7细胞骨架

第七章细胞骨架概念细胞骨架是指真核细胞特有的蛋白纤维网架体系狭义：指细胞质骨架,包括微丝、微管、中间纤维广义：包括细胞核骨架（≠核基质）、细胞质骨架、细胞膜骨架、细胞外基质.作用维持细胞外形保持细胞内部结构的有序性、构成某种细胞器细胞运动物质运输,能量转换,信息传递细胞分裂基因表达、细胞分化1.微丝主要分布在细胞质膜的内侧和细胞核膜的内侧,确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩。2.微管主要分布在核周围,并呈放射状向胞质四周扩散,确定膜性细胞器的位置和作为膜泡运输的导轨。3.中间纤维分布在整个细胞中,使细胞具有张力和抗剪切力。第一节微管microtubule,MT一、微管蛋白与微管的结构二、微管结合蛋白三、微管的装配与动力学四、微管的功能微管，只存在于真核细胞中的细胞骨架成分，是一种保守性结构微管位置示意图一、微管蛋白与微管的结构1.形态结构◆微管是中空的管状结构◆微管的长度变化不定152.微管蛋白类型：α和β微管蛋白；γ微管蛋白3.微管的存在形式单管、二联管、三联管单管，由13根原纤维组成二联管，由A管和B管组成，A管由13根原纤维组成，B管由10根原纤维构成二、微管结合蛋白作为辅助蛋白，不构成微管壁，而是结合在微管表面。微管结合蛋白作用：帮助成核；连接其他骨架纤维。三、微管的装配原纤维的装配α微管蛋白和β微管蛋白形成异二聚体，头尾相接形成原丝片状结构的形成原丝向两侧扩展微管的形成聚合到13根原丝时合拢形成一段微管微管的延伸---GTP帽GTP水解，微管合拢并延伸1.延迟期/成核期2.聚合期3.稳定期微管的装配微管延缩的有序性间期细胞—动态平衡有丝分裂期纤毛、鞭毛等的微管结构稳定前期：胞质中的微管去装配，游离的微管蛋白亚单位装配为纺锤体末期：与前期发生逆向转变是微管进行组装的区域，能决定组装后微管的极性（远端为“+”极，近端为“-”极）微管组织中心（MTOC）--微管装配的起始点中心体●中心粒旁基质●中心粒×2纤毛、鞭毛基体不同细胞中微管的起源影响微管组装的因素GTP浓度、压力、温度、酸碱度、离子浓度、微管蛋白临界浓度、药物1.紫杉醇:与微管结合，阻止解聚，加速聚合2.秋水仙素：结合游离微管蛋白，无法聚合，引起解聚3.长春花碱：结合微管蛋白异二聚体，阻止聚合微管的功能支架作用，维持细胞形态参与中心粒、鞭毛和纤毛的形成细胞内物质的运输维持细胞器的定位及分布参与染色体运动，调节细胞分裂参与信号传导（一）支架作用（二）构成纤毛和鞭毛轴丝的微管结构:9+2●外围:质膜包裹●外周:9组双联管,A管与B管●中央:中央鞘包裹一对微管双联管的结构特点●A管:完全微管●B管:不完全微管构成鞭毛与纤毛的轴丝（三）细胞内物质的运输胞内物质运输的路轨，ATP供能，由马达蛋白提供动力马达蛋白类型：动力蛋白+极→-极驱动蛋白-极→+极运输的物质囊泡、色素颗粒等作为色素颗粒运输轨道动力蛋白驱动蛋白（四）细胞器的定位膜性细胞器的定位、分布内质网：驱动蛋白，分散在胞质中高尔基复合体：动力蛋白，向中心体运动（五）参与纺锤体和染色体运动（六）微管参与信号传导信号分子通过直接与微管作用或通过马达蛋白或通过一些支架蛋白来与微管作用微管的信号传导功能的生物学作用：细胞极化微管的不稳定动力学行为微管的稳定性变化微管的方向性微管组织中心的位置第二节微丝microfilament,MF一、肌动蛋白与微丝的结构二、微丝结合蛋白及其功能三、微丝的装配机制四、微丝的功能微丝又称肌动蛋白丝actinfilament，是由两条线性排列的肌动蛋白链形成的螺旋，形状如双线捻成的绳子，直径约6nm。微丝体系的组成：①肌动蛋白微丝②微丝结合蛋白actin单体外观呈哑铃形，在进化上高度保守（酵母和兔子有88%的同源性）。三种肌动蛋白异构体类型：α分布于肌肉细胞；β和γ分布于肌细胞和非肌细胞。一、肌动蛋白----微丝的结构性蛋白质存在形式：G-actin--可溶性球形单体,球形肌动蛋白F-actin--聚合态的纤维状多聚体纤维形肌动蛋白单体隔离蛋白末端阻断蛋白交联蛋白纤维切割蛋白去聚合蛋白膜结合蛋白集束蛋白二、微丝结合蛋白（一）微丝的装配过程成核聚合稳定三、微丝的装配溶液中ATP-肌动蛋白的浓度处于临界浓度时，ATP-肌动蛋白在(+)端添加，而从(-)端分离，总长度不变，表现出“踏车”现象+-（二）影响微丝组装和去组装的药物细胞松弛素B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，特异性的抑制微丝功能鬼笔环肽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四、微丝体系的生物学功能构成细胞支架，维持细胞外形细胞运动形成胞质分裂环，参与细胞分裂肌肉收缩参与胞内物质运输参与胞内信号传递（一）维持细胞外形形成细胞膜下的网状结构---肌动蛋白皮层形成微绒毛形成应力纤维，抵抗细胞表面张力和牵拉，赋予细胞韧性和强度（二）细胞运动细胞爬行运动（三）参与细胞分裂（形成胞质分裂环）（四）肌肉收缩肌肉组成肌原纤维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、细肌丝所在。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。粗肌丝（肌球蛋白）细肌丝（肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白）肌小节肌细胞的收缩机制1954年Huxley提出肌收缩的滑动丝模型肌细胞收缩是粗肌丝和细肌丝之间相互滑动的结果肌丝滑动机制第三节中间纤维intermediatefilament,IF一、中间纤维的结构和类型二、中间纤维的装配和调节三、中间纤维的功能概念：直径约１0nm纤维状蛋白,因其直径介于肌球蛋白粗丝和肌动蛋白细丝之间,故被命名为中间纤维。IF几乎分布于所有动物细胞，往往形成一个网络结构，特别是在需要承受机械压力的细胞中含量相当丰富。如上皮细胞中。微管中间纤维一、中间纤维的结构和类型头部尾部杆状区中间纤维的类型脑神经干细胞胞质Ⅵ巢蛋白所有有核细胞细胞核Ⅴ核纤层蛋白神经元胞质Ⅳ神经元纤维蛋白成纤维细胞、白细胞胞质Ⅲ波形蛋白上皮细胞胞质Ⅱ碱/中性角质蛋白上皮细胞胞质Ⅰ酸性角质蛋白分布细胞细胞定位类型二、中间纤维的装配◆中间纤维装配过程　◆特点：·IF装配的单体是纤维状蛋白(MF,MT的单体呈球形)；·反向平行的四聚体导致IF不具有极性；原丝（四聚体）原丝×2=8聚体结构单元4聚体×8=中间纤维中间纤维的组装三、中间纤维的功能①在细胞内形成完整的网状骨架体系②提供机械强度支持③参与连接结构中间纤维的功能④参与信息传递及物质运输参与传递细胞内机械的或分子的信息；神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用；中间纤维与mRNA的运输有关⑤维持核膜稳定⑥参与细胞分化第四节细胞的运动（略）一、微管与细胞运动二、微丝与细胞运动三、细胞运动的调节机制第五节细胞骨架与疾病了解--细胞骨架与疾病细胞骨架与肿瘤恶性转化的肿瘤细胞常表现为：骨架结构的破坏和微管解聚骨架成分改变导致癌细胞运动能力增强中等纤维具有组织特异性，可根据中间纤维的种类来鉴别肿瘤细胞的组织来源通过长春新碱、细胞松弛素、紫杉酚等药物分别作用于微丝、微管，破坏其正常功能可有效治疗癌症细胞骨架蛋白与神经系统疾病细胞骨架蛋白的异常表达可导致神经性疾病。例如：神经纤维蛋白—帕金森症；结蛋白—中央轴突病；……细胞骨架与遗传性疾病一些遗传性疾病患者常有细胞骨架的异常或细胞骨架蛋白基因的突变。微丝异常—遗传性免疫缺陷疾病；中间纤维蛋白基因突变—运动神经元疾病、慢性肝炎、大泡性表皮松懈症（EBS）、EBS伴肌营养不良……无纤毛、鞭毛微绒毛、应力纤维形成的特化结构1.支持作用2.运输作用3.信息传递4.形成连接结构1.细胞内物质的运输2.支架作用，维持细胞形态3.细胞器的定位，并指导其位置的排步4.纺锤体与染色体运动5.构成运动器官1.肌肉收缩2.细胞运动3.形成胞质分裂环参与细胞分裂4.形成细胞支架,维持细胞外形功能二聚体→四聚体→中间纤维原丝的装配→片状结构的形成→微管的形成→微管的延伸（GTP帽）成核→延伸→平衡期组装多样单管、二联管、三联管球状、纤维状存在形式无有，+极和-极有，+极和-极极性线性蛋白中空圆管状双螺旋形态六大类型异源性纤维状蛋白，具有组织特异性微管蛋白（α、β和γ）肌动蛋白化学组成中间纤维微管微丝