大学医学细胞生物学 细胞骨架

细胞骨架：是由位于细胞质、细胞核的蛋白质纤维组成的立体网架系统。细胞骨架微管微丝中间纤维（微梁网络）微管是由微管蛋白组装而成的中空管状结构，在保持细胞形态、参与运动方面起着重要作用。第一节微管15nm24-26nm5-9nm12345678910111213横断面上看：它是由13根原纤维纵向围绕而成。从组成成分来看：由微管蛋白构成。微管蛋白微管蛋白微管蛋白异二聚体GTP（GDP)结合位点与秋水仙素、长春新碱结合的位点镁离子和钙离子的结合位点以α、β异二聚体为基本结构的重复单位，彼此顺序连接成为具有头(α端)、尾(β端)的极性链状原纤维。原丝微管向纵向、横向扩展微管的装配分为三个时期：延迟期、聚合期和稳定期。•延迟期（成核期）：先由和微管蛋白聚合成一个短的寡聚体结构，即核心的形成，然后微管蛋白异二聚体在其两端和侧面添加使之扩散成片状带，当片状带加宽至13根原纤维时，既合拢成一段微管。•聚合期（延长期）：该期细胞内高浓度的游离微管蛋白使微管聚合速度快于解离速度，二聚体的不断添加使微管不断延长。•稳定期：随着细胞质中的游离微管蛋白浓度下降，达到临界浓度时，微管的聚合与解聚速度达到平衡，即微管组装和去组装速度相等，微管长度相对恒定。+-踏车模型（一）体外组装非稳态动力学模型：微管的体外组装有两个因素决定其稳定性，即微管蛋白的浓度、GTP水解的速度。•微管的体外组装实现的条件微管蛋白的浓度、GTP、镁离子、低钙、适宜的温度影响因素：除了上述因素而外，还有药物：秋水仙素、长春新碱、紫杉酚等微管的体内组装微管的体内组装除遵循体外装配的规律外，还受严格的时间和空间的控制。微管的自我装配是一种在时间上和空间上高度有序的生命活动过程。时间控制：细胞生命活动的特殊时刻（纺锤丝微管的聚合与解聚发生在细胞分裂期）。空间控制1.微管装配的特殊始发区域的影响（微管组织中心）。2.微管的定向、延长和排列及与细胞其它成分的连接等。有丝分裂器：有丝分裂中产生的，由中心粒、星体微管和纺锤体微管组成。星体：围绕中心粒向四周辐射的微管。中心粒星体微管中心体纺锤体：由大量微管纵向排列组成中间宽，两极缩小的纺锤状结构。纺锤体微管极微管（连续丝）横桥染色体微管着丝点极微管染色体微管区间微管有丝分裂器功能：在维持染色体的平衡、运动、分配起着极为重要作用。微管蛋白的存在形式12345678910111213单管AB二联管ABC三联管•单管：由13条原纤维环绕而成，也有极少由11或15根原纤维组成，单管是细胞中微管普遍存在形式，属于不稳定管，在低温、高钙和秋水仙素作用下易降解。•二联管：由单管A管和B管组成，其中A管由13根原纤维组成，B管由10根。二联管是构成纤毛和鞭毛的周围小管，是一种运动类型的小管。对低温、钙离子和秋水仙素都比较稳定。•三联管：由A、B、C单管组成，A管由13根原纤维组成，B管和C管都是10根。三联管见于中心粒和基体，对低温、钙离子和秋水仙素都稳定。中心体它是微管成核的地方，是目前研究最为透彻的微管组织中心。它由两个相互垂直的中心粒构成，周围是纤维状的物质。是位于细胞核以外的细胞中心。圆柱状小体——中心粒ABCABCABCABCABCABCABC中心粒卫星ABCABC中心粒小轮中心粒（9X3+0）由九组三联体微管构成。中心粒的功能参与细胞的有丝分裂——与微管的聚合（或解聚）有关。纤毛本体鞭毛和纤毛鞭毛与纤毛是伸出细胞表面并能运动的特化结构。鞭毛与纤毛在来源和结构上基本相同，少而长的叫鞭毛；多而短的叫纤毛。纤毛的整体结构基体纤毛小根纤毛本体基体纤毛小根：由细胞表面向外伸出的细柱状突起。（由质膜和轴丝构成）：纤毛基部质膜下的圆筒状结构。：基体发出的微细原纤维，尖端集中形成一圆锥形束，止于细胞核的一侧。纤毛本体质膜轴丝ABABABABABABABABABC2C1“9X2+2”结构即九个二联体微管和中央两个单体微管二联体微管中央微管中央鞘（内鞘）外臂内臂动力蛋白纤毛本体基体（9X3+0）纤毛小根微管结合蛋白•一类结合在微管表面的辅助蛋白，它们是维持微管结构和功能的必需成分。它们可以调节微管装配、增加微管稳定性和强度。•它们的共同特点:有一个碱性的微管结合结构域和一个酸性的突出结构域与其它骨架纤维相连。1.MAP1：存在于神经元轴突和树突中，在微管间形成横桥，但不能使微管成束。对热敏感。2.MAP2：仅见于神经元的树突和胞体中，具热稳定性，能在微管之间及微管与中间纤维之间形成横桥，使微管能成束排列。3.MAP4：存在于各种细胞中，在分裂期可以调节微管的稳定性。4.Tau蛋白：存在于神经元的轴突中，可以使轴突中的微管纤维排列紧密，提高微管的稳定性，加强轴突抵抗外界应力的作用。微管的主要功能1)构成细胞的网状支架并维持细胞的形态。2)参与细胞的运动。3)参与细胞器的定位及位移。4)参与细胞内物质运输。5)参与信息传递。细胞质膜流动精子运动纤毛运动微管运动（纤毛、鞭毛摆动）马达蛋白•光镜下显示细胞核(兰色),肌动蛋白纤维(红色)一、微丝的形态结构形态：是一类由蛋白纤维组成的实心纤维细丝。成束、成网或纤维状分散分布。结构：肌动蛋白游离态的单体——球状肌动蛋白(G-actin)聚合态的多聚体——纤维状肌动蛋白(F-actin)二、微丝的组装G-actinF-actin+--肌动蛋白-肌动蛋白-肌动蛋白第一节微丝微丝的主要成分是肌动蛋白，它具有极性，其上有Mg离子、K离子、Na离子等和ATP(或ADP)的结合位点。肌动蛋白单体首尾相连，形成螺旋状纤维，因此微丝也是有极性的。体内有些微丝是永久性结构（如：细肌丝）大多数是一种动态结构。微丝的组装•分为成核、生长和平衡期成核期：形成3-4聚体，即核心生长期：成核后，G-肌动蛋白单体迅速向寡聚体两端添加，进入快速增长期。平衡期：当微丝增长到一定时候，出现（+）极组装，而（-）去组装，微丝不再延长。踏车模型•当结合ATP的肌动蛋白到达临界浓度时，ATP-actin继续在（+）端添加、而在（-）端开始缩短，微丝的总长度不变，表现出一种“踏车现象”。非稳态动力学模型•微丝具有极性，肌动蛋白单体加到（+）极的速度要比加到（-）极的速度快5-10倍。•结合ATP的肌动蛋白对微丝的亲和力高，当溶液中ATP-actin浓度高时，微丝快速生长。当组装速度快于ATP水解的速度时，会在末端形成ATP帽，使微丝可持续组装。•伴随着游离ATP-actin逐渐减少，组装速度逐渐减慢，小于ATP水解速度，微丝结合的ATP就会被水解变成了ADP，而ADP-actin对纤维末端的亲和力低，容易脱落，微丝就开始去组装，故呈现（+）端添加、而在（-）端缩短，微丝总长度不变。（一）组装实现的条件一定浓度的G肌动蛋白一定水平的盐浓度（如：镁离子、钾离子、钠离子）有ATP存在（二）影响因素在低浓度的钠离子（或钾离子）的环境下——微丝解聚在有镁离子、高浓度的钠离子（或钾离子）的环境下——微丝聚合药物影响：细胞松弛素——抑制聚合鬼笔环肽——抑制解聚4.微丝的主要功能1)对细胞的支撑作用2)参与细胞运动3)参与胞质分裂如肌丝的收缩运动、变形虫的胞质运动、胞吞、胞吐作用等。细胞连接——粘着带肌肉收缩肌细胞收缩系统装置的主要组分肌动蛋白和肌球蛋白的滑动产生肌肉收缩变形运动成核复合物变形运动生长的丝状伪足胞质分裂收缩环(contractilering)分裂沟(cleavagefurrow)直径介与微管与微丝之间，故得名中等纤维。结构稳定：既不受秋水仙素也不受细胞松弛B素影响，并且也没有极性。中等纤维蛋白的类型和分布顺序类型名称分子量(kD)多肽数组织分布I酸性角蛋白40-5715上皮细胞II碱性角蛋白53-6715上皮细胞III结蛋白531肌细胞胶质纤维酸性蛋白501胶质细胞和星形细胞波形蛋白571间充质细胞外周蛋白571神经元IV神经纤维蛋白62-1103成熟的外周和中枢神经元Internexin661发育中的中枢神经系统V核纤层蛋白A.B.C60-703真核细胞VInestin2401中枢神经系统干细胞二.中等纤维的分子结构中等纤维的基本组成单位——中等纤维单体中等纤维单体-螺旋杆状区非螺旋区头部（N-端）尾部（C-端）L1连接区L12连接区L2连接区8-14816-17杆状区头部（N-端）尾部（C-端）N-端C-端1A-螺旋1B-螺旋2A-螺旋2B-螺旋351019121三.中等纤维的组装单体二聚体超螺旋COOH单体NH2COOHCOOH二聚体NH2NH2COOHCOOHNH2NH2四聚体NH2NH2COOHCOOH四聚体原丝八聚体原纤维中等纤维中等纤维原丝