纤维的延长第二阶段：纤维的延长 肌动蛋白单体与肌动蛋白单体与ATPATP结合结合 微丝的组装的动力学特性微丝的组装的动力学特性体体外外实实验验表表明明，组组装装时时，（肌肌动动蛋蛋白白ATP亚亚基基）正正极极比比负负极极快快；去去组组装装时时，（肌肌动动蛋蛋白白ADP亚亚基基）负负极极比比正正极极快快。由由于于肌肌动动蛋蛋白白ATP亚亚基基在在微微丝丝正正端端尤尤先先添添加加，而而肌肌动动蛋蛋白白ADP亚亚基基在在微微丝丝负负极极尤尤先先失失去去，从从而而表现为踏

9、车行为。表现为踏车行为。体体内内装装配配时时，MF呈呈现现出出动动态态不不稳稳定定性性，主主要要取取决决于于Factin结结合合的的ATP水水解解速速度度与与游游离离的的Gactin单单体体浓浓度度之间的关系。之间的关系。MF动态变化与细胞生理功能变化相适应。在体内动态变化与细胞生理功能变化相适应。在体内,有些微丝是永久性的结构有些微丝是永久性的结构,有些微丝是暂时性的结构。有些微丝是暂时性的结构。（四）微丝特异性药物（四）微丝特异性药物细细胞胞松松弛弛素素(cytochalasins)：可可以以切切断断微微丝丝,并并结结合在微丝正极合在微丝正极阻抑肌动蛋白聚合阻抑肌动蛋白聚合,因而因而导致微

10、丝解聚导致微丝解聚。鬼鬼笔笔环环肽肽(philloidin)：(毒毒蕈蕈 Amanita phallodies 产产生生的双环杆肽的双环杆肽)与微丝侧面结合与微丝侧面结合,使微丝稳定使微丝稳定抑制抑制MF解聚解聚。影响微丝装配动态性的药物对细胞都有毒害，说明影响微丝装配动态性的药物对细胞都有毒害，说明 微丝功能的发挥依赖于微丝与肌动蛋白单体库间的动微丝功能的发挥依赖于微丝与肌动蛋白单体库间的动 态平衡。这种动态平衡受态平衡。这种动态平衡受actin单体浓度和微丝结合蛋单体浓度和微丝结合蛋 白的影响。白的影响。（五）微丝结合蛋白（五）微丝结合蛋白 微丝网络微丝网络 微丝微丝 微丝结合蛋白微丝结合

11、蛋白 微丝结合蛋白对肌动蛋白组装的调节微丝结合蛋白对肌动蛋白组装的调节 可溶性可溶性肌动蛋白的存在状态肌动蛋白的存在状态 微丝结合蛋白的种类及其存在状态微丝结合蛋白的种类及其存在状态（五）微丝结合蛋白（五）微丝结合蛋白微丝结合蛋白类型微丝结合蛋白类型 actin单体结合蛋白单体结合蛋白这些小分子蛋白与actin单体结合，阻止其添加到微丝末端，当细胞需要单体时才释放，主要用于actin装配的调节，如proflin等。微丝结合蛋白微丝结合蛋白微丝结合蛋白将微丝组织成以下三种主要形式微丝结合蛋白将微丝组织成以下三种主要形式Parallelbundle:MF同向平行排列，主要发现于微绒毛与丝状伪足。C

12、ontractilebundle:MF反向平行排列，主要发现于应力纤维和有丝分裂收缩环。Gel-like network:细胞皮层(cellcortex)中微丝排列形式，MF相互交错排列。（六）微丝的功能（六）微丝的功能维持细胞形态，赋予质膜机械强度维持细胞形态，赋予质膜机械强度肌肉收缩肌肉收缩(muscle contraction)微绒毛微绒毛(microvillus)应力纤维应力纤维(stress fiber)与细胞质运动和细胞移动有关与细胞质运动和细胞移动有关参与胞质分裂参与胞质分裂微微丝丝遍遍及及胞胞质质各各处处，集集中中分分布布于于质质膜膜下下，和和其其结结合合蛋蛋白白形形成成网网络

13、络结结构构，维维持持细细胞胞形形状状和和赋赋予予质质膜膜机机械械强强度度，如如哺哺乳乳动动物物红细胞膜骨架红细胞膜骨架的作用。的作用。1 1、维持细胞形态，赋予质膜机械强度、维持细胞形态，赋予质膜机械强度细胞质运动细胞质运动 胞质环流胞质环流 穿梭运动穿梭运动细胞移动细胞移动 变形运动变形运动 变皱膜运动变皱膜运动 形态发生运动形态发生运动成纤维细胞爬行与微丝装配和解聚相关 与细胞质运动和与细胞质运动和细胞移动有关细胞移动有关成分成分 轴心微丝束不含肌球蛋白、原肌球蛋白和轴心微丝束不含肌球蛋白、原肌球蛋白和 辅肌动蛋白因而无收缩功能辅肌动蛋白因而无收缩功能功能功能 是肠上皮细胞的指状突起，用以

14、增加肠是肠上皮细胞的指状突起，用以增加肠 上皮细胞表面积，以利于营养的快速吸收。上皮细胞表面积，以利于营养的快速吸收。3 3、微绒毛微绒毛(microvillus)广泛存在于真核细胞。广泛存在于真核细胞。成分成分 肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和-辅辅肌肌 动蛋白。动蛋白。作用作用 介导细胞间或细胞与基质表面的粘着。介导细胞间或细胞与基质表面的粘着。（细胞贴壁与粘着斑的形成相关，在形成粘合（细胞贴壁与粘着斑的形成相关，在形成粘合 斑的质膜下，微丝紧密平行排列成束，形成应斑的质膜下，微丝紧密平行排列成束，形成应 力纤维力纤维,具有收缩功能。）具有收缩功能。）4 4

15、、应力纤维、应力纤维（stress fiber）时期时期 在动物细胞和低等植物细胞有丝分裂的在动物细胞和低等植物细胞有丝分裂的 末期，发生的缢缩型胞质分裂。末期，发生的缢缩型胞质分裂。组成组成 由大量反向平行排列的微丝组成的收缩环由大量反向平行排列的微丝组成的收缩环 （contractile ring)contractile ring)完成的，完成的，机制机制 其收缩机制是肌动蛋白（其收缩机制是肌动蛋白（actiom)actiom)和肌球蛋和肌球蛋 白相白相(myosin)(myosin)的相对滑动。的相对滑动。6 6、参与胞质分裂、参与胞质分裂2 2、肌肉收缩肌肉收缩(muscle cont

16、raction)肌肉可看作一种特别富含细胞骨架的效力非常肌肉可看作一种特别富含细胞骨架的效力非常高的能量转换器，它直接将化学能转变为机械能。高的能量转换器，它直接将化学能转变为机械能。肌肉的细微结构肌肉的细微结构(以骨骼肌为例以骨骼肌为例)肌肉收缩的滑动模型肌肉收缩的滑动模型 由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程 肌肉的肌肉的细微结构细微结构(以骨骼肌为例以骨骼肌为例)肌原纤维肌原纤维（收缩单位）（收缩单位）肌纤维肌纤维肌纤维束肌纤维束 肌肉肌肉粗肌丝粗肌丝：肌：肌 球球 蛋蛋 白（主）白（主）细肌丝细肌丝肌肌 动动 蛋蛋 白（主）白（主）原肌球蛋白原肌球蛋白肌肌

17、钙钙 蛋蛋 白白（辅）（辅）肌小节的组成肌小节的组成 肌肉收缩系统中的有关蛋白肌肉收缩系统中的有关蛋白肌肉收缩系统中的有关蛋白肌肉收缩系统中的有关蛋白 肌肌球球蛋蛋白白(myosin)(myosin)所所有有actin-dependent actin-dependent motor motor proteinsproteins都都属属于于该该家族，其头部具家族，其头部具ATPATP酶活力酶活力,沿微丝从负极到正极进行运动。沿微丝从负极到正极进行运动。Myosin Myosin 主主要要分分布布于于肌肌细细胞胞，有有两两个个球球形形头头部部结结构构域域(具具有有ATPaseATPase活活性性)

18、和和尾尾部部链链,多多个个MyosinMyosin尾尾部部相相互互缠缠绕绕，形形成成myosin myosin filament,filament,即即粗粗肌丝。肌丝。原原肌肌球球蛋蛋白白(tropomyosin,(tropomyosin,Tm)Tm)由由两两条条平平行行的的多多肽肽链链形形成成-螺螺旋旋构构型型,位位于于肌肌动动蛋蛋白白螺螺旋旋沟沟内内,结结合合于于细细丝丝,调调节节肌肌动动蛋蛋白白与与肌肌球球蛋蛋白白头头部部的结合。的结合。肌肌钙钙蛋蛋白白(Troponin,Tn)为为复复合合物物，包包括括三三个个亚亚基基：TnC(Ca2+敏敏感感性性蛋蛋白白)能能特特异异与与Ca2+结结

19、合合;TnT(与与原原肌肌球球蛋蛋白白结结合合);TnI(抑抑制制肌肌球球蛋蛋白白ATPase活性活性)由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程动作电位的产生动作电位的产生 Ca2+的释放的释放原肌球蛋白位移原肌球蛋白位移 肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动 Ca2+的回收的回收 一、微一、微 管管（Microtubules）微管结构与组成微管结构与组成微管的类型微管的类型装配装配微管特异性药物微管特异性药物微管结合蛋白微管结合蛋白(MAP)微管功能微管功能（一）微管结构与组成（一）微管结构与组成微管的组成成分微管的组成成分 微管蛋白：微管

20、蛋白：55KD 450aa 微管蛋白：微管蛋白：55KD 550aa微管装配的基本单位微管装配的基本单位 微管蛋白异二聚体微管蛋白异二聚体2 2个鸟嘌呤核苷酸结合位点个鸟嘌呤核苷酸结合位点 微管蛋白有一个结合的微管蛋白有一个结合的GTP（N位点）位点）该该GTP不被水解，且不可交换不被水解，且不可交换 微管蛋白有一个结合的微管蛋白有一个结合的GTP（E位点）位点）该该GTP在组装成多聚体之后，被水解成在组装成多聚体之后，被水解成GDP。微管的形态结构微管的形态结构 微管是中空的管状结构，微管是中空的管状结构，管壁由管壁由13根原根原 纤维集合而纤维集合而成，原纤维又由含有成，原纤维又由含有微管

21、微管蛋白和蛋白和微管蛋白的微管蛋白的异二聚异二聚体体组成。组成。10-15nm20-30nm （二）微管的类型（二）微管的类型 单管（单管（singlet)细胞质微管，由细胞质微管，由13根原纤维集合而成根原纤维集合而成 二联管二联管（doublet)纤毛和鞭毛周围微管，运动性微管。纤毛和鞭毛周围微管，运动性微管。A管：管：13根原纤维根原纤维 B管：管：14根原纤维，有三条与根原纤维，有三条与A管共用管共用 三联管三联管 (triplet)中心粒和基体中中心粒和基体中 A 管：管：13根原纤维根原纤维 B 管：管：14根原纤维，有三条与根原纤维，有三条与A管共用管共用 C 管：管：14根原纤

22、维，有三条与根原纤维，有三条与B管共用管共用 (三）微管的装配三）微管的装配微管组织中心微管组织中心微管的极性微管的极性装配方式装配方式微管装配的动力学不稳定性微管装配的动力学不稳定性-微管蛋白和微管蛋白和-微管蛋白形成长微管蛋白形成长度为度为8nm的的异二聚体。异二聚体。二聚体先形成环状核心二聚体先形成环状核心(ring),(ring),经过侧面增加二聚体而扩经过侧面增加二聚体而扩展为螺旋带。展为螺旋带。二聚体平行于长轴重复排列二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维形成原纤维(protofilament)(protofilament)。当螺旋带加宽至当螺旋带加宽至1313根原纤维时根原纤维时,即

23、合拢形成一段微管。即合拢形成一段微管。以这段微管为核心，二聚体不断以这段微管为核心，二聚体不断组装，使之组装，使之延长延长，微管蛋白与微管微管蛋白与微管达到动态平衡。达到动态平衡。装配方式装配方式微管装配的动力学不微管装配的动力学不稳定性稳定性(dynamic instability)是指在细胞内的同一区域中生长的微管与缩短的微是指在细胞内的同一区域中生长的微管与缩短的微 管同时存在管同时存在,而且一条特定的微管在生长项与缩短而且一条特定的微管在生长项与缩短 项之间项之间交替切换交替切换的现象。（的现象。（细胞骨架细胞骨架）动力学不稳定性产生的动力学不稳定性产生的原因原因：微管两端具微管两端具

24、GTP帽帽(取决于微管蛋白浓度取决于微管蛋白浓度),),微管将微管将 继续组装继续组装;反之反之,无无GTPGTP帽则解聚。帽则解聚。踏车现象踏车现象 （四）微管特异性药物（四）微管特异性药物 秋水仙素秋水仙素(colchicine)(colchicine)阻断微管蛋阻断微管蛋 白组装成微管，可破坏纺锤体结构。白组装成微管，可破坏纺锤体结构。紫杉酚紫杉酚(taxol)(taxol)能促进微管的装配能促进微管的装配,并使已形成的微管稳定。并使已形成的微管稳定。为为行行使使正正常常的的微微管管功功能能,微微管管动动力力学学不不稳稳定定性性(动动态态的装配和解聚）是其功能正常发挥的基础。的装配和解聚

25、）是其功能正常发挥的基础。1 1、微管组织中心、微管组织中心(MTOC)微管组织中心概念微管组织中心概念常见微管组织中心常见微管组织中心微管成核作用微管成核作用在活细胞内，能够起始微管的成核在活细胞内，能够起始微管的成核作用，并使之延伸的细胞结构称为作用，并使之延伸的细胞结构称为微管组织中心。微管组织中心。(MTOC)活细胞内微管组装时总是以某部位为中心开始聚集，这个中心称为微管组织中心,包括中心体、基体和着丝粒等。微管组织中心概念微管组织中心概念常见微管组织中心常见微管组织中心间间期期细细胞胞MTOC：中中心心体体(动动态微管态微管)分分裂裂细细胞胞MTOC：有有丝丝分分裂裂纺锤体极纺锤体极

26、(动态微管动态微管)鞭鞭毛毛纤纤毛毛细细胞胞MTOC：基基体体(永久性结构永久性结构)2 2、微管的极性、微管的极性 MTOC确定微管了的极性确定微管了的极性:（）极：靠近）极：靠近MTOC一端一端，即即二聚体二聚体极极 （+）极：远离）极：远离MTOC一端一端，即即二聚体二聚体极极微管结合蛋白微管结合蛋白(Microtubule Associated Protein,MAP)(Microtubule Associated Protein,MAP)6、微管功能、微管功能维持细胞形状维持细胞形状参与参与细胞内物质的运输细胞内物质的运输细胞器的定位细胞器的定位鞭毛鞭毛(flagella)运动和纤毛

27、运动和纤毛(cilia)运动运动参与纺锤体形成和染色体运动参与纺锤体形成和染色体运动参与基体与中心粒的构建参与基体与中心粒的构建维持细胞形状维持细胞形状用秋水仙素处理细胞破坏微管,导致细胞变圆,说明微管对维持细胞的不对称形状是重要的。对于动物细胞突起部分,如纤毛、鞭毛、神经细胞的轴突、太阳虫目原生生物的伪足的形成和维持,微管起关键作用。在植物细胞中，微管通过影响细胞壁的形成在维持细胞形状方面起间接作用。深绿：微管深绿：微管、浅兰：内浅兰：内质网质网、黄色：高尔基体黄色：高尔基体上图：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：微管抗体染色上图：内质网抗体染色上图：内质网抗体染色下

28、图：微管抗体染色下图：微管抗体染色细胞内物质的运输细胞内物质的运输 真真核核细细胞胞内内部部是是高高度度区区域域化化的的体体系系,细细胞胞中中合合成成的的物物质质、一一些些细细胞胞器器等等必必须须经经过过细细胞胞内内运运输输过过程程。这这种种运运输输过过程程与与细细胞胞骨骨架架体体系系中中的的微微管管（MT）及及其其马达蛋白（马达蛋白（Motor protein）有关。有关。微管微管提供了运输的轨道提供了运输的轨道 Motor proteins提供了动力提供了动力 神经元轴突运输的类型神经元轴突运输的类型及运输模式及运输模式 色素颗粒的运输色素颗粒的运输 Motor proteins的类型的类

29、型目目前前已已鉴鉴定定的的Motor Motor proteinsproteins多多达达数数十十种种。根根据据其其结结合合的的骨骨架架纤纤维以及运动方向和携带的转运物不同而分为不同类型。维以及运动方向和携带的转运物不同而分为不同类型。胞质中微管马达蛋白（胞质中微管马达蛋白（motor protein）分为两大类：分为两大类：驱动蛋白驱动蛋白(kinesin):沿着微管向正极端运动沿着微管向正极端运动 胞质动力蛋白胞质动力蛋白(cytoplasmic dynein)：沿着微管向负极运动沿着微管向负极运动 胞质中微丝马达蛋白（胞质中微丝马达蛋白（motor protein）肌球蛋白肌球蛋白（my

30、osin):沿微丝朝向微丝的正极运动沿微丝朝向微丝的正极运动 尚未发现利用尚未发现利用中间丝中间丝作轨道的作轨道的motor protei Kinesin与与Dynein的分子结构的分子结构Kinesin 两条相同的重链和两条相同的轻链组成的四聚体。两条相同的重链和两条相同的轻链组成的四聚体。头部：球状与微管结合，水解头部：球状与微管结合，水解ATPATP和产生能量的发动机和产生能量的发动机 颈部：决定运动方向颈部：决定运动方向 柄部柄部 尾部：扇形，结合运载货物尾部：扇形，结合运载货物Dynein 两条相同的重链和多种中等链和轻链组成。两条相同的重链和多种中等链和轻链组成。头部：球状与微管结

31、合，水解头部：球状与微管结合，水解ATPATP和产生能量的发动机和产生能量的发动机 Kinesin与与Dynein的运动方式的运动方式 机械循环与化学循环相偶联的机械循环与化学循环相偶联的机械循环与化学循环相偶联的机械循环与化学循环相偶联的“步行步行步行步行”方式方式方式方式 Kinesin与与Dynein的运输方式的运输方式神经元轴突运输的类型神经元轴突运输的类型轴突运输的类型鞭毛鞭毛(flagella)运动和纤毛运动和纤毛(cilia)运动运动微管缺乏动力学活性，是高度稳定的微管缺乏动力学活性，是高度稳定的纤毛和鞭毛的纤毛和鞭毛的运动形式运动形式 纤毛与鞭毛的纤毛与鞭毛的结构结构 9+2

32、9+2结构：结构：9 9个二联管、两个中央微管。个二联管、两个中央微管。纤毛纤毛运动机制运动机制 滑动学说：相邻二联体间相互滑动所致。滑动学说：相邻二联体间相互滑动所致。例如：男性不育症例如：男性不育症 遗传性支气管炎遗传性支气管炎参与基体与中心粒的构建参与基体与中心粒的构建 中心粒中心粒(centroles)与与中心体中心体(centrosome)中心粒中心粒(centrioles)结构结构 中心体中心体(centrosome)由一对相互垂直的由一对相互垂直的中心粒中心粒及周围基及周围基 质物质（质物质（PCM）构成。）构成。中心体复制周期中心体复制周期 管蛋白管蛋白：位于中心体周围的基质中

33、，环形结构，结构稳：位于中心体周围的基质中，环形结构，结构稳 定，为定，为微管蛋白二聚体提供起始装配位点，所以又叫微管蛋白二聚体提供起始装配位点，所以又叫 成核位点成核位点 基体基体(basal body)位于鞭毛和纤毛根部的类似结构称为位于鞭毛和纤毛根部的类似结构称为基体基体（basal body）共同点共同点 9+0结构：结构：9个三联管、中央无微管个三联管、中央无微管 中心粒和基体均具有自我复制性质中心粒和基体均具有自我复制性质 三三 中间纤维中间纤维中间纤维的概念中间纤维的概念中间纤维的类型与分布中间纤维的类型与分布中间纤维蛋白的结构特征中间纤维蛋白的结构特征中间纤维的组装中间纤维的组

34、装中间纤维的功能中间纤维的功能中间纤维的概念中间纤维的概念10nm纤维纤维,因其直径介于肌粗丝和细丝之间因其直径介于肌粗丝和细丝之间,故被命名为中间纤维。故被命名为中间纤维。IF几乎分布于所有动物细胞，往往形几乎分布于所有动物细胞，往往形 成一成一个网络结构，特别是在需要承受机械压力个网络结构，特别是在需要承受机械压力的细胞中含量相当丰富。如上皮细胞中。的细胞中含量相当丰富。如上皮细胞中。除了胞质中，在内核膜下的核纤层也属于除了胞质中，在内核膜下的核纤层也属于 IF。中间纤维的组装中间纤维的组装IF装配与装配与MF、MT装配相比，有以下几个装配相比，有以下几个特点特点：IF装配的单体是装配的单

35、体是纤维状蛋白纤维状蛋白(MF,MT(MF,MT的单体呈球的单体呈球 形形)；反向平行的四聚体导致反向平行的四聚体导致IFIF不具有极性不具有极性；IF在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅 助，装配后，细胞中几乎不存在助，装配后，细胞中几乎不存在IF单体单体(但但IF的的 存在形式也可以受到细胞调节，如核纤层的装存在形式也可以受到细胞调节，如核纤层的装 配与解聚配与解聚)。中间纤维装配过程中间纤维装配过程 IF成分比成分比MF,MT复杂，复杂，IF在形态在形态上相似，而化学组成有明显的差别。上相似，而化学组成有明显的差别。不同组织来源的细胞表达不同类型的

36、不同组织来源的细胞表达不同类型的中间丝蛋白。中间丝蛋白。可以分为可以分为6种主要类型种主要类型 中间纤维分类与分布中间纤维分类与分布角蛋白纤维：角蛋白纤维：角蛋白角蛋白 存在于上皮细胞中存在于上皮细胞中 波形纤维：波形纤维：波形纤维蛋白波形纤维蛋白 存在于中胚层来源的细胞中存在于中胚层来源的细胞中 结蛋白纤维：结蛋白纤维：结蛋白结蛋白 存在于肌细胞中存在于肌细胞中 神经元纤维：神经元纤维：神经元纤维蛋白神经元纤维蛋白 神经细胞中神经细胞中 神经胶质纤维：神经胶质纤维：胶质纤维酸性蛋白胶质纤维酸性蛋白 神经胶质细胞中神经胶质细胞中 核纤层：核纤层：LaminA、B、C 所有细胞核中所有细胞核中

37、在人类基因组中至少包含在人类基因组中至少包含6767种不同种不同的中间丝蛋白基因，组成了人类基因组的中间丝蛋白基因，组成了人类基因组中最大的基因家族之一。中最大的基因家族之一。中间纤维蛋白的表达与分布具有严中间纤维蛋白的表达与分布具有严格的格的组织特异性组织特异性。因此，中间纤维蛋白。因此，中间纤维蛋白是区分细胞类型的是区分细胞类型的身份证身份证。例如用于鉴别肿瘤细胞的组织来源。例如用于鉴别肿瘤细胞的组织来源。中间纤维蛋白的结构特征中间纤维蛋白的结构特征中间纤维中间纤维蛋白分子蛋白分子非螺旋化区非螺旋化区-螺旋区螺旋区（310AA310AA）头部（头部（N N端）端）尾部（尾部（C C端）端）

38、H亚区；同源区亚区；同源区V亚区：可变区亚区：可变区E亚区：末端区亚区：末端区螺旋螺旋1 1(22nm)(22nm)螺旋螺旋2 2(22nm)(22nm)1A亚区亚区1B亚区亚区2A亚区亚区2B亚区亚区L1：连接：连接1A和和1BL12：连接：连接1A和和2BL2：连接：连接2A和和2B中间纤维的功能中间纤维的功能增强细胞抗机械压力的能力增强细胞抗机械压力的能力 角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持 结蛋白纤维是肌肉结蛋白纤维是肌肉Z Z盘的重要结构组分，盘的重要结构组分，对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用神经元纤维在神经细胞轴突运

39、输中起作用神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用参与传递细胞内机械的或分子的信息参与传递细胞内机械的或分子的信息中间纤维与中间纤维与mRNA的运输有关的运输有关核基质(NuclearMatrix)形态结构成分核骨架结合序列功能形态结构形态结构研究核骨架的分级抽提方法研究核骨架的分级抽提方法 非非离离子子去去垢垢剂剂溶溶解解膜膜结结构构系系统统,胞胞质质中中可可溶溶性性成成分分随随之之流流失失;再再用用Tween40和和脱脱氧氧胆胆酸酸钠钠处处理理,胞胞质质中中的的微微管管、微微丝丝与与一一些些蛋蛋白白结结构构被被溶溶去去,胞胞质质中中只只有有中中间间纤纤维维网网能能完完好好存存留留;然然后后用用

40、核核酸酸酶酶与与0.25mol/L硫硫酸酸铵铵处处理理,染染色色质质中中DNA、RNA和和组组蛋蛋白白被被抽抽提提,最最终终核核内内呈呈现现一一个个精精细细发发达达的的核核骨骨架架网网络络,结结合合非非树树脂脂包包埋埋去去包包埋埋剂剂电电镜镜制制样样方方法法,可可清清晰晰地地显显示示核核骨骨架架 核核纤纤层层中间纤维结构体系。中间纤维结构体系。成成分分核核骨骨架架不不象象胞胞质质骨骨架架那那样样由由非非常常专专一一的的蛋蛋白白成成分分组组成成,核核骨骨架架的的成成分分比比较较复复杂杂,主主要要成成分分是是核核骨骨架架蛋蛋白白及及核核骨骨架架结结合合蛋蛋白白,并并含含有有少少量量RNARNA。核

41、骨架蛋白核骨架蛋白骨架结合蛋白骨架结合蛋白其它其它核骨架结合序列核骨架结合序列 DNADNA序序列列中中的的核核骨骨架架结结合合序序列列(matrix(matrix associated associated region,region,MAR)MAR).这这部部分分DNADNA与与核核骨骨架架蛋蛋白白的的结结合合不不为为高盐溶液抽提所破坏高盐溶液抽提所破坏,在基因表达调控中有作用在基因表达调控中有作用核骨架结合序列的基本特征核骨架结合序列的基本特征 MAR MAR的功能的功能 通通过过与与核核骨骨架架蛋蛋白白的的结结合合，将将DNADNA放放射射环环锚锚定定在在核核骨架上；骨架上；作为许多功

42、能性基因调控蛋白的结合位点。作为许多功能性基因调控蛋白的结合位点。核骨架结合序列的基本特征核骨架结合序列的基本特征富含富含ATAT富富含含DNA DNA 解解旋旋元元件件(DNA(DNA unwinding unwinding elements)elements)富含反向重复序列富含反向重复序列(Inverted Repeats)(Inverted Repeats)含有转录因子结合位点。含有转录因子结合位点。功功能能核骨架与核骨架与DNADNA复制复制核骨架与基因表达核骨架与基因表达 大量研究工作表明真核细胞中大量研究工作表明真核细胞中RNARNA的转录和加工均的转录和加工均 与核骨架有关。具

43、有转录活性的基因是结合在核骨架上与核骨架有关。具有转录活性的基因是结合在核骨架上 的的;RNA;RNA聚合酶在核骨架上具有结合位点。聚合酶在核骨架上具有结合位点。核骨架与病毒复制核骨架与病毒复制核骨架与染色体构建核骨架与染色体构建二、染色体骨架二、染色体骨架染色体骨架染色体骨架/放射环模型放射环模型染色体骨架的真实性染色体骨架的真实性银染法能选择性地显示染色体轴结构银染法能选择性地显示染色体轴结构DNADNA酶酶和和RNARNA酶酶处处理理或或用用0.4mol/L 0.4mol/L H H2 2SOSO4 4处处理理去去除除组组蛋蛋白白,对对染染色色体体轴轴没没有有影影响响,用用胰胰蛋蛋白白酶

44、酶消消化化则则染染色色体体轴破坏轴破坏,说明染色体轴是非组蛋白性的。说明染色体轴是非组蛋白性的。染染色色体体骨骨架架/放放射射环环模模型型在在分分子子水水平平上上得得到到两两个个直直接接证据证据染色体骨架与染色体高级结构染色体骨架与染色体高级结构三、核纤层(NuclearLamina)核纤层分布与形态结构核纤层分布与形态结构 成分成分核纤层蛋白核纤层蛋白(Lamin)(Lamin)核纤层蛋白的分子结构及其与中间纤维蛋白的核纤层蛋白的分子结构及其与中间纤维蛋白的关系关系 核纤层蛋白在细胞分化中的表达核纤层蛋白在细胞分化中的表达核纤层在细胞周期中的核纤层在细胞周期中的变化变化功能功能 成分成分核纤

45、层蛋白核纤层蛋白(Lamin)(Lamin)哺乳动物和鸟类细胞中有哺乳动物和鸟类细胞中有 核纤层蛋白核纤层蛋白A A 核纤层蛋白核纤层蛋白B B 核纤层蛋白核纤层蛋白C C核纤层蛋白的分子结构及核纤层蛋白的分子结构及其与中间纤维蛋白的关系其与中间纤维蛋白的关系核纤层与中间纤维之间的共同点 两者均形成10nm纤维;两者均能抵抗高盐和非离子去垢剂的抽提;某些抗中间纤维蛋白的抗体能与核纤层发生交叉反应LaminA和LaminC的cDNA克隆推导出核纤层蛋白的氨基酸顺序与中间纤维蛋白高度保守的-螺旋区有很强的同源性,说明核纤层蛋白是中间纤维蛋白.核纤层在细胞周期中的变化核纤层在细胞周期中的变化AA型型

46、核核纤纤层层蛋蛋白白在在组组装装核核纤纤层层时时通通过过蛋蛋白白水水解解失失去去C C端端(异异戊戊二二烯烯化化 ,isoprenylation),isoprenylation)。核核膜膜崩崩解解,核核纤纤层层解解聚聚时时,A A型型核核纤纤层层蛋蛋白白以以可可溶溶性性单单体形式弥散到胞质中。体形式弥散到胞质中。BB型型核核纤纤层层蛋蛋白白则则永永久久法法尼尼基基化化(farnesylated)(farnesylated)，与与核核膜膜小小泡泡保保持持结结合合状状态态,当当核核膜膜重重现现时时,在在染染色体周围重装配色体周围重装配,形成子细胞的核纤层。形成子细胞的核纤层。功能为核膜及染色质提供

47、了结构支架为核膜及染色质提供了结构支架 -肌动蛋白肌动蛋白(肌细胞肌细胞)肌动蛋白肌动蛋白 -肌动蛋白肌动蛋白(非肌细胞非肌细胞)-肌动蛋白肌动蛋白(非肌细胞非肌细胞)化学成分化学成分微管成核作用微管成核作用 管蛋白位于中心体的周围物质管蛋白位于中心体的周围物质（PCM）中，）中，13个个管蛋白螺管蛋白螺旋化排列成形一个开放的环形旋化排列成形一个开放的环形结构，结构稳定，为结构，结构稳定，为微管蛋微管蛋白二聚体提供起始装配位点，白二聚体提供起始装配位点，所以又叫所以又叫成核位点成核位点l细胞骨架：细胞骨架：A.微丝微丝 B.中间丝中间丝 C.微管微管踏车现象（踏车现象（tread millin

48、g）体外组装过程中，微丝的正极由于肌动蛋白亚体外组装过程中，微丝的正极由于肌动蛋白亚基的不断添加而延长，而负极由于肌动蛋白亚基的不断添加而延长，而负极由于肌动蛋白亚基去组装而缩短，这一现象称为踏车现象基去组装而缩短，这一现象称为踏车现象肌动蛋白在体外肌动蛋白在体外组装的踏车现象组装的踏车现象back 微管的总长微管的总长度不变，但度不变，但结合上的二结合上的二聚体从聚体从(+)(+)端不断向端不断向(-(-)端推移端推移,最后到达负最后到达负端。端。踏车现象实踏车现象实际上是一种际上是一种动态稳定现动态稳定现象。象。影响微管稳定性的某些条件影响微管稳定性的某些条件 back肌肌动动蛋蛋白白(actin)是是微微丝丝的的结结构构成成分分,以以两两种种形形式式存存在，即在，即单体单体和和多聚体多聚体。单单体体肌肌动动蛋蛋白白外外观观呈呈哑哑铃铃状状,这这种种actin又又叫叫球球状状肌动蛋白肌动蛋白（Gactin），），Gactin的的多多聚聚体体形形成成肌肌动动蛋蛋白白丝丝，称称为为纤纤维维状状肌肌动动蛋蛋白白（Factin）。在在电电镜镜下下微微丝丝是是双双股股螺螺旋旋的的形形式式组组成成的的纤纤维维，两两股股肌肌动动蛋蛋白白丝丝是是同同方方向向的。的。球状肌动蛋白（球状肌动蛋白（Gactin）back 纤维状肌动蛋白（纤维状肌动蛋白（Factin）back 结束结束