細胞骨架(翟中和細胞生物學全套)(課堂PPT)

1,THECYTOSKELETON,第九章細胞骨架,2,成分：microfilament、microtubule、intemediatefilament。單體非共價結合，構成纖維型多聚體。微絲確定細胞表面特征，使細胞能夠運動和收縮。微管確定膜性細胞器的位置和作為運輸導軌。中間纖維使細胞具有張力和抗剪切力。其它骨架成分：核骨架、核纖層、膜骨架、細胞外基質。,3,Thethreetypesofprotein,4,第一節(jié)微絲,又稱肌動蛋白纖維actinfilament，是由兩條線性排列的肌動蛋白鏈形成的螺旋，形狀如雙線捻成的繩子，直徑約7nm。,5,Microfilament,MF,6,一、結構與裝配,根據(jù)等電點分3類：-actin分布于肌細胞；-和-分布于所有細胞。單體呈啞鈴形，稱G-actin；多聚體稱F-actin。結構高度保守，酵母和兔子actin有88%的同源性。需要翻譯后修飾，如N-端乙酰化或組氨酸殘基的甲基化。,7,微絲的裝配,條件：ATP、適宜溫度、K+和Mg2+。過程：2-3個actin聚集成核心（核化）；ATP-actin分子向核心兩端加合。極性：ATP-actin加到(+)極的速度要比加到(-)極的速度快5-10倍。踏車行為：單體可同時在(+)端添加，在(-)端分離。,8,Treadmilling,+,-,9,細胞中大多數(shù)微絲結構處于動態(tài)組裝和去組裝過程中，并通過這種方式實現(xiàn)其功能。細胞松弛素（cytochalasin）可切斷微絲纖維，并結合在微絲末端抑制肌動蛋白加合到微絲纖維上。鬼筆環(huán)肽（phalloidin）與微絲能夠特異性的結合，使微絲纖維穩(wěn)定而抑制其功能。熒光標記的鬼筆環(huán)肽可特異性的顯示微絲。,10,二、微絲結合蛋白,已知的的微絲結合蛋白有100多種，1核化蛋白：使游離actin核化，開始組裝，Arp2單體隱蔽蛋白：阻止游離actin向纖維添加，thymosin3封端蛋白：使纖維穩(wěn)定，CapZ4單體聚合蛋白：將結合的單體安裝到纖維，profilin5微絲解聚蛋白：cofilin6交聯(lián)蛋白：fimbrin7纖維切斷蛋白：gelsolin8膜結合蛋白：vinculin,11,12,13,14,15,三、肌肉的組成,由肌原纖維組成，肌原纖維的粗肌絲主要成分是肌球蛋白，細肌絲主要成分是肌動蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白。肌肉收縮的基本單位是肌小節(jié)（sarcomere）。肌小節(jié)是相鄰兩Z線間的單位。主要結構有：A帶（暗帶）：為粗肌絲所在。H區(qū)：A帶中央色淺部份，此處只有粗肌絲。I帶（明帶）：只含細肌絲部分。Z線：細肌絲一端游離，一端附于Z線。,16,17,Sarcomere,18,（一）肌球蛋白（myosin）,屬于馬達蛋白，多數(shù)趨向微絲的（+）極。MyosinII構成粗肌絲。由2重鏈和4輕鏈組成，具有2球形的頭和1螺旋化的干，頭部有ATP酶活性。MyosinV結構類似myosinII，但重鏈有球形尾部。MyosinI由一個重鏈和兩個輕鏈組成。在非肌細胞中，II型參與形成應力纖維和胞質收縮環(huán)，I、V型結合在膜上與膜泡運輸有關。,19,MyosinIIstructure,Twoheavychains,twoessentiallightchains,andtworegulatorylightchainsHeavychainhasheaddomain,neckregion,andtaildomain,20,21,（二）原肌球蛋白（tropomyosin.Tm）組成兩條平行纖維，位于肌動蛋白雙螺旋的溝中，作用是加強和穩(wěn)定肌動蛋白絲，抑制肌動蛋白與肌球蛋白結合。（三）肌鈣蛋白（troponin,Tn），含三個亞基，C亞基結合鈣，T亞基與原肌球蛋白有高度親和力，I亞基抑制肌球蛋白的ATP酶活性。,22,Tropomyosin,actinandtroponin,23,（四）肌肉的收縮,肌球蛋白結合ATP，引起頭部與肌動蛋白纖維分離；ATP水解，引起頭部與肌動蛋白弱結合；,24,Myosinmovement(continued),Pi釋放，頭部與肌動蛋白強結合，頭部向M線方向彎曲，引起細肌絲向M線移動；ADP釋放ATP結合上去，頭部與肌動蛋白纖維分離。如此循環(huán),25,四、微絲的功能,微絲除參與形成肌原纖維外還具有以下功能：1形成應力纖維（stressfiber）：結構類似肌原纖維，使細胞具有抗剪切力。,26,培養(yǎng)的上皮細胞中的應力纖維（微絲紅色、微管綠色）,27,2形成微絨毛。3細胞的變形運動。,28,4.胞質分裂；5.頂體反應（海膽）；6.其他功能：抑制微絲的藥物（細胞松弛素）可增強膜的流動、破壞胞質環(huán)流。,29,第二節(jié)微管,微管在胞質中形成網(wǎng)絡結構，作為運輸路軌并起支撐作用。微管是由微管蛋白組成的管狀結構，對低溫、高壓和秋水仙素敏感。,30,Afluorescentlystainedimageofculturedepithelialcellsshowingthenucleus(yellow)andmicrotubules(red),31,Microtubule,MT,32,一、分子結構,13條原纖維構成的中空管狀結構，直徑2225nm。每條原纖維由微管蛋白二聚體線性排列而成。二聚體由結構相似的和球蛋白構成，均可結合GTP。球蛋白結合的GTP從不發(fā)生水解或交換。球蛋白也是一種G蛋白，結合的GTP可發(fā)生水解，結合的GDP可交換為GTP。,33,E-site,N-site,34,具有極性，(+)極生長速度快，(-)極生長速度慢。(+)極的最外端是球蛋白，(-)極是球蛋白?？尚纬煞€(wěn)定結構，如軸突、纖毛、鞭毛。是微管結合蛋白的作用和酶修飾的原因。大多數(shù)微管處于動態(tài)組裝和去組裝狀態(tài)（如紡錘體），具有踏車行為。秋水仙素、長春花堿抑制微管裝配。紫杉酚能促進微管的裝配,并使已形成的微管穩(wěn)定。,35,ThefunctionofGTP-tubulincap,GTPhydrolysisisnotrequiredformicrotubuleassembly，WHY？,36,Antimitosisdrugs,37,二、微管結合蛋白microtubuleassociatedproteinsMAPs,MAP分子包含一個結合微管的結構域和一個向外突出的結構域?？膳c其它細胞組分（如微管束、中間纖維、質膜）結合。主要功能：促進微管組裝。增加微管穩(wěn)定性。促進微管聚集成束。,38,三、微管組織中心microtubuleorganizingcenter,MTOCs,是微管進行組裝的區(qū)域，都具有微管球蛋白，如：中心體、鞭毛基體。,39,中心體由兩個相互垂直的中心粒構成。周圍是無定形物質，叫做外中心粒物質（PCM）。中心粒由9組3聯(lián)微管構成，具有召集PCM的作用。MTOC處微管蛋白以環(huán)狀的球蛋白復合體為模板核化、先組裝出（-）極，然后開始生長。提純的微管，在微酸性環(huán)境，適宜溫度，存在GTP、Mg2+和去除Ca2+的條件下能自發(fā)的組裝成11條原纖維的微管。,40,41,TheOrientationofMicrotubulesinaCell,42,五、微管的功能,1.支架作用,43,2.細胞內運輸是胞內物質運輸?shù)穆奋?。涉?類馬達蛋白：kinesin、dyenin，需ATP供能。Kinesin發(fā)現(xiàn)于1985年，由兩條輕鏈和兩條重鏈構成，向微管（+）極運輸小泡。,Kinesinwalkalongmicrotubuletowardsplusend,44,Dynein發(fā)現(xiàn)于1963年。由兩條相同的重鏈和種類繁多的輕鏈以及結合蛋白構成。作用：推動染色體的分離、驅動鞭毛的運動、向著微管（-）極運輸小泡。,45,3.形成紡錘體。,46,47,4.形成鞭毛和纖毛結構：由基體和鞭桿兩部分構成；鞭毛中的微管為9+2結構；二聯(lián)微管A管由13條原纖維組成，B管由10條原纖維組成；A管向相鄰B管伸出兩條動力蛋白臂，并向鞭毛中央發(fā)出一條輻；基體的微管組成為9+0。運動原理：動力蛋白臂的dynein水解ATP作功，使相鄰的二聯(lián)微管相互滑動。,48,49,50,51,第三節(jié)中間纖維,直徑10nm左右，介于微絲和微管之間，故名。IF是最穩(wěn)定的細胞骨架成分，主要起支撐作用。IF在細胞中圍繞著細胞核分布，成束成網(wǎng)，并擴展到細胞質膜，與質膜相連結。,52,intermediatefilaments，IF,53,54,Keratinfilamentsofepithelialcellsaretightlyanchoredtotheplasmamembranesatdesmosmesandhemidesmosomes,55,一、類型,分5類：角蛋白、結蛋白、膠質原纖維酸性蛋白、波形纖維蛋白、神經(jīng)纖絲蛋白。具有組織特異性，不同類型細胞含有不同IF。通常一種細胞含有一種IF，少數(shù)含2種以上。腫瘤細胞轉移后仍保留源細胞的IF。,56,（一）角蛋白keratin表皮細胞特有，分和兩類，型存在于細胞中，型構成頭發(fā)、指甲。單體分為：酸性角蛋白（I型）、中性或堿性角蛋白（II型）。通過兩者的異二聚體形成角蛋白纖維。（二）結蛋白desmin又稱骨骼蛋白skeletin，存在于肌肉細胞中，主要功能是使肌纖維連在一起。,57,（三）膠質原纖維酸性蛋白glialfibrillaryacidicprotein，存在于星形神經(jīng)膠質細胞和許旺細胞。起支撐作用。（四）波形纖維蛋白vimentin，存在于間充質細胞及中胚層來源的細胞中。（五）神經(jīng)纖絲蛋白neurofilamentprotein，是由三種分子量不同的多肽組成的異聚體，功能是提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展和防止斷裂。,58,二、結構與裝配,（一）結構由螺旋化桿狀區(qū)、球形頭部（N端）和尾部（C端）構成。桿狀區(qū)高度保守，由螺旋1和螺旋2構成，每個螺旋區(qū)分為A、B兩個亞區(qū)。,59,intemediatefilaments，IF,60,（二）IF的裝配,過程：兩個單體形成超螺旋二聚體；兩個