细胞骨架翟中和细胞生物学.ppt

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1、关于细胞骨架翟中和细胞生物学现在学习的是第1页，共79页第一节第一节 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细胞骨架是指存在于真核细胞的细胞质中的的蛋白纤维网架结构体系蛋白纤维网架结构体系。有狭义和广义两种涵义有狭义和广义两种涵义现在学习的是第2页，共79页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现在学习的是第3页，共79页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状和作为

2、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。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运作为高速公路网指导物质与细胞器在细胞内的运动。动。作为产生力的装置，将细胞从一个地方移至到另一作为产生力的装置，将细胞从一个地方移至到另一个地方。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。现在学习的是第4页，共79页第二节第二节 细胞骨架的组成细胞骨架的组成 微微 丝丝 (microfilament,MF)(micro

3、filament,MF)微微 管管 （microtubules,MTmicrotubules,MT）中间纤维中间纤维 (intermediate filament,IF)(intermediate filament,IF)现在学习的是第5页，共79页 一、微丝一、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 微丝的组装及动力学特性微丝的组装及动力学特性 影响微丝组装的特异性药物影响微丝组装的特异性药物 微丝结合蛋白微丝结合蛋白 微丝的功能微丝的功能现在学习的是第6页，共79页 （一）微丝的概念（一）微丝的概念 又又称称肌肌动动蛋蛋白白丝丝(acti

4、n filament)或或纤纤维维状状肌肌动动蛋蛋白白（F-actin）,是是指指真真核核细细胞胞中中由由肌肌动动蛋蛋白白单单体体组组成成的的直直径径为为7nm7nm的的骨骨架架纤纤维维。在细胞内与几乎所有形式的运动相关。在细胞内与几乎所有形式的运动相关。现在学习的是第7页，共79页（二）成分与形态结构（二）成分与形态结构成成 分分 肌动蛋白肌动蛋白(actin)(actin)是微丝的主要结构成分。是微丝的主要结构成分。细细胞胞内内存存在在形形式式：肌肌动动蛋蛋白白单单体体（球球状状肌肌动动蛋蛋白白，G-actinG-actin）和和由单体组装而成的纤维状肌动蛋白由单体组装而成的纤维状肌动蛋白

5、。形态结构形态结构 肌肌动动蛋蛋白白单单体体外外观观呈呈碟碟状状结结构构，中中央央有有一一个个裂裂口口，裂裂口内部有口内部有ATPATP结合位点和结合位点和MgMg2+2+结合位点。结合位点。(书书P266P266页图页图9-3)9-3)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单体体周周围围都都有有四四个个单单体体，呈呈上上、下下各各一一个个，另外两个位于一侧排列。另外两个位于一侧排列。现在学习的是第8页，共79页 (三）微丝的组装及动力学特性三）微丝的组装及动力学特性微微丝丝是是由由肌肌动动蛋蛋白白单单体体形形成

6、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，组组装装时时呈呈头头尾尾相相接，故微丝具有极性，既正极与负极之别。接，故微丝具有极性，既正极与负极之别。微丝的极性微丝的极性 有裂口的一端有裂口的一端负极负极 无裂口的一端无裂口的一端正极正极现在学习的是第9页，共79页 影影响响组组装装/去去组组装装的的因因素素：溶溶液液中中所所含含肌肌动动蛋蛋白白单单体体的的状状态态（结结合合ATPATP或或ADPADP）离子的种类及浓度等。）离子的种类及浓度等。溶液中溶液中CaCa2+2+浓度适当，浓度适当，NaNa+、K K+浓度很低：浓度很低：微丝趋向解聚成微丝趋向解聚成G-actinG-

7、actin。溶液中含有溶液中含有ATPATP、MgMg2+2+及及NaNa+、K K+浓度较高：浓度较高：G-actinG-actin趋向组装成趋向组装成F-actinF-actin。溶液中携带溶液中携带ATPATP的的G-actinG-actin处于临界浓度时：组装与去组装达到平衡状态。处于临界浓度时：组装与去组装达到平衡状态。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聚体。个肌动蛋白单体组成的寡聚体。第二阶段：纤维的延长第二阶段：纤维的延长 肌肌动动蛋蛋白白具具有有ATPATP酶酶活活性性，在在微微丝丝组组装装之之前前肌肌动动蛋蛋白白单单体体必

8、必须须与与ATPATP结结合。合。微丝的组装过程微丝的组装过程现在学习的是第10页，共79页 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-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-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-ATP亚亚基基在在微微丝丝正正极极不不断断添添加加而而延延长长，而而肌肌动动蛋蛋白白-ADP-ADP亚亚基基在在微微丝丝负极去组装而缩短，从而表现为负极去组装而缩短，从而表现为踏车行为踏车行为。现在学习的是第11页，共79页 （四

9、）影响微丝组装的特异性药物（四）影响微丝组装的特异性药物细细胞胞松松弛弛素素(cytochalasinscytochalasins)：可可以以切切断断微微丝丝,并并结结合合在在微微丝丝末末端端阻阻抑抑肌肌动动蛋蛋白白聚聚合合,但但对对微微丝丝解解聚聚没没有有明明显显影影响响。（破破坏坏微丝网络结构并阻止细胞运动）微丝网络结构并阻止细胞运动）鬼鬼笔笔环环肽肽(philloidinphilloidin)：与与微微丝丝表表面面结结合合,不不与与肌肌动动蛋蛋白白单单体结合，体结合，抑制抑制微丝微丝解聚解聚。（可使微丝保持稳定状态）。（可使微丝保持稳定状态）影影响响微微丝丝组组装装动动态态性性的的药药物

10、物对对细细胞胞都都有有毒毒害害，说说明明微微丝丝功功能能的的发发挥挥依依赖赖于于微微丝丝与与肌肌动动蛋蛋白白单单体体之之间间的的动动态态平平衡衡。这这种种动动态态平衡受肌动蛋白单体浓度和微丝结合蛋白的影响。平衡受肌动蛋白单体浓度和微丝结合蛋白的影响。现在学习的是第12页，共79页 （五）微丝结合蛋白（五）微丝结合蛋白 微丝网络微丝网络 肌肌动动蛋蛋白白纤纤维维：组组装装成成不不同同的的微微丝丝网网络络结结构构，参参与与细细胞内各种生命活动。胞内各种生命活动。微微丝丝结结合合蛋蛋白白：参参与与形形成成微微丝丝纤纤维维高高级级结结构构，对对肌肌动动蛋蛋白白纤纤维的动态组装有调节作用。维的动态组装有

11、调节作用。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现在学习的是第13页，共79页 （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1 1、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：约约占占肌肌肉肉总总蛋蛋白白的的一一半半，含含4 4条条多多肽肽链链（2 2条条轻轻链链、2 2条条重重链链），两两股股重重链链盘盘绕绕成成双双股股 螺螺旋旋，长长约约140nm,140nm,直径直径2nm2nm。功能：功能：细胞骨架

12、和膜细胞的相互作用，如膜泡运输等。细胞骨架和膜细胞的相互作用，如膜泡运输等。原原肌肌球球蛋蛋白白：在在肌肌肉肉中中占占总总蛋蛋白白的的5%10%5%10%，分分子子长长度度为为40nm40nm，由两条平行的多肽链形成，由两条平行的多肽链形成 螺旋构型。螺旋构型。功功能能：原原肌肌球球蛋蛋白白结结合合于于细细肌肌丝丝，调调节节肌肌动动蛋蛋白白与与肌肌球球蛋白头部的结合。蛋白头部的结合。现在学习的是第14页，共79页 （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1 1、肌肉收缩系统中的有关蛋白、肌肉收缩系统中的有关蛋白 肌肌钙钙蛋蛋白白（TnTn）：含含有有3 3个个亚亚基

13、基：Tn-C Tn-C 特特异异与与CaCa2+2+结结合合；Tn-TTn-T与与原原肌肌球球蛋蛋白白有有高高度亲和力；度亲和力；Tn-ITn-I抑制肌球蛋白抑制肌球蛋白ATPaseATPase的活性。的活性。其他相关蛋白其他相关蛋白：CapZ CapZ 将肌动蛋白纤维锚定于质膜的蛋白：将肌动蛋白纤维锚定于质膜的蛋白：辅肌动蛋白（辅肌动蛋白（actinin)actinin)纽蛋白纽蛋白(vinculin)(vinculin)肌联蛋白肌联蛋白(connectin)(connectin)肌小节中起结构作用的蛋白：肌小节中起结构作用的蛋白：伴肌动蛋白伴肌动蛋白(nebulin(nebulin 肌营养

14、不良蛋白肌营养不良蛋白(dystrophin)(dystrophin)现在学习的是第15页，共79页 （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2 2、非肌肉细胞中的微丝结合蛋白、非肌肉细胞中的微丝结合蛋白 非非肌肌肉肉细细胞胞中中亦亦存存在在肌肌球球蛋蛋白白、原原肌肌球球蛋蛋白白、辅辅肌动蛋白肌动蛋白等，不存在等，不存在肌钙蛋白肌钙蛋白。近近年年来来在在非非肌肌肉肉细细胞胞中中分分离离鉴鉴定定了了几几十十种种微微丝丝结结合合蛋白，与蛋白，与微丝组装及功能微丝组装及功能有密切关系。有密切关系。现在学习的是第16页，共79页 （六）微丝的功能（六）微丝的功能维持细胞形态

15、，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)(muscle contraction)微绒毛微绒毛(microvillus)(microvillus)应力纤维应力纤维(stress fiber)(stress fiber)细胞皮层细胞皮层胞质分裂环胞质分裂环现在学习的是第17页，共79页 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络结结构构，维维持持细细胞胞形形状状和和赋赋予予质膜机械强度。质膜机械强度。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

16、现在学习的是第18页，共79页2 2、肌肉收缩肌肉收缩(muscle contraction)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，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。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)肌肉收缩系由肌肉收缩系由肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动所致：肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动所致：肌球蛋白与肌动蛋白结合肌球蛋白与肌动蛋白结合肌球蛋白头部朝肌球蛋白细丝弯曲肌球蛋白头部朝肌球蛋白细丝弯曲肌肌球蛋白头部与球蛋白头部与ATPATP结合结合与肌动蛋白分开与肌动蛋白分开肌

17、球蛋白释放恢复原来构肌球蛋白释放恢复原来构型型造成细丝与粗丝间的滑动（表现造成细丝与粗丝间的滑动（表现ATPATP水解和肌肉收缩）。水解和肌肉收缩）。现在学习的是第19页，共79页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)肌原纤维肌原纤维（收缩单位）（收缩单位）粗肌丝粗肌丝：肌球蛋白（主）：肌球蛋白（主）细肌丝细肌丝肌动蛋白（主）肌动蛋白（主）原肌球蛋白原肌球蛋白肌钙蛋白肌钙蛋白（辅）（辅）现在学习的是第20页，共79页 小肠上皮细胞微绒毛的轴心微丝是非肌小肠上皮细胞微绒毛的轴心微丝是非肌肉细胞中高度有序微丝束的代表，微丝呈同肉细胞中高度有序微丝束的代表，微丝呈同向平行排布。向平

18、行排布。成分成分 轴心微丝束不含肌球蛋白、原肌球蛋白轴心微丝束不含肌球蛋白、原肌球蛋白和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 微绒毛中心的微丝束起维持微绒毛形状的微绒毛中心的微丝束起维持微绒毛形状的作用。作用。3 3、微绒毛微绒毛(microvillus)现在学习的是第21页，共79页 体体外外培培养养细细胞胞在在基基质质表表面面铺铺展展时时，常常在在细细胞胞质质膜膜的的特特定定区区域域与与基基质质之之间间形形成成紧紧密密黏黏附附的的黏黏着着斑斑。在在紧紧贴贴黏黏着着斑斑的的细细胞胞质质膜膜内内侧侧有有大大量量的的微微丝丝紧紧密密排排列列成成束束，这这种种微微丝丝束束

19、称为应力纤维。是真核细胞内广泛存在的微丝束结构。称为应力纤维。是真核细胞内广泛存在的微丝束结构。成分成分 微丝、肌球蛋白微丝、肌球蛋白、原肌球蛋白、细丝蛋白和、原肌球蛋白、细丝蛋白和-辅辅肌动蛋白。肌动蛋白。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。、微丝紧密平行排列成束，形成应力纤维、微丝紧密平行排列成束，形成应力纤维,具有收缩功能。具有收缩功能。、可可能能在在细细胞胞形形态态发发生生、细细胞胞分分化化和和组组织织的的形形成成等等方方面面具具有有重重要作用。要作用。4 4、应力纤维、应力纤维（stress fiber）现在学习的是第22页，共79页 细

20、胞内大部分微丝都集中在紧贴细胞质膜的细胞质区域，细胞内大部分微丝都集中在紧贴细胞质膜的细胞质区域，并由微丝结合蛋白交联成凝胶状三维网络结构，该区域通常并由微丝结合蛋白交联成凝胶状三维网络结构，该区域通常称为称为细胞皮层细胞皮层。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 以上运动都与皮层内肌动蛋白的溶胶态或凝胶态转化相以上运动都与皮层内肌动蛋白的溶胶态或凝胶态转化相关。关。5 5、细胞皮层、细胞皮层现在学习的是第23页，共79页 胞质分裂环胞质分裂环:是有丝分裂末期在两个即将分裂的是有丝分裂末期在

21、两个即将分裂的子细胞之间产生一个对细胞质起收缩作用的环。子细胞之间产生一个对细胞质起收缩作用的环。时期时期 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。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。组成组成 收缩环由大量反向平行排列，但由极性方向不同的微丝组成。收缩环由大量反向平行排列，但由极性方向不同的微丝组成。机制机制 其收缩机制是肌动蛋白丝和肌球蛋白之间的相对滑动。其收缩机制是肌动蛋白丝和肌球蛋白之间的相对滑动。6 6、胞质分裂环、胞质分裂环现在学习的是第24页，共79页二二 、微、微 管管（Microtubules，MT）微管结构与组成微管结构与组成微

22、管的类型微管的类型组装组装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)(MAP)微管功能微管功能微管微管：在真核细胞质中，由微管蛋白构成的，可形成纺锤体、：在真核细胞质中，由微管蛋白构成的，可形成纺锤体、中心体及细胞特化结构鞭毛和纤毛的结构。中心体及细胞特化结构鞭毛和纤毛的结构。现在学习的是第25页，共79页（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：由微管蛋白亚基组装而成。由微管蛋白亚基组装而成。微管蛋白：微管蛋白：450aa450aa -微管蛋白：微管蛋白：455aa455aa微管组装的基本单位微管组装的基本单位 微管蛋白异二聚体微管蛋白异二聚

23、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 微管蛋白有一个微管蛋白有一个GTPGTP结合位点（不可交换位点，结合位点（不可交换位点，N N位点）位点）结合在该位点的结合在该位点的GTPGTP不被水解，且不可交换。不被水解，且不可交换。-微管蛋白有一个微管蛋白有一个GTPGTP结合位点（可交换位点，结合位点（可交换位点，E E位点）位点）该该GTPGTP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 GDP。去组装后，去组装后，-微管蛋白上的微管蛋白上的GDPGDP可以被细胞质基质中的可以被细胞质基质中的GTPGTP替换，再参替换，再参与微管组装。与微管组装。球状蛋白球

24、状蛋白现在学习的是第26页，共79页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。电子显微镜电子显微镜 微管横截面上有微管横截面上有1313个球形蛋白亚基。个球形蛋白亚基。负染或原子力显微镜负染或原子力显微镜 微管壁是由微管壁是由-微管蛋白二聚体纵向排列而成的原微管蛋白二聚体纵向排列而成的原纤丝构成，纤丝构成，1313根原纤丝合拢后构成微管管壁。根原纤丝合拢后构成微管管壁。现在学习的是第27页，共79页微管的极性微管的极性 微管组装的基本结构单位是由微管组装的基本结构单位是由-微管蛋白组成的二聚体，每一微管蛋白组成的二聚体，每一根原纤丝都是由二聚体有规律排列而成。根

25、原纤丝都是由二聚体有规律排列而成。原纤丝：某一端都是原纤丝：某一端都是-微管蛋白，另一端都是微管蛋白，另一端都是-微管蛋白微管蛋白微管在结构上成微管在结构上成极性极性状态。状态。结构上的不对称导致微管组装时微管蛋白二聚体在两端聚结构上的不对称导致微管组装时微管蛋白二聚体在两端聚合速度上的差异，组装较快的一端称为合速度上的差异，组装较快的一端称为正极正极，另一端称为，另一端称为负极。负极。现在学习的是第28页，共79页（二）微管的类型（二）微管的类型 单管（单管（singlet)singlet)细胞质微管，由细胞质微管，由1313根原纤丝集合而成。根原纤丝集合而成。二联管二联管（doublet)

26、doublet)纤毛或鞭毛轴丝微管，运动性微管。纤毛或鞭毛轴丝微管，运动性微管。A A管：管：1313根原纤丝根原纤丝 B B管：管：1414根原纤丝，有三条与根原纤丝，有三条与A A管共用管共用 三联管三联管 (triplet)(triplet)中心体或基体的微管中心体或基体的微管 A A 管：管：1313根原纤维根原纤维 B B 管：管：1414根原纤维，有三条与根原纤维，有三条与A A管共用管共用 C C 管：管：1414根原纤维，有三条与根原纤维，有三条与B B管共用管共用现在学习的是第29页，共79页 (三）微管的组装三）微管的组装微管组织中心微管组织中心组装方式组装方式微管组装的动

27、力学不稳定性微管组装的动力学不稳定性现在学习的是第30页，共79页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现在学习的是第31页，共79页在活细胞内，能够起始微管的成核作用，并在活细胞内，能够起始微管的成核作用，并使之延伸的细胞结构称为微管组织中心。使之延伸的细胞结构称为微管组织中心。(microtubule organizing center,MTOC)(microtubule organizing center,MTOC)微管组织中心概念微管组织中心概念现在学习的是第32页，共79页常见微管组织中心常见微管组织中心间期细胞

28、间期细胞MTOCMTOC：中心体中心体(动态微管动态微管)分裂细胞分裂细胞MTOCMTOC：有丝分裂纺锤体有丝分裂纺锤体 (动态微管动态微管)鞭毛纤毛细胞鞭毛纤毛细胞MTOCMTOC：基体基体(永久性结构永久性结构)高等植物细胞高等植物细胞MTOCMTOC：间期细胞核的周围：间期细胞核的周围 现在学习的是第33页，共79页一些微管蛋白二聚体首先纵向聚合形成短的丝状结构，即成核反应。通过两端以及侧面增加二聚体而扩展成片状。当片状聚合物加宽至13根原纤丝时,即合拢形成一段微管。新的微管二聚体不断组装到这段微管两端，使之延长，微管蛋白与微管达到动态平衡。组装方式组装方式(成核和延伸成核和延伸)现在学

29、习的是第34页，共79页微管组装的动力学不稳定性微管组装的动力学不稳定性(dynamic instability)(dynamic instability)是是指指在在细细胞胞内内的的同同一一区区域域中中生生长长的的微微管管与与缩缩短短的的微微管管同同时时存存在在,而而且且一一条特定的微管在生长项与缩短项之间交替切换的现象。条特定的微管在生长项与缩短项之间交替切换的现象。动力学不稳定性产生的原因动力学不稳定性产生的原因：微微管管末末端端具具GTPGTP帽帽(取取决决于于携携带带GTPGTP的的-微微管管蛋蛋白白浓浓度度),),微微管管将将稳稳定定延伸延伸;反之反之,无无GTPGTP帽则微管解聚

30、。帽则微管解聚。踏踏车车现现象象：在在同同一一根根微微管管上上常常可可发发现现其其正正极极端端因因组组装装而而延延长长，负负极极端端因因去去组组装装而而缩缩短短，当当一一端端组组装装的的速速度度和和另另一一端端解解聚聚的的速速度相同时，微管的长度保持稳定，即度相同时，微管的长度保持稳定，即踏车行为。踏车行为。现在学习的是第35页，共79页 （四）微管特异性药物（四）微管特异性药物 秋秋水水仙仙素素(colchicine)(colchicine)阻阻断断微微管管蛋蛋白白组组装装成成微微管管，可破坏纺锤体结构。可破坏纺锤体结构。紫紫杉杉醇醇(taxol)(taxol)能能促促进进微微管管的的组组装

31、装,并并使使已已形形成成的的微微管管稳定。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(动动态的组装和解聚）是其功能正常发挥的基础。态的组装和解聚）是其功能正常发挥的基础。现在学习的是第36页，共79页微管结合蛋白微管结合蛋白(Microtubule Associated Protein,MAP)根据MAPs在电泳时所显现的条带的不同，一次命名为MAP1、MAP2、MAP3、MAP4、tau蛋白等。utautau蛋白蛋白 ：见于神经轴突中，具有热稳定性。其功能是加速微管蛋白的聚合，形成18nm臂，横向连接相邻微管以稳定微管。uMAP2MAP2：具热稳定性

32、，见于神经元胞体和树突内，在微管间及微管与中间纤维间形成横桥，能使微管成束。现在学习的是第37页，共79页 6、微管功能、微管功能维持细胞形状维持细胞形状参与细胞内物质的运输参与细胞内物质的运输鞭毛鞭毛(flagella)(flagella)运动和纤毛运动和纤毛(cilia)(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现在学习的是第38页，共79页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用秋水仙素处理细胞破坏微管,导致细胞变导致细胞变圆圆,说明微管对维持细胞的不对称形状是重要说明微管对维持细胞的不对称形状是重要的。的。对于动物细胞突起部分对于动物细胞突起

33、部分,如纤毛、鞭毛、神如纤毛、鞭毛、神经细胞的轴突、太阳虫目原生生物的伪足的经细胞的轴突、太阳虫目原生生物的伪足的形成和维持形成和维持,微管起关键作用。微管起关键作用。现在学习的是第39页，共79页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（MTMT）及及其其分分子子马马达达（Molecular MotorMolecular Motor）有关。有关。微管微管提供了运输的轨

34、道提供了运输的轨道 分子马达分子马达提供了动力提供了动力 神经元轴突运输神经元轴突运输 色素颗粒的运输色素颗粒的运输现在学习的是第40页，共79页分子马达的类型及功能分子马达的类型及功能 分分子子马马达达既既能能与与微微管管结结合合，又又能能与与膜膜泡泡特特异异性性结结合合。这这些些能能利利用用水水解解ATPATP将将化化学学能能转转变变为为机机械械能能，有有规规则则地地沿沿微微管管运运输输货货物物的的分分子子马马达达主主要要有有驱驱动蛋白动蛋白和和胞质动力蛋白胞质动力蛋白。驱动蛋白驱动蛋白(kinesin):在鱿鱼神经元巨大轴突内发现。在鱿鱼神经元巨大轴突内发现。运动方式运动方式：运载膜性细

35、胞器沿微管向轴突末梢移动。：运载膜性细胞器沿微管向轴突末梢移动。组成组成：两条重链和两条轻链组成。：两条重链和两条轻链组成。结结构构：长长80nm80nm的的杆杆状状结结构构，头头部部一一端端有有两两个个呈呈球球状状的的马马达达区区域域，直直径径约约10nm10nm，另另一一端端是是重重链链和和轻轻链链组组成成的的扇扇形形尾尾端端，中中间间是是重重链链组组成成的的杆杆状状区区。球球状状的头部具有的头部具有ATPATP结合部位和微管结合部位结合部位和微管结合部位。（书。（书P292P292页图页图9-259-25）运输方向：运输方向：马达结构域在重链的马达结构域在重链的N N端或中部端或中部负极

36、向正极负极向正极 马达结构域在重链的马达结构域在重链的C C端端正极向负极正极向负极现在学习的是第41页，共79页驱驱动动蛋蛋白白马马达达结结构构域域具具有有两两个个重重要要的的功功能能位位点点，其其一一是是ATPATP结合位点结合位点，其二是，其二是微管结合位点微管结合位点。关于驱动蛋白沿微管运动的分子模型有两种：关于驱动蛋白沿微管运动的分子模型有两种：步步行行模模型型：驱驱动动蛋蛋白白的的两两个个球球状状头头部部交交替替向向前前，每每水水解解一一个个ATPATP分分子子，落落在在后后面面的的那那个个马马达达结结构构域域将将移移动动两两倍倍的的距距离离，及及16nm16nm。而原来的那个头部

37、则在下一个循环时再向前移动。而原来的那个头部则在下一个循环时再向前移动。“尺尺蠖蠖”爬爬行行模模型型：驱驱动动蛋蛋白白两两个个头头部部中中的的一一个个始始终终向向前前，另一个永远在后，每步移动另一个永远在后，每步移动8nm8nm。驱动蛋白沿微管运动的分子机制驱动蛋白沿微管运动的分子机制现在学习的是第42页，共79页驱驱动动蛋蛋白白沿沿微微管管运运动动的的分分子子机机制制涉涉及及两两个个马马达达结结构构域域与与ATPATP结结合合、水水解解ATPATP、释释放放ADPADP以以及及与与自自身身构构象象变变化化相相偶偶联联等一系列过程。等一系列过程。驱动蛋白沿微管运动的分子机制驱动蛋白沿微管运动的

38、分子机制现在学习的是第43页，共79页引发驱动蛋白分子沿微管持续向前移动的原因有两个：引发驱动蛋白分子沿微管持续向前移动的原因有两个：1.1.在在每每个个驱驱动动蛋蛋白白分分子子中中两两个个马马达达结结构构域域的的化化学学-机机械械循循环环时时互互相相协协调调的的，因因此此在在一一个个马马达达结结构构域域还还没没有有与与微微管管结结合合之之前前，另另一一个个马马达达结结构构域域不不会会从从微微管管上上游游离离下下来来，从从而而保保证证了了步步行行的的连连续续性性，即即马马达达分分子子和和所所运运送送的的“货货物物”或细胞器不会脱离微管。或细胞器不会脱离微管。2.2.驱驱动动蛋蛋白白分分子子能能

39、沿沿微微管管持持续续移移动动的的原原因因是是它它的的马马达达结结构构域在域在ATPaseATPase循环的大部分时间都与微管紧密结合。循环的大部分时间都与微管紧密结合。驱动蛋白沿微管运动的分子机制驱动蛋白沿微管运动的分子机制现在学习的是第44页，共79页分子马达的类型及功能分子马达的类型及功能胞胞质质动动力力蛋蛋白白(cytoplasmic dynein)：纤纤毛毛和和鞭鞭毛毛内内发发现现（轴轴丝丝动动力力蛋蛋白白）。是已知马达蛋白中最大、移动速度最快的成员。是已知马达蛋白中最大、移动速度最快的成员。组成组成：2 2条或条或3 3条重链、多条轻链和一些多肽链组成。条重链、多条轻链和一些多肽链组

40、成。结结构构：重重链链约约含含46004600个个氨氨基基酸酸残残基基，含含有有ATPATP结结合合部部位位和和微微管管结结合合部部位位。马马达达结结构构域域位位于于重重链链C C端端，轴轴丝丝动动力力蛋蛋白白有有3 3个个马马达达结结构构域域，胞胞质质动动力力蛋蛋白白有有2 2个个马马达结构域（负责将达结构域（负责将ATPATP储存的化学能转化成机械能，并介导沿微管的运动）。储存的化学能转化成机械能，并介导沿微管的运动）。功功能能：与与细细胞胞内内介介导导沿沿微微管管从从正正极极端端向向负负极极端端的的膜膜泡泡运运输输以以及及有有丝丝分分裂裂纺纺锤锤体体动态结构相关。动态结构相关。现在学习的

41、是第45页，共79页神经元轴突运输的类型神经元轴突运输的类型现在学习的是第46页，共79页色素颗粒的运输色素颗粒的运输许多两栖类的皮肤和鱼类的鳞片中含有特化的色素细胞。研究发现色素颗粒实际上是沿微管而转运的。现在学习的是第47页，共79页鞭毛鞭毛(flagella)(flagella)运动和纤毛运动和纤毛(cilia)(cilia)运运动动纤毛与鞭毛的纤毛与鞭毛的结构结构 是细胞质膜所包被的是细胞质膜所包被的细长突起细长突起，内部是由微管构成的，内部是由微管构成的轴丝结构轴丝结构。“9+29+2”排列结构：排列结构：9 9个二联体微管、个二联体微管、2 2根中央鞘所包围的单体微管。根中央鞘所包

42、围的单体微管。外围二联体微管：外围二联体微管：A A管管(完全微管，由完全微管，由1313个球形亚基环绕而成个球形亚基环绕而成)B B管管（不完全微管，由（不完全微管，由1010个亚基构成，另个亚基构成，另3 3个亚基与个亚基与 A A管共用）管共用）中央微管：均为完全单体微管。中央微管：均为完全单体微管。纤毛或鞭毛的纤毛或鞭毛的运动机制运动机制 滑动学说：由轴丝动力蛋白所介导的相邻二联体微管间相互滑动所致。滑动学说：由轴丝动力蛋白所介导的相邻二联体微管间相互滑动所致。滑动学说过程图示滑动学说过程图示现在学习的是第48页，共79页纤毛或鞭毛运动过程中相邻二联体微管的滑动模型纤毛或鞭毛运动过程中

43、相邻二联体微管的滑动模型1.1.A A管管动动力力蛋蛋白白头头部部与与B B管管的的接接触触促促使使动动力力蛋蛋白白结结合合的的ATPATP水水解解，产产物物释释放放，造造成头部角度的改变。成头部角度的改变。2.2.新新的的ATPATP结结合合使使动动力力蛋蛋白白头头部部与与B B管管脱离。脱离。3.3.ATPATP水水解解，其其释释放放的的能能量量使使头头部部的的角度复原。角度复原。4.4.带带有有水水解解产产物物的的动动力力蛋蛋白白头头部部与与B B管管上上另一位点结合，开始又一次循环。另一位点结合，开始又一次循环。现在学习的是第49页，共79页纺锤体和染色体运动纺锤体和染色体运动 间期进

44、入有丝分裂期间期进入有丝分裂期：间间期期细细胞胞微微管管网网络络解解聚聚为为游游离离的的-微微管管蛋蛋白白二二聚聚体体，再再重重组组装装形形成成纺纺锤锤体体，介导染色体的运动。介导染色体的运动。分裂末期分裂末期：纺纺锤锤体体微微管管解解聚聚，又又重重组组装装形形成成胞胞质质微微管网络。管网络。现在学习的是第50页，共79页三三 中间纤维中间纤维(intermediate(intermediate filament,IF)filament,IF)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装中间纤维的功

45、能中间纤维的功能现在学习的是第51页，共79页中间纤维的概念中间纤维的概念2020世纪世纪6060年代中期，在哺乳动物细胞中发年代中期，在哺乳动物细胞中发现现10nm10nm绳索状纤维绳索状纤维,因其直径介于肌粗丝和因其直径介于肌粗丝和细丝之间细丝之间,故被命名为故被命名为中间纤维中间纤维（又称（又称中间中间丝丝）。）。中间纤维几乎分布于所有动物细胞，往往中间纤维几乎分布于所有动物细胞，往往形成一个网络结构，特别是在需要承受机形成一个网络结构，特别是在需要承受机械压力的细胞中含量相当丰富。械压力的细胞中含量相当丰富。现在学习的是第52页，共79页中间纤维的类型与分布中间纤维的类型与分布 中间纤

46、维中间纤维成分比成分比微丝微丝和和微管微管复杂，中间纤维在形复杂，中间纤维在形态上相似，而化学组成有明显的差别。不同组织态上相似，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中间丝蛋白。来源的细胞表达不同类型的中间丝蛋白。根据中间纤维蛋白氨基酸序列、基因结构、组装特性根据中间纤维蛋白氨基酸序列、基因结构、组装特性以及在发育过程的组织特异性表达模式等，可以将中以及在发育过程的组织特异性表达模式等，可以将中间纤维分为间纤维分为6 6种主要类型。种主要类型。现在学习的是第53页，共79页中间纤维分类与分布中间纤维分类与分布在上皮细胞内以异源二聚在上皮细胞内以异源二聚体的形式参与中间丝组装

47、体的形式参与中间丝组装型中间丝：通常在各自型中间丝：通常在各自的细胞内形成同源多聚体的细胞内形成同源多聚体型中间丝：在波形蛋型中间丝：在波形蛋白和巢蛋白表达一定时白和巢蛋白表达一定时间后开始表达，进入细间后开始表达，进入细胞内存在的中间丝网络胞内存在的中间丝网络型中间丝：蛋白型中间丝：蛋白B在所有在所有细胞中均表达，蛋白细胞中均表达，蛋白A只只在原肠胚形成后分化的细在原肠胚形成后分化的细胞中表达胞中表达型中间丝型中间丝“孤儿孤儿”型中间丝型中间丝现在学习的是第54页，共79页 在人类基因组中至少包含在人类基因组中至少包含6767种不同的中种不同的中间丝蛋白基因，组成了人类基因组中最间丝蛋白基因

48、，组成了人类基因组中最大的基因家族之一。大的基因家族之一。中间纤维蛋白的表达与分布具有严格的中间纤维蛋白的表达与分布具有严格的组组织特异性织特异性。因此，中间纤维蛋白是区分细胞。因此，中间纤维蛋白是区分细胞类型的类型的身份证身份证。现在学习的是第55页，共79页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）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

49、)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现在学习的是第56页，共79页中间纤维的组装中间纤维的组装中间纤维中间纤维组装与组装与微管和微丝微管和微丝组装相比，有以下几个特点：组装相比，有以下几个特点：中间纤维中间纤维组装的单体是组装的单体是纤维状蛋白纤维状蛋白；反向平行的四聚体导致中间纤维反向平行的四聚体导致中间纤维不具有极性不具有极性；中间纤维中间纤维在组装过程中不需要在组装过程中不需要ATPATP或或GTPGTP的辅助。的辅助。细细胞胞内内新新的的中中间间纤纤维维蛋蛋白白可可以以通通过过交交换换的

50、的方方式式掺掺入入到原来的纤维中去。到原来的纤维中去。中间纤维组装过程中间纤维组装过程现在学习的是第57页，共79页中间纤维的组装过程中间纤维的组装过程1.1.两两个个单单体体的的杆杆状状区区以以平平行行排排列列的的方方式形成双股螺旋的二聚体。式形成双股螺旋的二聚体。2.2.两两个个二二聚聚体体以以反反向向平平行行和和半半分分子交错形式组装成四聚体。子交错形式组装成四聚体。3.3.四聚体首尾相连形成原纤维。四聚体首尾相连形成原纤维。4.4.8 8根根原原纤纤维维构构成成圆圆柱柱状状的的10nm10nm纤纤维，形成中间丝。维，形成中间丝。现在学习的是第58页，共79页中间纤维的功能中间纤维的功能