醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動培訓課件

醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動細胞骨架概念細胞骨架cytoskeleton：真核細胞質中的蛋白質纖維網架體系，由3種不同的蛋白質纖維結構組成—微管、微絲、中間絲特點：由各自蛋白質亞基組成的多聚體，有不同的機械特性，3類骨架成分既分散于細胞質中，又相互聯(lián)系成一個完整的骨架體系廣義：核基質、核纖層和染色體骨架（核骨架），加上細胞骨架MicrotubulesMicrofilamentsIntermediatefilaments2醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動細胞骨架的功能概括定位細胞器①動態(tài)網絡，支持②定位各種細胞器③引導胞內物質運輸④產力結構，負責細胞運動⑤細胞有絲分裂器組分3醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動細胞質骨架分布微絲主要分布在細胞質膜的內側微管主要分布在核周圍,并呈放射狀向胞質四周擴散中間纖維分布在整個細胞中4醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微管由微管蛋白、微管結合蛋白組成，中空圓柱狀結構控制膜性細胞器的定位、胞內物質運輸與其他蛋白質裝配成纖毛、鞭毛、基體、中心體、紡錘體維持細胞形態(tài)、細胞分裂、細胞運動等微管microtubule10μm微絲微管中間纖維混合5醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微管蛋白與微管的結構分布于所有真核細胞，內徑15nm，外徑25nm，壁厚5nm基本構件：微管蛋白二聚體——α、β異二聚體α-微管蛋白和β-微管蛋白各有一個GTP結合位點：α-微管蛋白的GTP不進行水解也不交換；β-微管蛋白的GTP可水解成GDP，而此GDP也可換成GTP，這一變換對微管的動態(tài)性有重要作用異二聚體頭尾相接→原纖維；側面13條原纖維合攏→微管微管microtubule6醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微管具有極性，兩端增長速度不同；增長快的一端為正端，另一端為負端微管的極性分布走向跟細胞器定位、物質運輸方向有關微管由三種微管蛋白組成：α管蛋白、β管蛋白(前二者占微管蛋白總量80-95%)；γ管蛋白定位于微管組織中心microtubuleorganizingcenter,MTOC（對微管的形成、數量、位置、極性、細胞分裂有重要作用）真核生物微管有三種存在形式：單管、二聯(lián)管、三聯(lián)管微管microtubuleSinglet完整微管Doublet13+10存在于纖毛、鞭毛的軸絲Triplet13+10+10存在于中心粒、基體7醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微管結合蛋白與微管結合的輔助蛋白，總是與微管共存，參與微管的裝配，稱微管結合蛋白microtubuleassociatedprotein,MAP在微管蛋白組裝成微管后，結合在微管表面堿性的微管結合域，加速微管成核作用；酸性的突出區(qū)域，以橫橋形式跟其它骨架纖維連接突出區(qū)域的長度

決定微管成束時間距的大小微管microtubule8醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微管microtubuleMAPs包括：MAP1、MAP2、MAP4和tauMAP1-2和tau只存在于腦組織，神經元中；MAP4哺乳動物

非神經元、神經元細胞中，在進化上具有保守性tau只存在于軸突；MAP2分布于神經元胞體和樹突中tau蛋白的高度磷酸化，導致幾種致死性退化性神經疾病，包括Alzheimer‘sdisease；因為磷酸化的tau不能結合微管，導致神經纖維纏結微管結合蛋白功能：①使微管相互交聯(lián)成束，使微管同其它細胞結構交聯(lián)，如質膜、微絲和中間絲等②與微管成核點的作用，促進微管的聚合③與微管壁的結合，提高微管的穩(wěn)定性9醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微管microtubule微管的裝配與動力學大多微管不穩(wěn)定，很快根據需要組裝或去組裝——動力學性質微管的裝配表現(xiàn)為動態(tài)不穩(wěn)定性dynamicinstability：增長的微管末端有微管蛋白-GTP帽，組裝后GTP被水解成GDP，而使微管蛋白-GDP成為微管的主要成分微管蛋白-GTP帽及短小的微管原纖維從微管末端脫落，則微管解聚微管裝配分為三個時期：成核期、聚合期、穩(wěn)定期①成核期nucleationphase：又稱延遲期，α-β異二聚體聚合成短寡聚體，即核心；然后二聚體在其兩端和側面擴展成片狀帶，當片狀帶加寬到13根原纖維，合攏成一段微管。該期速度較慢——限速過程②聚合期polymerizationphase：又稱延長期，高濃度的游離微管蛋白聚合速度大于解聚速度，新的二聚體不斷加到微管正端，微管延長，直至游離微管蛋白濃度降低10醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動③穩(wěn)定期steadystatephase：又稱平衡期，胞質中游離微管蛋白達到臨界濃度，微管的聚合與解聚速度相等微管裝配起始點是微管組織中心微管的聚合從特異性的核心形成位點開始，主要是中心體、纖毛的基體，稱：微管組織中心

microtubuleorganizingcenter,MTOC微管組織中心作用：幫助微管裝配的成核nucleation微管從微管組織中心開始生長，是微管裝配的獨特性質-Tubulin-TubulinProtofilamentassemblySheetassemblyMicrotubuleselongationGTPGTPGTP(+)plusend(-)minusend微管microtubule11醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微管的核心形成是微管組裝的限速步驟γ-微管蛋白環(huán)形復合體

(γ-tubulinringcomplex,γ-TuRC)

可形成10~13個γ-微管蛋白分子的環(huán)形結構(螺旋化排列)，組成一個開放的環(huán)狀模板，與微管具有相同直徑γ-微管蛋白復合體可刺激微管核心形成，包裹微管負端，阻止微管蛋白滲入γ-微管蛋白復合體還能影響微管從中心粒上釋放中心體centrosome是動物細胞中決定微管形成的一種細胞器，包括：中心粒centriole和中心粒旁物質pericentriolarmaterial在細胞間期，中心體位于細胞核附近，在有絲分裂期，位于紡錘體的兩極微管microtubule12醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動中心體centrosome：動物細胞特有，包括中心粒centriole和中心粒旁物質pericentriolarmaterial,PCM2個桶狀垂直排列的中心粒，包埋在中心粒旁物質中每個中心粒由9組三聯(lián)管組成基體basalbody：纖毛或鞭毛起源于基體；基體與中心?？苫ハ喈a生（如：精子）微管microtubulePCMCentrioleCentrosome13醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微管microtubule微管microtubule微管microtubule微管microtubule微管microtubule微管microtubule微管的體外裝配體外適當條件下，現(xiàn)存微管可進行自我裝配，其裝配受到諸多因素影響微管的不穩(wěn)定行為的發(fā)生需要水解GTP供能；因此，聚合條件中，微管蛋白濃度、GTP存在，最重要最適條件：游離微管蛋白濃度達到1mg/ml臨界濃度；pH6.9、37℃、加入Mg2+、GTP和EDTA(Ca2+的螯合劑，去除Ca2+的抑制聚合作用)

當α/β異二聚體均結合GTP時，聚合成的微管呈直線型，GTP水解成GDP；當微管蛋白聚合迅速時，新生成的微管上全是GTP-微管蛋白亞基，結合比較牢固，形成GTP帽，防止解聚GTP二聚體GDP二聚體14醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微管microtubule15醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動當微管生長緩慢時，β微管蛋白上的GTP水解為GDP后，微管蛋白構象變化，微管原纖維彎曲，亞基結合不緊密，微管趨于解聚、縮短因此，微管兩端的微管蛋白具有GTP帽時，微管繼續(xù)組裝；而具有GDP帽時，原纖維彎曲，微管解聚原纖維中微管蛋白異二聚體亞單位重復排列具有極性，所以微管具有極性；尤其當兩端組裝速度不同時，有明顯極性微管的聚合與解聚持續(xù)進行，經常是一端聚合，為正端；另一端解聚，是負端，這種微管裝配方式，稱“踏車運動”treadmilling微管microtubule微管的組裝與去組裝（踏車現(xiàn)象）16醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微管的體內裝配在細胞內的微管組織中心，γ-TuRC成為α-β異二聚體結合的核心中心體是微管成核的位點；中心粒旁物質含有50拷貝以上的γ-TuRC微管的極性總是相同的：負端與中心體結合，正端遠離中心體微管microtubule13個γ-tubulin亞基

螺旋化排列，組成一個開放的環(huán)狀模板，與微管具有相同直徑γ-TuRC由MTOC提供的物質固定其位置，從而決定微管的極性17醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動γ-TuRC組織微管形成的能力受細胞周期調節(jié)間期此能力被關閉，G2期到M期，受細胞周期調節(jié)激酶作用，磷酸化γ-TuRC

成分，開放其微管組織能力很多因素影響微管的組裝和解聚很多因素影響微管的穩(wěn)定性，比如：GTP濃度、壓力、溫度、pH、離子濃度、微管蛋白臨界濃度、藥物等紫杉醇是紅豆杉屬植物的次生代謝產物，紫杉醇只結合到聚合的微管上，維持了微管的穩(wěn)定，加速微管聚合，已用于癌癥臨床化療秋水仙素，長春花堿或長春新堿、諾可唑，結合并穩(wěn)定游離的微管蛋白，抑制微管的聚合微管microtubule18醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微管的功能1.微管構成細胞內的網狀支架，支持和維持細胞的形態(tài)微管本身不能收縮，有一定的強度，抗壓力、抗彎曲，為細胞提供機械支持力微管對細胞突起部分，如纖毛、鞭毛、軸突形成和維持起重要作用如血小板中的環(huán)形微管束(血小板骨架主要組成成分)，維持血小板的圓盤形結構；當暴露于低溫中，環(huán)形微管解聚，血小板變成不規(guī)則球形微管microtubuleInculturedmousecells,themicrotubulesextendinaradialarrayoutwardfromtheareaaroundthenucleus,givingthesecellstheirround,flattenedshape19醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微管microtubule

血小板體積小，直經為2～4微米，呈雙凸圓盤狀，易受機械、化學刺激，此時便伸出突起，呈不規(guī)則形

哺乳類紅細胞的直徑為4～8微米（人的為6～9微米）未激活血小板——圓盤狀，中間稍凸起20醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動2.微管參與中心粒、纖毛和鞭毛的形成中心粒是9組三聯(lián)體微管圍成的圓筒狀結構纖毛、鞭毛是細胞表面的特化結構，在來源和結構上基本相同兩者主干部分都是9組二聯(lián)管構成，中央是兩條微管——中央微管微管microtubule21醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動3.微管參與細胞內物質運輸細胞內各細胞器和所有的物質轉運都與微管密切相關；微管的物質運輸由微管動力蛋白(或稱馬達蛋白)完成，共有幾十種，可分為三大家族：驅動蛋白kinesin、動力蛋白dynein和肌球蛋白myosin家族（肌球蛋白以肌動蛋白纖維為運行軌道）驅動蛋白與動力蛋白的兩個球狀頭部，與微管

空間結構專一的方式結合，具有ATP酶活性，水解ATP供能完成與微管結合、解離、再結合動作微管microtubulekinesindynein22醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動驅動蛋白kinesin（380KD）1985年首先從魷魚巨大軸突中分離得到，由兩條重鏈和兩條輕鏈組成一對與微管結合的球狀頭部——ATP水解酶，水解ATP產生能量進行運動；將貨物由負端運輸向正端Θ→⊕Kinesin的運輸模式：

Hand-over-handmodel＆

Inchwormmodel最大運輸速度：1μm

每秒；Kinesin每步需要水解一分子ATP微管microtubule每步長8nm，等于一對α-β異二聚體的長度；總是結合β亞基23醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動動力蛋白dynein（1000KD）目前所知最大的、最快的分子運輸蛋白由兩條相同的重鏈和幾種中等鏈、輕鏈組成，9~12個亞基，頭部具有ATP水解酶活性沿著微管的正端向負端移動⊕→Θ為物質運輸也為纖毛運動提供動力；分裂間期，參與細胞器定位和轉運微管microtubule24醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動4.微管維持細胞內細胞器的定位和分布微管及其相關馬達蛋白在膜性細胞器的定位上起著重要作用正常細胞高爾基體（綠色）定位在核周；秋水仙素處理細胞，微管（橙色）解聚，高爾基體分散在整個胞質中微管microtubule小鼠細胞線粒體紅色熒光，左圖正常，右圖缺少一種類型的kinesin，導致線粒體在核周圍聚集25醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動5.微管參與染色體的運動，調節(jié)細胞分裂微管是有絲分裂器的主要成分，有絲分裂前期微管聚合，核膜崩解時侵入核區(qū)，結合動粒；姊妹染色單體的動粒分別與來自兩極的微管結合，后期時被拉到細胞兩極微管microtubule26醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動6.微管參與細胞內信號傳導已證明微管參與hedgehog、JNK、Wnt、ERK、PAK蛋白激酶信號轉導通路信號分子直接或通過馬達蛋白、支架蛋白等與微管作用，調節(jié)包括微管的穩(wěn)定/不穩(wěn)定、微管方向性、微管組織中心位置、細胞極化等微管microtubule27醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微絲microfilament,MF又稱肌動蛋白絲actinfilament，是由肌動蛋白actin組成的細絲，普遍存在于真核細胞中占肌肉細胞總蛋白的10%，非肌肉細胞的1-5%呈現(xiàn)束狀、網狀或散在分布于細胞質的特定空間位置肌動蛋白與微絲的結構肌動蛋白絲直徑約8nm，由肌動蛋白(actin)單體組成的雙股螺旋纖維每個actin單體(G-actin)由375個氨基酸組成，中部溝狀區(qū)域有一個ATP/ADP結合位點和陽離子結合位點微絲microfilament28醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微絲是G-肌動蛋白單體形成的多聚體，也稱F-肌動蛋白(F:纖維狀)肌動蛋白單體具有極性，裝配時首尾相接，因而微絲也有極性相對生長慢的一端為負端minusend，又稱pointend(指向端)；而相對生長快的一端為正端plusend，又稱barbedend(禿端)每個細胞內的微絲總長度比微管總長度長30倍以上actin在真核生物中很保守，不同種類生物間有90%的相似性哺乳類有三種actin同源體：α、β、γ(氨基酸序列略有不同)；α-actin只存在于肌肉細胞、β、γ-actin存在

于幾乎所有非肌肉細胞微絲microfilament29醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微絲microfilament30醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微絲結合蛋白及其功能單純的肌動蛋白在體外能聚合成肌動蛋白纖維，但是纖維之間不能相互作用，執(zhí)行功能，因為缺乏組織者——微絲結合蛋白肌細胞與非肌細胞都有微絲結合蛋白，至少分離出100多種；主要與微絲的裝配和功能相關單體隔離蛋白Monomersequesteringproteins包括抑制蛋白、胸腺素等，與肌動蛋白單體結合，抑制聚合，凡是這種作用的蛋白，均是單體隔離蛋白沒有單體隔離蛋白，肌動蛋白都將組裝成纖維，這些蛋白的活性和濃度，決定了肌動蛋白趨向聚合還是解聚微絲microfilamentActin-profilincomplex

Profilin

ThymosinActin-thymosincomplex

FreeactinmonomerProfilin前纖維蛋白Thymosin胸腺素31醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動交聯(lián)蛋白Crosslinkingproteins主要功能是改變細胞內肌動蛋白纖維的三維結構每個交聯(lián)蛋白有兩個或兩個以上的肌動蛋白結合位點，能與兩個或多個肌動蛋白纖維交聯(lián)，使細胞內肌動蛋白纖維形成網絡結構有些交聯(lián)蛋白是桿狀的，能彎曲，交聯(lián)形成的網絡具有彈性，能抵抗機械壓力；有的交聯(lián)蛋白球狀，促使肌動蛋白成束排列微絲microfilamentEndcap

絲束蛋白交聯(lián)蛋白絨毛蛋白32醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動末端阻斷蛋白Endblockingproteins與肌動蛋白纖維的一端或兩端結合，調節(jié)或維持肌動蛋白纖維的長度結合肌動蛋白末端，相當于加上了帽子，抑制微絲生長，導致胞內出現(xiàn)較多短的微絲微絲microfilamentZ-lineThinfilament

Tropomodulin

原肌球調節(jié)蛋白33醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動纖維切割蛋白Filamentseveringproteins與肌動蛋白纖維結合并切斷它；由于能控制肌動蛋白絲的長度，可大大降低細胞中的黏度切割產生的新末端可作為生長點，促進肌動蛋白裝配切割蛋白也可作為帽子封住肌動蛋白纖維的末端微絲microfilament34醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動肌動蛋白纖維解聚蛋白Actinfilamentdepolymerizingproteins存在于肌動蛋白絲骨架快速變化的部位，結合肌動蛋白絲，并引起肌動蛋白絲的快速解聚膜結合蛋白MembranebindingproteinsMuchofthecontractilemachineryofnonmusclecellsliesjustbeneaththeplasmamembrane.Duringnumerousactivities,theforcesgeneratedbythecontractileproteinsactontheplasmamembrane,causingittoprotrudeoutward(asoccurs,forexample,duringcelllocomotion)ortoinvaginateinward(asoccurs,forexample,duringphagocytosisorcytokinesis).Theseactivitiesaregenerallyfacilitatedbylinkingtheactinfilamentstotheplasmamembraneindirectly,bymeansofattachmenttoaperipheralmembraneprotein.微絲microfilament35醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微絲microfilament錨蛋白

原肌球蛋白

血影蛋白

血型糖蛋白A肌動蛋白36醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微絲microfilament37醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微絲的裝配機制在非肌肉細胞，微絲是動態(tài)結構，不斷組裝和解聚，與維持細胞形態(tài)和運動有關微絲的組裝過程分為成核、聚合和穩(wěn)定三個階段球形肌動蛋白組裝成肌動蛋白纖維需要ATP和一定的Mg2+和K+濃度組裝分成三個階段：成核期、聚合期、穩(wěn)定期成核期nucleationphase（延遲期lagphase)：成核作用發(fā)生在質膜下，由ARP2/3復合物催化，是微絲組裝的限速過程聚合期polymerizationphase(生長期growthphase)：微絲兩端的組裝速度有差異，快速增長的一端是正端，緩慢增長的一端是負端，正端添加單體的速率是負端10倍以上平衡期equilibriumphase：肌動蛋白聚合微絲的速度與其解離微絲的速度達到平衡，微絲長度不變，仍進行著聚合、解聚活動steadyphase微絲microfilament38醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微絲microfilament39醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微絲的組裝可用踏車模型和非穩(wěn)態(tài)動力學模型來解釋在微絲裝配時，當肌動蛋白分子添加到肌動蛋白絲上的速率正好等于肌動蛋白分子從肌動蛋白絲上解離的速率時，微絲凈長度沒改變，這種過程稱“踏車行為”非穩(wěn)態(tài)動力學模型：ATP是調節(jié)微絲組裝的動力學不穩(wěn)定性的主因結合了ATP的球狀肌動蛋白，對纖維狀肌動蛋白末端親和性高；當ATP-肌動蛋白結合微絲末端后，肌動蛋白構象變化，ATP水解成ADP，親和性降低，容易脫落，傾向解聚ATP-肌動蛋白濃度與聚合速度呈正比微絲的體內裝配也有成核作用，只是發(fā)生在質膜許多細胞的質膜下有一層由微絲、各種微絲結合蛋白組成的網狀結構，密度較高，稱：細胞皮層微絲microfilament40醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動在細胞皮層內，肌動蛋白絲為質膜提供強度和韌性，維持細胞形態(tài)；在細胞皮層內，可形成突出細胞表面的微刺、偽足、片狀偽足微絲的組裝受多種因素影響微絲的組裝除了受G-肌動蛋白臨界濃度影響，還受ATP及一些離子、藥物的影響：有Mg2+存在，Na+↑,K+↑，G-actin組裝成微絲有Ca2+存在，Na+↓,K+↓，微絲解聚成G-actin細胞松弛素B：從霉菌中提取，與微絲正端結合，抑制微絲的聚合鬼筆環(huán)肽：從有毒蘑菇中提取，結合聚合型微絲，穩(wěn)定微絲抑制解聚微絲microfilament41醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微絲的功能1.微絲構成細胞的支架并維持細胞的形態(tài)微絲在細胞內構成網絡、或成束才能發(fā)揮作用；如20～30個成束的微絲及微絲結合蛋白構成微絨毛的核心微絲microfilament42醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動而應力纖維，是在細胞膜下方由微絲束構成的纖維狀結構，常與細胞的長軸平行，往往一端與細胞膜連接，另一端插入胞質，或與中間絲結合，應力纖維賦予細胞韌性和強度微絲microfilament43醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動2.微絲參與細胞運動許多動物細胞位置移動時采用變形運動；這些細胞含有豐富的微絲，通過肌動蛋白和微絲結合蛋白的相互作用，進行變形運動如在細胞表面形成片狀偽足、絲狀偽足：當偽足接觸到固定表面時，靠偽足膜上的跨膜蛋白——整合素，抓住表面，而向細胞內，整合素又抓住肌動蛋白絲微絲microfilament44醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微絲microfilament微絲microfilament3.微絲參與細胞分裂有絲分裂的核分裂完成后，兩個即將形成的子細胞間，在赤道面膜下，肌動蛋白微絲與肌球蛋白Ⅱ組裝成瞬時性收縮束——收縮環(huán)contractilering，收縮產生動力，將質膜向內拉，完成一分為二后解體（Ca2+參與這個過程）45醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動4.微絲參與肌肉收縮許多微絲結合蛋白都是在肌細胞中發(fā)現(xiàn)；肌細胞(纖維)由數百個肌原纖維組成；每根肌原纖維由細肌絲和粗肌絲重疊而形成肌肉收縮基本單位——肌小節(jié)sarcomere，由肌原纖維構成微絲microfilament46醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動肌動蛋白肌鈣蛋白原肌球蛋白每根粗絲由幾百個肌球蛋白(myosinⅡ)分子組成非肌肉細胞內的收縮結構，如：胞質收縮的收縮環(huán)、應力纖維、細胞連接的粘著帶，都是肌動蛋白與肌球蛋白(myosinⅡ)作用的結果微絲microfilament細肌絲，即肌動蛋白絲粗肌絲，由肌球蛋白組成500KD左右47醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動顯示肌節(jié)在肌肉松弛與收縮狀態(tài)中的差別I帶只含細絲；H區(qū)只含粗絲；H區(qū)兩側的A帶代表重疊區(qū)域，含有粗絲和細絲在收縮過程中，肌球蛋白交聯(lián)橋與周圍的細肌絲接觸，水解ATP，產生力量，細肌絲被迫向肌節(jié)中央滑動微絲microfilament48醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動接合

肌球蛋白頭部牢牢地結合在肌動蛋白纖維上，隨即ATP與肌球蛋白頭部結合釋放

ATP的結合，誘導肌動蛋白結合位點上的肌球蛋白構像變化，肌球蛋白頭部對細絲的親和力下降，脫離肌動蛋白纖維產生間隙

直立

結合的ATP水解激活頭部，使其微弱地結合在肌動蛋白纖維上產生力

Pi的釋放使肌球蛋白頭部更加牢固地連結在細絲上，并引起動力沖程，滑動微絲向肌節(jié)中央（+端）移動再接合

釋放ADP，結合新的ATP，建立新的循環(huán)收縮的分子基礎了解微絲microfilament49醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動5.微絲參與細胞內物質運輸微絲也介導一些靠近細胞膜的遠端物質運輸，肌球蛋白Ⅰ——

myosinⅠ，從微絲負端向正端運輸貨物Θ→⊕肌球蛋白Ⅰ尾部同質膜結合，利用其頭部，可將微絲從一個部位運向另一個部位微絲microfilament6.微絲參與細胞內信號傳遞細胞膜表面的受體在受到外界信號作用時，可觸發(fā)膜下肌動蛋白結構變化，啟動細胞內激酶變化的信號傳導50醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動中間纖維intermediatefilaments,IF廣泛存在于真核細胞中，最早在平滑肌細胞中發(fā)現(xiàn)，介于肌肉細胞的actin細絲和肌球蛋白粗絲之間，是最復雜的一種細胞骨架纖維中間纖維的結構和類型中間纖維是絲狀蛋白多聚體中間纖維直徑10nm，是一種堅韌、持久的蛋白質纖維，不受細胞松弛素或秋水仙素的影響中間纖維單體(亞基)是蛋白質纖維分子，已經發(fā)現(xiàn)50多種，具有共同的結構域：一個α-螺旋的中間區(qū)，兩側是球形的N端和C端所有亞基中間螺旋結構域都保守，中間桿狀區(qū)分為4個螺旋區(qū)，之間被3個間隔區(qū)隔開，間隔區(qū)也是保守的亞基裝配時靠α-螺旋區(qū)配對形成二聚體N端與C端高度可變，不同亞基在N、C端大小和氨基酸組成差別很大中間纖維intermediatefilaments,IF51醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動中間纖維亞基的大小主要取決于C端的變化中間纖維蛋白的類型和分布較為復雜根據中間纖維氨基酸序列的相似性，可分為六種類型：酸性角蛋白、中性/堿性角蛋白、非上皮細胞的中間纖維蛋白、神經絲蛋白、核纖層蛋白、巢蛋白中間纖維的種類、成分，可隨細胞的生長或成熟而改變中間纖維intermediatefilaments,IF310氨基酸組成，在長度和氨基酸序列上非常保守52醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動中間絲有組織特異性，共分6類：IFproteinSequencetypeCellularlocationKeratin(acidic)IEpitheliaKeratin(basic)IIEpitheliaVimentinIIIMesenchymalcellsDesminIIIMuscleGlialfibrillaryacidicprotein(GFAP)IIIGlialcells,astrocytesPeripherinIIIPeripheralneuronsNeurofilamentNF-L,M,HIVAxoninneuronsofcentralandperiphperalnervesLaminproteinsLaminA,B,CVNuclearlamina(innerliningofnuclearenvelope)NestinVIStemcellsofCNS中間纖維intermediatefilaments,IF53醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動Plectin——網蛋白，是細胞質中含量豐富的一種蛋白質(300kDa),與多種中間絲共存，與中間絲、微管和肌球蛋白粗絲的交聯(lián)和錨定有關

中間纖維intermediatefilaments,IF54醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動中間纖維結合蛋白intermediatefilamentsassociatedproteins：已知15種左右，分別與特定中間纖維結合，如：flanggrin(聚纖蛋白)、plectin(網蛋白)、ankyrin(錨蛋白)等——具有細胞特異性功能：使中間纖維交聯(lián)成束、成網把中間纖維交聯(lián)到質膜或其它骨架成分上中間纖維的特點：沒有極性，少有游離四聚體，四聚體多組裝為中間纖維其裝配與穩(wěn)定、蛋白濃度無關其裝配不需要ATP、GTP或結合蛋白的輔助中間纖維intermediatefilaments,IF55醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動中間纖維的裝配和調節(jié)2個亞基的α螺旋桿狀區(qū)同向以卷曲螺旋形式互相纏繞，形成約48nm長的繩狀二聚體

單體

2個單體的α-螺旋區(qū)纏繞

二聚體

2個二聚體反向平行交錯

四聚體二聚體指向相反方向，四聚體失去極性

側向包裹在一起中間絲8個四聚體并排、首尾銜接地相互結合→中間絲（如下頁）中間纖維intermediatefilaments,IF組裝亞單位56醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動

大量亞基側向排列，靠疏水作用相連，使得中間絲成棒狀，容易彎曲但不容易折斷8個四聚體扭轉組成中間絲

兩個四聚體組裝

四聚體側向組裝，形成含8個平行排列原纖維的結構NCCN中間纖維intermediatefilaments,IF57醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動中間纖維intermediatefilaments,IF頭、尾部從纖維表面突出，調節(jié)與其它成分的相互作用中間纖維蛋白分子呈完全聚合態(tài)，很少游離四聚體中間纖維的組裝調控與頭部特殊絲氨酸殘基磷酸化有關58醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動中間纖維intermediatefilaments,IF59醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動中間纖維的功能中間纖維在胞質中形成精細發(fā)達的纖維網絡，外與胞膜、細胞外基質相連；中與微管、微絲、細胞器相連；內與細胞核內的核纖層相連1.中間纖維在細胞內形成一個完整的網狀骨架系統(tǒng)IF與質膜和細胞外基質相連，內與核纖層相連，整個纖維網架圍繞細胞核，穿過胞質終止于質膜中間纖維有一定可塑性，對維持細胞整體結構、功能完成有重要作用2.中間纖維為細胞提供機械強度支持在容易受到機械應力的細胞中，中間纖維特別豐富體外實驗表明，中間纖維比微管、微絲更耐受剪切力，在受到較大剪切力時不易斷裂，在維持細胞機械強度方面有重要作用中間纖維intermediatefilaments,IF60醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動4.中間纖維參與細胞內信息傳遞及物質運輸中間纖維外連質膜、細胞外基質，內穿核骨架，形成跨膜的信息通道中間纖維在體外與單鏈DNA有高度親和性，在細胞內明顯聚集在核周圍，可能與DNA復制、轉錄有關近年來發(fā)現(xiàn)中間纖維與mRNA運輸有關，且胞質mRNA錨定于中間纖維，可能對其定位、是否翻譯起作用5.中間纖維維持細胞核膜穩(wěn)定細胞核膜下有一層由核纖層蛋白組成的網絡，對于維持細胞核形態(tài)有重要作用，核纖層是中間纖維的一種6.中間纖維參與細胞分化中間纖維的表達有組織特異性，表明跟細胞分化可能有密切關系中間纖維intermediatefilaments,IF62醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動除了鞭毛、纖毛的擺動，大多數細胞的移動是通過爬行的方式，在細胞外基質或固體表面移動；比如胚胎發(fā)育過程中，胚胎細胞向特定靶部位的遷移；巨噬細胞從血管運動到炎癥部位，消滅微生物；成纖維細胞在結締組織中的遷移有助于創(chuàng)傷修復、重塑；癌細胞的侵襲和轉移微管與細胞運動細胞的運動63醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動微絲與細胞運動細胞運動是高度協(xié)同的復雜過程，依賴微絲與微絲結合蛋白相互作用，進行細胞的移動，分為三個過程：①細胞在前端/前沿伸出突起——偽足②偽足附著在細胞爬行的表面上③細胞的膜蛋白等通過錨著點上的牽引力，將細胞向前拉細胞的運動以上第一步中，細胞爬行過程中，前緣膜下肌動蛋白聚合，正端接近細胞膜，使細胞膜形成突起——板狀、絲狀偽足發(fā)育中的神經細胞，甚至能長出50μm長的絲狀偽足，跟板狀偽足同樣，幫助探索周圍環(huán)境，發(fā)現(xiàn)到達目標的正確途徑64醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動細胞的運動65醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動細胞的運動66醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動細胞的運動67醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動第二步，當片狀/絲狀偽足接觸到表面時，就依靠細胞膜上的整合蛋白——integrin，與細胞外基質中的分子或其他細胞表面的分子結合；而integrin的膜內表面部分，與微絲相連第三步，細胞通過內部收縮產生拉力——肌動蛋白與肌球蛋白相互作用，利用錨著點將胞體向前拉動；對于此拉力的產生機理不清楚細胞運動的調節(jié)機制細胞外信號可以引起細胞骨架的重排細胞外信號可以調節(jié)微絲結合蛋白活性，是細胞骨架重排，作出應答；比如：質膜鑲嵌受體蛋白——RhoGTP酶家族，成員有：Cdc42、Rac、Rho等；通過此家族成員的結合GTP→GDP，控制微絲在胞膜下的聚合→解聚細胞的運動68醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動細胞外信號可以指導細胞運動的方向細胞運動需要在特定方向上進行極化，而細胞分裂和多細胞結構的形成都需要對細胞極化進行精密調控；細胞骨架在細胞極化中有主導作用，而觸發(fā)極化的許多分子，在進化上保守趨化chemotaxis：在可擴散化學因子調控下，細胞向某個方向的運動如中性粒細胞表面的受體蛋白監(jiān)測到來自細菌蛋白的濃度極低的N-甲?；?原核細胞ATG：甲酰甲硫氨酸)，引導細胞向靶點運動細胞的運動69醫(yī)學細胞生物學細胞骨架和細胞的運動細胞骨架與腫瘤細胞骨架異常能引起很多疾病，如腫瘤、神經系統(tǒng)疾病和遺傳性疾病惡性轉化的細胞，其骨架往往破壞和解聚，而腫瘤浸潤轉移也與某些骨架成分的改變有關體外培養(yǎng)的腫瘤細胞共同特點：微管數量減少，網架紊亂；微絲應力纖維破壞和消失，肌動蛋白重組，形成小體，聚集于細胞皮層微管和微絲可作為腫瘤化療的藥物靶位，長春花堿、秋水仙素和細胞松弛素及其衍生物作為化療藥物，抑制細胞增殖、誘導凋亡絕大多數腫瘤細