复旦医学细胞生物学课件11细胞的运动

细胞的运动Cellmotilityisoneofthecrowningachievementsofevolution原始细胞不具备主动运动的能力，体内物质代谢也靠简单扩散作用进行运动能力的获得使细胞可以主动寻找更适合生长的环境，体内物质运输也能更为有序的进行细胞的运动依靠细胞体内的细胞骨架网络进行，同时动力蛋白(motorprotein)水解ATP提供所需能量。细胞骨架是细胞运动的基础，也是细胞形态的维持和变化的支架，还提供了细胞内物质运输的轨道，细胞的分裂过程也有细胞骨架的参与。MicrotubulesIntermediatefilamentsMicrofilaments细胞运动的形式位置移动：局部、近距离/整体、远距离鞭毛、纤毛摆动：精子、输卵管上皮阿米巴运动：巨噬细胞褶皱运动：体外培养的成纤维细胞纤毛摆动形态变化：即便位置相对固定，细胞也可通过骨架的动态变化引起自身形状的改变肌肉收缩细胞分裂顶体反应细胞运动的形式胞内运动胞质流动(cytoplasmicstreaming)：对于细胞的营养代谢具有重要作用，能够不断地分配各种营养物和代谢物，使它们在细胞内均匀分布。该过程由肌动蛋白和肌球蛋白相互作用而引起。膜泡运输：内膜系统以细胞骨架作为轨道通过小泡进行蛋白质运输。轴突运输色素颗粒的运输染色体分离细胞运动的形式膜泡运输胞内运动胞质流动膜泡运输轴突运输(axonaltransport)：神经细胞中核糖体只存在于胞体和树突中,在轴突和轴突末梢没有蛋白质的合成，所以蛋白质和膜性成分必须在细胞体中合成,然后运输到轴突；同样，部分物质也会沿轴突运回胞体。染色体分离细胞运动的形式轴突运输细胞运动机制依赖动力蛋白：动力蛋白(motorprotein)能水解ATP获取所需能量，并可沿微丝或微管进行移动。依赖微管、微丝：由于骨架蛋白的动态组装与解聚，引起细胞在不同的方向上出现形态变化或进行移动。依赖动力蛋白与骨架蛋白的共同作用。依赖动力蛋白的细胞运动动力蛋白(motorprotein)：可分为三个不同的家族－－肌球蛋白(myosin)、驱动蛋白(kinesin)、动位蛋白(dynein)。肌球蛋白以微丝作为运行的轨道，而驱动蛋白和动力蛋白则沿微管运行。肌球蛋白（myosin）最早发现于肌肉组织，可利用ATP的水解导致构型的变化从而沿肌动蛋白丝进行运动。肌球蛋白的主要类型:肌球蛋白Ⅰ、肌球蛋白Ⅱ和肌球蛋白Ⅴ。肌球蛋白Ⅱ为肌肉收缩和胞质分裂提供力，而肌球蛋白Ⅰ和Ⅴ则涉及细胞骨架与膜之间的相互作用，如膜泡的运输。用糜蛋白酶处理可将肌球蛋白水解为两段，按产物的分子量区分为重酶解肌球蛋白（HMM）和轻酶解肌球蛋白（LMM），再用木瓜蛋白酶处理HMM可得S1、S2片段S1片段（头部）有肌动蛋白与ATP的结合位点S2片段（颈部）可结合轻链LMM（尾部）含特殊结合位点，决定肌球蛋白的结合形式所有的肌球蛋白都是由一个重链和几个轻链组成，并组成三个结构和功能不同的结构域.头部结构域是最保守的结构域，含有与肌动蛋白、ATP结合的位点。颈部含α螺旋的结构域，可通过与钙调素或类似钙调素的调节轻链的结合来调节头部的活性。尾部结构域决定尾部是同膜结合还是同其它的尾部结合。驱动蛋白（kinesin）可分别与微管和膜泡结合，沿微管运动，从而起到运输作用。驱动蛋白是由两条轻链和两条重链构成的四聚体。具有两个球形的头部（具有ATP酶活性）、一个螺旋状的杆部和两个扇形的尾部。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。动位蛋白（dynein）可分为胞质动位蛋白和鞭/纤毛动位蛋白。胞质动位蛋白由两条相同的重链和一些轻链以及结合蛋白构成；鞭/纤毛动位蛋白中二联微管外臂的动位蛋白具有三个重链。肌球蛋白介导细胞运动驱动蛋白和动位蛋白作用机制在细胞质中，每个被转运的膜泡上既结合了肌球蛋白，也结合了驱动/动位蛋白，因此膜泡运输时可根据需要选择不同的途径。鞭毛纤毛的运动机制鞭毛摆动依赖骨架蛋白的动态组装与解聚顶体反应(acrosomalreaction)依赖动力蛋白与骨架蛋白组装的共同作用染色体分离的过程既包含了微管组装动力学，也包含了动力蛋白水解ATP的过程。染色体分离有丝分裂器(mitoticapparstus)有丝分裂器组装染色体分离胞质分裂肌肉收缩肌球蛋白组成肌节的粗肌丝。肌动蛋白组成肌节的细肌丝。除了肌动蛋白外，细肌丝还有两个结合蛋白，即原肌球蛋白（TM）和肌钙蛋白（TN）。原肌球蛋白（tropomyosin,TM）是细肌丝中肌动蛋白的结合蛋白，由两条平行的多肽链组成α螺旋构型，每条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,正好位于双螺旋的沟中。肌钙蛋白(troponin,TN)由3个多肽，即肌钙蛋白T(Tn-T)、肌钙蛋白I(Tn-I)、肌钙蛋白C(Tn-C)组成的复合物。Tn-I能够同肌动蛋白以及Tn-T结合,它同肌动蛋白的结合就抑制了肌球蛋白与肌动蛋白的结合。Tn-C是肌钙蛋白的Ca2+结合亚基。Tn-T控制着原肌球蛋白在肌动蛋白纤维表面的位置。成纤维细胞的运动白细胞运动细胞运动的调节G蛋白：Rac、Rho理化分子：引起细胞的趋化作用。Ca2＋浓度梯度：细胞出现趋化作用时胞内Ca2＋浓度分布也发生改变。影响细胞骨架药物：细胞松弛素阻止微丝聚合，鬼笔环肽抑制微丝解聚；秋水仙素阻止微管聚合，长春新碱破坏已形成的微管，紫杉酚抑制微管解聚。细胞的趋化作用细胞运动的调节G蛋白：Rac、Rho理化分子：引起细胞的趋化作用。Ca2＋浓度梯度：细胞出现趋化作用时胞内Ca2＋浓度分布也发生改变。影响细胞骨架药物：细胞松弛素阻止微丝聚合，鬼笔环肽抑制微丝解聚；秋水仙素阻止微管聚合，长春新碱破坏已形成的微管，紫杉酚抑制微管解聚。细胞运动与医学纤毛不动症痴呆恶性肿瘤