【最新】THE CYTOSKELETON.docx

THE CYTOSKELETON第七章 细胞骨架 细胞骨架(Cytoskeleton)是指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系有狭义和广义两种概念 在细胞质基质中包括微丝、微管和中间纤维构成细胞质骨架广义的细胞骨架还包括核骨架（nucleoskeleton） 、核纤层（nuclear lamina）和细胞外基质（extracellular matrix） ，形成贯穿于细胞核、细胞质、细胞外的一体化网络结构细胞质骨架核骨架一、细胞质骨架●微丝(microfilament, MF)●微 管（microtubules）●中间纤维（intermediate filament,IF)●细胞骨架结构与功能总结二、细胞核骨架●核基质(Nuclear Matrix) ●染色体骨架●核纤层(Nuclear Lamina )概述细胞骨架定义：指真核细胞中的蛋白纤维网络广义：膜骨架、细胞质骨架、核纤层、核骨架、细胞外基质，构成细胞内外的一体化网络结构 狭义：就指胞质骨架，位于细胞质中，由微丝、微管、中间纤维构成纤维型的网络结构组成成分及分布：微丝：主要分布于细胞质膜的内侧微管：主要分布于核周围，并呈放射状像报纸四周扩散中间纤维：分布于整个细胞中。

细胞骨架的功能：1 结构与支持作用；2 胞内运输作用；3 收缩和运动；4 空间组织作用CytoskeletonA dynamic structural and functional frameworkThree types of filaments:A. Intermediate 中间纤维B. Microtubules 微管C. Microfilaments 微丝细胞骨架的基本类型与主要功能示意图分子组成与结构装配微丝结合蛋白微丝的功能单体：特点分子模型踏车现象装配步骤交联蛋白---成网成束与微丝装配相关的蛋白膜结合蛋白参与形成化学机械装置系统的结合蛋白肌肉的收缩形成应力纤维微绒毛细胞的变形运动形成胞质环影响微丝平衡的毒素微丝第一节 微丝(microfilament，MF）知识结构简图第一节 微丝(microfilament，MF）定义：由肌动蛋白单体（G-actin）组成的骨架纤维，亦称肌动蛋白纤维（F-actin） 分子组成与结构： 肌动蛋白纤维结构模型：由两条头尾相连的线性排列的肌动蛋白链形成的双股螺旋 具有极性肌动蛋白单体：呈哑铃形；具有极性和保守性的特点。

Microfilament , MFThe basic structure of microfilamentActin monomer： Globular (G-) actin MW: 43 kDa, 375 aa, 1 bound ATP or ADPSubdomains G-actin has two lobes separated by a deep cleft where ATP binds.Microfilament assembly and disassemblyG-actin (globular actin), with bound ATP, can polymerize to form F-actin (filamentous). F-actin may hydrolyze bound ATP  ADP + Pi & release Pi.ADP release from the filament does not occur because the cleft opening is blocked.ADP/ATP exchange: G-actin can release ADP & bind ATP, which is usually present at higher concentration than ADP in the cytosol.The process of microfilaments PolimerizationThree phases:1. Lag phase: nucleation（成核）2. Elongation（延长）3. Equilibrium（平衡）Microfilament assembly and disassemblyIn vitro, (Polymerization) both ends of the MF grow, but the plus end faster than the minus. Because actin monomers tend to add to a filament’s plus end and leave from its minus end---- “Tread-milling”(踏车现象当 G-actin 达到一定浓度时微丝出现一端因加 G-actin 单体而延长，另一端因单体的解离而缩短，肌动蛋白丝的净长度不变。

Actin assembly in vitro结构与装配根据等电点分 3 类：α-actin 分布于肌细胞；β-和 γ-分布于所有细胞单体呈哑铃形，称 G-actin；多聚体称 F-actin结构高度保守，酵母和兔子 actin 有 88%的同源性需要翻译后修饰，如 N-端乙酰化或组氨酸残基的甲基化微丝的装配条件：ATP 、适宜温度、K+ 和 Mg2+过程：2-3 个 actin 聚集成核心（核化） ；ATP-actin 分子向核心两端加合极性：ATP-actin 加到(+)极的速度要比加到(-)极的速度快 5-10 倍踏车行为：单体可同时在(+)端添加，在(-)端分离细胞中大多数微丝结构处于动态组装和去组装过程中，并通过这种方式实现其功能细胞松弛素（cytochalasin）可切断微丝纤维，并结合在微丝末端抑制肌动蛋白加合到微丝纤维上鬼笔环肽（phalloidin）与微丝能够特异性的结合，使微丝纤维稳定而抑制其功能荧光标记的鬼笔环肽可特异性的显示微丝 二、微丝结合蛋白已知的的微丝结合蛋白有 100 多种，1 ．核化蛋白：使游离 actin 核化，开始组装，Arp2．单体隐蔽蛋白：阻止游离 actin 向纤维添加，thymosin 3．封端蛋白：使纤维稳定，Cap Z4．单体聚合蛋白：将结合的单体安装到纤维，profilin 5．微丝解聚蛋白：cofilin 6．交联蛋白：fimbrin 7．纤维切断蛋白：gelsolin8．膜结合蛋白：vinculin 微丝结合蛋白膜结合蛋白----把膜与微丝结合起来，确定细胞表面特征。

例如：红细胞的膜骨架、黏着斑的整合素参与形成化学机械装置系统的结合蛋白----肌球蛋白 myosin 的结构肌球蛋白 Myosin 是肌动蛋白纤维的马达蛋白 motor proteinMotor protein(why ‘motor’?)Motor proteins that traverse the cytoskeletal fibersMotor proteins are a class of molecular motors that are able to move along the surface of a suitable substrate. They are powered by the hydrolysis of ATP and convert chemical energy into mechanical work.Motor proteins can be grouped into three broad families:kineins（驱动蛋白）,dyneins（动力蛋白）,and myosins（肌球蛋白）. Kineins and dyneins move along cytoplasmic microtubules.They can bind to specific filament types2. They can “Walk” or slide along cytoskeletal fibers.Kinesin and dynein on microtubulesMyosin on microfilaments3. They Use energy from ATP hydrolysisMotor proteinsMyosin is a motor protein for actin filaments 肌球蛋白是肌动蛋白纤维的马达蛋白Myosins are actin stimulated ATPasesConventional myosin (type II) forms bipolar filaments and is found in both muscle and non-muscle cellsUnconventional myosins (type I; III-VII) have a single head and are found in non-muscle cellsType I myosin binds to the plasma membraneProteins play important roles in muscle contractionMyosin: The actin motor porteinATPaseBinding sitesMyosin II--DimerMainly in muscle cellsThick filamemtsHow do myosins work?ATP hydrolysis drives myosin along an an actin filament第一步：与 ATP 结合-------- 头部与肌动蛋白纤维脱离。

第二步：水解-------头部转动并与新的肌动蛋白亚基结合第三步：Pi 释放---------------头部转动第四步：ADP 释放------------头部自然下垂肌细胞的收缩运动Fig. 11-19 Structure of Muscle CellMuscel cells are highly specialized for a single task, contraction.There are three distinct types of muscle cells in vertebrates: skeletal muscle, cardiac muscle, smooth muscle. In both skeletal and cardiac muscle, the contractile elements of the cytoskeleton are present in highly organized arrays that give rise to characteristic patterns of cross-striations. three distinct types of muscle cells肌原纤维肌节肌肉的组成（肌纤维）肌原纤维肌小节粗肌丝：肌球蛋白细肌丝：微丝、原肌球蛋白、肌钙蛋白肌细胞肌肉的组成由肌原纤维组成，肌原纤维的粗肌丝主要成分是肌球蛋白，细肌丝主要成分是肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白。

肌肉收缩的基本单位是肌小节（sarcomere） 肌小节是相邻两 Z 线间的单位主要结构有：A 带（暗带）：为粗肌丝所在H 区：A 带中央色浅部份，此处只有粗肌丝I 带（明带）：只含细肌丝部分Z 线：细肌丝一端游离，一端附于 Z 线 肌小节 Sarcomere（一）肌球蛋白（myosin）属于马达蛋白，多数趋向微丝的（+）极Myosin II 构成粗肌丝由 2 重链和 4 轻链组成，具有 2 球形的头和 1 螺旋化的干，头部有ATP 酶活性Myosin V。