第十二章细胞骨架ppt课件.ppt

第十二章第十二章 细胞骨架细胞骨架(cytoskeleton)(cytoskeleton)•概念概念• 细胞骨架是指真核细胞质中的蛋白细胞骨架是指真核细胞质中的蛋白质纤维网架体系它对于细胞的外形、质纤维网架体系它对于细胞的外形、细胞的运动、细胞内物质的运输、染色细胞的运动、细胞内物质的运输、染色体的分别和细胞分裂等起着重要的作用体的分别和细胞分裂等起着重要的作用 •细胞骨架的发现过程细胞骨架的发现过程• 最初人们以为细胞质中无有形构最初人们以为细胞质中无有形构造，但许多生命景象，如细胞运动、细造，但许多生命景象，如细胞运动、细胞外形的维持等，难以得到解释胞外形的维持等，难以得到解释• 1928年，人们提出了细胞骨架的原年，人们提出了细胞骨架的原始概念• 1954年，在电镜下初次看到了细胞年，在电镜下初次看到了细胞中的微管，但在此时，电镜制片还只能中的微管，但在此时，电镜制片还只能用锇酸或高锰酸钾在低温条件下来固定，用锇酸或高锰酸钾在低温条件下来固定，在这样的条件下细胞骨架常发生聚集景在这样的条件下细胞骨架常发生聚集景象，因此被破坏。

象，因此被破坏• 1963年，采用戊二醛常温固定后，年，采用戊二醛常温固定后，才广泛的地察看到种类细胞骨架的存在，才广泛的地察看到种类细胞骨架的存在，并正式命名为一种细胞器并正式命名为一种细胞器•细胞骨架的成分细胞骨架的成分• 微管微管(microtubules)• 微丝微丝(microfilaments)• 中间纤维中间纤维(intermediate filaments)• • 广义上的细胞骨架还包括核骨广义上的细胞骨架还包括核骨架、核纤层和细胞外基质架、核纤层和细胞外基质第一节第一节 微微 管管(microtubules)(microtubules)•微管的普通特征微管的普通特征•微管的组成：由微管蛋白和微管结微管的组成：由微管蛋白和微管结合蛋白合蛋白• 组成•微管的外形：为中空的管状构造微管的外形：为中空的管状构造•根本功能：细胞器的定位和物质运根本功能：细胞器的定位和物质运输•微管组成的细胞器：纤毛、鞭毛、微管组成的细胞器：纤毛、鞭毛、基体、基体、• 中心体、纺缍体中心体、纺缍体等。

等一、微管是由微管蛋白组成的中空小管一、微管是由微管蛋白组成的中空小管•微管的外形：中空的管状构造，内径微管的外形：中空的管状构造，内径15nm，厚，厚5nm•微管的成分：微管由两种蛋白组成，即微管的成分：微管由两种蛋白组成，即α蛋蛋白和白和β蛋白，它们构成一个异源二聚体蛋白，它们构成一个异源二聚体• 在微管的成分中还有一种在微管的成分中还有一种γ-微管蛋白，该成微管蛋白，该成员位于微管组织中心，对微管的构成、微管员位于微管组织中心，对微管的构成、微管的数量和位置、微管极性确实定及细胞分裂的数量和位置、微管极性确实定及细胞分裂起重要作用起重要作用•微管的动态性：微管是以异二聚体为单微管的动态性：微管是以异二聚体为单位，可自在组装和装配位，可自在组装和装配•微管的极性：微管具有极性，微管的极性：微管具有极性，+极极(plus end)生长速度快，生长速度快，-极极(minus end)生长生长速度慢，也就是说微管蛋白在速度慢，也就是说微管蛋白在+极的添极的添加速度高于加速度高于-极极的最外端是极的最外端是β球蛋球蛋白，白，-极的最外端是极的最外端是α球蛋白•微管在细胞中的三种存在方式：微管在细胞中的三种存在方式：• 分为单管、二联管和三联管。

分为单管、二联管和三联管• 单管：由单管：由13根原纤维组成，是细胞质根原纤维组成，是细胞质中常见的方式，其构造不稳定，易受环中常见的方式，其构造不稳定，易受环境要素而降解境要素而降解• 二联管：由二联管：由A，，B两根单管组成，两根单管组成，A管管由由13根原纤维，根原纤维，B管有管有10根原纤维，与根原纤维，与A管共用管共用3根原纤维，主要分布于纤毛、鞭根原纤维，主要分布于纤毛、鞭毛内• 三联管：由三联管：由A，，B，，C三根单管组成，三根单管组成，A管有管有13根原纤维，根原纤维，B、、C各有各有10根原纤根原纤维，主要分布于中心粒及鞭毛和纤毛的维，主要分布于中心粒及鞭毛和纤毛的基体中 二、微管结合蛋白二、微管结合蛋白(microtubule-associaded protein MAP)• MAP：是与微管结合的辅助蛋白，并与微管共存，参与微管的装配三、微管处于组装和去组装三、微管处于组装和去组装• 微管本身大多数情况下是不稳定的，需求进展装配和去装配，普通用踏车实际和非稳态动力学模型来进展解释• 微管的组装过程可分三个过程：延迟期、聚合期和稳定期。

延迟期又分叫成核期㈠微管装配的起始点是微管组织中心㈠微管装配的起始点是微管组织中心 微管组织中心微管组织中心(microtubule organizing center MTOC)：是微管构成的中心位点，：是微管构成的中心位点，微管的组装由此开场，常见的微管组织微管的组装由此开场，常见的微管组织中心为中心体和纤毛的基体中心为中心体和纤毛的基体 微管组织中心的作用：是协助细胞质微管组织中心的作用：是协助细胞质中的微管在装配过程中成核，接着微管中的微管在装配过程中成核，接着微管从微管组织中心开场生长从微管组织中心开场生长 γ蛋白的作用：蛋白的作用： γ蛋白普通构成蛋白普通构成γ微管蛋微管蛋白环形复合体，它可刺激微管中心构成，白环形复合体，它可刺激微管中心构成，并包裹微管蛋白的负端防止微管蛋白的并包裹微管蛋白的负端防止微管蛋白的渗入•中心体中心体(centrosome)：：•⑴⑴中心体的构造：中心体的构造： 中心体位于细胞核中心体位于细胞核的附近，在细胞有丝分裂时位于细胞的的附近，在细胞有丝分裂时位于细胞的两级，中心体包括两个中心粒和中心粒两级，中心体包括两个中心粒和中心粒旁物质。

它是细胞内重要的微管组织中旁物质它是细胞内重要的微管组织中心•⑵⑵中心体的功能：是细胞中决议微管中心体的功能：是细胞中决议微管构成的一种细胞器，它与细胞的有丝分构成的一种细胞器，它与细胞的有丝分裂关系亲密，主要参与纺缍体的构成裂关系亲密，主要参与纺缍体的构成㈡微管的体外组装㈡微管的体外组装 在适当的情况下，微管可以在实验室在适当的情况下，微管可以在实验室中组装 在实验室中微管组装的条件：微管蛋在实验室中微管组装的条件：微管蛋白的浓度、白的浓度、pH值和温度是主要条件，值和温度是主要条件，GTP是重要的调理微管组装的物质，是重要的调理微管组装的物质，同时还是微管合成时的供能物质同时还是微管合成时的供能物质经过微管的体外组装，可以更好的研经过微管的体外组装，可以更好的研讨微管的组装机理及影响微管组装的讨微管的组装机理及影响微管组装的要素㈢微管的体内装配㈢微管的体内装配 微管在细胞中的组装主要是在微管在细胞中的组装主要是在γ微管微管蛋白环形复合体，它位于微管组织中蛋白环形复合体，它位于微管组织中心，是集结异二聚体的中心，微管从心，是集结异二聚体的中心，微管从此生长和延伸它与微管的负端结合，此生长和延伸。

它与微管的负端结合，而使负端稳定而使负端稳定㈣影响微管组装和去组装的要素㈣影响微管组装和去组装的要素 包括包括GTP浓度、温度、浓度、温度、 pH值、离子浓值、离子浓度、微管蛋白临界浓度、药物等度、微管蛋白临界浓度、药物等 常见的影响微管蛋白组装和去组装的药常见的影响微管蛋白组装和去组装的药物：紫杉花醇、秋水仙碱、长春花碱等物：紫杉花醇、秋水仙碱、长春花碱等它们在细胞生物学的研讨中和肿瘤治疗的它们在细胞生物学的研讨中和肿瘤治疗的临床运用中都有着重要的意义临床运用中都有着重要的意义四、微管的主要功能四、微管的主要功能㈠支持和维持㈠支持和维持细胞的形状细胞的形状 微管不能微管不能收缩，有一定收缩，有一定的强度，是支的强度，是支撑和维持细胞撑和维持细胞外形的主要物外形的主要物质㈡参与中心粒、纤毛和鞭毛的组成㈡参与中心粒、纤毛和鞭毛的组成 中心粒是动物细胞中的主要微管组织中心粒是动物细胞中的主要微管组织中心，在有丝分裂的间期，主要是维持中心，在有丝分裂的间期，主要是维持细胞的外形和协助物质运输；在分裂期细胞的外形和协助物质运输；在分裂期组织纺缍体的构成，并与染色体的挪动组织纺缍体的构成，并与染色体的挪动有亲密关系。

有亲密关系 在电镜在电镜下可见中下可见中心粒由心粒由9组组三联体微三联体微管组成•纤毛与鞭毛：都细胞外表的运动器官，二者构纤毛与鞭毛：都细胞外表的运动器官，二者构造根本一样，在电镜下都可见造根本一样，在电镜下都可见9+2的构造，中的构造，中央为二联微管称为中央微管，周围有央为二联微管称为中央微管，周围有9组二联微组二联微管• 在鞭毛的基体与中心体类似，由三联管组成，没有中央微管㈢参与细胞内物质运输㈢参与细胞内物质运输 细胞内的许多物质的运输都是在细胞内的许多物质的运输都是在微管的协助下完成的，包括一些细胞微管的协助下完成的，包括一些细胞的挪动都与微管有关的挪动都与微管有关 微管参与物质运输主要是由马达微管参与物质运输主要是由马达蛋白来完成，它可分两大类：胞质动蛋白来完成，它可分两大类：胞质动力蛋白力蛋白(cytoplasmic dynein)和驱动和驱动蛋白蛋白(kinesin)两类蛋白都具有两类蛋白都具有ATP酶的活性，并都有将物质沿微管酶的活性，并都有将物质沿微管滑动的功能滑动的功能 微管动力蛋白微管动力蛋白 微管驱动蛋白微管驱动蛋白㈣维持细胞内细胞器的定位和分布㈣维持细胞内细胞器的定位和分布㈤参与染色体的运动调理细胞分割㈤参与染色体的运动调理细胞分割㈥参与细胞内信号转导㈥参与细胞内信号转导第二节第二节 微丝微丝(microfilament (microfilament MF)MF)•微丝的成分：微丝还可称为肌动蛋白纤维微丝的成分：微丝还可称为肌动蛋白纤维(actin filament)，是由肌动蛋白，是由肌动蛋白(actin)组组成的细丝。

成的细丝•微丝分布情况：在肌肉细胞中占细胞总蛋微丝分布情况：在肌肉细胞中占细胞总蛋白的白的10%，构造稳定，组成了肌细胞的收，构造稳定，组成了肌细胞的收缩单位，在非肌肉细胞中，分布均散，构缩单位，在非肌肉细胞中，分布均散，构造与微管一样不稳定造与微管一样不稳定一、微丝构造的特点一、微丝构造的特点•微丝的主要成分是肌动蛋白•微丝的电镜构造：呈细丝状，比微管短的多，但在细胞中微丝多数成束或与其它细胞构造复合在一同• 肌动蛋白是一个由肌动蛋白是一个由375个氨基酸组成的单个氨基酸组成的单链多肽，与一分子的链多肽，与一分子的ATP相连称为球形相连称为球形-肌动蛋白微丝是由球形肌动蛋白微丝是由球形-肌动蛋白构成的肌动蛋白构成的聚合体，也称纤维状聚合体，也称纤维状-肌动蛋白微丝的构肌动蛋白微丝的构造也具有极性，有正负极之分造也具有极性，有正负极之分二、微丝的结合蛋白二、微丝的结合蛋白• 微丝结合蛋白的种类要比微管结合蛋白的种类多，且功能复杂目前在肌肉细胞和非肌细胞中曾经分别出了100多种不同类型的微丝结合蛋白• ㈠单体隔离蛋白• ㈡交联蛋白• ㈢末端阻断蛋白• ㈣纤维切割蛋白• ㈤肌动蛋白纤维去聚合蛋白• ㈥膜结合蛋白三、肌动蛋白微丝的装配过程三、肌动蛋白微丝的装配过程•微丝的组装过程与微管类似，多数情况下，其组装过程用踏车行为来解释。

•微丝的组装过程分三个步骤：微丝的组装过程分三个步骤：• 即成核期、生长或延伸期、平衡期即成核期、生长或延伸期、平衡期• 成核期与微管不同，微丝的成核作用是成核期与微管不同，微丝的成核作用是发生在质膜上，这一过程还遭到细胞外部信发生在质膜上，这一过程还遭到细胞外部信号的调理微丝组装的动力来自于号的调理微丝组装的动力来自于ATP•影响微丝组装和去组装的要素：影响微丝组装和去组装的要素：• 球形球形-肌动蛋白的临界浓度，肌动蛋白的临界浓度，ATP、、Ga2+、、Na+、、K+的浓度及药物的影响的浓度及药物的影响• 影响微丝组装、去组装的主要药物成分影响微丝组装、去组装的主要药物成分有细胞松驰素有细胞松驰素B等四、微丝的功能四、微丝的功能㈠构成细胞的支架㈠构成细胞的支架 微丝不能单独发扬作用，必需在构微丝不能单独发扬作用，必需在构成网络构造或成束状构造时才干发扬作成网络构造或成束状构造时才干发扬作用 微绒毛的形状构造特征：微绒毛是细微绒毛的形状构造特征：微绒毛是细胞外表的一种特化构造，其中心是由胞外表的一种特化构造，其中心是由20-30个同向平行的微丝组成束状构造个同向平行的微丝组成束状构造其中有微丝结合蛋白绒毛蛋白和毛缘蛋其中有微丝结合蛋白绒毛蛋白和毛缘蛋白。

另外还有肌球蛋白白另外还有肌球蛋白-1和钙调蛋白将和钙调蛋白将微丝与绒毛处的质膜相连正是由于微微丝与绒毛处的质膜相连正是由于微丝及其结合蛋白的存在，才使得微绒毛丝及其结合蛋白的存在，才使得微绒毛的外形得以维持的外形得以维持㈡参与细胞的运动㈡参与细胞的运动 细胞整体的挪动和位置改动主要是细胞整体的挪动和位置改动主要是在微丝的作用下完成的，如变形虫、巨在微丝的作用下完成的，如变形虫、巨噬细胞和白细胞以及器官发生时的胚胎噬细胞和白细胞以及器官发生时的胚胎细胞等㈢参与细胞分裂㈢参与细胞分裂 在有丝分裂的末期，细胞膜沿赤道在有丝分裂的末期，细胞膜沿赤道面向内收缩，这一过程主要是在由微面向内收缩，这一过程主要是在由微丝组成的收缩环的作用下完成的丝组成的收缩环的作用下完成的㈣参与肌肉收缩㈣参与肌肉收缩 肌肉细胞的收缩与微丝关系非常亲肌肉细胞的收缩与微丝关系非常亲密骨骼肌收缩的根本构造单位骨骼肌收缩的根本构造单位——肌小肌小节：节： 肌小节的主要成分是肌原纤维，电肌小节的主要成分是肌原纤维，电镜下可见肌原纤维由粗肌丝和细肌丝镜下可见肌原纤维由粗肌丝和细肌丝组成。

粗肌丝的成分是肌球蛋白，细组成粗肌丝的成分是肌球蛋白，细肌丝主要成分是肌动蛋白，并辅以原肌丝主要成分是肌动蛋白，并辅以原肌球蛋白和肌钙蛋白，组成肌动蛋白肌球蛋白和肌钙蛋白，组成肌动蛋白丝•肌小节图解：肌小节图解：•肌球蛋白〔肌球蛋白〔myosin〕〕• 属于马达蛋白，可利用属于马达蛋白，可利用ATP产活力械能，产活力械能，趋向微丝的〔趋向微丝的〔+〕极运动，最早发现于肌肉组〕极运动，最早发现于肌肉组织织(myosin II)，，1970s后逐渐发现许多非肌细后逐渐发现许多非肌细胞的胞的myosin，目前知的有，目前知的有15种类型〔种类型〔myosin I-XV〕• Myosin II是构成肌纤维的主要成分之一是构成肌纤维的主要成分之一由两个重链和由两个重链和4个轻链组成，重链构成一个双个轻链组成，重链构成一个双股股α螺旋，一半呈杆状，另一半与轻链一同折螺旋，一半呈杆状，另一半与轻链一同折叠成两个球形区域，位于分子一端，球形的叠成两个球形区域，位于分子一端，球形的头部具有头部具有ATP酶活性酶活性•原肌球蛋白原肌球蛋白• 原肌球蛋白〔原肌球蛋白〔tropomyosin.Tm〕分子〕分子量量64KD，是由两条平行的多肽链扭成螺，是由两条平行的多肽链扭成螺旋，每个旋，每个Tm的长度相当于的长度相当于7个肌动蛋白，个肌动蛋白，呈长杆状。

原肌球蛋白与肌动蛋白结合，呈长杆状原肌球蛋白与肌动蛋白结合，位于肌动蛋白双螺旋的沟中，主要作用是位于肌动蛋白双螺旋的沟中，主要作用是加强和稳定肌动蛋白丝，抑制肌动蛋白与加强和稳定肌动蛋白丝，抑制肌动蛋白与肌球蛋白结合肌球蛋白结合•肌钙蛋白肌钙蛋白• 肌钙蛋白〔肌钙蛋白〔troponin,Tn〕，分子量〕，分子量80KD，含三个亚基，肌钙蛋白，含三个亚基，肌钙蛋白C特异地特异地与钙结合，肌钙蛋白与钙结合，肌钙蛋白T与原肌球蛋白有高与原肌球蛋白有高度亲和力，肌钙蛋白度亲和力，肌钙蛋白I抑制肌球蛋白的抑制肌球蛋白的ATP酶活性，细肌丝中每隔酶活性，细肌丝中每隔40nm就有一就有一个肌钙蛋白复合体个肌钙蛋白复合体•肌肉收缩的原理肌肉收缩的原理——滑动丝模型：滑动丝模型：• 肌肉的收缩是由于粗肌丝〔肌球蛋白〕肌肉的收缩是由于粗肌丝〔肌球蛋白〕与细肌丝之间相互滑动的结果，粗肌丝上伸与细肌丝之间相互滑动的结果，粗肌丝上伸出的横桥与相邻细肌丝衔接，在肌细胞收缩出的横桥与相邻细肌丝衔接，在肌细胞收缩时横桥可推进肌动蛋白〔细丝〕与粗丝〔肌时横桥可推进肌动蛋白〔细丝〕与粗丝〔肌球蛋白〕的滑行。

球蛋白〕的滑行• 肌细胞的收缩可分五个步骤：肌细胞的收缩可分五个步骤：• ⑴⑴接合，接合，⑵⑵释放，释放，⑶⑶直立，直立，⑷⑷力产生，力产生，• ⑸⑸重新结合重新结合㈤参与细胞内物质运输㈥参与细胞内信号传送五、细胞内微丝收缩构造五、细胞内微丝收缩构造㈠收缩环㈠收缩环-非肌肉细胞内的瞬时性肌肉样构非肌肉细胞内的瞬时性肌肉样构造造㈡应力纤维是由微丝与肌球蛋白㈡应力纤维是由微丝与肌球蛋白-II组装的组装的另一种不稳定性收缩束另一种不稳定性收缩束㈢粘着带是非肌肉细胞的一种相对稳定的构㈢粘着带是非肌肉细胞的一种相对稳定的构造造第三节第三节 中中 间间 丝丝(intermediate filaments, (intermediate filaments, IF)IF)•中间丝的概略：中间丝的概略：• 中间丝发现于中间丝发现于20世纪世纪60年代中期，年代中期，当时在哺乳动物细胞中发现一种当时在哺乳动物细胞中发现一种10nm的纤维，因直径介于粗纤丝和的纤维，因直径介于粗纤丝和细纤丝之间，故命名为中间丝细纤丝之间，故命名为中间丝。

一、中间纤维是丝状蛋白多聚体一、中间纤维是丝状蛋白多聚体• 中间丝的构造比微管和微丝要相对稳定，遭到药物影响要小的多• 中间丝肽链构造的特点：• 中间丝的种类很多，但肽链构造都很类似，即一个α螺旋的中间区，两侧是球形的N端和C端中间区螺旋构造都比较保守，都被3个间隔区隔开，构成4个螺旋区• 但N端和C端都是高度可变的中间丝的多样性也是由此产生二、中间丝的装配和调理二、中间丝的装配和调理• 组成中间丝的蛋白为丝状，称丝状蛋白，它由两端球形的C端和N端及中间杆状的α螺旋区组成• 通常情况下，两个平行陈列的丝状蛋白构成螺旋状的二聚体• 进一步，由两个二聚体反向-平行陈列成一个四聚体，由于反向-平行陈列，中间丝的四聚体是没有极性的• 两个四聚体组装成一个八聚体，三、中间丝的类型三、中间丝的类型• 根据中间纤维氨基酸序列的类似性可分六类：• 酸性角蛋白• 中性/碱性角蛋白• 波形蛋白• 神经丝蛋白• 核纤层蛋白• 巢蛋白四、中间丝的功能四、中间丝的功能㈠在细胞内构成一个完好的网状骨架系统㈠在细胞内构成一个完好的网状骨架系统㈡为细胞提供机械强度㈡为细胞提供机械强度㈢强度参与细胞衔接㈢强度参与细胞衔接㈣参与细胞内信息传送及物质运输㈣参与细胞内信息传送及物质运输㈤维持细胞核膜稳定㈤维持细胞核膜稳定㈥参与细胞分化㈥参与细胞分化五、三种细胞骨架的比较五、三种细胞骨架的比较•见表见表第四节第四节 细胞骨架与疾病细胞骨架与疾病㈠细胞骨架与肿瘤㈠细胞骨架与肿瘤 细胞骨架与肿瘤的关系可从两个方面细胞骨架与肿瘤的关系可从两个方面进展讨论；一是肿瘤细胞中的细胞骨架形进展讨论；一是肿瘤细胞中的细胞骨架形状上会发生一些特异性的改动，这可作为状上会发生一些特异性的改动，这可作为肿瘤诊断的辅助目的。

另一个是细胞骨架肿瘤诊断的辅助目的另一个是细胞骨架对药物的敏感性可作为肿瘤治疗的一种重对药物的敏感性可作为肿瘤治疗的一种重要手段㈡细胞骨架蛋白与神经系统疾病㈡细胞骨架蛋白与神经系统疾病 老年痴呆症等疾病都与细胞骨架中的老年痴呆症等疾病都与细胞骨架中的成分的改动有关成分的改动有关㈢细胞骨架与遗传性疾病㈢细胞骨架与遗传性疾病 细胞骨架蛋白的基因发生突变同样也细胞骨架蛋白的基因发生突变同样也会引起遗传病的发生，如单纯性疱性表皮会引起遗传病的发生，如单纯性疱性表皮松懈症。