Proteins-長春中醫(yī)藥大學

1、第第 八八 節(jié)節(jié) 細細 胞胞 骨骨 架架 細胞骨架（細胞骨架（cytoskeleton）發(fā)現(xiàn)較晚，主要）發(fā)現(xiàn)較晚，主要是因為一般電鏡制樣采用低溫（是因為一般電鏡制樣采用低溫（0-4）固）固定，而細胞骨架會在低溫下解聚。直到定，而細胞骨架會在低溫下解聚。直到20世世紀紀60年代后，采用戊二醛常溫固定，才逐漸年代后，采用戊二醛常溫固定，才逐漸認識到細胞骨架的客觀存在。認識到細胞骨架的客觀存在。細胞質中的蛋白質纖維網(wǎng)絡稱為細胞骨架。它包括微絲細胞質中的蛋白質纖維網(wǎng)絡稱為細胞骨架。它包括微絲、微管微管、中等纖維三種成分中等纖維三種成分 。它們均由單體蛋白以較弱的非共價鍵結合在一起，構成纖它們均由單體蛋

2、白以較弱的非共價鍵結合在一起，構成纖維型多聚體，很容易進行組裝和去組裝維型多聚體，很容易進行組裝和去組裝 。 一、微管一、微管 1、形態(tài)和分、形態(tài)和分子結構子結構微管是由微管是由13條原條原纖維構成的中空纖維構成的中空管狀結構，直徑管狀結構，直徑2225nm。每一條原纖維由每一條原纖維由微管蛋白微管蛋白二聚體線性排列而成。二聚體線性排列而成。（1）微管蛋白）微管蛋白 以二聚體形式存以二聚體形式存在在 （1）、）、微管蛋白微管蛋白由結構相似的由結構相似的和和球蛋白構成二聚體。球蛋白構成二聚體。兩種亞基均可結合兩種亞基均可結合GTP，球蛋白結合的球蛋白結合的GTP從不發(fā)生水解或交換，是從不發(fā)生水解

3、或交換，是球蛋白的球蛋白的固有組成部分，固有組成部分，球蛋白結合的球蛋白結合的GTP可發(fā)可發(fā)生水解，結合的生水解，結合的GDP可交換為可交換為GTP，可見，可見亞基也是一種亞基也是一種 G蛋白。蛋白。 （2）微管結合蛋白微管結合蛋白微管結合蛋白分子至少包含微管結合蛋白分子至少包含一個結合微管的結構域和一一個結合微管的結構域和一個向外突出的結構域。突出個向外突出的結構域。突出部位伸到微管外與其它細胞部位伸到微管外與其它細胞組分（如微管束、中間纖維組分（如微管束、中間纖維、質膜）結合。、質膜）結合。主要功能是：主要功能是：促進微管聚集成束；促進微管聚集成束；增加微管穩(wěn)定性或強度；增加微管穩(wěn)定性或強

4、度；促進微管組裝。促進微管組裝。（3 3）微管球蛋白微管球蛋白含量很低，可聚合成環(huán)狀復合體，像模含量很低，可聚合成環(huán)狀復合體，像模板一樣參與微管蛋白的核化，幫助板一樣參與微管蛋白的核化，幫助和和球蛋白聚合為微管纖維。球蛋白聚合為微管纖維。 是組成微管組織中心的主要成分。是組成微管組織中心的主要成分。微管組織中心是微管進行組裝的區(qū)域，微管組織中心是微管進行組裝的區(qū)域，著絲粒、中心體均具有微管組織中心的著絲粒、中心體均具有微管組織中心的功能。功能。 3 3、微管的功能、微管的功能 （1）支架作用支架作用 細胞中的微管就像混細胞中的微管就像混凝土中的鋼筋一樣，凝土中的鋼筋一樣，起支撐作用，在培起支撐

5、作用，在培養(yǎng)的細胞中，微管養(yǎng)的細胞中，微管呈放射狀排列在核呈放射狀排列在核外。外。 （2）細胞內運輸細胞內運輸微管起細胞內物質運輸?shù)穆奋壸饔茫莆⒐芷鸺毎麅任镔|運輸?shù)穆奋壸饔?，破壞微管會抑制細胞內的物質運輸。壞微管會抑制細胞內的物質運輸。 Kinesin蛋白蛋白發(fā)現(xiàn)于發(fā)現(xiàn)于1985年年，是由兩是由兩條輕鏈和兩條重鏈構成的四聚體條輕鏈和兩條重鏈構成的四聚體，外外觀具有兩個球形的頭（具有觀具有兩個球形的頭（具有ATP酶活酶活性）性），一個螺旋狀的桿和兩個扇子狀一個螺旋狀的桿和兩個扇子狀的尾的尾。通過結合和水解通過結合和水解ATP，導致頸部發(fā)生導致頸部發(fā)生構象改變構象改變，使兩個頭部交替與微管結使兩

6、個頭部交替與微管結合合，從而沿微管從而沿微管“行走行走”，將將“尾部尾部”結合的結合的“貨物貨物”（運輸泡或細胞器（運輸泡或細胞器）轉運到其它地方）轉運到其它地方。據(jù)估計哺乳動物據(jù)估計哺乳動物中類似于中類似于kinesin的蛋白超過的蛋白超過50余種余種 Dynein蛋白蛋白發(fā)現(xiàn)于發(fā)現(xiàn)于1963年年，因與鞭毛和纖毛的因與鞭毛和纖毛的運動有關而得名運動有關而得名。由兩由兩條相同的重鏈和一些種條相同的重鏈和一些種類繁多的輕鏈以及結合類繁多的輕鏈以及結合蛋白構成蛋白構成。作用：在細胞分裂中推作用：在細胞分裂中推動染色體的分離動染色體的分離、驅動驅動鞭毛的運動鞭毛的運動、向著微管向著微管（-）極運輸小

7、泡。）極運輸小泡。（3）形成紡錘體形成紡錘體 紡錘體是一種微管構成的動態(tài)結構，其作紡錘體是一種微管構成的動態(tài)結構，其作用是在分裂細胞中牽引染色體到達分裂極。用是在分裂細胞中牽引染色體到達分裂極。（4）纖毛與鞭毛的運動纖毛與鞭毛的運動纖毛與鞭毛是相似的兩種細胞外長物，前者纖毛與鞭毛是相似的兩種細胞外長物，前者較短，約較短，約510um；后者較長，約；后者較長，約150um，兩，兩者直徑相似，均為者直徑相似，均為0.150.3um。纖毛和鞭毛的運動是依靠動力蛋白水解纖毛和鞭毛的運動是依靠動力蛋白水解ATP，使相鄰的二聯(lián)微管相互滑動。，使相鄰的二聯(lián)微管相互滑動。 二、微絲二、微絲 1、微絲的形態(tài)、微

8、絲的形態(tài) 微絲（微絲（microfilament，MF）是由肌動蛋白）是由肌動蛋白(actin)組成的實心的骨架纖維，又稱肌組成的實心的骨架纖維，又稱肌動蛋白纖維，直徑約動蛋白纖維，直徑約67nm,長短不一長短不一 。微絲和它的結合蛋白以及肌球蛋白三者構微絲和它的結合蛋白以及肌球蛋白三者構成化學機械系統(tǒng)，利用化學能產生機械成化學機械系統(tǒng)，利用化學能產生機械運動。運動。 2、微絲的化學組成和結構、微絲的化學組成和結構 （1）肌動蛋白）肌動蛋白肌動蛋白的單體為球形分子，稱為球形肌動蛋白肌動蛋白的單體為球形分子，稱為球形肌動蛋白(globular actin)。球形肌動蛋白的多聚體稱為纖維形肌動蛋白

9、球形肌動蛋白的多聚體稱為纖維形肌動蛋白 (fibrous actin)。 （2）微絲結合蛋白）微絲結合蛋白 是一類控制著微絲的結構和功能的蛋白質是一類控制著微絲的結構和功能的蛋白質 ，目，目前發(fā)現(xiàn)的這類蛋白質已超過前發(fā)現(xiàn)的這類蛋白質已超過100種。種。 微絲纖維是由兩條線性排列的肌動蛋白微絲纖維是由兩條線性排列的肌動蛋白鏈形成的螺旋，狀如雙線捻成的繩子。鏈形成的螺旋，狀如雙線捻成的繩子。微絲纖維的負微絲纖維的負染電鏡照片染電鏡照片 微絲纖維微絲纖維結構模型結構模型 3 3、微絲的功能、微絲的功能 u細胞中微絲參與形成的結構除肌原纖細胞中微絲參與形成的結構除肌原纖維、微絨毛等屬于穩(wěn)定結構外，其他

10、維、微絨毛等屬于穩(wěn)定結構外，其他大都處于動態(tài)的組裝和去組裝過程中，大都處于動態(tài)的組裝和去組裝過程中，并通過這種方式實現(xiàn)其功能。并通過這種方式實現(xiàn)其功能。u細胞松弛素可切斷微絲纖維。細胞松弛素可切斷微絲纖維。u鬼筆環(huán)肽與微絲能夠特異性的結合，鬼筆環(huán)肽與微絲能夠特異性的結合，使微絲纖維穩(wěn)定。使微絲纖維穩(wěn)定。1、微絲參與形成肌原纖維，進而肌原、微絲參與形成肌原纖維，進而肌原纖維組成肌肉。纖維組成肌肉。2、形成應力纖維（、形成應力纖維（stress fiber）：非肌細）：非肌細胞中的應力纖維與肌原纖維有很多類似之處胞中的應力纖維與肌原纖維有很多類似之處，在體內應力纖維使細胞具有抗剪切力。，在體內應力

11、纖維使細胞具有抗剪切力。 培養(yǎng)的上皮培養(yǎng)的上皮細胞中的應細胞中的應力纖維（微力纖維（微絲紅色、微絲紅色、微管綠色）管綠色） 3、細胞的、細胞的變形運動變形運動微絲纖維生長，使細胞表面突出，形成片足；微絲纖維生長，使細胞表面突出，形成片足；在片足與基質接觸的位置形成粘著斑；在片足與基質接觸的位置形成粘著斑；在肌球蛋白的作用下微絲纖維滑動，使細胞主體前移；在肌球蛋白的作用下微絲纖維滑動，使細胞主體前移；解除細胞后方的粘和點。如此不斷循環(huán)，細胞向前移動。解除細胞后方的粘和點。如此不斷循環(huán)，細胞向前移動。阿米巴原蟲、白細胞、成纖維細胞都能以這種方式阿米巴原蟲、白細胞、成纖維細胞都能以這種方式運動。運動

12、。 4、胞質分裂：、胞質分裂：有絲分裂末期，兩個即將分離的子細胞內有絲分裂末期，兩個即將分離的子細胞內產生收縮環(huán)，收縮環(huán)由平行排列的微絲和產生收縮環(huán)，收縮環(huán)由平行排列的微絲和肌球蛋白肌球蛋白 II組成。隨著收縮環(huán)的收縮，兩組成。隨著收縮環(huán)的收縮，兩個子細胞的胞質分離，個子細胞的胞質分離，在細胞松馳素存在的情況下，不能形成胞在細胞松馳素存在的情況下，不能形成胞質分裂環(huán)，因此形成雙核細胞。質分裂環(huán)，因此形成雙核細胞。 三、中等纖維三、中等纖維 l中空而且有分支的蛋白質纖維，直徑約中空而且有分支的蛋白質纖維，直徑約810nm 介于微絲和微管之間。介于微絲和微管之間。l中間纖維是最穩(wěn)定的細胞骨架成分，

13、它中間纖維是最穩(wěn)定的細胞骨架成分，它主要起支撐作用。主要起支撐作用。l中間纖維在細胞中圍繞著細胞核分布，中間纖維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，與質膜成束成網(wǎng)，并擴展到細胞質膜，與質膜相連結。相連結。1 1、化學組成、化學組成 中等纖維是一類在形態(tài)上十分相似，而化學組成中等纖維是一類在形態(tài)上十分相似，而化學組成上有明顯差別的蛋白纖維。上有明顯差別的蛋白纖維。 IF蛋白類型分子量（kD）多肽數(shù)組織分布角蛋白(keratin ) 結蛋白（desmin）膠質纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein)波形蛋白(vimentin)外周蛋白(per

14、ipherin)神經(jīng)纖維蛋白(neurofilament protein) 核纖層蛋白A、B、Clamin A、B、C) 4068 505550 5757NF-L68NF-M160NF-H200 6575 30（人類19）11 113 3 各類上皮細胞 成熟肌肉細胞膠質細胞和星形細胞間質細胞神經(jīng)元成熟的外周和中樞神經(jīng)元 真核細胞核層 2、中等纖維的分子結構、中等纖維的分子結構 中等纖維蛋白的典型特征是中間具有一個約中等纖維蛋白的典型特征是中間具有一個約310個氨基酸個氨基酸殘基的、在長度和序列上都非常保守的殘基的、在長度和序列上都非常保守的-螺旋的桿狀螺旋的桿狀區(qū)區(qū),兩端是非螺旋的頭部（兩端是

15、非螺旋的頭部（N-端）和尾部端）和尾部(C-端端) 。各種中等纖維蛋白的主要區(qū)別就在于非螺旋的頭部和尾各種中等纖維蛋白的主要區(qū)別就在于非螺旋的頭部和尾部的長度和氨基酸順序。部的長度和氨基酸順序。 3 3、中等纖維的功能、中等纖維的功能 角蛋白角蛋白角蛋白為頭發(fā)角蛋白為頭發(fā)，指甲等堅韌結構所具有指甲等堅韌結構所具有 。角蛋白分布于體角蛋白分布于體表表、體腔的上皮細胞中體腔的上皮細胞中。結蛋白結蛋白存在于肌肉細胞中，它的主要功能是使肌纖維連在一起。存在于肌肉細胞中，它的主要功能是使肌纖維連在一起。膠質原纖維酸性蛋白膠質原纖維酸性蛋白存在于星形神經(jīng)膠質細胞和周圍神經(jīng)的許旺細胞。它主要起存在于星形神經(jīng)

16、膠質細胞和周圍神經(jīng)的許旺細胞。它主要起支撐作用。支撐作用。波形纖維蛋白波形纖維蛋白廣泛存在于間充質細胞及中胚層來源的細胞中，波形蛋白一廣泛存在于間充質細胞及中胚層來源的細胞中，波形蛋白一端與核膜相連，另一端與細胞表面處的橋?；虬霕蛄Ｏ噙B，端與核膜相連，另一端與細胞表面處的橋?；虬霕蛄Ｏ噙B，將細胞核和細胞器維持在特定的空間。將細胞核和細胞器維持在特定的空間。神經(jīng)纖絲蛋白神經(jīng)纖絲蛋白功能是提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展和防止斷裂。功能是提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展和防止斷裂。 四、中心體、鞭毛和纖毛 1 1、中心體、中心體 中心體位于細胞的中心部位。中心體位于細胞的中心部位。由兩個相互垂直的中心粒由兩個

17、相互垂直的中心粒（centriole）構成，周圍是）構成，周圍是一些無定形或纖維形、高一些無定形或纖維形、高電子密度的物質，叫做外電子密度的物質，叫做外中心粒物質。中心粒物質。它主要參與細胞的分裂活動它主要參與細胞的分裂活動,為細胞運動和染色體移動、為細胞運動和染色體移動、分離提供能量分離提供能量,同時與細胞同時與細胞運動器的形成有關。運動器的形成有關。中心粒直徑中心粒直徑0.2mm，長，長0.4mm，由，由9組組3聯(lián)微管聯(lián)微管構成構成2、鞭毛與纖毛、鞭毛與纖毛 真核細胞的鞭毛與纖毛是真核細胞的鞭毛與纖毛是伸出細胞表面伸出細胞表面,并能運動并能運動的特化結構。的特化結構。通常將少而長（約通常將

18、少而長（約150um ）的稱鞭毛，短（約的稱鞭毛，短（約510um ）而多的稱纖）而多的稱纖毛，兩者直徑相似，均毛，兩者直徑相似，均為為0.150.3um。 鞭毛和纖毛均由基體和鞭毛和纖毛均由基體和鞭桿兩部分構成，鞭毛鞭桿兩部分構成，鞭毛中的微管為中的微管為9+2結構，即結構，即由由9個二聯(lián)微管和一對中個二聯(lián)微管和一對中央微管構成，其中二聯(lián)央微管構成，其中二聯(lián)微管由微管由AB兩個管組成，兩個管組成，A管由管由13條原纖維組成條原纖維組成，B管由管由10條原纖維組成條原纖維組成，兩者共用，兩者共用3條。條。A管對管對著相鄰的著相鄰的B管伸出兩條動管伸出兩條動力蛋白臂，并向鞭毛中力蛋白臂，并向鞭毛