细胞生物学 06 细胞骨架.ppt

细胞骨架概述细胞骨架概述细胞骨架概述细胞骨架概述(cytoskeleton)cytoskeleton)v 真核细胞中的蛋白质纤维立体网络体系v 是真核生物所特有的结构 v 狭义上包括微管、微丝和中间纤维v 在进化上高度保守v 几乎参与细胞一切重要生命活动v 细胞骨架成分功能异常将导致多种疾病细胞骨架的激光共聚焦显微镜观察细胞骨架的激光共聚焦显微镜观察细胞骨架的激光共聚焦显微镜观察细胞骨架的激光共聚焦显微镜观察真核细胞的骨架体系真核细胞的骨架体系真核细胞的骨架体系真核细胞的骨架体系真核细胞的骨架体系真核细胞的骨架体系真核细胞的骨架体系真核细胞的骨架体系1 微管(microtubule，MT)1 微丝(microfilament，MF)1 中间纤维(intermediate filament，IF)1 细胞的运动1 细胞骨架与疾病细胞骨架细胞骨架细胞骨架细胞骨架微管微管微管微管(microtublemicrotuble，MT)MT)微管的化学组成微管的形态结构微管结合蛋白微管的组装微管的功能最粗的细胞骨架成分微管蛋白(tubulin)：球形酸性蛋白，异二聚体()结合位点：GTP/GDP、阳离子(Ca2+、Mg2+)和秋水仙素/胺、长春新碱微管蛋白：微管组织中心微管微管微管微管(microtublemicrotuble，MT)MT)微管的化学组成微管的形态结构微管结合蛋白微管的组装微管的功能由微管蛋白形成的中空管状结构外径：20-25nm；内径15nm极性分子：存在形式：单管、二联管和三联管动态结构微管附属结构（如鞭毛、纤毛的动力蛋白臂等）微管的形态微管的形态单管单管单管单管二联管二联管二联管二联管三联管三联管三联管三联管微管的三种类型微管的三种类型不稳定动态结构较稳定结构细胞质中，分散或成束鞭毛和纤毛中心粒、鞭毛和纤毛基体微管微管微管微管(microtublemicrotuble，MT)MT)微管的化学组成微管的形态结构微管结合蛋白微管的组装微管的功能同微管相结合的辅助蛋白参与微管装配 两个区域：碱性微管结合区域酸性突出区域主要包括：MAP-1、MAP-2、tau和MAP-4微管结合蛋白微管结合蛋白（microtubule associated proteinmicrotubule associated protein，MAPMAP）微管结合蛋白可调节微管特异性，并将微管连接到特定的细胞器上，同微管结合蛋白可调节微管特异性，并将微管连接到特定的细胞器上，同微管结合蛋白可调节微管特异性，并将微管连接到特定的细胞器上，同微管结合蛋白可调节微管特异性，并将微管连接到特定的细胞器上，同时可调节微管功能。

主要包括时可调节微管功能主要包括时可调节微管功能主要包括时可调节微管功能主要包括MAP-1MAP-1，MAP-2MAP-2，tautau，MAP-4MAP-4，xMAP125xMAP125等具有两个结构域：碱性的微管结合结构域，可与微管蛋白结合；酸性结构域，具有两个结构域：碱性的微管结合结构域，可与微管蛋白结合；酸性结构域，具有两个结构域：碱性的微管结合结构域，可与微管蛋白结合；酸性结构域，具有两个结构域：碱性的微管结合结构域，可与微管蛋白结合；酸性结构域，可以横桥方式与其他骨架纤维连接可以横桥方式与其他骨架纤维连接可以横桥方式与其他骨架纤维连接可以横桥方式与其他骨架纤维连接极性分子：二聚体片层13根原纤维多阶段：延迟期聚合期稳定期动态不稳定性：ltubulin-GTP 聚合ltubulin-GDP 解聚微管微管微管微管(microtublemicrotuble，MT)MT)微管的化学组成微管的形态结构微管结合蛋白微管的组装微管的功能微管的组装和去组装微管的组装和去组装tubulinGTP 聚合聚合GDP 解聚解聚快慢微管的体外装配微管的体外装配微微管管的的体体外外装装配配动态不动态不稳定性稳定性GTP capGTPGDPtubulinGTP 聚合聚合GDP 解聚解聚体外组装条件：tubulin浓度、pH6.9、一定盐浓度(有Mg2+、无Ca2+)、37和GTP体内组装：自我调节（间期、M期）微管组织中心（MTOC）：中心体、基体-微管蛋白环形复合体（-TuRC）微管微管微管微管(microtublemicrotuble，MT)MT)微管的化学组成微管的形态结构微管结合蛋白微管的组装微管的功能中心体上的中心体上的 微管蛋白环：微管蛋白环：MTOC (A)A)中心体的无定型基质中含有中心体的无定型基质中含有 -微管蛋白环形复合体微管蛋白环形复合体（-TuRCTuRC），它它是微管生长的初始部位；是微管生长的初始部位；(B)B)附着有微管的中心体，微管的正端向外发散，附着有微管的中心体，微管的正端向外发散，负端埋藏在中心体中。

负端埋藏在中心体中体体内内装装配配中心体上的中心体上的 微管蛋白环：微管蛋白环：MTOC -微管蛋白环形复合体（微管蛋白环形复合体（-TuRCTuRC）存在于微管组织中心，它能使负）存在于微管组织中心，它能使负端稳定，端稳定，/异二聚体与其结合，形成短微管异二聚体与其结合，形成短微管TuRCTuRC受细胞周期调受细胞周期调控：间期形成能力被关闭；控：间期形成能力被关闭；G2MG2M期被激酶磷酸化开放期被激酶磷酸化开放体体内内装装配配多因素调控，尤其MAP微管特异性药物：l秋水仙素/胺、长春新碱：微管组装的特异性抑制剂l紫杉酚、重水：促进微管组装，增加稳定性微管微管微管微管(microtublemicrotuble，MT)MT)微管的化学组成微管的形态结构微管结合蛋白微管的组装微管的功能微管微管微管微管(microtublemicrotuble，MT)MT)微管的化学组成微管的形态结构微管结合蛋白微管的组装微管的功能支持、维持细胞的形态参与中心粒、纤毛和鞭毛形成参与细胞内物质运输维持细胞器的定位和分布参与染色体运动，调节细胞分裂参与细胞内信号转导微管维持细胞的形态微管微管微管微管(microtublemicrotuble，MT)MT)微管的化学组成微管的形态结构微管结合蛋白微管的组装微管的功能支持、维持细胞的形态参与中心粒、纤毛和鞭毛形成参与细胞内物质运输维持细胞器的定位和分布参与染色体运动，调节细胞分裂参与细胞内信号转导鞭毛与纤毛的摆动鞭毛和纤毛的结构鞭毛和纤毛的结构中心粒中心粒微管微管微管微管(microtublemicrotuble，MT)MT)微管的化学组成微管的形态结构微管结合蛋白微管的组装微管的功能支持、维持细胞的形态参与中心粒、纤毛和鞭毛形成参与细胞内物质运输维持细胞器的定位和分布参与染色体运动，调节细胞分裂参与细胞内信号转导微管参与细胞内物质运输微管参与细胞内物质运输微管参与细胞内物质运输微管马达蛋白微管马达蛋白微管参与细胞内物质运输微管参与细胞内物质运输神经元轴突运输的类型种 类速 度成 分快速转运 顺梯度50-400mm/天膜性细胞器和物质、线粒体、突触小泡 逆梯度200mm/天前溶酶体小泡、溶酶体酶、内吞小泡慢速转运 慢成分b2-8mm/天微丝、血影蛋白、包涵素、钙调蛋白 慢成分a0.2-1mm/天微管、神经纤维、血影蛋白微管微管微管微管(microtublemicrotuble，MT)MT)微管的化学组成微管的形态结构微管结合蛋白微管的组装微管的功能支持、维持细胞的形态参与中心粒、纤毛和鞭毛形成参与细胞内物质运输维持细胞器的定位和分布参与染色体运动，调节细胞分裂参与细胞内信号转导维持细胞内细胞器的定位和分布细胞内线粒体随微管分布移动微管微管微管微管(microtublemicrotuble，MT)MT)微管的化学组成微管的形态结构微管结合蛋白微管的组装微管的功能支持、维持细胞的形态参与中心粒、纤毛和鞭毛形成参与细胞内物质运输维持细胞器的定位和分布参与染色体运动，调节细胞分裂参与细胞内信号转导参与染色体的运动，调节细胞分裂MTOCMTOC（-）（+）（+）（-）（-）（+）（+）参与染色体的运动，调节细胞分裂纺锤体和染色体电镜照片1 微管(microtubule，MT)1 微丝(microfilament，MF)1 中间纤维(intermediate filament，IF)1 细胞的运动1 细胞骨架与疾病细胞骨架细胞骨架细胞骨架细胞骨架微丝微丝微丝微丝(microfilamentmicrofilament，MF)MF)微丝的化学组成微丝的形态结构微丝结合蛋白微丝的组装微丝的功能肌动蛋白(actin)：G-actin和F-actin两个亚基，呈蛤蚌状肌动蛋白的结构及构象变化肌动蛋白的结构及构象变化肌动蛋白单体呈蛤蚌状结构。

分子中具有肌动蛋白单体呈蛤蚌状结构分子中具有ATP/ADPATP/ADP结合位点，结合位点，ATP-ATP-actinactin与肌动蛋白纤维末端亲合力强，与肌动蛋白纤维末端亲合力强，ADP-ADP-actinactin结合能力弱结合能力弱微丝微丝微丝微丝(microfilamentmicrofilament，MF)MF)微丝的化学组成微丝的形态结构微丝结合蛋白微丝的组装微丝的功能肌动蛋白(actin)：G-actin和F-actin两个亚基，呈蛤蚌状结合位点：ATP/ADP、阳离子(Mg2+、K+或Na+)和细胞松弛素B极性分子真核细胞中高度保守微丝微丝微丝微丝(microfilamentmicrofilament，MF)MF)微丝的化学组成微丝的形态结构微丝结合蛋白微丝的组装微丝的功能最纤细的骨架成分（5-8nm）由G-肌动蛋白形成的实心纤维状结构极性分子呈双螺旋结构分散或成束存在动态结构电子显微镜下的微丝电子显微镜下的微丝图A示 微丝的电镜照片(bar=50nm)；图B 示微丝的结构模式图，由于肌动蛋白分子具有方向性，其首尾串接形成的肌动蛋白纤维同样具有极性，这种极性不仅表现在结构上，而且还体现在功能上。

微丝结构模式图微丝结构模式图微微丝丝分分散散或或成成束束存存在在微丝结合蛋白微丝结合蛋白细胞内微丝和线粒体双标荧光染色细胞内微丝和线粒体双标荧光染色细胞内微丝和线粒体双标荧光染色细胞内微丝和线粒体双标荧光染色绿色纤维示微丝，绿色纤维示微丝，绿色纤维示微丝，绿色纤维示微丝，红色红色红色红色区域示线粒体区域示线粒体区域示线粒体区域示线粒体细细胞胞内内微微丝丝的的免免疫疫荧荧光光显显微微技技术术观观察察微丝结合蛋白及其功能微丝结合蛋白及其功能 目前已分离的出100多种微丝结合蛋白，它们主要与微丝的装配及微丝的功能有关，可从多种水平调控微丝的组装微丝微丝微丝微丝(microfilament,MF)microfilament,MF)微丝的化学组成微丝的形态结构微丝结合蛋白微丝的组装微丝的功能调控微丝的动态组装肌肉收缩系统有关蛋白：l肌球蛋白（myosin）l原肌球蛋白（tropomyosin）l肌钙蛋白（troponin）非肌细胞中的微丝结合蛋白肌钙蛋白复合体肌钙蛋白复合体原肌球蛋白原肌球蛋白肌球蛋白肌球蛋白肌肉收缩系统有关蛋白肌肉收缩系统有关蛋白非肌细胞中的微丝结合蛋白非肌细胞中的微丝结合蛋白类型类型功能功能单体隔离蛋白单体隔离蛋白单体隔离蛋白单体隔离蛋白抑制蛋白抑制蛋白胸腺素胸腺素与单体与单体actin结合，抑制它们的聚合结合，抑制它们的聚合交联蛋白交联蛋白交联蛋白交联蛋白细丝蛋白细丝蛋白actin结合蛋白结合蛋白gelatin使使两两个个或或多多个个肌肌动动蛋蛋白白纤纤维维产产生生交交联联，形形成网络三维结构成网络三维结构末端阻断蛋白末端阻断蛋白 辅肌动蛋白辅肌动蛋白加帽蛋白加帽蛋白CapZ结合在肌动蛋白纤维末端，调节纤维长度结合在肌动蛋白纤维末端，调节纤维长度纤维切割蛋白纤维切割蛋白纤维切割蛋白纤维切割蛋白凝溶胶蛋白凝溶胶蛋白片段化蛋白片段化蛋白结合并切割肌动蛋白纤维结合并切割肌动蛋白纤维actinactin纤维纤维纤维纤维解聚蛋白解聚蛋白解聚蛋白解聚蛋白CofilinADF结合并引起肌动蛋白纤维快速解聚成单体结合并。