医学细胞生物学5六章细胞骨架

医学细胞生物学第一章第三章第四章第五章第六章第七章第十章第十一章第十二章第十三章第十四章细胞的概论细胞膜与物质运输细胞内膜系统线粒体细胞骨架细胞核细胞信号转导细胞增殖与细胞周期细胞分化干细胞细胞衰老与死亡第五章细胞骨架第一节微管第二节微丝第三节中间丝细胞骨架是由位于细胞质中的蛋白质纤维组成的网架结构细胞质骨架：核骨架：是指细胞核内由纤维蛋白构成的网架结构体系微管微丝中间丝线粒体核糖体内质网第一节微管微管微管蛋白微管组装过程影响组装因素微管微管蛋白异二聚体异二聚体分子特点动态不稳定性微管组织中心过程、特点类型相关蛋白调控功能极性特点化学组成球状α微管蛋白异二聚体α-tubulinβ-tubulin二价阳离子、秋水仙素、紫杉醇等的结合位点（影响组装和去组装）GTP，可交换位点(可水解为GDP可调节微管的组装和去组装)特点②特殊的分子结构域①两种蛋白有35%-40%氨基酸序列同源球状β微管蛋白GTP不可逆结合位点分子特点（13根）α微管蛋白β微管蛋白异二聚体聚合首尾相连原纤维微管βα12345678910111213微管横断面组装过程三个时相第五章细胞骨架成核期：先由α和β微管蛋白聚合成异二聚体结构，即核心形成聚合期：微管蛋白异二聚体向两端、两侧聚合形成丝、面、管，此时微管蛋白聚合速度大于解聚速度，微管延长稳定期：游离微管蛋白浓度下降，达到临界浓度，微管的组装与去组装速度相等，微管长度相对恒定1、GTP–β微管蛋白与微管末端亲和力较强GDP–β微管蛋白与微管末端亲和力较弱组装特点但形成的原纤维不能闭合成管状结构但形成的原纤维能闭合成管状结构2、游离的微管蛋白异二聚体浓度高于临界浓度时组装微管2、微管组装主要发生在正极4、各种因素可影响微管的组装和去组装GTP＋－GDPGTP帽GDP帽踏车现象当GTP-异二聚体组装速度＞GTP水解速度，形成GTP-帽当GTP-异二聚体组装速度＜GTP水解速度，形成GDP-帽动态不稳定性微管组织中心微管在生理状态及实验室处理解聚后重新组装的启动之处称为微管组织中心概念启动微管组装决定微管的极性作用Microtubuleorganizingcenter，MTOC中心体：基体：是组装纤毛、鞭毛的微管组织中心γ微管蛋白：分裂期组装纺锤体间期细胞内的微管位于中心粒周围，以环状复合体形式存在，是微管装配的起始结构影响组装的因素★体外多种因素影响★体内受到严格的时间和空间的控制微管蛋白浓度、pH、温度、能量等时间上：细胞分裂期纺锤体的组装、去组装空间上：微管组织中心为微管的装配提供了始发区域★游离微管蛋白的浓度★GTP水解的的速度组装:组装:高浓度游离微管蛋白GTP的低速水解第六章细胞骨架★特异性药物的影响秋水仙素：与异二聚体结合，阻止微管聚合促进微管的解聚紫杉醇：只与微管结合，但不影响微管末端的装配，造成微管不断地组装而不解聚微管的化学组成α、β微管蛋白微管的特点中空的管状结构，具有强度弹性，可弯曲，但无分支α-微管蛋白亚基组成的环为负极β-微管蛋白亚基组成的环为正极结构方面-组装速度慢为负极组装速度快为正极组装方面微管的极性稳定性方面稳定状态：中心粒、纤毛、鞭毛不稳定状态：纺锤体微管的类型单管（不规则排列、平行束状排列）如：血管内皮细胞、神经细胞轴突二联管（几何图形排列），如：纤毛、鞭毛三联管（几何图形排列），如：中心粒排列形式方面质膜轴丝ABABABABABABABABABC2C19×2+2中央微管质膜第五章细胞骨架鞭毛与纤毛AB二联管A动力蛋白具有ATP酶活性BABCABCABCABCABCABCABC中心粒卫星centriolarsatelliteABCABC中心粒小轮中心粒ABC三联管（9×3＋0）维持细胞的形态围绕细胞核向外呈放射状分布，形成网状支架作为纤毛和鞭毛运动的元件参与纺锤体的形成与染色体的运动微管的功能维持细胞器的定位和分布胞内物质运输细胞运动细胞分裂确立细胞的极性，细胞器的分布为细胞内物质运输提供轨道维持细胞特定的形态MTOC近端的微管为负极，远端为正极维持细胞器的定位和分布确立细胞的极性细胞器的分布线粒体、高尔基体、各种囊泡等的分布微管被运输的物质马达蛋白（具ATP酶活性）胞内物质运输以中心体为中心向四周辐射运输动力蛋白驱动蛋白马达蛋白精子运动纤毛运动细胞运动参与纺锤体的形成与染色体的运动第五章细胞骨架MAP1、MAP2、MAP4、Tau等蛋白由两个区域组成：微管相关蛋白碱性区：结合到在微管的表面酸性区：外延的部分与其他纤维相连功能：可促进微管组装、抑制解聚、稳定微管等例如：酸性区域碱性区域●维持微管结构和功能的重要成分●恒定比例结合在微管的表面第二节微丝球状肌动蛋白单体（G-actin）纤维状肌动蛋白（微丝）（F-actin）微丝G-actinF-actin特点组装及其特点影响组装因素?极性分布结合蛋白调控功能极性特点球状肌动蛋白（哑铃型）肌动蛋白分子特点有6种肌动蛋白亚型◆差异主要在蛋白质的氨基末端◆在进化上高度保守◆差异对微丝装配速度影响很小但却是特异性微丝结合蛋白结合的必须部位第二节微丝ATPADPG-actin、F-actin肌动蛋白存在形式ATP结合ATP的一端为负极（minusend）ATP-G-actinADP-G-actinADP肌动蛋白的极性聚合（组装过程）解聚（去组装）组装动态结构F-actinG-actinF-actin三个时相延长期：平衡期：快速延长稳定期F-actin成核期：缓慢聚合G-actin◆ATP-G-actin与微丝亲和力高ADP-G-actin与微丝亲和力低◆微丝特异性药物可影响微丝的组装和去组装◆微丝是一个动态结构，有极性微丝组装的特点ATPATPATPADPADP（无细胞实验体系）②ATP-F-actinATP-G-actinATP-F-actinADP-G-actinADP-F-actin根据肌动蛋白与ATP的结合踏车现象ATP-G-actin①对微丝末端亲和性很高④ADP-G-actin对微丝末端亲和性很低ADP-F-actin肌动蛋白构象改变ATP水解③影响组装的因素细胞松弛素B红海海绵素鬼笔环肽～～切断微丝并结合到微丝末端，阻断新的G-actin聚合,破坏了微丝组装只与G-actin结合，抑制G-actin加载到F-actin与微丝侧面结合，抑制微丝解聚，使微丝处于稳定状态，破坏了微丝的动态平衡～～◆由球状肌动蛋白单体组成肌动蛋白纤维◆细胞中呈束状、网状或分散分布◆两条平行肌动蛋白纤维向右螺旋形成微丝微丝的特点微丝的极性结构方面：结合ATP的一端为负极另一端为正极组装方面：组装速度慢为负极组装速度快为正极Pi结合ATP的肌动蛋白结合ADP的肌动蛋白ATP-F-actinADP-F-actin分布永久性结构：肌细胞的细肌丝微绒毛中的轴丝暂时性结构：胞质分裂环中的微丝精子顶体中的微丝胞质环流细胞迁徙时的伪足等顶体功能：调节微丝的动态变化原肌球蛋白肌钙蛋白封帽蛋白切割蛋白单体结合蛋白集束蛋白胶凝蛋白锚定蛋白结合蛋白的调控种类：功能：调节微丝的动态变化结合蛋白的调控成核蛋白单体隔离蛋白末端阻断蛋白单体聚合蛋白微丝解聚蛋白交联蛋白纤维切割蛋白膜结合蛋白种类：第六章细胞骨架第六章细胞骨架加帽蛋白Z帽蛋白溶胶蛋白细丝蛋白抑制蛋白胸腺素丝束蛋白绒毛蛋白黏着斑蛋白锚定蛋白ARP复合体单体聚合蛋白+-+抑制蛋白切丝蛋白凝胶蛋白成束蛋白★维持细胞形态功能★肌肉收缩★细胞各种运动★参与细胞分裂★其他功能肌肉肌细胞肌原纤维Z线肌肉收缩粗肌丝：肌球蛋白（同时具有ATPase活性）细肌丝：肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白肌原纤维Z线Z线肌原纤维Z线肌球蛋白肌动蛋白等肌小节由一个暗带和两个1/2明带组成暗带明带骨骼肌（横纹肌）粗肌丝：肌球蛋白（同时具有ATPase活性）细肌丝：肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白肌原纤维肌球蛋白肌动蛋白等暗带明带明带粗肌丝（ATP酶）（马达蛋白）第六章细胞骨架肌肉细胞中Myosin具有ATP酶活性第六章细胞骨架肌动蛋白和肌球蛋白的滑动产生肌肉收缩+－肌动蛋白丝肌球蛋白（马达蛋白）细胞各种运动细胞内褶巨噬细胞表面的皱褶变皱膜运动细胞变形运动胞质环流细胞的吞吐活动精子的顶体反应精子的顶体反应顶体细胞变形运动——阿米巴运动电镜下显示微丝维持细胞形态培养的成纤维细胞的微丝束在非肌细胞中形成黏着斑和应力纤维黏着斑肌动蛋白CytoskeletalfilamentsActineCytoplasmicproteinplaque肌动蛋白CytoskeletalfilamentsActine位于细胞间或细胞与外基质间，通过整合素（integrin）把细胞中的肌动蛋白束和基质连接起来。连接处的质膜呈盘状，称为黏着斑。在形成黏着斑的质膜下方成束排列的肌动蛋白为应力纤维应力纤维具有收缩功能，但不能产生运动，只能维持细胞形态、赋予细胞韧性和强度第六章细胞骨架参与细胞分裂肌动蛋白结合蛋白收缩环其他功能：细胞内物质运输肌球蛋白（唯一沿肌动蛋白运动的马达蛋白）它们以微丝作为运输轨道参与物质运输活动肌球蛋白小泡F-actin马达蛋白第六章细胞骨架第三节中间丝中间丝纤维状蛋白纤维状蛋白中间丝纤维类型特点功能基本概况组装化学组成纤维结构（中等纤维）纤维状蛋白类型类型蛋白名称细胞内分布Ⅰ角蛋白（酸性、碱性）上皮细胞Ⅱ巢蛋白（神经干细胞蛋白）神经干细胞Ⅲ胶质细胞原纤维酸性蛋白神经胶质细胞ⅣⅢ型中等纤维蛋白波形蛋白结蛋白外周蛋白间充质细胞、肌肉细胞外周神经元Ⅴ神经原纤维蛋白成熟神经元Ⅵ核纤层蛋白细胞核尾部（C端）杆状区头部（N端）波形蛋白神经原纤维蛋白核纤层蛋白角蛋白（高度保守的α螺旋区）（高度可变区）（高度可变区）纤维状蛋白结构二聚体四聚体原纤维中间丝单体同向反向中等纤维组装直径介与微管与微丝之间，8～10nm主要围绕在核周围，成束成网，并扩展到质膜，与质膜相连中等纤维基本概况﹡没有极性﹡分布具有严格的组织特异性﹡坚韧、耐久的蛋白质纤维﹡结构相对稳定，不受秋水仙素、细胞松弛素B影响中间丝特点1、支持作用2、细胞内运输作用3、信息传递作用4、在相邻细胞、细胞与基膜之间形成连接结构中间丝功能5、参与细胞分化上皮细胞中的角蛋白Keratin支持作用结缔组织中的波形蛋白纤维具有中间丝的细胞展开成片细胞仍完整紧密地连接在一起没有中间丝的细胞互相展开细胞彼此分离破裂为细胞提供机械强度支持。在肌肉细胞、皮肤的上皮细胞、神经细胞的轴突中分布丰富形成连接结构细胞间连接（桥粒）钙粘素桥粒斑蛋白第五章细胞骨架第六章细胞骨架预习题1、细胞骨架的基本概念2、简述微丝、微管、中间丝的组成成分在细胞中的分布第五章细胞骨架第六章复习题1、微丝、微管的组成成分及组装2、微丝、微管的主要功能3、中等纤维的功能4、解释细胞骨架的概念，比较三种细胞骨架的单体形状、组成成分、分布、结构、极性、组织特异性、功能、特异性药物作业胞质骨架三种组分的比较微管微丝中间丝单体形状组成成分分布结构极性踏车行为组织特异性功能特异性药物第五章细胞骨架第六章课外学习题新发现的微管相关蛋白（正端追踪蛋白，制止蛋白，XMAP215，katanin，MCAK）