细胞骨架与细胞的运动

医学细胞生物学（配套教材）第七章细胞骨架与细胞的运动CytoskeletonandCellMovement学习目的与要求1.掌握细胞骨架的概念及基本组成成分。2.掌握微管、微丝、中间纤维的结构、组成、装配及其功能。3.熟悉微管、微丝、中间纤维的形态及影响其组装的因素。第一节第二节第三节中英文退出第四节第五节第七章细胞骨架与细胞的运动CytoskeletonandCellMovement细胞骨架（cytoskeleton）：是指真核细胞质中的蛋白质纤维网架体系，对于细胞的形状、细胞的运动、细胞内物质的运输、染色体的分离和细胞分裂等均起重要作用。细胞骨架的多功能性依赖于三类蛋白质纤维：微管、微丝和中间纤维。退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动第一节微管一、微管的结构二、微管结合蛋白三、微管的装配与动力学四、微管的功能退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动微管的组成：由微管蛋白和微管结合蛋白组成。微管的形状：为中空的管状结构。基本功能：细胞器的定位和物质运输。微管组成的细胞器：纤毛、鞭毛、基体、中心体、纺缍体等。微管（Microtubule,MT）概述退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动一、微管的结构1.微管的组成主要为微管蛋白（tubulin）。微管蛋白分为三种：α-管蛋白、β-管蛋白和γ-管蛋白。α-管蛋白和β-管蛋白组成异二聚体。异二聚体是构成微管的基本亚单位。γ-管蛋白位于微管组织中心，对微管的形成、微管的数量和位置、微管极性的确定及细胞分裂起重要作用。退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动2.微管的形状中空小管，内径约为15nm，壁厚约5nm。退出首页CytoskeletonandCellMovement一、微管的结构第七章细胞骨架与细胞的运动3.微管的分子结构13根原纤维异二聚体微管退出首页CytoskeletonandCellMovement一、微管的结构第七章细胞骨架与细胞的运动4.微管的动态性微管以异二聚体为单位，可自由组装和拆卸。5.微管的极性微管具有极性，正端（plusend）生长速度快，负端（minusend）生长速度慢，也就是说微管蛋白在正端的添加速度高于负端。退出首页CytoskeletonandCellMovement一、微管的结构第七章细胞骨架与细胞的运动在细胞中有三种存在形式：单管、二联管和三联管。单管：由13根原纤维组成，是细胞质中常见的形式，其结构不稳定，易受环境因素影响而降解。二联管：由A，B两个单管组成，A管有13根原纤维，B管有10根原纤维，与A管共用3根原纤维，主要分布于纤毛和鞭毛内。6.微管的存在形式退出首页CytoskeletonandCellMovement一、微管的结构第七章细胞骨架与细胞的运动在细胞中有三种存在形式：单管、二联管和三联管。三联管：由A，B，C三个单管组成，A管有13根原纤维，B、C各有10根原纤维，主要分布于中心粒、鞭毛和纤毛的基体中。6.微管的存在形式退出首页CytoskeletonandCellMovement一、微管的结构第七章细胞骨架与细胞的运动微管三种类型横断面示意图退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动二、微管结合蛋白1.微管结合蛋白（microtubule-associadedprotein，MAP）：与微管结合的辅助蛋白，并与微管共存，参与微管的装配。退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动2.微管结合蛋白主要包括：主要存在于神经元和非神经元细胞中MAP-2MAP-1TauMAP-4主要存在于神经元细胞中退出首页CytoskeletonandCellMovement二、微管结合蛋白第七章细胞骨架与细胞的运动三、微管的装配与动力学除了特化细胞的微管外，大多数微管都是不稳定的，能够很快地组装或去组装。退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动三、微管的装配与动力学微管的组装可分三个过程：成核期（nucleationphase）管蛋白聚合成短的寡聚体（核心）片状微管。聚合期（polymerizationphase）聚合速度大于解聚速度。稳定期（steadystatephase）聚合速度等于解聚速度（游离管蛋白达到临界浓度）。退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动1.微管组织中心(microtubuleorganizingcenter,MTOC)微管形成的核心位点，微管的组装由此开始。常见的微管组织中心为中心体和纤毛的基体。帮助细胞质中的微管在装配过程中成核，接着微管从微管组织中心开始生长。(一)微管装配的起始点是微管组织中心退出首页CytoskeletonandCellMovement三、微管的装配与动力学第七章细胞骨架与细胞的运动2.γ-管蛋白γ蛋白一般形成γ-管蛋白环形复合体，它可刺激微管核心形成，并包裹微管蛋白的负端防止微管蛋白的掺入。(一)微管装配的起始点是微管组织中心退出首页CytoskeletonandCellMovement三、微管的装配与动力学第七章细胞骨架与细胞的运动3.中心体(centrosome)⑴中心体的结构中心体位于细胞核的附近，在细胞有丝分裂时位于细胞的两极，中心体包括两个中心粒和中心粒旁物质。它是细胞内重要的微管组织中心。周围基质⑵中心体的功能是细胞中决定微管形成的一种细胞器，它与细胞的有丝分裂关系密，主要参与纺缍体的形成。退出首页CytoskeletonandCellMovement三、微管的装配与动力学第七章细胞骨架与细胞的运动3.中心体(centrosome)周围基质中心体结构模式图退出首页CytoskeletonandCellMovement三、微管的装配与动力学第七章细胞骨架与细胞的运动微管蛋白在中心体上的聚合退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动在适当的情况下，微管可以在体外组装。微管组装的动态调节有两个理论模型，即微管踏车模型(treadmillingmodel)和非稳态动力学模型(dynamicinstabilitymodel)。微管组装以非稳态动力学模型为主，其中微管蛋白浓度和GTP是重要的调节微管组装的物质。管蛋白浓度高微管聚合管蛋白浓度低、GTP水解微管解聚(二)微管的体外装配退出首页CytoskeletonandCellMovement三、微管的装配与动力学第七章细胞骨架与细胞的运动(二)微管的体外装配退出首页CytoskeletonandCellMovement三、微管的装配与动力学第七章细胞骨架与细胞的运动微管在细胞中的组装主要是在γ-管蛋白环形复合体，它位于微管组织中心，是集结异二聚体的核心，微管从此生长和延长。它与微管的负端结合，而使负端稳定。(三)微管的体内装配退出首页CytoskeletonandCellMovement三、微管的装配与动力学第七章细胞骨架与细胞的运动GTP浓度、温度、压力、pH值、离子浓度、微管蛋白临界浓度、药物等。(四)影响微管装配的因素秋水仙素、长春新碱抑制微管装配。紫杉醇能促进微管的装配,并使已形成的微管稳定。药物因素常见影响因素退出首页CytoskeletonandCellMovement三、微管的装配与动力学第七章细胞骨架与细胞的运动四、微管的功能微管具有一定的强度，能够抗压和抗弯曲，给细胞提供机械支持力，是支撑和维持细胞形状的主要物质。(一)支持和维持细胞的形态退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动在电镜下可见中心粒由9组三联微管组成，中央无微管（9+0）。在细胞间期，中心体组织形成胞质微管，在细胞分裂期，参与纺锤体的形成。(二)参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成1.中心粒和中心粒旁物质构成中心体退出首页CytoskeletonandCellMovement四、微管的功能第七章细胞骨架与细胞的运动(二)参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成1.中心粒和中心粒旁物质构成中心体中心粒模式图和电镜照片退出首页CytoskeletonandCellMovement四、微管的功能第七章细胞骨架与细胞的运动2.纤毛与鞭毛细胞表面的运动器官，二者结构基本相同，在电镜下都可见9+2的结构，中央为一组二联微管称为中央微管，周围有9组二联微管。退出首页CytoskeletonandCellMovement(二)参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成四、微管的功能第七章细胞骨架与细胞的运动2.纤毛与鞭毛A.纤毛横切电镜照片B.纤毛结构示意图纤毛的结构退出首页CytoskeletonandCellMovement(二)参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成四、微管的功能第七章细胞骨架与细胞的运动细胞内的细胞器移动和胞质中的物质转运都和微管有着密切的关系，具体功能由马达蛋白来完成。马达蛋白是指介导细胞内物质沿细胞骨架运输的蛋白。主要分三大类：动力蛋白(cytoplasmicdynein)驱动蛋白(kinesin)肌球蛋白(myosin)(三)参与细胞内物质运输将物质沿微管运输将物质沿微丝运输退出首页CytoskeletonandCellMovement四、微管的功能第七章细胞骨架与细胞的运动1.微管驱动蛋白结构：具有ATP酶活性，水解ATP产生能量与微管结合尾部——与被转运组分结合运输方式：沿微管由负端向正端移动驱动蛋白两个球形头部退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动驱动蛋白2.微管动力蛋白结构：具有ATP酶活性，水解ATP产生能量与微管结合尾部——与被转运组分结合两个球形头部运输方式：沿微管由正端向负端移动退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动沿微管运输的马达蛋白退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动神经轴突中沿微管的转运红色：驱动蛋白蓝色：动力蛋白退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动(四)维持细胞内细胞器的定位和分布微管及其相关的马达蛋白在真核细胞内的膜性细胞器的定位上起着重要作用。线粒体的分布与微管相伴随；游离核糖体附着于微管和微丝的交叉点上；内质网沿微管在细胞质中展开分布；高尔基体沿微管向核区牵拉，定位于细胞中央。退出首页CytoskeletonandCellMovement四、微管的功能第七章细胞骨架与细胞的运动细胞器依靠微管在细胞内定位（A）一个细胞中典型的微管（绿色）、内质网（蓝色）和高尔基体（黄色）的分布方式。细胞核为褐色，中心体为浅绿色。（B）细胞经内质网抗体染色（上图）和微管抗体染色（下图）。马达蛋白沿着微管将内质网向外牵拉。（C）细胞经高尔基抗体染色（上图）和微管抗体染色（下图）。马达蛋白将高尔基体向内侧移动到邻近中心体的位置。退出首页CytoskeletonandCellMovement第七章细胞骨架与细胞的运动(五)参与染色体的运动，调节细胞分裂微管是构成有丝分裂器的主要成分，可介导染色体的运动，从而调节细胞分裂。退出首页CytoskeletonandCellMovement四、微管的功能第七章细胞骨架与细胞的运动(六)参与细胞内信号传导微管参与hedgehog、JNK、Wnt、ERK及PAK蛋白激酶信号转导通路。信号分子可直接与微管作用或通过马达蛋白和一些支架蛋白来与微管作用。退出首页CytoskeletonandCellMovement四、微管的功能第七