王紅霞第九章細(xì)胞骨架(二)

1、第九章 細(xì)胞骨架授課教師：王紅霞授課教師：王紅霞 副教授副教授E-mail：醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)2目目 錄錄第第九九章章 細(xì)胞骨架細(xì)胞骨架 第第二二節(jié)節(jié) 微微 管管第第三三節(jié)節(jié) 中間絲中間絲第第一一節(jié)節(jié) 微微 絲絲醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)3第二節(jié)第二節(jié) 微微 管管一、微管的結(jié)構(gòu)一、微管的結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成與化學(xué)組成二、微管的裝配過程二、微管的裝配過程三、微管結(jié)合蛋白三、微管結(jié)合蛋白四、微管的主要功能四、微管的主要功能醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)4一、微管的結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成一、微管的結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成（一）微管（一）微管（microtubulemicrotubule）的形態(tài)結(jié)構(gòu)）的形態(tài)結(jié)構(gòu)123456789

2、10111213 橫斷面橫斷面立體結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)5微管蛋白微管蛋白(tubulin)（二）微管的化學(xué)組成（二）微管的化學(xué)組成醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)6異異二二聚聚體體2個鳥嘌呤核苷酸個鳥嘌呤核苷酸（GTP)結(jié)合位點。結(jié)合位點。二價陽離子（二價陽離子（Mg2+與與Ca2+2+）的結(jié)合位點）的結(jié)合位點秋水仙素、長春花堿秋水仙素、長春花堿的結(jié)合位點的結(jié)合位點微管蛋白的三維結(jié)構(gòu)微管蛋白的三維結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)7 微管是有極性的結(jié)構(gòu)微管是有極性的結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)8 12345678910111213單管單管 AB二聯(lián)管二聯(lián)管 ABC三聯(lián)管三聯(lián)管 大部分微管為單管，二聯(lián)管、三聯(lián)管只存大部分微管為單管，

3、二聯(lián)管、三聯(lián)管只存在于特定的細(xì)胞結(jié)構(gòu)中。在于特定的細(xì)胞結(jié)構(gòu)中。如纖毛、鞭毛的周圍如纖毛、鞭毛的周圍小管（二聯(lián)管），中心粒、基體（三聯(lián)管）。小管（二聯(lián)管），中心粒、基體（三聯(lián)管）。（三）微管類型（三）微管類型醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)9 纖毛或鞭毛內(nèi)微管的排列纖毛或鞭毛內(nèi)微管的排列（ “ “9 92 22”2”方式方式）醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)10中心粒小輪中心粒小輪 （“9 30”方式）方式）醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)11纖毛本體纖毛本體基基體體 （930） 纖毛小根纖毛小根醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)12二、二、 微管的裝配過程微管的裝配過程 （一）微管的體外組裝（一）微管的體外組裝微管蛋白微管蛋白異二聚體異二聚體首位相連首位相連原纖維原

4、纖維微管微管（13） 體外組裝過程分為成核期、延伸期和穩(wěn)定期體外組裝過程分為成核期、延伸期和穩(wěn)定期短的絲短的絲狀結(jié)構(gòu)狀結(jié)構(gòu)增加異二聚體增加異二聚體擴(kuò)展成片狀擴(kuò)展成片狀成核期成核期延伸期延伸期合攏合攏穩(wěn)定期穩(wěn)定期 微管長度處于相對穩(wěn)定狀態(tài)微管長度處于相對穩(wěn)定狀態(tài)醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)13 踏踏車車醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)14（二）微管的體內(nèi)組裝（二）微管的體內(nèi)組裝 微管的體內(nèi)組裝除遵循體外裝配的微管的體內(nèi)組裝除遵循體外裝配的規(guī)律外，還受嚴(yán)格的規(guī)律外，還受嚴(yán)格的時間和空間時間和空間的控制。的控制。1.時間控制：時間控制：細(xì)胞生命活動的特殊時刻。細(xì)胞生命活動的特殊時刻。（紡錘絲微管的聚合與解聚發(fā)生在細(xì)胞（紡錘絲微管的

5、聚合與解聚發(fā)生在細(xì)胞分裂期）。分裂期）。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)15 2.2.空間控制空間控制 微管裝配的特殊始發(fā)區(qū)域的影響微管裝配的特殊始發(fā)區(qū)域的影響微管組織中心微管組織中心（MTOC） ：微管裝配的起始點。：微管裝配的起始點。v中心體中心體是動物細(xì)胞中主要的微管組織中心。是動物細(xì)胞中主要的微管組織中心。v基體基體是纖毛、鞭毛的微管組織中心。是纖毛、鞭毛的微管組織中心。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)16中心體中心體中心球中心球 中心粒中心粒電鏡：圓柱狀小體（中心粒）電鏡：圓柱狀小體（中心粒） 中心體中心體細(xì)胞核細(xì)胞核中心體的結(jié)構(gòu)中心體的結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)17（三）影響微管裝配的因素（三）影響微管裝配的因素1.微管蛋白

6、的濃度和微管蛋白的濃度和GTP；2. Mg2+和和Ca2+濃度；濃度；3.溫度溫度和和pH ；4.藥物：秋水仙素，長春花堿、紫杉醇。藥物：秋水仙素，長春花堿、紫杉醇。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)18三、微管結(jié)合蛋白三、微管結(jié)合蛋白 MAP1 ：神經(jīng)元軸突中：神經(jīng)元軸突中 MAP2 ：神經(jīng)元樹突中：神經(jīng)元樹突中 MAP4 ：普遍存在于各類細(xì)胞中：普遍存在于各類細(xì)胞中 Tau蛋白：神經(jīng)元軸突中蛋白：神經(jīng)元軸突中醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)19（一）（一）MAPsMAPs的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu) 至少包含兩個結(jié)構(gòu)域：至少包含兩個結(jié)構(gòu)域： 結(jié)合微管的結(jié)構(gòu)域結(jié)合微管的結(jié)構(gòu)域 向外突出的結(jié)構(gòu)域向外突出的結(jié)構(gòu)域微管結(jié)合蛋白結(jié)構(gòu)微管結(jié)合蛋白

7、結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)20（二）（二）MAPsMAPs的主要功能的主要功能1.促進(jìn)微管組裝。促進(jìn)微管組裝。2.抑制微管解聚。抑制微管解聚。3.增加微管穩(wěn)定性。增加微管穩(wěn)定性。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)21l臨床癥狀：臨床癥狀：不可逆進(jìn)行性記憶和認(rèn)知功能喪失。不可逆進(jìn)行性記憶和認(rèn)知功能喪失。l病理變化：病理變化：神經(jīng)纖維纏結(jié)，出現(xiàn)神經(jīng)變性斑。神經(jīng)纖維纏結(jié)，出現(xiàn)神經(jīng)變性斑。l發(fā)病原因：發(fā)病原因：Tau蛋白的異常，失去和微管蛋白的蛋白的異常，失去和微管蛋白的結(jié)合活性，導(dǎo)致正常的微管蛋白解聚，從而使正常結(jié)合活性，導(dǎo)致正常的微管蛋白解聚，從而使正常的軸突轉(zhuǎn)運受損。的軸突轉(zhuǎn)運受損。（三）常見病例（三）常見病例阿爾茨海默病

8、阿爾茨海默病ADAD醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)22阿爾茨海默病的發(fā)病機(jī)理阿爾茨海默病的發(fā)病機(jī)理醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)23四、微管的主要功能四、微管的主要功能1、支持作用：構(gòu)成細(xì)胞的網(wǎng)狀支架維持細(xì)胞形態(tài)。、支持作用：構(gòu)成細(xì)胞的網(wǎng)狀支架維持細(xì)胞形態(tài)。2、參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運輸（高爾基體分泌泡運輸）。、參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運輸（高爾基體分泌泡運輸）。 微管在蛋白轉(zhuǎn)運中的作用微管在蛋白轉(zhuǎn)運中的作用醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)243、參與細(xì)胞運動，也是纖毛、鞭毛等細(xì)胞運動器、參與細(xì)胞運動，也是纖毛、鞭毛等細(xì)胞運動器官的主體結(jié)構(gòu)成分。官的主體結(jié)構(gòu)成分。纖毛和鞭毛的結(jié)構(gòu)示意圖纖毛和鞭毛的結(jié)構(gòu)示意圖鞭毛與纖毛在來源和鞭毛與纖毛在來源和結(jié)構(gòu)上基本相同，少

9、結(jié)構(gòu)上基本相同，少而長的叫鞭毛；多而而長的叫鞭毛；多而短的叫纖毛。短的叫纖毛。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)254、參與紡錘體的形成與染色體的運動、參與紡錘體的形成與染色體的運動中期中期后期后期醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)26 5、參與細(xì)胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、參與細(xì)胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 近年來，研究表明微管參與了細(xì)胞外調(diào)節(jié)近年來，研究表明微管參與了細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（蛋白激酶（ERK）、蛋白激酶（）、蛋白激酶（PKA）等多條）等多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。 信號分子可通過與微管直接或間接的相互信號分子可通過與微管直接或間接的相互作用，進(jìn)而影響胞內(nèi)的囊泡運輸、細(xì)胞器的定作用，進(jìn)而影響胞內(nèi)的囊泡運輸、細(xì)胞器的定位及細(xì)胞的極化等一系列重

10、要的生物學(xué)活動。位及細(xì)胞的極化等一系列重要的生物學(xué)活動。 醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)27第三節(jié)第三節(jié) 中間絲中間絲（intermediate filaments,IF）一、中間絲的結(jié)構(gòu)、成分及類型一、中間絲的結(jié)構(gòu)、成分及類型二、中間絲的組裝二、中間絲的組裝 三、中間絲的主要功能三、中間絲的主要功能醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)28中中間間絲絲細(xì)胞骨架的結(jié)構(gòu)示意圖細(xì)胞骨架的結(jié)構(gòu)示意圖中間絲直徑介與微管與微絲之間，也叫中間絲直徑介與微管與微絲之間，也叫中間纖維。中間纖維。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)29一、中間絲的結(jié)構(gòu)、成分及類型一、中間絲的結(jié)構(gòu)、成分及類型（一）中間絲的形態(tài)結(jié)構(gòu)（一）中間絲的形態(tài)結(jié)構(gòu) 該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，既，既不受秋水

11、仙素也不受不受秋水仙素也不受細(xì)胞松弛細(xì)胞松弛B B素影響，并素影響，并且也且也沒有極性。沒有極性。 繩索樣結(jié)構(gòu)繩索樣結(jié)構(gòu)中間絲的形態(tài)結(jié)構(gòu)模式圖中間絲的形態(tài)結(jié)構(gòu)模式圖醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)30 中間絲的化學(xué)成分是中間絲蛋白。中間絲的化學(xué)成分是中間絲蛋白。 中間絲蛋白存在于絕大多數(shù)動物細(xì)胞內(nèi)。中間絲蛋白存在于絕大多數(shù)動物細(xì)胞內(nèi)。 不同類型的細(xì)胞以及同一類型細(xì)胞的不不同類型的細(xì)胞以及同一類型細(xì)胞的不同部位的中間絲蛋白的組成都有可能不同。同部位的中間絲蛋白的組成都有可能不同。（二）中間絲的化學(xué)成分（二）中間絲的化學(xué)成分醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)31（三）中間絲的類型（三）中間絲的類型順序類型順序類型 名名 稱稱 分子量分

12、子量(kD) 多肽數(shù)多肽數(shù) 組組 織織 分分 布布 I 酸性角蛋白酸性角蛋白 40-57 15 上皮細(xì)胞上皮細(xì)胞 II 堿性堿性/中性角蛋白中性角蛋白 53-67 15 上皮細(xì)胞上皮細(xì)胞 III 結(jié)蛋白結(jié)蛋白 53 1 肌細(xì)胞肌細(xì)胞 膠質(zhì)纖維酸性蛋白膠質(zhì)纖維酸性蛋白 50 1 膠質(zhì)細(xì)胞和星形細(xì)胞膠質(zhì)細(xì)胞和星形細(xì)胞 波形蛋白波形蛋白 57 1 間充質(zhì)細(xì)胞間充質(zhì)細(xì)胞 外周蛋白外周蛋白 57 1 神經(jīng)元神經(jīng)元 IV 神經(jīng)纖維蛋白神經(jīng)纖維蛋白 62-110 3 成熟的外周和中樞神經(jīng)元成熟的外周和中樞神經(jīng)元 Internexin 66 1 發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng) V 核纖層蛋白核纖層蛋

13、白A.B.C 60-70 3 真核細(xì)胞真核細(xì)胞 VI nestin 240 1 中樞神經(jīng)系統(tǒng)干細(xì)胞中樞神經(jīng)系統(tǒng)干細(xì)胞 醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)32l 中間絲的分布具有嚴(yán)格的組織特異性中間絲的分布具有嚴(yán)格的組織特異性 據(jù)此可應(yīng)用于腫瘤臨床診斷，以鑒別腫瘤細(xì)據(jù)此可應(yīng)用于腫瘤臨床診斷，以鑒別腫瘤細(xì)胞的組織來源。胞的組織來源。v結(jié)蛋白抗體結(jié)蛋白抗體與肌細(xì)胞的中間絲結(jié)合，診斷來源于與肌細(xì)胞的中間絲結(jié)合，診斷來源于橫紋肌和平滑肌的癌癥。橫紋肌和平滑肌的癌癥。v角蛋白抗體角蛋白抗體只能與上皮細(xì)胞內(nèi)中間絲結(jié)合，診斷只能與上皮細(xì)胞內(nèi)中間絲結(jié)合，診斷角化和非角化上皮癌。角化和非角化上皮癌。v神經(jīng)纖維蛋白抗體神經(jīng)纖維蛋白抗體

14、只能與神經(jīng)元的中間絲結(jié)合，只能與神經(jīng)元的中間絲結(jié)合，診斷神經(jīng)母細(xì)胞瘤、神經(jīng)節(jié)母細(xì)胞瘤。診斷神經(jīng)母細(xì)胞瘤、神經(jīng)節(jié)母細(xì)胞瘤。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)33共同結(jié)構(gòu)域共同結(jié)構(gòu)域 -螺旋桿狀區(qū)螺旋桿狀區(qū)非螺旋區(qū)非螺旋區(qū)頭部（頭部（N-端）端）尾部（尾部（C-端）端）桿狀桿狀 區(qū)區(qū)頭部頭部（N-端端）尾部尾部（C-端）端）二、中間絲的組裝二、中間絲的組裝（一）中間絲蛋白的分子結(jié)構(gòu)（一）中間絲蛋白的分子結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)34 （二）中間絲的裝配過程（二）中間絲的裝配過程1.中間絲蛋白單體以相同方向組成一個雙螺旋的二聚體；中間絲蛋白單體以相同方向組成一個雙螺旋的二聚體；2.兩個二聚體以相反的方向組裝成四聚體兩個二聚體以

15、相反的方向組裝成四聚體；（無極性）（無極性）3.四聚體首尾相接組裝成八聚體（原纖維）；四聚體首尾相接組裝成八聚體（原纖維）；4.每每2根原纖維集成根原纖維集成1根亞絲，最后再有根亞絲，最后再有4根亞絲形成中間絲。根亞絲形成中間絲。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)35中間絲的形態(tài)結(jié)構(gòu)模式圖中間絲的形態(tài)結(jié)構(gòu)模式圖醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)361.1.中間絲無極性中間絲無極性2.2.遵循半分子交錯的原則進(jìn)行組裝遵循半分子交錯的原則進(jìn)行組裝3.3.中間絲的組裝一般不需要其它蛋白中間絲的組裝一般不需要其它蛋白質(zhì)參與，也不需要核苷酸或結(jié)合蛋白質(zhì)參與，也不需要核苷酸或結(jié)合蛋白的輔助。的輔助。中間絲組裝的特點中間絲組裝的特點醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)

16、374.4.中間絲在體內(nèi)組裝時，中間絲蛋白中間絲在體內(nèi)組裝時，中間絲蛋白絕大部分已裝配成中間絲，幾乎不存絕大部分已裝配成中間絲，幾乎不存在相應(yīng)的可溶性蛋白，而微管或微絲在相應(yīng)的可溶性蛋白，而微管或微絲組裝時只有組裝時只有30%30%的蛋白分子處于組裝狀的蛋白分子處于組裝狀態(tài)。態(tài)。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)38 三、中間絲的主要功能三、中間絲的主要功能1.1.中間絲的支持作用。中間絲的支持作用。2.2.參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運輸：參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運輸：神經(jīng)細(xì)胞中神經(jīng)蛋神經(jīng)細(xì)胞中神經(jīng)蛋白中間絲參與了軸突營養(yǎng)物質(zhì)的運輸。白中間絲參與了軸突營養(yǎng)物質(zhì)的運輸。3.參與信息傳遞：參與信息傳遞：可能是一種信息分子，與可能是一種信息

17、分子，與DNA的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制有關(guān)。的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制有關(guān)。4.在相鄰細(xì)胞、細(xì)胞與基膜之間形成連接結(jié)在相鄰細(xì)胞、細(xì)胞與基膜之間形成連接結(jié)構(gòu)：構(gòu)：角蛋白纖維參與維持上皮細(xì)胞間的連接角蛋白纖維參與維持上皮細(xì)胞間的連接及組織結(jié)構(gòu)的完整性。及組織結(jié)構(gòu)的完整性。纖維直徑纖維直徑 7nm 15/24nm 10nm7nm 15/24nm 10nm化學(xué)成分化學(xué)成分 肌動蛋白肌動蛋白 微管蛋白微管蛋白 中間絲蛋白中間絲蛋白形態(tài)結(jié)構(gòu)形態(tài)結(jié)構(gòu) 實心纖維實心纖維 空心管狀空心管狀 繩索樣結(jié)構(gòu)繩索樣結(jié)構(gòu) 結(jié)合核甘酸結(jié)合核甘酸 ATP GTP ATP GTP 無無 極性極性 有有 有有 無無踏車行為踏車行為 有有 有有 無無組織特

18、異性組織特異性 無無 無無 有有特異性藥物特異性藥物 細(xì)胞松弛素細(xì)胞松弛素B B 秋水仙素秋水仙素 無無 鬼筆環(huán)肽鬼筆環(huán)肽 長春花堿長春花堿細(xì)胞骨架三種成分比較細(xì)胞骨架三種成分比較 微微 絲絲 微微 管管 中間絲中間絲醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)40本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)第二節(jié)第二節(jié) 微微 管管 一、微管的結(jié)構(gòu)、成分一、微管的結(jié)構(gòu)、成分 二、微管的裝配過程二、微管的裝配過程 三、微管結(jié)合蛋白三、微管結(jié)合蛋白 四、微管的主要功能四、微管的主要功能第三節(jié)第三節(jié) 中間絲中間絲 一、中間絲的成分及結(jié)構(gòu)一、中間絲的成分及結(jié)構(gòu) 二、中間絲的裝配過程及特點二、中間絲的裝配過程及特點 三、中間絲的主要功能三、中間絲的主要功能醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)41思考題思考題1.1.名詞解釋名詞解釋: :微管組織中心（微管組織中心（MTOCMTOC）2.2.簡述微管的裝配過程及其影響因素。簡述微管的裝配過程及其影響因素。3.3.中心粒、纖毛和鞭毛中的微管屬于哪一種類型中心粒、纖毛和鞭毛中的微管屬于哪一種類型? ?4.4.簡述微管的主要功能。簡述微管的主要功