003细胞质和细胞器2.ppt

第十三章第十三章 线粒体线粒体mitochondrionmitochondrion   18901890年，年，AltamannAltamann( (德德) )首次发现，命名为首次发现，命名为bioblastbioblast; ;   18971897年，年，von Bendavon Benda根据它的形态学特征命根据它的形态学特征命名为名为mitochondrionmitochondrion，沿用至今；，沿用至今；   19001900年，年，MichaelisMichaelis发现线粒体具有氧化作用；发现线粒体具有氧化作用；   1 1948948年，年，GreenGreen，，1 194949 9年，年，KennedyKennedy和和LehningerLehninger分别发现三羧酸循环和脂肪酸氧化是在分别发现三羧酸循环和脂肪酸氧化是粒体内完成的；线粒体内完成的；   19611961～～19801980年，年，MiMit tchelchell l提出了氧化磷酸化提出了氧化磷酸化的化学偶联假说；的化学偶联假说；   19631963年，年，N Na assss首次发现首次发现线粒体线粒体DNADNA；；第十三章第十三章 线粒体线粒体mitochondrionmitochondrion第一节第一节 线粒体的结构线粒体的结构一、线粒体的形态、大小、一、线粒体的形态、大小、数量及分布数量及分布光镜下线粒体的形态光镜下线粒体的形态an TEMan TEM image of mitochondrion image of mitochondrion 二、二、线粒体的亚微结构线粒体的亚微结构线粒体的亚微结构线粒体的亚微结构(from De Witt,1977)(from De Witt,1977)线粒体立体结构模式图线粒体立体结构模式图第十三章第十三章 线粒体线粒体mitochondrionmitochondrion第二节第二节 线粒体的化学组成及线粒体的化学组成及酶定位酶定位一、一、线粒体的化学组成线粒体的化学组成CoQCoQ、、FMNFMN、、FADFAD、、NADNAD其他其他DNADNA、、RNARNA、、核糖体核糖体水、无机盐水、无机盐无机物无机物蛋白质蛋白质︰︰脂质脂质 = = 4 4︰1 1内膜内膜蛋白质蛋白质︰︰脂质脂质 = = 1 1︰1 1外膜外膜蛋白质蛋白质︰︰脂质脂质外膜外膜︰︰内膜内膜 = = 3 3︰1 1磷脂比值磷脂比值心磷脂心磷脂; ;胆固醇胆固醇( (1/61/6););内膜内膜卵磷脂卵磷脂; ;脑磷脂脑磷脂; ;磷脂酰磷脂酰肌醇肌醇; ;胆固醇胆固醇( (5/65/6););外膜外膜脂质脂质( (25%25%～～30%30%) )酶酶( (部分部分););镶嵌蛋白镶嵌蛋白; ;不溶性不溶性酶酶( (基质基质););外周蛋白外周蛋白; ;可溶性可溶性蛋白质蛋白质( (65%65%～～70%70%) )FlavinFlavin mononucleotide & mononucleotide & FlavinFlavin adenine adenine dinucleotidedinucleotideFMNFMNFADFADNADNAD( (nicotinamidenicotinamide adenine adenine dinucleotidedinucleotide) ), ,＆＆ NADPNADP NAD NAD+ +: :R=H R=H NADPNADP+ +: :R=-POR=-PO3 3H H2 2细胞色素细胞色素a a( (a a3 3、、b b、、c c、、c c1 1):):含血红素铁，通过含血红素铁，通过FeFe3+3+/Fe/Fe2+2+变化传递电子，其中变化传递电子，其中a a、、a a3 3含有铜原子。

含有铜原子铁硫蛋白：分子结构中每个铁原子和铁硫蛋白：分子结构中每个铁原子和4 4个硫原子结合，通过个硫原子结合，通过FeFe3+3+/Fe/Fe2+2+互变进行电子传递，有互变进行电子传递，有2Fe-2S2Fe-2S和和4Fe-4S4Fe-4S两种类型两种类型辅酶辅酶Q Q：脂溶性小分子醌类化合物，有：脂溶性小分子醌类化合物，有3 3种形式，即：氧种形式，即：氧化型醌化型醌Q Q，还原型氢醌，还原型氢醌QHQH2 2和自由基半醌和自由基半醌QHQH FMNH FMNH2 2FMNFMN二、二、线粒体中酶的定位分布线粒体中酶的定位分布线粒体主要酶的分布线粒体主要酶的分布第十三章第十三章 线粒体线粒体mitochondrionmitochondrion第三节第三节 线粒体的功能线粒体的功能糖、脂肪、蛋白质糖、脂肪、蛋白质细胞质膜细胞质膜糖酵解糖酵解缺氧缺氧发酵发酵乳酸乳酸胞质溶胶胞质溶胶丙酮酸丙酮酸氧存在氧存在丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA电子传递链电子传递链 TCA循环循环NADHNAD+NAD+NADHNAD+ATPATPATP二氧化碳和水二氧化碳和水无氧呼吸和有氧氧化无氧呼吸和有氧氧化示意图示意图一、一、细胞氧化及其基本过程细胞氧化及其基本过程线粒体中主要代谢反应简略图线粒体中主要代谢反应简略图Citric Citric Acid/TCA/KrebsAcid/TCA/KrebsCycleCycleAcctyl-CoA柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸αα- -酮戊二酮戊二酸酸琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰 CoA草酰乙酸草酰乙酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸•Hans Adolf KrebsHans Adolf Krebs•BornBorn：：25 August 25 August 19001900, , HildesheimHildesheim, , GermanyGermany•DiedDied: : 22 November 22 November 19811981, , Oxford Oxford, , United United KingdomKingdom•Affiliation at the time Affiliation at the time of the awardof the award: : Sheffield UniversitySheffield University, , SheffieldSheffield, , United United KingdomKingdomThe Nobel Prize in Physiology The Nobel Prize in Physiology or Medicine or Medicine 19531953 to him: to him:“for his discovery of the for his discovery of the citric acid cyclecitric acid cycle”二、二、呼吸链呼吸链ⅢⅠⅠ Ⅱ ⅣⅣ CytcCytc Q NADNADH H+ +H H+ + NADNAD+ + 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 1/2O1/2O2 2+ +2H2H+ + H H2 2O O 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 线粒体内膜线粒体内膜 e-e-e-e-e-Electron Transport Chain二、二、呼吸链呼吸链( (一一).).复合物复合物I I——NADH-NADH-CoQCoQ 还还原原酶酶 复合物复合物I I——NADH-NADH-CoQCoQ还原还原酶酶：：  组成：组成：4242条肽链，分子质量：条肽链，分子质量：850kDa850kDa；呈；呈L L型；二聚体型；二聚体( (单体：一个单体：一个FMNFMN，，6 6个以上个以上Fe-SFe-S) )；；  作用：催化作用：催化NADHNADH的的2 2个电子至个电子至CoQCoQ，同时，同时由由MM( (matrixmatrix) )侧转移侧转移4 4个质子个质子至至C C( (cytosolcytosol) )侧；侧； 电子传递：电子传递：NADHNADH FMNFMN Fe-SFe-S CoQCoQ NADHNADH + + CoQCoQ + 4H + 4H+ +MM  NADNAD+ + + CoQH + CoQH2 2 + 4H+ 4H+ +C CNADNAD( (nicotinamidenicotinamide adenine adenine dinucleotidedinucleotide) ), ,＆＆ NADPNADP NAD NAD+ +: :R=H R=H NADPNADP+ +: :R=-POR=-PO3 3H H2 2二、二、呼吸链呼吸链( (二二).).复合物复合物ⅡⅡ——琥珀酸琥珀酸-CoQ-CoQ还原还原酶酶 复合物复合物ⅡⅡ——琥珀酸琥珀酸-CoQ-CoQ还原还原酶酶：：  组成：由组成：由4 4条不同肽链构成的跨膜蛋白质，条不同肽链构成的跨膜蛋白质，分子质量：分子质量：140kDa140kDa；单体：一个；单体：一个FADFAD，，2 2个个Fe-SFe-S; ; 1 1个个cytcyt b b；；  作用：催化琥珀酸的低能电子至作用：催化琥珀酸的低能电子至CoQCoQ，不，不转移质子；转移质子； 电子传递：电子传递：琥珀酸琥珀酸 FAD FAD Fe-S Fe-S CoQCoQ 琥珀酸琥珀酸 + + CoQCoQ  延胡索酸延胡索酸 + CoQH+ CoQH2 2二、二、呼吸链呼吸链( (三三).).复合物复合物ⅢⅢ——CoQCoQ- -细胞色素细胞色素c c还原酶还原酶 复合物复合物ⅢⅢ——CoQCoQ- -细胞色素细胞色素c c还原酶：还原酶：  组成：组成：1111条肽链，分子质量：条肽链，分子质量：250kDa250kDa；二；二聚体聚体( (单体：单体：cytcyt b b566566，，cytcyt b b562562，，cytcyt c c1 1，，Fe-SFe-S) )；；  作用：催化电子从作用：催化电子从CoQCoQ传给细胞色素传给细胞色素c c，每，每转移转移1 1对电子转移对电子转移4 4个个H H＋＋至至C C侧；侧；  2 2还原态还原态cytcyt c c1 1 + CoQH + CoQH2 2 + 4H + 4H+ +MM  2 2氧化态氧化态cytcyt c c1 1 + + CoQCoQ + 4H + 4H+ +C C ubiquinoneubiquinone( (氧化型醌氧化型醌Q Q) )ubiquinolubiquinol( (还原型氢醌还原型氢醌QHQH2 2) )自由基半醌自由基半醌QHQHe2H2H+2 2e2H2H+e电子电子通过复合物通过复合物ⅢⅢ途径途径的的Q Q循环循环Q cycleQ cycle二、二、呼吸链呼吸链( (四四).).复合物复合物ⅣⅣ——细胞色素细胞色素c c氧化氧化酶酶 复合物复合物ⅣⅣ——细胞色素细胞色素c c氧化酶：氧化酶：  组成：组成：1313条肽链，分子质量：条肽链，分子质量：160kDa160kDa；二；二聚体聚体( (单体：单体：cytcyt a a，，cytcyt a a3 3，，2Cu2Cu) )；；  作用：将从细胞色素作用：将从细胞色素c c接受的电子传给氧，接受的电子传给氧，每转移一对电子，在每转移一对电子，在MM侧消耗侧消耗2 2个质子，同时个质子，同时转移转移2 2个质子个质子至至C C侧；侧；  cytcyt c c CuACuA hemahema a a a a3 3 CuB CuB O O2 2  2 2还原态还原态cytcyt c + 4H c + 4H+ +MM + + ½ ½O O2 2  2 2氧化态氧化态cytcyt c + 2H c + 2H+ +C C + H+ H2 2O Omolecular basis of molecular basis of oxidationoxidation: :electronelectron transport chain transport chain三、三、电子传递偶联的氧化电子传递偶联的氧化磷酸化磷酸化 电子载体的种类电子载体的种类：：  黄素蛋白黄素蛋白( (FMNFMN或或FADFAD) )；；  细胞色素；细胞色素；  泛醌泛醌( (UQUQ) )或辅酶或辅酶Q Q( (CoQCoQ););  铁硫蛋白铁硫蛋白; ;  铜原子铜原子; ; NADHNADH可以产生可以产生3 3分子分子ATPATP；；FADFAD则则可以产生可以产生2 2分子分子ATPATP。

ADP+PiADP+PiATP呼吸链的组分、排列及氧化磷酸化的耦联部位呼吸链的组分、排列及氧化磷酸化的耦联部位FMN-Fe-SFMN-Fe-S I ICytb-Fe-S-CycCytb-Fe-S-Cyc1 1 ⅢⅢCytaCyta a a3 3 IVIVNADHNADHCoQCoQCytc2H+H2O1/2O2ADP+PiADP+PiATPADP+PiADP+PiATPFAD-Fe-SFAD-Fe-S ⅡⅡ琥珀酸琥珀酸E E' '0 0=-0.32V=-0.32VE E' '0 0=+0.82V=+0.82V氧化还原电位值氧化还原电位值低低高高电子载体排列顺序电子载体排列顺序FADFAD——Fe-S Fe-S IIIICytCyt b-Fe-S-Cytb-Fe-S-Cyt c c1 1 IIIIIICytCyt a a a a3 3 IVIV琥珀酸琥珀酸O O2 2 /H/H2 2O OFMNFMN——Fe-S Fe-S I ICoQCoQCytCyt c cNADHNADH电子传递链中几种电子载体的氧化还原电位及其形成的自由电子传递链中几种电子载体的氧化还原电位及其形成的自由能；红色箭头示质子跨膜为形成能；红色箭头示质子跨膜为形成ATPATP的部位。

的部位   生物氧化产生生物氧化产生ATPATP的统计的统计: : 动物细胞动物细胞80%80%的的ATPATP来源于线粒体；一个葡萄来源于线粒体；一个葡萄糖分子经过细胞呼吸全过程产生多少糖分子经过细胞呼吸全过程产生多少ATPATP？？ C6H12O6 + 6O2 6H2O + 6CO2 38ADP + 38Pi 36( (38) )ATP   糖酵解：底物水平磷酸化产生糖酵解：底物水平磷酸化产生4ATP4ATP( (细胞质细胞质) )己糖分子活化消耗己糖分子活化消耗2ATP2ATP( (细胞质细胞质) )；产生；产生2NADH2NADH，，经电子传递产生经电子传递产生4 4或或6ATP6ATP；；( (线粒体线粒体) )净积累：净积累： 6 6或或8ATP8ATP  丙酮酸氧化脱羧：产生丙酮酸氧化脱羧：产生2NADH2NADH( (线粒体线粒体) )，生成：，生成： 6ATP6ATP  三羧酸循环：底物水平三羧酸循环：底物水平的磷酸化产生的磷酸化产生( (线粒体线粒体) )：： 2ATP2ATP 产生产生6NADH6NADH2 2( (线粒体线粒体) )，生成：，生成： 18ATP18ATP 产生产生2FADH2FADH2 2( (线粒体线粒体) )，生成：，生成： 4ATP 4ATP 总计生成：总计生成： 3636或或38ATP 38ATP   糖酵解糖酵解：：底物水平的底物水平的磷酸化产生磷酸化产生4 4个个ATPATP，己，己糖活化消耗糖活化消耗2 2个个ATPATP，脱，脱氢反应产生氢反应产生2 2个个NADHNADH2 2，经，经电子传递链生成电子传递链生成4 4或或6 6个个ATPATP，净产生，净产生6 6或或8 8个个ATPATP; ;  KrebsKrebs循环：底物水循环：底物水平的磷酸化产生平的磷酸化产生2 2个个ATPATP，脱氢反应产生，脱氢反应产生8 8个个NADHNADH2 2和和2 2个个FADHFADH2 2，，8 8个个NADHNADH2 2经经电子传递链生成电子传递链生成2424个个ATPATP，，2 2个个FADHFADH2 2经电子传递链经电子传递链生成生成4 4个个ATPATP，净产生，净产生3030个个ATPATP。

 关于物质出入线粒体的穿梭机制关于物质出入线粒体的穿梭机制: :   苹果酸穿梭系统苹果酸穿梭系统：：通过苹果酸通过苹果酸- -天门冬氨酸穿天门冬氨酸穿梭梭( (malate-aspartatemalate-aspartate shuttle shuttle) )进入线粒体，然后将进入线粒体，然后将线粒体中线粒体中NADNAD+ +还原成还原成DADHDADH2 2；；   磷酸甘油穿梭系统磷酸甘油穿梭系统：：通过甘油通过甘油- -磷酸穿梭磷酸穿梭( (glycerol-phosphate shuttleglycerol-phosphate shuttle) )，将电子传递给线，将电子传递给线粒体的粒体的FADFAD，使其还原形成，使其还原形成FADHFADH2 2；；苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸天门冬氨酸天门冬氨酸谷氨酸谷氨酸天门冬氨酸天门冬氨酸谷氨酸谷氨酸苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 -酮戊二酮戊二酸酸 -酮戊二酮戊二酸酸草酰乙酸草酰乙酸天门冬氨酸转氨酶天门冬氨酸转氨酶天门冬氨酸转氨酶天门冬氨酸转氨酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶苹果酸苹果酸-  -酮戊二酮戊二酸载体酸载体谷氨酸谷氨酸-天门冬氨酸载体天门冬氨酸载体膜间腔膜间腔基质基质苹果酸苹果酸- -天门冬氨酸穿梭天门冬氨酸穿梭antiportantiport磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭细胞质甘细胞质甘油油-3 3-磷酸磷酸脱氢酶脱氢酶线粒体甘油线粒体甘油-3 3-磷酸磷酸 脱脱氢酶氢酶胞质溶胶胞质溶胶基质基质甘油甘油-3 3-磷磷酸酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸甘油甘油-3 3-磷磷酸酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸膜间隙膜间隙四、四、氧化磷酸化的氧化磷酸化的偶联机制偶联机制( (一一).).化学渗透假说的主要论点化学渗透假说的主要论点   19611961年，年，MichellMichell( (英英) )化学渗透假说化学渗透假说( (chemichemi- -osmotic coupling hypothesisosmotic coupling hypothesis) )，他认为：，他认为：  H H+ +不能自由通过线粒体的内膜；不能自由通过线粒体的内膜；  电子沿呼吸链传递时电子沿呼吸链传递时，，形成跨内膜的电化学形成跨内膜的电化学质子梯度质子梯度( (electrochemical proton gradientelectrochemical proton gradient) )，所，所释放的能量将质子从内膜基质侧释放的能量将质子从内膜基质侧( (MM侧侧) )泵至膜间隙泵至膜间隙( (C C侧侧) )，形成质子动力势；，形成质子动力势；  在在质子梯度的驱动下，质子梯度的驱动下，H H+ +穿过内膜上的穿过内膜上的ATPATP合成酶流回至基质，其能量促使合成酶流回至基质，其能量促使ATPATP合成酶催化合合成酶催化合成成ATPATP，完成氧化磷酸化过程，实现能量的转换，完成氧化磷酸化过程，实现能量的转换; ;ⅢⅠ Ⅰ Ⅱ Ⅳ Ⅳ F0 F F1 1 CytCyt c c Q Q NADNADH H+ +H H+ + NADNAD+ + 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 H H+ + 1/2O1/2O2 2+ +2H2H+ + H H2 2O O ADP+PiADP+Pi ATPATP H H+ + H H+ + H H+ + 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 化学渗透假说详细示意图化学渗透假说详细示意图ATPATP合酶合酶丙酮酸丙酮酸膜间腔膜间腔在电子传递过在电子传递过程中程中, , 伴随着伴随着质子从线粒体质子从线粒体内膜的里层向内膜的里层向外层转移外层转移, , 形形成跨膜的氢离成跨膜的氢离子梯度，这种子梯度，这种势能驱动了氧势能驱动了氧化磷酸化反应化磷酸化反应( (提供了动力提供了动力),),合成了合成了ATPATP。

NADHNADH O O2 2: : 3ATP/2e3ATP/2e; ;FADHFADH2 2 O O2 2 : :2ATP/2e2ATP/2e; ;•Peter D. MitchellPeter D. Mitchell•BornBorn: : 29 September 29 September 19201920, , MitchamMitcham, , United United KingdomKingdom•DiedDied: : 10 April 199210 April 1992, , BodminBodmin, , United United KingdomKingdom•Affiliation at the time of Affiliation at the time of the awardthe award: : Glynn Glynn Research LaboratoriesResearch Laboratories, , BodminBodmin, , United United KingdomKingdomThe Nobel Prize in chemistry The Nobel Prize in chemistry 19781978 to him to him：：“ “for his contribution to the for his contribution to the understanding of biological understanding of biological energy transfer through the energy transfer through the formulation of the formulation of the chemiosmoticchemiosmotic theory theory” ”四、四、氧化磷酸化的氧化磷酸化的偶联机制偶联机制( (二二).).化学渗透假说的特点化学渗透假说的特点SeeSee：：P P112112 质子转移质子转移与与质子动力势的形成：质子动力势的形成：  H H+ +的跨内膜转移，在内膜两侧形成质子浓的跨内膜转移，在内膜两侧形成质子浓度差度差( (ΔpH) ); ;  H H+ +的跨内膜转移，在内膜两侧形成电位差的跨内膜转移，在内膜两侧形成电位差( (ΔΨ) ); ;  ΔΨ和和Δ pH合称为合称为电化学梯度电化学梯度( (electro-electro-chemical gradientchemical gradient) )，以质子动力势，以质子动力势( (proton proton motive force, motive force, Δ Δ p p) )来表示。

三者关系如下：来表示三者关系如下：ΔΨΔ pHpHΔ Δ p p= =- -2.3RTF—△△pHpH= =pHpH梯度，梯度， △ △ΨΨ= =电位梯度，电位梯度，T T= =绝对温度，绝对温度，R R= =气体常数，气体常数，F F为为法拉第法拉第( (FaradayFaraday) )常数，当温度为常数，当温度为25℃25℃时时△△P的值为的值为220mV220mV左右电子传递链电子传递链外膜外膜内膜内膜ATPATP合酶合酶基质基质质子转移质子转移质子动力势质子动力势( (proton motive forceproton motive force) )膜间隙膜间隙基质间隙基质间隙线粒体内膜线粒体内膜膜电位膜电位H H+ +浓度梯度浓度梯度线粒体内膜线粒体内膜膜间隙膜间隙基质间隙基质间隙五、五、线粒体质子泵线粒体质子泵ATP ATP 合成酶合成酶( (一一).).线粒体线粒体ATPATP合成酶的形态结构合成酶的形态结构ATPATP偶联因子偶联因子1 1( (couplingcoupling factor, Ffactor, F1 1) )的负染电镜照片的负染电镜照片电镜照片电镜照片立体结构模型立体结构模型纵剖面及横剖面纵剖面及横剖面ATPATP合成合成酶形态结构示意图酶形态结构示意图五、五、线粒体质子泵线粒体质子泵ATP ATP 合成酶合成酶( (二二).).线粒体线粒体ATPATP合成酶的分子结构合成酶的分子结构F F1 1: : 9 subunits in the 9 subunits in the ratio 3ratio 3 ：：3 3 ：：1 1 ：：1 1 ：：1 1 ATPATP合酶的分子结构合酶的分子结构F F0 0 : 1a: 1a：：2b2b：：12c12c五、五、线粒体质子泵线粒体质子泵ATP ATP 合成酶合成酶( (三三).).线粒体线粒体ATPATP合成酶的工作机制合成酶的工作机制 线粒体线粒体ATPATP合成酶的工作机制合成酶的工作机制: :   19791979年，年，BoyerBoyer提出结合变化机制提出结合变化机制( (binding binding change mechanismchange mechanism) )，他认为：，他认为：  质子梯度的作用并不是用于形成质子梯度的作用并不是用于形成ATPATP，而是，而是使使ATPATP从酶分子上解脱出来；从酶分子上解脱出来；  F F1 1的的3 3个个ββ亚基亚基催化位点，分别有催化位点，分别有3 3种不同的种不同的分子构象，从而使它们对核苷酸具有不同亲和性；分子构象，从而使它们对核苷酸具有不同亲和性；  质子跨膜通过质子跨膜通过F F0 0时，引起时，引起c c亚基构成的环旋亚基构成的环旋转，带动转，带动γγ亚基旋转，亚基旋转，γγ亚基端部高度不对称，引亚基端部高度不对称，引起起ββ亚基亚基3 3个催化位点构象的周期性变化个催化位点构象的周期性变化( (L L、、T T、、O O) )，，L L  T T  O O不断将不断将ADPADP和和PiPi加合在一起，形加合在一起，形成成ATPATP；；αβαβ复合体转变成复合体转变成O O型则会释放型则会释放ATPATP; ;F F1 1头部头部,顶面观顶面观松散亚单位结合松散亚单位结合ADP+PiADP+Pi能量输入改变构象能量输入改变构象经缩合形成新的经缩合形成新的ATPATP；；原有的原有的ATPATP被释放被释放；；L L亚单位用于结合亚单位用于结合由一个亚单位旋转由一个亚单位旋转头部重新开始循环头部重新开始循环ATPATP合成的旋转合成的旋转催化模型催化模型五、五、线粒体质子泵线粒体质子泵ATP ATP 合成酶合成酶( (四四).).线粒体线粒体ATPATP合成酶的工作机合成酶的工作机制的证据制的证据吉田吉田( (MassasukeMassasuke Yoshida Yoshida) )等等抗生素蛋白抗生素蛋白镍复合物镍复合物His残基残基ATPADP+Pi i•Paul D. BoyerPaul D. Boyer•BornBorn: : 31 July 1918 31 July 1918, , ProvoProvo, , UT UT, , USA USA•Affiliation at the Affiliation at the time of the awardtime of the award: : University of University of CaliforniaCalifornia, , Los Los AngelesAngeles, , CA CA, , USA USA•John E. WalkerJohn E. Walker•BornBorn: : 7 January 7 January 19411941, , Halifax Halifax, , United KingdomUnited Kingdom•Affiliation at the Affiliation at the time of the awardtime of the award: : MRC Laboratory of MRC Laboratory of Molecular BiologyMolecular Biology, , CambridgeCambridge, , United United KingdomKingdomThe Nobel Prize in chemistry The Nobel Prize in chemistry 19971997 one half to them one half to them：： “ “for their elucidation of the for their elucidation of the enzymatic mechanism enzymatic mechanism underlying the synthesis of underlying the synthesis of adenosine adenosine triphosphatetriphosphate( (ATPATP) )” ”•Jens C. Jens C. SkouSkou•BornBorn: : 8 October 8 October 19181918, , LemvigLemvig, , DenmarkDenmark•Affiliation at the Affiliation at the time of the awardtime of the award: : Aarhus UniversityAarhus University, , AarhusAarhus, , Denmark DenmarkThe Nobel Prize in The Nobel Prize in ChemistryChemistry 19971997 one half to him one half to him：： “ “for the first discovery of an for the first discovery of an ion-transporting enzymeion-transporting enzyme，，NaNa+ +，，K K+ +- -ATPaseATPase” ” 第十三章第十三章 线粒体线粒体mitochondrionmitochondrion第四节第四节 线粒体的半自主性线粒体的半自主性一、一、mtDNAmtDNA人类人类mtDNAmtDNA基因组基因组结构示意图结构示意图Human Human mtDNAmtDNA(16(16, ,569bp)569bp)有些基因之间无间隔有些基因之间无间隔, ,有的基因有的基因甚至有重叠甚至有重叠; ;基因突变率高基因突变率高, ,且缺乏修复能力且缺乏修复能力; ;部分部分mtDNAmtDNA的密码子与核内的密码子与核内DNADNA的通用密码子不同的通用密码子不同; ;无内含子无内含子; ;人类人类mtDNAmtDNA的特点的特点母系遗传母系遗传; ;2222个：个：tRNAtRNA基因基因; ; 2 2个：个：rRNArRNA基因基因1313个：与氧化磷酸化有关基因个：与氧化磷酸化有关基因; ;人人mtDNAmtDNA基因基因 ( (3737个结构基因个结构基因) )1616, ,569bp569bp构成闭合环状构成闭合环状; ;人人mtDNAmtDNA构成构成1 1个个CoQ-CytCoQ-Cyt b b基因基因( (复合体复合体ⅢⅢ) )7 7个个NADH-NADH-CoQCoQ还原酶复合体还原酶复合体基因基因( (复合体复合体Ⅰ)Ⅰ)2 2个个ATPATPasease基因基因( (A6A6、、A8A8) )3 3个个COXCOX基因基因( (ⅠⅠ、、ⅡⅡ、、ⅢⅢ) )2222个个tRNAtRNA基因基因2 2个个rRNArRNA基因基因1313个个有基有基因产因产物物2424个个无基无基因产因产物物3737个基因个基因( (16,569bp16,569bp) ) Human Human mtmt DNA DNA: : 1616, ,569 569 bpbp：： 2 2 rRNAsrRNAs；； 22 22 tRNAstRNAs；； 13 polypeptides13 polypeptides7 subunits7 subunits：：NADH NADH reductasereductase；；1 subunits1 subunits：：CytCyt b-c1 complex b-c1 complex；；3 subunits3 subunits：：CytCyt oxidaseoxidase；；2 subunits2 subunits：：ATP ATP synthasesynthase；；8 8种种tRNAtRNA基因基因1 1种多肽链基因种多肽链基因1414种种tRNAtRNA基因基因2 2个个rRNArRNA基因基因( (12S12S、、16SrRNA16SrRNA) )基因基因1212种多肽链基因种多肽链基因L L链链( (9 9个基因个基因) )H H链链( (2828个基因个基因) )3737个基因个基因( (16,569bp16,569bp) )二、二、mtDNAmtDNA的功能的功能一般生物与线粒体遗传密码比较一般生物与线粒体遗传密码比较含含 义义一般生物一般生物线粒体线粒体UGAUGA终止信号终止信号( (各种生物各种生物) )色氨酸色氨酸CUACUA亮氨酸亮氨酸( (酵母酵母) )苏氨酸苏氨酸AGAAGA精氨酸精氨酸( (果蝇果蝇) )丝氨酸丝氨酸AGA(G)AGA(G)精氨酸精氨酸( (哺乳哺乳) )终止信号终止信号AUAAUA异亮氨酸异亮氨酸( (哺乳哺乳) )蛋氨酸蛋氨酸酵母几种主要线粒体酶复合物的生物合成酵母几种主要线粒体酶复合物的生物合成酶复合物酶复合物亚亚 基基 数数 目目 总总数数 细胞质核糖细胞质核糖 体合成数目体合成数目 线粒体核糖线粒体核糖 体合成数目体合成数目 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶 7 74 43 3细胞色素细胞色素b-cb-c1 1复合酶复合酶 7 76 61 1ATPATP酶酶( (寡酶素敏感寡酶素敏感) ) 9 95 54 4核糖体大亚基核糖体大亚基 303030300 0核糖体小亚基核糖体小亚基222221211 1线粒体线粒体DNADNA复制酶复制酶复制中的线粒体复制中的线粒体DNADNA线粒体外膜线粒体外膜线粒体内膜线粒体内膜线粒体线粒体DNADNARNARNA转录转录线粒体线粒体RNARNA聚合酶聚合酶氨基酸氨基酸转录转录线粒体中合成的蛋白质线粒体中合成的蛋白质三羧酸循环的可溶性蛋白质三羧酸循环的可溶性蛋白质线粒体氨酰线粒体氨酰tRNAtRNA合成酶合成酶线粒体核糖体蛋白质线粒体核糖体蛋白质膜上的酶复合体膜上的酶复合体细胞质中合成的蛋白质细胞质中合成的蛋白质氨酰氨酰tRNAtRNA组成线粒体各组成线粒体各部分蛋白质，部分蛋白质，绝大多数都是绝大多数都是由核由核DNADNA编码编码并在细胞质核并在细胞质核糖体上合成后糖体上合成后再运送到线粒再运送到线粒体各自的功能体各自的功能位点上。

位点上三、线粒体蛋白质的运送三、线粒体蛋白质的运送 ( (一一).).线粒体线粒体蛋白质蛋白质跨膜转运的特点跨膜转运的特点: :   后翻译转移后翻译转移；；   导肽指导肽指导转运；导转运；导肽导肽的的特征特征: :  线粒体前体蛋白质线粒体前体蛋白质N N端端的的一段信号序列称为一段信号序列称为导肽导肽；；导肽导肽由大约由大约2020～～8080个氨基酸构成；个氨基酸构成；  含大量碱性氨基酸及其羟基氨基酸含大量碱性氨基酸及其羟基氨基酸( (丝丝) )；；  不不含酸性氨基酸；含酸性氨基酸；  形成一个两性形成一个两性αα螺旋，带正电荷和不带电螺旋，带正电荷和不带电荷的疏水氨基酸残基分别位于螺旋的两侧；荷的疏水氨基酸残基分别位于螺旋的两侧；   前体蛋白质前体蛋白质在跨膜转运前后，需分子伴侣的在跨膜转运前后，需分子伴侣的参与完成解折叠参与完成解折叠( (unfoldingunfolding) )和重折叠和重折叠( (refoldingrefolding););mitochondrial protein importmitochondrial protein import ( (二二).). 转运涉及转位因子等多种蛋白转运涉及转位因子等多种蛋白: :   TOMTOM( (translocasetranslocase of outerof outer membranemembrane) )复合复合体：负责通过外膜体：负责通过外膜；；   TIMTIM( (translocasetranslocase of innerof inner membranemembrane) )复合体复合体：：TIMTIM2323负责将蛋白质转运到基质，或安装在内膜上；负责将蛋白质转运到基质，或安装在内膜上；TIMTIM2222负责将某些转运器蛋白质插入内膜负责将某些转运器蛋白质插入内膜；；   OXAOXA复合体复合体：负责将线粒体合成的：负责将线粒体合成的蛋白质蛋白质和和某些进入基质的某些进入基质的蛋白质蛋白质插到内膜上插到内膜上; ; ( (三三).).内外膜内外膜间间的接触点的接触点: :   线粒体内、外膜之间存在着接触点，导肽牵线粒体内、外膜之间存在着接触点，导肽牵引蛋白质前体运送时，可通过内外膜的接触点，一引蛋白质前体运送时，可通过内外膜的接触点，一步进入基质步进入基质; ;preproteinpreprotein with with presequencepresequencepreproteinpreprotein with internal with internal signalssignalsMitochondriaMitochondrial processing l processing peptidasepeptidaseMature carrier Mature carrier proteinproteinMature matrix proteinMature matrix proteinmatrixmatrixChaperone Chaperone systermsystermmitochondrial protein import mitochondrial protein import machinerymachinerycytosolcytosol分子伴侣在胞质溶分子伴侣在胞质溶胶中与多肽结合胶中与多肽结合转运序列结合到转运序列结合到线粒体的受体上线粒体的受体上细胞质分子伴侣细胞质分子伴侣随着随着ATPATP的水解的水解而发生多肽转运而发生多肽转运线粒体线粒体分子伴侣结分子伴侣结合并释放合并释放转运多肽转运多肽, ,伴随释放伴随释放ATPATP水解水解多肽折叠多肽折叠, ,也许有另一个也许有另一个线粒体分子伴侣的帮助线粒体分子伴侣的帮助多肽翻译后多肽翻译后转入线粒体转入线粒体内的模型内的模型细胞质细胞质Hsp70转运序列转运序列Contact Sites of MitochondriaContact Sites of Mitochondria第十四章第十四章 核糖体核糖体ribosomeribosome   1930s1930s年，年，ClaudeClaude在暗视野显微镜下在暗视野显微镜下发现发现；称之为微体；称之为微体( (microsomemicrosome) )；；   19551955年，年，PaladePalade在在电镜下电镜下观察腺细胞观察腺细胞时也发现，并称其为时也发现，并称其为PaladePalade particle particle；；   19581958年，年，RobertsRoberts命名为命名为ribosomeribosome；；   核糖体为核糖体为非膜性的细胞器。

非膜性的细胞器•George E.George E. Palade Palade •BornBorn: : 19 November 19 November 19121912, , IasiIasi, , RomaniaRomania•DiedDied: : 7 October 2008, 7 October 2008, Del MarDel Mar, , CACA, , USAUSA•Affiliation at the time Affiliation at the time of the awardof the award: : Yale Yale UniversityUniversity, , School of School of MedicineMedicine, , New New HavenHaven, , CTCT, , USAUSA•Albert ClaudeAlbert Claude•BornBorn: : 24 August 24 August 18981898, , LonglierLonglier, , BelgiumBelgium•DiedDied: : 22 May 198322 May 1983, , BrusselsBrussels, , BelgiumBelgium•Affiliation at the time Affiliation at the time of the awardof the award: : UniversitUniversité é CatholiqueCatholique de Louvainde Louvain, , LouvainLouvain, , BelgiumBelgium•Christian de DuveChristian de Duve BornBorn: : 2 October 2 October 19171917, , Thames Thames DittonDitton, , United United KingdomKingdom•Affiliation at the time Affiliation at the time of the awardof the award: : Rockefeller Rockefeller UniversityUniversity, , New New YorkYork, , NYNY, , USAUSA, , UniversitUniversité é CatholiqueCatholique de de Louvain, LouvainLouvain, Louvain, , BelgiumBelgiumThe Nobel Prize in Physiology The Nobel Prize in Physiology or Medicine or Medicine 19741974 to them to them: : “ “for their discoveries for their discoveries concerning the structural and concerning the structural and functional organization of the functional organization of the cellcell” ”第十四章第十四章 核糖体核糖体ribosomeribosome第一节第一节 核糖体的形态结构与存核糖体的形态结构与存在形式在形式一、形态结构一、形态结构   非膜性细胞器非膜性细胞器; ;   电镜：高电子密度的圆形或椭圆形致密电镜：高电子密度的圆形或椭圆形致密小颗粒小颗粒；；真核细胞核糖体的外形及其剖面真核细胞核糖体的外形及其剖面60S60S原原核核生生物物大亚基大亚基小亚基小亚基柄柄中心突中心突嵴嵴平台平台头部头部裂沟裂沟基部基部50S50S30S30SmRNAmRNA40S40SmRNAmRNAtRNAtRNA多肽多肽中央管中央管真核生物真核生物•VenkatramanVenkatraman RamakrishnanRamakrishnan•BornBorn: : 1952 1952, , ChidambaramChidambaram, , Tamil Tamil NaduNadu, , India India•Affiliation at the time Affiliation at the time of the awardof the award: : MRC MRC Labo-ratoryLabo-ratory of of Molecular BiologyMolecular Biology, , CambridgeCambridge, , United United KingdomKingdom•FieldField: : Biochemistry Biochemistry, , structural chemistrystructural chemistry•Thomas A. Thomas A. SteitzSteitz•BornBorn: : 23 August 1940 23 August 1940, , MilwaukeeMilwaukee, , WI WI, , USA USA•Affiliation at the time Affiliation at the time of the awardof the award: : Yale Yale UniversityUniversity, , New New HavenHaven, , CT CT, , USA USA, , Howard Hughes Howard Hughes Medical InstituteMedical Institute•FieldField: : Biochemistry Biochemistry, , structural chemistrystructural chemistry•AdaAda E. E. YonathYonath•BornBorn: : 22 June 22 June 1939, Jerusalem1939, Jerusalem, , IsraelIsrael•Affiliation at the Affiliation at the time of the awardtime of the award: : Weizmann Institute Weizmann Institute of Scienceof Science, , RehovotRehovot, , Israel Israel•FieldField: : BiochemistryBiochemistry, , structural chemistrystructural chemistryThe Nobel Prize in Chemistry The Nobel Prize in Chemistry 20092009 to them: to them:“ “for studies of the structure for studies of the structure and function of the and function of the ribosomeribosome” ”二、存在形式二、存在形式++Mg+Mg++++1~10mmol/L1~10mmol/L- Mg- Mg++++＜＜1mmol/L1mmol/L单体单体 80S80S60S60S40S40S+Mg+Mg++++＞＞10mmol/L10mmol/L二聚体二聚体 120S120S多聚核糖体多聚核糖体—— Mg Mg++++存在类型存在类型单核糖体单核糖体多聚核糖体多聚核糖体游离游离( (附着附着) )核糖体核糖体第十四章第十四章 核糖体核糖体ribosomeribosome第二节第二节 核糖体的基本类型与化核糖体的基本类型与化学成分学成分一、核糖体的基本类型一、核糖体的基本类型根据来源的生物类群根据来源的生物类群不同不同: :原核生物核糖体原核生物核糖体真核生物核糖体真核生物核糖体细胞器核糖体细胞器核糖体细胞质核糖体细胞质核糖体叶绿体核糖体叶绿体核糖体线粒体核糖体线粒体核糖体二、核糖体的化学成分二、核糖体的化学成分70S70S核糖体核糖体50S50S30S30S80S80S核糖体核糖体60S60S40S40S23S 23S RNARNA16S RNA16S RNA28S 28S RNARNA5.8S 5.8S RNARNA5S 5S RNARNA18S RNA18S RNA~34~34种蛋白质种蛋白质~21~21种蛋白质种蛋白质~49~49种蛋白质种蛋白质~33~33种蛋白质种蛋白质 5S 5S RNA RNA    rRNArRNA的的主要作用主要作用：：  具有肽酰转移酶的活性；具有肽酰转移酶的活性；  为为tRNAtRNA提供结合位点提供结合位点( (A A位点、位点、P P位点和位点和E E位位点点) )；；  为多种蛋白质合成因子提供结合位点为多种蛋白质合成因子提供结合位点; ;  在蛋白质合成起始时参与同在蛋白质合成起始时参与同mRNAmRNA选择性地选择性地结合以及在肽链的延伸中与结合以及在肽链的延伸中与mRNAmRNA结合；结合；  核糖体大小亚单位的结合、校正阅读核糖体大小亚单位的结合、校正阅读( (proof proof readingreading) )、无意义链或框架漂移的校正、以及抗菌、无意义链或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等都与素的作用等都与rRNArRNA有关有关; ;   r r蛋白质的主要功能蛋白质的主要功能：：  对对rRNArRNA折叠成有功能的三维结构是十分重折叠成有功能的三维结构是十分重要的；要的；  在蛋白质合成中在蛋白质合成中, , 某些某些r r蛋白可能对核糖体蛋白可能对核糖体的构象的构象 起起“ “微调微调” ”作用作用；；  在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用中中, , 核糖体蛋白与核糖体蛋白与rRNArRNA共同行使功能共同行使功能; ;第十四章第十四章 核糖体核糖体ribosomeribosome第三节第三节 核糖体的生物发生与自核糖体的生物发生与自组装组装   组装场所：核仁组装场所：核仁( (真核细胞真核细胞) )；；   rRNArRNA是高度保守的，有些序列是完全是高度保守的，有些序列是完全一致的。

尽管不同种的一致的尽管不同种的rRNArRNA一级结构可能有一级结构可能有所不同，但它们都折叠成相似的二级结构所不同，但它们都折叠成相似的二级结构；；核糖体小亚单位核糖体小亚单位rRNArRNA的二级结构的二级结构 ( (a a) ) E.coliE.coli 16S 16S rRNArRNA；；( (红色为高度保守区红色为高度保守区) )( (b b) ) 酵母菌酵母菌18S 18S rRNArRNA，，它们都具有类似的它们都具有类似的4040个臂环结构个臂环结构; ;E. E. ColiColi( (a a).).核糖体小亚单位中的核糖体小亚单位中的部分部分r r蛋白与蛋白与rRNArRNA的结合位点的结合位点 ( (b b).).及其在小亚单位上的部位及其在小亚单位上的部位; ;核糖体的自我装配过程核糖体的自我装配过程 第十四章第十四章 核糖体核糖体ribosomeribosome第四节第四节 核糖体的功能核糖体的功能一、核糖体的功能位点一、核糖体的功能位点   与蛋白质合成有关的结合位点与催化位与蛋白质合成有关的结合位点与催化位点点：：  与与mRNAmRNA的结合位点；的结合位点；  氨氨酰基位点（酰基位点（A A位点）位点）——与新掺入的氨酰与新掺入的氨酰- -tRNAtRNA的结合位点；的结合位点；  肽肽酰基位点酰基位点（（P P位点位点））——与延伸中的肽酰与延伸中的肽酰- -tRNAtRNA的结合位点；的结合位点；  E E位点位点（（exit siteexit site））——肽酰转移后与即将释肽酰转移后与即将释放的放的tRNAtRNA的结合位点的结合位点; ;  肽酰基转移酶位点（肽酰基转移酶位点（EF-EF-TuTu/EF-G/EF-G））——A A位位点转移到点转移到P P位点的转移酶的结合位点位点的转移酶的结合位点; ;EF-EF-TuTu/EF-G site/EF-G site二、二、蛋白质合成的基本过程蛋白质合成的基本过程( (一一).).多聚核糖体多聚核糖体60S40SmRNA80S ribosomepeptide chain5′3′二、二、蛋白质合成的基本过程蛋白质合成的基本过程( (二二).).蛋白质合成的基本过程蛋白质合成的基本过程IF230S-mRNA-50S-fMet-tRNAf5,3,A U G小小亚亚基基小小亚亚基基5,3,A U GIFIF3IF3IFIF3 3 -mRNA-30S -mRNA-30S 三元三元复复合物合物IFIF2 2 -30S-mRNA-fMet-tRNA-30S-mRNA-fMet-tRNAf fIFIF2 2IFIF3 3U A CU A CfMet大大亚亚基基小小亚亚基基5,3,A U GU A CfMetIF2IFIF2 2大大亚亚基基小小亚亚基基5,3,A U GU A CfMetA位位IF3 -mRNA-30S三元复合物三元复合物IF3IF2 -30S-mRNA-fMet-tRNAf大大亚亚基基IF2 GTP小小亚亚基基IF3U A CfMetIFIF2 2IF3小小亚亚基基5,3,A U GA位位U A CfMet大大亚亚基基GTPGTPGDP+PiGDP+Pi 1. 1. 起始起始P位位A位位C G G丙丙EF-T GTPU A CfMetC G G丙丙fMetU A C肽基转移酶肽基转移酶 形成肽键形成肽键A C U U A G3,A U G G C C U C U G G A A C G 5,EF-G 易位酶易位酶G因子因子GTPGDP+PiA G A丝丝C G GP位位A位位C G G丙丙3,A U G G C C U C U G G A A C G 5,P位位A位位fMetC G G丙丙A C U U A G3,A U G G C C U C U G G A A C G 5,P位位A位位A C U U A G3,A U G G C C U C U G G A A C G 5,P位位A位位A C U U A G3,A U G G C C U C U G G A A C G 5,fMet丙丙A G A丝丝 2. 肽链的延长肽链的延长P位位A位位RFRF释放因子释放因子U G A丝丝fMet丙丙甘甘苏苏A C U U A G3,A U G G C C U C U G G A A C G 5,RFRFU G AU G A30S30S50S50SRFRF3. 肽链合成的终止与释放肽链合成的终止与释放二、二、蛋白质合成的基本过程蛋白质合成的基本过程( (三三).).合成蛋白质的类型合成蛋白质的类型   结构蛋白：由游离核糖体合成，多分布结构蛋白：由游离核糖体合成，多分布细胞基质中。

某些细胞基质中某些结构蛋白（膜结构蛋白（膜镶嵌蛋白、镶嵌蛋白、溶酶体溶酶体酶蛋白等）是酶蛋白等）是由附着核糖体合成的由附着核糖体合成的；；   外输蛋白（分泌蛋白）：由附着核糖体外输蛋白（分泌蛋白）：由附着核糖体合成，大多从细胞分泌出去合成，大多从细胞分泌出去；；第十五章第十五章 细胞骨架细胞骨架cytoskeletoncytoskeleton细胞骨架（细胞骨架（cytoskeletoncytoskeleton）：是指位于细胞内的、）：是指位于细胞内的、由蛋白质纤维组成的网架系统是真核细胞所特由蛋白质纤维组成的网架系统是真核细胞所特有的非膜性细胞器有的非膜性细胞器狭义的：指细胞质骨架狭义的：指细胞质骨架微管微管中间纤维中间纤维微丝微丝广义的：广义的：细胞膜骨架细胞膜骨架细胞外基质细胞外基质细胞核骨架细胞核骨架细胞质骨架细胞质骨架核核微管微管微丝微丝中间纤维中间纤维微丝：分布于质膜的内侧；微丝：分布于质膜的内侧；微管：分布于核周围，呈放射状；微管：分布于核周围，呈放射状；中间纤维：分布于整个细胞中；中间纤维：分布于整个细胞中；Microtubules in green, Microtubules in green, actinactin in red and DNA in in red and DNA in blueblueMicrotubules in red and DNA in blueMicrotubules in red and DNA in blue红色：高尔基复合体红色：高尔基复合体; ; 蓝色：微丝蓝色：微丝; 黄色：细胞核黄色：细胞核黄色：高尔基复合体黄色：高尔基复合体; ; 红色：微丝红色：微丝; 蓝色：细胞核蓝色：细胞核第十五章第十五章 细胞骨架细胞骨架cytoskeletoncytoskeleton第一节第一节 微管微管一、微管的一般形态结构一、微管的一般形态结构及组成及组成微管的形态结构：中空的圆柱状结构。

微管的形态结构：中空的圆柱状结构从横切面上看：它是由从横切面上看：它是由1313根原纤维纵向根原纤维纵向围绕而成围绕而成5-9nm5-9nm12345678910111213微管横断面微管横断面      微管的化学组成：微管的化学组成： 微管蛋白微管蛋白( (55KDa 450aa55KDa 450aa) ) 微管蛋白微管蛋白( (55KDa 455aa55KDa 455aa) )异二聚体异二聚体GTPGTP与与GDPGDP结合结合位点秋水仙素、长春秋水仙素、长春花碱结合位点花碱结合位点微微管管蛋蛋白白MgMg2+2+与与CaCa2+2+结合结合位点 微管蛋白微管蛋白( (55KDa 55KDa 455aa455aa) )：： 以以γγ- -微管蛋白环状复合物微管蛋白环状复合物( (γγ- -tubulintubulin ring complex, ring complex, γγ- -TuRCTuRC) )的形式存的形式存在于在于微管组织中心；微管组织中心； SeamSeamGTP binding site GTP binding site (nonexchangeable site)(nonexchangeable site)taxotenetaxotene 紫杉紫杉醇醇GDP binding site GDP binding site (exchangeable site)(exchangeable site)α α-Tubulin-Tubulinβ β-Tubulin-Tubulin                           微管蛋白微管蛋白 微管蛋白微管蛋白异二聚体异二聚体聚合聚合首尾相连首尾相连原纤维原纤维微管微管（（1313））12345678910111213微管横断面微管横断面         微管的组装过程微管的组装过程二、微管的组装二、微管的组装( (一一).).微管组装的条件和微管组装的条件和影响因素影响因素  微管在体外组装时发现有两个因素决定微管的稳定性微管在体外组装时发现有两个因素决定微管的稳定性: : 游离微游离微管蛋白的浓度和管蛋白的浓度和GTPGTP水解成水解成GDPGDP的速度。

的速度 ◆◆ 高浓度高浓度的微管蛋白适合微管的生长的微管蛋白适合微管的生长, , 低浓度的微管蛋白引起低浓度的微管蛋白引起GTPGTP的水解的水解, , 形成形成GDPGDP帽帽, , 使微管解聚使微管解聚 ◆◆ GTPGTP的低速水解适合于微管的连续生长的低速水解适合于微管的连续生长, ,而快速的水解造成微管而快速的水解造成微管的解聚细胞内的微管处于动态不稳定状态的解聚细胞内的微管处于动态不稳定状态( (dynamic instabilitydynamic instability).).GTP微管分子加到微管的末端微管分子加到微管的末端含含GDP微管的原纤维不微管的原纤维不稳定，从微管壁剥离稳定，从微管壁剥离畏缩中的微管畏缩中的微管生长中的微管生长中的微管微管分子与微管分子与GTP结合结合GTP帽帽聚合的速度快于聚合的速度快于GTP水解水解GDP微管释微管释放到胞质中放到胞质中微管分子与微管分子与GDP结合结合二、微管的组装二、微管的组装( (三三).).微管的组装过程微管的组装过程微管组装过程与踏车行为的模式图微管组装过程与踏车行为的模式图( (a a) )原纤维组装原纤维组装( (c c) )微管延伸微管延伸( (b b) )侧面层组装侧面层组装       19721972年，年，Richard Richard WeisenbergWeisenberg从小鼠分离微管蛋从小鼠分离微管蛋白白——体外组装体外组装: : +-             踏踏 车车                                                                                              微管的体外组装微管的体外组装: :微管组装和去组装：踏车现象微管组装和去组装：踏车现象   微管组织中心微管组织中心( (MTOCMTOC) )：微管在生理状态：微管在生理状态或实验处理解聚后重新装配的发生处称为微或实验处理解聚后重新装配的发生处称为微管组织中心（管组织中心（microtubule organizing microtubule organizing center, MTOCcenter, MTOC）。

 间期细胞间期细胞MTOCMTOC  中心体（动态微管）；中心体（动态微管）；  分裂细胞分裂细胞MTOCMTOC  有丝分裂纺锤体极（动有丝分裂纺锤体极（动态微管）；态微管）；  鞭毛纤毛细胞鞭毛纤毛细胞MTOCMTOC  基体基体( (永久性结构永久性结构) ); ;从中心粒的成核位点生长中的微管从中心粒的成核位点生长中的微管成核位点成核位点( (γγ- -微管蛋白环微管蛋白环) )成对的中心粒成对的中心粒the centrosome is the major MTOC of animal cellsthe centrosome is the major MTOC of animal cellsMT are nucleated by a protein complex containing-MT are nucleated by a protein complex containing-tubulintubulin三、微管相关蛋白三、微管相关蛋白( (一一).).微管相关蛋白微管相关蛋白的主要的主要 类型类型 微微管管微管蛋白微管蛋白类型类型I I MAPsMAPs微管结合微管结合蛋白蛋白( (微管微管相关蛋白相关蛋白) ) ( (MAPsMAPs) )微管聚合微管聚合 蛋白蛋白( (TuaTua) )MAP1AMAP1AMAP1BMAP1B类型类型II II MAPsMAPsMAP2MAP2MAP4MAP41 1. .碱性的微碱性的微管结合结构管结合结构域域2 2. .酸性的突酸性的突出结构域出结构域作用：作用：1 1. .抵抗解聚、稳定微管、在体外加速微管蛋白聚合。

抵抗解聚、稳定微管、在体外加速微管蛋白聚合2 2. .调节微管与其他细胞成分的相互关系调节微管与其他细胞成分的相互关系 NHNH2 2三、微管相关蛋白三、微管相关蛋白( (二二).).微管相关蛋白微管相关蛋白的主要的主要 功能功能   微管相关蛋白的主要微管相关蛋白的主要功能：功能：  对微管组装的调节控制作用；对微管组装的调节控制作用；  对细胞骨架结构的建立、稳定和增强作用对细胞骨架结构的建立、稳定和增强作用; ;  参与胞内物质的轨道定向转运过程参与胞内物质的轨道定向转运过程; ;  参与和介导细胞的信号转导参与和介导细胞的信号转导; ;四、微管的存在形式四、微管的存在形式1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313单管单管 A AB B二联管二联管 A AB BC C三联管三联管SEM MicrotubulesSEM MicrotubulesEM MicrotubulesEM Microtubules五、微管的主要功能五、微管的主要功能   构成细胞的网架支架，维持细胞的形构成细胞的网架支架，维持细胞的形态，固定和支持细胞器的位置态，固定和支持细胞器的位置；；   参与细胞的收缩与变形运动，是纤毛参与细胞的收缩与变形运动，是纤毛和鞭毛等细胞运动器官的主体结构成分和鞭毛等细胞运动器官的主体结构成分；；   参与细胞器的位移和细胞有丝分裂过参与细胞器的位移和细胞有丝分裂过程中染色体的定向移动；程中染色体的定向移动；   参与细胞内大分子颗粒物质及囊泡的参与细胞内大分子颗粒物质及囊泡的定向转送运输；定向转送运输；   参与细胞内的信号转导。

参与细胞内的信号转导细胞器的定位细胞器的定位深绿：微管深绿：微管浅兰：内质网浅兰：内质网黄色：高尔基体黄色：高尔基体上：内质网抗体染色上：内质网抗体染色下：微管抗体染色下：微管抗体染色上：高尔基抗体染色上：高尔基抗体染色下：微管抗体染色下：微管抗体染色分离的二联管分离的二联管常态的鞭毛常态的鞭毛鞭毛和纤毛的运动鞭毛和纤毛的运动机制机制动力蛋白引起微管滑动动力蛋白引起微管滑动 动力蛋白引起微动力蛋白引起微管弯曲管弯曲连接蛋白质连接蛋白质弯曲弯曲马达蛋白介导的纺锤体的行为马达蛋白介导的纺锤体的行为染色体染色体动粒动粒极微管的交错重叠极微管的交错重叠cAMP增加增加色素色素聚集聚集   许多两栖类的皮肤和鱼类的鳞片中含有特化的色素细胞许多两栖类的皮肤和鱼类的鳞片中含有特化的色素细胞, , 在神经和激素的控制下在神经和激素的控制下, , 这些细胞中的色素颗粒可在数秒钟内这些细胞中的色素颗粒可在数秒钟内迅速分布到细胞各处迅速分布到细胞各处, , 从而使皮肤颜色变黑从而使皮肤颜色变黑; ; 又能很快回到细又能很快回到细胞中心胞中心, , 而使皮肤颜色变浅而使皮肤颜色变浅, , 以适应环境的变化以适应环境的变化( (图图) )。

  研究发现研究发现, , 色素颗粒的运输是微管依赖性的色素颗粒的运输是微管依赖性的, , 色素颗粒实色素颗粒实际上是沿微管转运的际上是沿微管转运的 cAMP降低降低色素分散色素分散引擎（马达）蛋白（引擎（马达）蛋白（Motor proteinsMotor proteins））肌球蛋白肌球蛋白( (myosinsmyosins) )家族：以肌动蛋白纤维作为运行轨道家族：以肌动蛋白纤维作为运行轨道; ;驱动蛋白驱动蛋白( (kinesinskinesins) )家族家族: :动力蛋白动力蛋白( (dyneinsdyneins) )家族家族: :以微管作为运行轨道以微管作为运行轨道; ;运动方向运动方向：（：（- -））（（+ +））运动方向运动方向：（：（+ +））（（- -））驱动蛋白：是驱动蛋白：是19851985年从鱿鱼的年从鱿鱼的轴质轴质( (axonplasmaxonplasm) )中中分离的一种分离的一种发动机蛋白驱动蛋白是一个发动机蛋白驱动蛋白是一个大的复合蛋白，由几个不同的大的复合蛋白，由几个不同的结构域组成结构域组成, , 包括两条重链和包括两条重链和二条轻链二条轻链, , 总分子量为总分子量为380 380 kDakDa。

它有一对球形的头，是它有一对球形的头，是产生动力的产生动力的“电机电机”; ; 还有一还有一个扇形的尾，是货物结合部位个扇形的尾，是货物结合部位体外实验证明驱动蛋白的运输体外实验证明驱动蛋白的运输具有方向性，从微管的具有方向性，从微管的(-)(-)端移端移向微管的向微管的(+)(+)端，是正端走向的端，是正端走向的微管发动机微管发动机( (plus end plus end directed directed microtublarmicrotublar motor motor) )重链重链轻链轻链铰合部铰合部头头杆杆尾尾 内膜系统中通过小泡进行的蛋白质运输内膜系统中通过小泡进行的蛋白质运输, , 都是都是以微管作为轨道的细胞质中以微管为轨道运输的以微管作为轨道的细胞质中以微管为轨道运输的发动机蛋白和它们运输的关系总结于下表和下图发动机蛋白和它们运输的关系总结于下表和下图类别类别运输物运输物运输方向运输方向细胞质驱动蛋白细胞质驱动蛋白 胞质溶胶小泡胞质溶胶小泡(+)(+)纺锤体驱动蛋白纺锤体驱动蛋白 纺锤体和星微管；中心粒；动粒纺锤体和星微管；中心粒；动粒(+)(+)或或(-)(-)细胞质动力蛋白细胞质动力蛋白在有丝分裂和减数分裂运输胞质在有丝分裂和减数分裂运输胞质小泡；动粒小泡；动粒(-)(-)轴丝动力蛋白轴丝动力蛋白纤毛和鞭毛中的单管纤毛和鞭毛中的单管(-)(-)高尔基体高尔基体膜泡膜泡胞质驱动蛋白胞质驱动蛋白胞质动力蛋白胞质动力蛋白纺锤体驱动蛋白纺锤体驱动蛋白( (KRPsKRPs) )线粒体线粒体溶酶体溶酶体溶酶体溶酶体细胞中微管介导的物质运输细胞中微管介导的物质运输 动力蛋白：动力蛋白： 发现于发现于19631963年，是年，是第一第一个与微管相关的发动机蛋白；个与微管相关的发动机蛋白；是与纤毛和鞭毛运动有关的发是与纤毛和鞭毛运动有关的发动机蛋白。

相对分子质量超过动机蛋白相对分子质量超过100kDa100kDa，由，由9-109-10个多肽链组个多肽链组成它有两个大的球形的头部，成它有两个大的球形的头部，是生成力的部位是生成力的部位 它在细胞中至少有两个功它在细胞中至少有两个功能：第一是有丝分裂中染色体能：第一是有丝分裂中染色体运动的力的来源；第二是作为运动的力的来源；第二是作为负端微管走向的发动机，担负负端微管走向的发动机，担负小泡和各种膜结合细胞器的运小泡和各种膜结合细胞器的运输任务细胞质动力蛋白在微输任务细胞质动力蛋白在微管上移动的方向与驱动蛋白相管上移动的方向与驱动蛋白相反，从正端移向负端反，从正端移向负端 激活素激活素动力蛋白激活蛋白复合体动力蛋白激活蛋白复合体轴突末端轴突末端驱动蛋白驱动蛋白动力蛋白动力蛋白细胞体细胞体重链重链轻链轻链530KDa 530KDa 胞质动力蛋白重链胞质动力蛋白重链Cytoplasmic dynein heavy chainCytoplasmic dynein heavy chainArp1,Arp1, ActinActinArp1Arp1, 肌动蛋白肌动蛋白AnkyrinAnkyrin锚蛋白锚蛋白SpectrinSpectrin 血影蛋白血影蛋白55KDa 55KDa 中间轻链中间轻链胞质动力蛋白结构示意图胞质动力蛋白结构示意图p150p150GluedGluedp135p135GluedGlued74kDa Intermediate 74kDa Intermediate chainchain74KDa74KDa 中间链中间链加帽蛋白加帽蛋白Capping Capping proteinproteinP50 DynamitinP50 Dynamitinp62p62第十五章第十五章 细胞骨架细胞骨架cytoskeletoncytoskeleton第二节第二节 微丝微丝一、微丝的主要组成及结构一、微丝的主要组成及结构( (一一).).微微丝的基本结构成分丝的基本结构成分   微丝微丝（（microfilamentmicrofilament）：是一类由蛋白纤维）：是一类由蛋白纤维组成的实心纤维细丝。

长短不一在细胞中可成束、组成的实心纤维细丝长短不一在细胞中可成束、成网或纤维状分散分布；成网或纤维状分散分布；Nucleus and Filamentous Nucleus and Filamentous ActinActin光镜下平滑肌细胞：兰色：细胞核，红色：肌动蛋白纤维光镜下平滑肌细胞：兰色：细胞核，红色：肌动蛋白纤维红色：线粒体红色：线粒体; ; 蓝色：微丝蓝色：微丝; 黄色：细胞核黄色：细胞核黄色：高尔基复合体黄色：高尔基复合体; ; 蓝色：微丝蓝色：微丝; 红色：细胞核红色：细胞核纤维状肌动蛋白纤维状肌动蛋白( (fibrous actin, F-actinfibrous actin, F-actin) )，为肌动蛋白聚合体，为肌动蛋白聚合体; ;  - -肌动蛋白肌动蛋白( (肌细胞肌细胞) )；；肌动蛋白肌动蛋白球状肌动蛋白球状肌动蛋白( (globular actin, G-actinglobular actin, G-actin) )，为肌动蛋白单体；单体呈哑铃形；，为肌动蛋白单体；单体呈哑铃形；成份：成份：类型类型 - -肌动蛋白肌动蛋白 - -肌动蛋白肌动蛋白肌细胞和非肌细胞；肌细胞和非肌细胞；根据等电点的不同：根据等电点的不同：一、微丝的主要组成及结构一、微丝的主要组成及结构( (二二).).微微丝的结构及组装丝的结构及组装G-actinG-actinF-actinF-actin+ +- - 踏踏 车车ATP CaATP Ca+ + 低低NaNa+ + K K+ +微丝的组装：微丝的组装：G-actin G-actin  F-actin F-actin  微丝微丝四聚体四聚体MgMg2+2+ 高高NaNa+ + K K+ +ATP, ArpATP, Arp肌动蛋白的踏车行为肌动蛋白的踏车行为Treadmilling of microfilamentTreadmilling of microfilament踏车行为：单体可同时在踏车行为：单体可同时在(+)(+)端添加，在端添加，在(-)(-)端分离。

端分离二、微丝结合蛋白及微丝特二、微丝结合蛋白及微丝特异性药物异性药物( (一一).).与肌肉收缩系统直接相关的与肌肉收缩系统直接相关的几种微丝结合蛋白几种微丝结合蛋白各类微丝结合蛋白各类微丝结合蛋白 Monomer-Monomer-sequesteringsequestering单体隔离单体隔离单体单体Cross-linkingCross-linking 交联交联Monomer polymerizing 单体聚合单体聚合单体核化单体核化MemrbraneMemrbrane-binding-binding 膜结合膜结合BundingBunding 成束成束DepolymerizingDepolymerizing 解聚解聚Filament-severingFilament-severing 纤维切断纤维切断End-End-blockingblocking( (CappingCapping) ) 封端封端( (加帽加帽) )肌纤维肌纤维( (肌节肌节) )TEMTEM照片照片1 1. .原肌球蛋白（原肌球蛋白（tropomyosintropomyosin, , TmTm））原肌球蛋白原肌球蛋白肌球蛋白丝肌球蛋白丝肌球蛋白分子肌球蛋白分子肌动蛋白丝肌动蛋白丝肌钙蛋白肌钙蛋白肌球蛋白头部肌球蛋白头部单体单体 ２２. .肌球蛋白肌球蛋白( (myosinmyosin) )：：ⅠⅠ、、ⅡⅡ和和ⅤⅤ型；型；ⅠⅠ型型ⅤⅤ型型参与细胞骨架与细胞膜的相互作用；参与细胞骨架与细胞膜的相互作用；ⅡⅡ型：型：参与肌丝的滑动；参与肌丝的滑动； ３３. .肌钙蛋白肌钙蛋白( (troponintroponin, , TnTn) )：：TnTn-C-C：：与与CaCa2+2+特异性地结合；特异性地结合；TnTn-T-T：：与与原肌球蛋白原肌球蛋白高高度亲合；度亲合；TnTn- -I I：：抑制抑制肌球蛋白肌球蛋白ATPATP的活性，调节肌肉的的活性，调节肌肉的收缩；收缩；myosinmyosinⅠ和和myosinmyosinⅡⅡ的功能的功能膜泡膜泡myosin myosin ⅡⅡmyosinmyosinⅠⅠmyosinmyosinⅠⅠmyosinmyosinⅠⅠ肌钙蛋白复合体肌钙蛋白复合体CaCa2+2+结合部位结合部位肌动蛋白肌动蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白肌球蛋白结合部位被阻断肌球蛋白结合部位被阻断；；肌肉不能收缩肌肉不能收缩肌球蛋白结合部位肌球蛋白结合部位肌球蛋白结合部位暴露肌球蛋白结合部位暴露；；肌肉能够收缩肌肉能够收缩钙离子加入钙离子加入二、微丝结合蛋白及微丝特二、微丝结合蛋白及微丝特异性药物异性药物( (二二).).与微丝的组装和功能调节密与微丝的组装和功能调节密切的其他微丝结合蛋白切的其他微丝结合蛋白P P132132 表表15-115-1二、微丝结合蛋白及微丝特二、微丝结合蛋白及微丝特异性药物异性药物( (三三).).微丝特异性药物微丝特异性药物  　　影响微丝聚合与解聚的特异性药物与离子：影响微丝聚合与解聚的特异性药物与离子： 　　细胞松弛素：特异性的破坏微丝组装（对肌细胞松弛素：特异性的破坏微丝组装（对肌纤维不起作用？）：同微丝的正端结合，并引起纤维不起作用？）：同微丝的正端结合，并引起F F- -肌动蛋白解聚，阻断亚基的进一步聚合；肌动蛋白解聚，阻断亚基的进一步聚合；  鬼笔环肽：稳定微丝、促进微丝聚合；抑制鬼笔环肽：稳定微丝、促进微丝聚合；抑制了微丝的解体，因而破坏了微丝聚合和解聚的动态了微丝的解体，因而破坏了微丝聚合和解聚的动态平衡；平衡；  在含在含ATPATP和和CaCa2+2+、低浓度的单价离子、低浓度的单价离子( (NaNa+ +、、K K+ +等等））溶液中微丝趋向解聚溶液中微丝趋向解聚，形成，形成G-actinG-actin; ;　　　　在含在含MgMg2+2+和高浓度的和高浓度的NaNa+ +、、K K+ +离子溶液中微离子溶液中微丝趋向聚合丝趋向聚合（（G-actinG-actin  F-actinF-actin））; ;三、微丝的主要功能三、微丝的主要功能 　　组成细胞骨架，组成细胞骨架，维持细胞形态维持细胞形态; ;细胞皮层细胞皮层：：微丝结合蛋微丝结合蛋白交联成的白交联成的三维凝胶样三维凝胶样网络。

网络细丝蛋白二聚体细丝蛋白二聚体应力纤维，其结构与骨骼肌细胞中的肌原纤维相似应力纤维，其结构与骨骼肌细胞中的肌原纤维相似核心肌动蛋白丝核心肌动蛋白丝( (通过绒通过绒毛蛋白、毛缘蛋白交联毛蛋白、毛缘蛋白交联) )微丝微丝( (细根细根) )质膜质膜-微丝连接微丝连接角蛋白中间丝角蛋白中间丝血影蛋白连接纤维血影蛋白连接纤维微绒毛微绒毛( (microvillusmicrovillus) ): :肠肠上皮细胞的指状突起，用上皮细胞的指状突起，用以增加肠上皮细胞表面积，以增加肠上皮细胞表面积，以利于营养的快速吸收以利于营养的快速吸收交联蛋白交联蛋白( (绒毛蛋白、毛缘蛋白绒毛蛋白、毛缘蛋白) )微绒毛微绒毛微丝束微丝束质膜质膜端网端网侧臂蛋白侧臂蛋白( (ⅠⅠ型肌球蛋白、型肌球蛋白、钙调蛋白钙调蛋白) )质膜质膜微丝正极微丝正极无定型的致密染色区无定型的致密染色区端网端网肌动蛋白丝束肌动蛋白丝束微绒毛微绒毛血影交联血影交联质膜质膜中间丝中间丝小肠上皮细胞的冰冻蚀刻电镜照片小肠上皮细胞的冰冻蚀刻电镜照片, ,示质膜顶端下方的端网示质膜顶端下方的端网锚定蛋白锚定蛋白 血影血影蛋白蛋白带带4.1原肌球蛋白原肌球蛋白肌动蛋白肌动蛋白带带3血型糖蛋白血型糖蛋白 Aββ血影血影蛋白蛋白红细胞质膜内侧红细胞质膜内侧的骨架结构的骨架结构   参与细胞质运动；参与细胞质运动；  肌肉收缩；肌肉收缩；  胞质环流、变形运动；胞质环流、变形运动；  胞质分裂；胞质分裂；   构成细胞间的连接装置构成细胞间的连接装置; ;Z盘盘Z盘盘收缩收缩松弛松弛细肌丝细肌丝( (肌动蛋白丝肌动蛋白丝) )肌节肌节粗肌丝粗肌丝( (肌球蛋白丝肌球蛋白丝) )thick and thin filaments sliding modelthick and thin filaments sliding model两个英国研究小组的科学家们提出滑动丝模型解两个英国研究小组的科学家们提出滑动丝模型解释肌收缩的机理。

他们推测释肌收缩的机理他们推测: :肌节的缩短并不是因肌节的缩短并不是因纤丝的缩短而引起纤丝的缩短而引起, , 而是由纤丝互相滑动所致而是由纤丝互相滑动所致细肌丝向肌节中央滑动细肌丝向肌节中央滑动, , 肌丝滑进了肌丝滑进了A A带之中导致带之中导致重叠部分增加重叠部分增加, , 使得使得I I带和带和H H带的宽度缩小带的宽度缩小, , 其结其结果是缩短了肌节，减少了肌纤维的长度果是缩短了肌节，减少了肌纤维的长度 胞质分裂胞质分裂：：收缩环收缩环由大量反向平行排列的微丝组成，其收由大量反向平行排列的微丝组成，其收缩机制是肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动缩机制是肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动肌动蛋白和肌球肌动蛋白和肌球蛋白纤维收缩环蛋白纤维收缩环卵裂沟卵裂沟第十五章第十五章 细胞骨架细胞骨架cytoskeletoncytoskeleton第三节第三节 中间纤维中间纤维   中间纤维中间纤维( (intermediate filamentintermediate filament) )：：  10nm10nm丝：丝：Ø Ø：：8-10nm8-10nm；；  中间中间( (等等) )纤维：大小介于粗肌丝和细肌丝之纤维：大小介于粗肌丝和细肌丝之间间( (或微管与微丝之间或微管与微丝之间) )；；  IFIF结构稳定：既不受秋水仙素也不受细胞松结构稳定：既不受秋水仙素也不受细胞松弛素弛素B B影响，并且也没有极性影响，并且也没有极性; ;IF in red and IF in red and GoljiGolji complex in yellow complex in yellow一、一、中间纤维中间纤维的类型的类型   角蛋白、结蛋白、波形纤维蛋白、胶质角蛋白、结蛋白、波形纤维蛋白、胶质原纤维酸性蛋白、神经纤丝蛋白：原纤维酸性蛋白、神经纤丝蛋白：  具有组织特异性，不同类型细胞含不同具有组织特异性，不同类型细胞含不同IFIF；；  通常一种细胞含有一种通常一种细胞含有一种IFIF，少数含，少数含2 2种以上种以上; ;  肿瘤细胞转移后仍保留源细胞的肿瘤细胞转移后仍保留源细胞的IFIF; ;   角蛋白角蛋白( (keratinkeratin) )：：  表皮细胞特有，分表皮细胞特有，分αα和和ββ两类，两类，ββ型存在于型存在于细胞中，细胞中，αα型构成头发、指甲；型构成头发、指甲；  单体分为：酸性角蛋白单体分为：酸性角蛋白(I(I型型) )、中性或碱性、中性或碱性角蛋白角蛋白(Ⅱ(Ⅱ型型) )。

通过两者的异二聚体形成角蛋白纤通过两者的异二聚体形成角蛋白纤维；维；角蛋白角蛋白( (KeratinKeratin) )Keratin filaments of epithelial cells are tightly anchored to Keratin filaments of epithelial cells are tightly anchored to the plasma membranes at the plasma membranes at desmosomesdesmosomes and and hemidesmosomeshemidesmosomes. .角蛋白纤维角蛋白纤维中间纤维中间纤维桥粒斑蛋白桥粒斑蛋白整联蛋白整联蛋白致密斑块致密斑块斑块斑块钙黏着蛋白钙黏着蛋白网蛋白网蛋白中间纤维参与粘着连接中的桥粒连接和半桥粒连接中间纤维参与粘着连接中的桥粒连接和半桥粒连接钙黏着蛋白钙黏着蛋白锚定于胞质斑块锚定于胞质斑块上的角蛋白丝上的角蛋白丝附着蛋白构成附着蛋白构成的胞质斑块的胞质斑块连接两个细胞连接两个细胞的桥粒的桥粒角蛋白丝角蛋白丝   结蛋白结蛋白( (desmindesmin) )：又称骨骼蛋白：又称骨骼蛋白( (skeletinskeletin),),存在于肌肉细胞中，主要功能是使肌纤维连在一起；存在于肌肉细胞中，主要功能是使肌纤维连在一起；   波形纤维蛋白波形纤维蛋白( (vimentinvimentin) )：存在于间充质细：存在于间充质细胞及中胚层来源的细胞中；胞及中胚层来源的细胞中；   胶质原纤维酸性蛋白胶质原纤维酸性蛋白( (glialglial fibrillaryfibrillary acidic acidic proteinprotein) )：存在于星形神经胶质细胞和许旺细胞：存在于星形神经胶质细胞和许旺细胞, ,起起支撑作用；支撑作用；   神经纤丝蛋白神经纤丝蛋白( (neurofilamentneurofilament protein protein) )：是由：是由三种分子量不同的多肽组成的异聚体，功能是提供三种分子量不同的多肽组成的异聚体，功能是提供弹性使神经纤维易于伸展和防止断裂；弹性使神经纤维易于伸展和防止断裂；波形蛋白波形蛋白中等纤维的类型和分布中等纤维的类型和分布类类型型名名 称称分子量分子量( (kDakDa) )多肽数多肽数组织分布组织分布I I酸性角蛋白酸性角蛋白40-5740-57 1515上皮细胞上皮细胞ⅡⅡ碱性角蛋白碱性角蛋白 53-6753-67 1515上皮细胞上皮细胞ⅢⅢ结蛋白结蛋白 53 53 1 1肌细胞肌细胞胶质纤维酸性蛋白胶质纤维酸性蛋白 50 50 1 1胶质细胞和星形细胞胶质细胞和星形细胞波形蛋白波形蛋白57 57 1 1间充质细胞间充质细胞外周蛋白外周蛋白 57 57 1 1神经元神经元ⅣⅣ神经纤维蛋白神经纤维蛋白 62-11062-1103 3成熟的外周和中枢神经元成熟的外周和中枢神经元InternexinInternexin66661 1发育中的中枢神经系统发育中的中枢神经系统V V核纤层蛋白核纤层蛋白A.B.C A.B.C 66-7066-703 3真核细胞真核细胞ⅥⅥ巢蛋白巢蛋白( (nestinnestin) )2402401 1中枢神经系统干细胞中枢神经系统干细胞二、二、中间纤维中间纤维的分子结构的分子结构与组装与组装( (一一).).中间纤维中间纤维蛋白蛋白的分子结构的分子结构中等纤维的基本组成单位中等纤维的基本组成单位——中等纤维单体中等纤维单体中等纤维单体中等纤维单体共同结构域共同结构域 - -螺旋杆状区螺旋杆状区非螺旋区非螺旋区：：310310个氨基酸残基个氨基酸残基( (I-IVI-IV型和型和VIVI型型IFIF) )或或356356个氨基个氨基酸残基酸残基( (V V型型IFIF) )组成。

组成头部头部( (N N- -端端) )尾部尾部( (C C- -端端) )头部头部（（N N-端端））N N-端端C C-端端L L1 1连连接接区区L L1212连连接接区区L L2 2连连接接区区 10 16-17 810 16-17 81A 1A  - -螺旋螺旋1B1B  - -螺旋螺旋2A2A - -螺旋螺旋2B 2B  - -螺旋螺旋35 101 19 12135 101 19 121 COOH COOHNHNH2 2NHNH2 2尾部尾部（（C C-端端））杆状区杆状区二、二、中间纤维中间纤维的分子结构的分子结构与组装与组装( (二二).).中间纤维的组装中间纤维的组装中等纤维的组装：中等纤维的组装：单体单体二聚体二聚体超螺旋超螺旋COOH单体单体NH2COOHCOOH二聚体二聚体NH2NH2COOHCOOHNH2NH2四聚体四聚体NH2NH2COOHCOOH四聚体四聚体原丝原丝八聚体八聚体中等纤维中等纤维原丝原丝八聚体八聚体原纤维原纤维中等纤维中等纤维三、三、中间纤维中间纤维结合蛋白结合蛋白   中间纤维结合蛋白（中间纤维结合蛋白（intermediate intermediate filament associated proteinfilament associated protein, , IFAP IFAP）：）：  已知的已知的IFAPsIFAPs约约1515种左右，分别与特定的中种左右，分别与特定的中间纤维结合，如：间纤维结合，如：flanggrinflanggrin、、PlectinPlectin、、AnkyrinAnkyrin; ;  特点：具有细胞特异性特点：具有细胞特异性; ;   功能：功能：  使中间纤维交联成束、成网；使中间纤维交联成束、成网；  把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上；；四、四、中间纤维中间纤维的主要功能的主要功能   增强细胞抗机械压力的能力增强细胞抗机械压力的能力; ;   支架作用，特别是对细胞核的定位和固定；支架作用，特别是对细胞核的定位和固定；   与微管、微丝一起定向运输物质；与微管、微丝一起定向运输物质；   角蛋白参与桥粒的形成和维持角蛋白参与桥粒的形成和维持；；   结蛋白纤维是肌肉结蛋白纤维是肌肉Z Z盘的重要结构组分，对于盘的重要结构组分，对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用；；   神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用；；   与与mRNAmRNA的运输有关，并对的运输有关，并对mRNAmRNA在细胞内的在细胞内的定位和翻译有决定性的作用；定位和翻译有决定性的作用；   参与细胞内的信号转导，影响参与细胞内的信号转导，影响DNADNA的复制和的复制和转录；转录；中间丝中间丝连接两个细胞的桥粒连接两个细胞的桥粒核基质纤丝与核纤层的结合核基质纤丝与核纤层的结合核纤层核纤层核基质纤丝核基质纤丝细胞质细胞质细胞核细胞核细胞质骨架三种组分的比较细胞质骨架三种组分的比较微微 丝丝 中等纤维中等纤维 微微 管管 纤维直径纤维直径 5 5～～6 6㎚㎚1010㎚㎚2222～～2525㎚㎚单体单体球蛋白球蛋白杆状蛋白杆状蛋白 ββ球蛋白球蛋白结合核苷酸结合核苷酸ATP-G-ATP-G-actinactin无无2GTP2GTP/ / ββ二聚体二聚体结构结构双链螺旋双链螺旋8 8个个4 4聚体或聚体或4 4个个8 8聚体聚体组成的空心管状纤维组成的空心管状纤维1313根原纤丝组成空根原纤丝组成空心管状纤维心管状纤维极性极性有有无无有有组织特异性组织特异性无无有有无无蛋白库蛋白库有有无无有有踏车行为踏车行为有有无无有有动力结合蛋白动力结合蛋白 肌球蛋白肌球蛋白无无驱动或驱动或( (动力动力) )蛋白蛋白特异性药物特异性药物细胞松驰素细胞松驰素鬼笔环肽鬼笔环肽秋水仙素，长春花秋水仙素，长春花碱，紫杉酚碱，紫杉酚第十五章第十五章 细胞骨架细胞骨架cytoskeletoncytoskeleton第四节第四节 中心体和中心粒中心体和中心粒光镜下蝾螈光镜下蝾螈白细胞中心白细胞中心粒模式图粒模式图一、中心粒的亚微结构一、中心粒的亚微结构 中中心心粒粒结结构构模模式式图图 A A：在三联体附近有中心粒卫星：在三联体附近有中心粒卫星; ; B B：风车状的中心粒有时出现细丝状结构：风车状的中心粒有时出现细丝状结构; ;二、中心体和中心粒的二、中心体和中心粒的功能功能从中心粒的成核位点生长中的微管从中心粒的成核位点生长中的微管成核位点成核位点( (γγ- -微管蛋白环微管蛋白环) )成对的中心粒成对的中心粒the centrosome is the major MTOC of animal cellsthe centrosome is the major MTOC of animal cellsMT are nucleated by a protein complex containing-MT are nucleated by a protein complex containing-tubulintubulin三、中心粒的起源三、中心粒的起源中心体的复制周期中心体的复制周期第十五章第十五章 细胞骨架细胞骨架cytoskeletoncytoskeleton第五节第五节 鞭毛与纤毛及其运动鞭毛与纤毛及其运动一、纤毛的形态结构一、纤毛的形态结构ultrastructure of a eukaryotic flagellum or ultrastructure of a eukaryotic flagellum or ciliumcilium纤毛纤毛外侧二联体外侧二联体放射辐放射辐中央鞘中央鞘中央微管中央微管基体基体Basal body structureBasal body structure 纤毛和鞭毛都含有一个规则排列的由微管相互连接形成的骨架，称纤毛和鞭毛都含有一个规则排列的由微管相互连接形成的骨架，称为轴丝为轴丝( (axonemeaxoneme) )。

轴丝的外面由膜包裹组成轴丝的微管呈规律性排轴丝的外面由膜包裹组成轴丝的微管呈规律性排列，即列，即9 9组二联管在周围成等距离地排列成一圈组二联管在周围成等距离地排列成一圈, , 中央有两根单个的微中央有两根单个的微管管, , 成为成为““9+29+2””的微管形式的微管形式 中央的两个微管之间由细丝相连中央的两个微管之间由细丝相连, , 外包有中央鞘周围的外包有中央鞘周围的9 9组二联组二联管管, , 近中央的一根称为近中央的一根称为A A管管, , 另一条为另一条为B B管三、纤毛和鞭毛的运动三、纤毛和鞭毛的运动纤毛和鞭毛的纤毛和鞭毛的运动形式运动形式   纤毛和鞭毛的运动机制纤毛和鞭毛的运动机制: : 微管滑动模型微管滑动模型( (sliding-microtubule sliding-microtubule modelmodel) )   学说主要内容学说主要内容：：纤毛和鞭毛的动力蛋白头部与相邻二联管的纤毛和鞭毛的动力蛋白头部与相邻二联管的B B微管接触，促进同动力蛋白结合的微管接触，促进同动力蛋白结合的ATPATP水解，并释放水解，并释放ADPADP和和PiPi; ; 由由于于ATPATP水解，改变了水解，改变了A A微管动力蛋白头部的构象，促使头部朝向相邻微管动力蛋白头部的构象，促使头部朝向相邻二联管的正极滑动，使相邻二联管之间产生弯曲力；新的二联管的正极滑动，使相邻二联管之间产生弯曲力；新的ATPATP结合，结合，促使动力蛋白头部与相邻促使动力蛋白头部与相邻B B微管脱离；微管脱离；ATPATP水解，使动力蛋白头部水解，使动力蛋白头部的角度复原；带有水解产物的动力蛋白头部与相邻二联管的的角度复原；带有水解产物的动力蛋白头部与相邻二联管的B B微管微管上的另一位点结合，开始下一个循环。

上的另一位点结合，开始下一个循环 分离的二联管分离的二联管常态的鞭毛常态的鞭毛鞭毛和纤毛的运动鞭毛和纤毛的运动机制机制动力蛋白引起微管滑动动力蛋白引起微管滑动 动力蛋白引起微动力蛋白引起微管弯曲管弯曲连接蛋白质连接蛋白质弯曲弯曲。