细胞生物学课件第8章.ppt

第八章 细胞骨架第一节 微丝（MF）第二节 微管（MT）第三节 中间纤维(IF)细胞骨架的概念v细胞骨架是指真核细胞中的蛋白纤维网络结构v狭义的细胞骨架：是指细胞质骨架，它由微丝、微管和中间纤维构成v广义的细胞骨架：则包括细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架和细胞外基质，这样就形成贯穿于细胞核、细胞质、细胞外的一体化网络结构细胞骨架系统 v微丝主要分布在细胞质膜的内侧v微管主要分布在核周围, 并呈放射状向胞质四周扩散v中间纤维则分布在整个细胞中v微丝确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩v微管确定膜性细胞器的位置和作为膜泡运输的导轨v中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力第一节 微丝（MF）一、微丝成分 二、微丝的装配 三、微丝的动态性质 四、微丝特异性药物 五、微丝结合蛋白 六、微丝的功能微丝是由肌动蛋白组成的直径约7nm的骨架纤维，又称肌动 蛋白纤维一、微丝成分v肌动蛋白（actin）是微丝的结构成分 ，呈哑铃形v肌动蛋白有3种异构体即α、β和γ，其中4种α-肌动蛋白，分别为横纹肌、心肌、血管平滑肌和肠道平滑肌所特有 ，β和γ分布于肌细胞和非肌细胞中v肌动蛋白的单体称为G-actin，它们形成的多聚体称为F- actin。

v微丝是由两条线性排列的肌动蛋白链形成的螺旋，状如 双线捻成的绳子微丝纤维电镜照片及结构模型 肌动蛋白单三维结构二、微丝的装配v条件：ATP、适宜的温度、存在K+和Mg2+离子v过程：2-3个actin聚集成一个核心（核化）；ATP-actin分子向 核心两端加合微丝具有极性，ATP-actin加到(+)极的速度要比 加到(-)极的速度快5-10倍v微丝的装配分三步进行，并且是三个连续的过程 ：第一个过程 是成核作用；第二个过程∶快速延长阶段；第三阶段∶稳定期图7-3 微丝装配的基本过程 成核阶段延长阶段三、微丝的动态性质u极性 G-actin单体具有极性, 装配时呈头尾相接, 故微丝具有极性 ，即正极与负极之别体外实验表明，MF正极与负极都能生 长，生长快的一端为正极（+），慢的一端为负极（-）u微丝的动态平衡体内装配时，MF呈现出动态不稳定性，主要取决于F-actin 结合的ATP水解速度与游离的G-actin单体浓度之间的关系u踏车现象 在一定条件下，当正极添加的G-肌动蛋白分子速率正好等于负极解聚速率时, 微丝净长度没有改变, 这种现象称为肌动蛋白踏车现象 图7-4 F-肌动蛋白丝两端不断生长 图7-6 微丝的踏车现象图7-5 微丝的动态平衡四、微丝特异性药物v细胞松弛素B 是真菌分泌的生物碱。

细胞松弛素B及其衍生物在细 胞内同微丝的正端结合，阻断了肌动蛋白的进一步聚 合v鬼笔环肽 从一种毒性菇类中分离的剧毒生物碱，它同细胞松 弛素的作用相反 五、微丝结合蛋白图7-7 各类微丝结合蛋白 六、微丝的功能1.肌肉收缩2.形成应力纤维3.形成微绒毛4.胞质环流5.细胞迁移6.参与胞质分裂 肌肉收缩肌肉由肌原纤维组成，肌原纤维由粗肌丝和细肌丝组成粗肌丝的主要成分是肌球蛋白，而细肌丝的主要成分是肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白 （一) 肌球蛋白 （二）原肌球蛋白 （三）肌钙蛋白 （四）肌肉的收缩 （一）肌球蛋白（myosin） v肌球蛋白属于马达蛋白，是肌动蛋白纤维的分子发动机v肌球蛋白II是构成肌纤维的主要成分之一 ，参与肌丝滑动v肌球蛋白II的结构∶由2个重链和4个轻链组成，重链形成一个双股α螺旋，一半呈杆状，另一半与轻链一起折叠成两个球形区域，位于分子一端，球形的头部含有与肌动蛋白、ATP结合的位点，负责产生力myosin II结构模型 v两个肌球蛋白Ⅱ能够通过杆 状尾部聚合在一起，形成寡 聚的肌球蛋白纤维，这种纤 维具有双极性，头部位于两 端，中间有一个裸露的带， 这种结构参与肌肉收缩。

二）原肌球蛋白 （ tropomyosin，Tm）v原肌球蛋白是由两条平行的多肽链扭成螺旋 ，每个原肌球蛋白首尾相接形成一条连续的链同肌动蛋白细肌丝结合v主要作用是遮蔽肌动蛋白单体上的活性区，抑制肌动蛋白与肌球蛋白结合 （三）肌钙蛋白 （troponin，Tn）肌钙蛋白含三个亚基v肌钙蛋白C：特异地与钙结合v肌钙蛋白T：与原肌球蛋白有高度亲和力v肌钙蛋白I：抑制肌球蛋白与肌动蛋白的结合 图7-9 细肌丝的组成 （四）肌肉的收缩1、肌纤维的结构2、由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程：·动作电位的产生 ·Ca2+的释放·原肌球蛋白位移 ·肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动 ·Ca2+的回收 肌肉收缩图解 ①肌球蛋白结合ATP，引起头部与肌动蛋白纤维分离；②ATP水解，引起头部与肌动蛋白弱结合；③Pi释放，头部与肌动蛋白强结合，头部向M线方向弯曲，引起细肌丝向M线移动；④ADP释放ATP结合上去，头部与肌动蛋白纤维分离如此循环v应力纤维广泛存在于真核细胞v细胞贴壁与粘着斑的形成相关，在形成粘合斑的质膜下，微 丝紧密平行排列成束，这种结构叫应力纤维,介导细胞间或 细胞与基质表面的粘着。

v成分：肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和-辅肌动蛋白v功能：应力纤维具有收缩功能培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红 色、微管绿色） v当将细胞放在培养瓶中进行培养时，细胞需要同培养瓶底接触，将自己平铺在基底，这种结合通常需要形成一种特殊的紧密的粘合斑v在粘合斑的细胞质膜的下方有肌动蛋白成束状排列，这种结构叫应力纤维结构类似肌原纤维，使细胞具有抗剪切力微绒毛是一些动物细胞表面的指状突起由几十个成束 平行排列的肌动蛋白纤维支持并定向图7-12 微绒毛结构示意图细胞迁移的过程：1、前端伸出突起2、前端形成新的锚定位点3、细胞依靠支点向前移动4、后部锚定位点与基质脱离，细胞尾部向前移非肌细胞迁移过程中细胞前缘肌动蛋白的聚合和伪足的形成胞质环流是菌类、藻类和高等植物细胞中活跃的运动现象 是由肌动蛋白和肌球蛋白相互作用引起的，它对于细胞的 营养代谢具有重要作用 图7-13 植物细胞的胞质环流 胞质分裂主要是通过肌动蛋白和肌球蛋白形成的纤束，这种纤维束形成的收缩环收缩将细胞切割开 其收缩机制是肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动图7-14 胞质分裂中收缩环的形成第二节 微管（MT）微管是由微管蛋白组成的长管状结构。

一、结构与装配二、微管的极性 三、微管结合蛋白 四、微管组织中心 五、微管特异性药物 六、微管的功能 一、结构与装配 微管是由微管蛋白α和β二聚体为基本构件 ，微管蛋白二聚体头尾相接, 形成细长的原纤维13条原纤维组成微管的壁图8-15 微管结构图7-16 微管的组装过程 微管装配过程：α和β微管蛋白二聚体--形成原纤维--13根原纤维—短微管—长微管 二、微管的极性 微管的极性有两层涵义v组装的方向性：微管是以αβ二聚体作为基本构件进行组装的，并且是以首-尾排列的方式进行组装，所以每一根原纤维都有相同的极性(方向性) v生长速度的快慢 ：两端的组装速度是不同的, 正端生长得快, 负端则慢 三、微管结合蛋白v微管结合蛋白（MAPs）分子包含一个结合微管的结构域和一个向外突出的结构域vMAP的主要功能是：①促进微管聚集成束②增加微管稳定性或强度③促进微管组装 微管聚合蛋白MAP2 神经元 四、微管组织中心 v微管组织中心（MTOC）存在于细胞质中决定微管在生理状态或实验处理解聚后重新组装的结构叫微管组织 中心vMTOC的主要作用是帮助大多数细胞质微管组装过程中 的成核反应v中心体是动物细胞中决定微管形成的一种细胞器，由 两个相互垂直的中心粒构成。

每个中心粒都是由9个三联管组成，微管从中心体上开始形成 微管从微管组织中心向外生长 中心体结构模型 五、微管特异性药物v秋水仙素：秋水仙素是一种生物碱, 能够与微管特异性结合，秋水仙素同二聚体结合形成的复合物可以阻止微管的成核反 应 v紫杉醇：是红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢产物，紫杉醇只结合到聚合的微管上，不与未聚合的微管蛋白二聚体反 应 六、微管的功能1、支架作用2、细胞内物质运输3、纤毛与鞭毛的运动4、形成纺锤体支架作用 在培养的细胞中，微管呈放射状排列在核外，形成平贴在 培养皿上的形状 ，起支撑作用 图7-20 培养的动物细胞中的微管 细胞内物质运输 微管起细胞内物质运输的路轨作用 ，细胞内的细胞器移动和胞质内物质转运都和微管有着密切的关系 v与微管结合而起运输作用的马达蛋白 驱动蛋白 动力蛋白 v轴突运输v色素颗粒的运输 驱动蛋白v结构 ：由两条轻链和两条重链构成的四聚体，外观具有两个球形的头（具有ATP酶活性）、一个螺旋状的杆和两个扇子状的尾 v作用：通过结合和水解ATP，导致颈部发生构象改变，使两个头部交替与微管结合，从而沿微管“行走”，将“尾部 ”结合的“货物”（运输泡或细胞器）转运到其它地方。

图7-21 驱动蛋白的结构和运输方式 细胞质动力蛋白 v结构：由两条相同的重链和一些种类繁多的轻链以及结合蛋白构成 v作用：在细胞分裂中推动染色体的分离、驱动鞭毛的运动、向着微管（-）极运输小泡图7-22 细胞质动力蛋白的结构与运输作用 分子马达v指细胞内利用ATP提供能量产生推动力，进行细胞内物质运输或细胞运动的蛋白质分子已经发现的分子马达蛋白可以分为三种类型：驱动蛋白、胞质动力蛋白和肌球蛋白图7-23 轴突运输图7-24 色素颗粒的运输纤毛与鞭毛的运动 v纤毛和鞭毛都是某些细胞表面的特化结构, 具有运动功能 v鞭毛和纤毛均由基体和鞭杆两部分构成，鞭毛中的微管为 9+2结构，即由9个二联微管和一对中央微管构成，其中二联微管由AB两个管组成，A管由13条原纤维组成，B管由10条原纤维组成 v纤毛和鞭毛的运动是依靠动力蛋白（dynein）水解ATP，使相邻的二联微管相互滑动图7-25 典型的真核细胞的纤毛或鞭毛结构组成第三节 中间纤维(IF)中间纤维是细胞的第三种骨架成分，这种纤维直径约为10nm介于微管和微丝之间, 故称为中间纤维 一、中间纤维的类型二、中间纤维的结构与装配三、中间纤维的功能一、中间纤维的类型vIF是一类形态上非常相似，而化学组成上有明显差异的蛋白质。

v可根据组织来源及免疫原性分为5类：角蛋白、结蛋白、胶质原纤维酸性蛋白、波形纤维蛋白、神经元纤维蛋白二、中间纤维的结构与装配v中间纤维蛋白分子由一个310个氨基酸残基形成的α 螺旋杆状区，以及两端非螺旋化的球形头（N端）尾 （C端）部构成 v中间纤维的装配 ①两个单体，以相同的方向组成双股超螺旋二聚体；②两个二聚体反向平行组装成四聚体；③若干个四聚体首尾结合组装成原纤维；④原纤维组成圆柱状的10nm中间纤维中间纤维的结构 图7-27 中间纤维的装配模型 三、中间纤维的功能v为细胞提供机械强度支持 v参与细胞连接 v中间纤维维持细胞核膜稳定 表7-1 胞质骨架三种组分的比较细胞松驰素 鬼笔环肽秋水仙素，长春花 碱，紫杉酚微丝微管中间纤维单体球蛋白αβ球蛋白杆状蛋白结合核苷酸ATPGTP 无纤维直径7nm25nm10nm结构双链螺旋13根原纤维组成中 空管状纤维8个4聚体或4个8聚体组 成的空心管状纤维极性有有无组织特异性无无有踏车行为有有无动力结合蛋白肌球蛋白动力蛋白，驱动蛋 白无特异性药物 作业：v名词解释：细胞骨架、踏车现象、应力纤维、微管组 织中心、肌动蛋白、肌球蛋白、中心粒、分子马达v简答题： 1、简述细胞骨架各种纤维的结构特征、化学组成及功能 。

2、简述中心粒、纤毛和鞭毛的亚微结构及其功能 3、分别有哪些因素影响微管、微丝的组装和去组装？ 4、简述肌肉收缩过程 5、简述微管滑动模型。