细胞骨架与细胞运输

第七章细胞骨架（cytoskeleton）与细胞的运动第一节细胞骨架的一般描述1928年Klotzoff提出1963年电镜标本用戊二醛在常温下固定等证实运用细胞骨架的荧光抗体在共聚焦激光显微镜可以清楚地观察细胞骨架：是真核细胞中由蛋白质纤维组成的网状细胞器，在细胞的形态、运动和信号转导等方面中发挥重要的作用。狭义细胞骨架：微管、微丝、和中间纤维。广义细胞骨架：细胞质骨架、细胞核骨架、细胞膜骨架、细胞外基质等。细胞核骨架核基质核纤层-核孔复合体体系染色体骨架细胞骨架细胞外基质胶原蛋白弹性蛋白氨基聚糖蛋白聚糖粘附分子细胞质骨架微丝微管中等纤维细胞膜骨架皮层区、应力纤维等细胞骨架特点：复合网状、弥散性、整体性、变动性。细胞骨架意义：①维持细胞形态②保持细胞有序性③与细胞的运动、细胞器的运动④与物质运输、能量、信息信号交换⑤细胞分裂、细胞分化有关。第二节微管（microtubules）一、形状：三、化学组成：二、类型：四、微管的组装：五、微管的功能一、微管的形状：为中空管状结构，内径15nm、外经25nm，管壁5nm、管壁由13根原纤维组成。电镜下微管（Microtubules）光镜下的细胞骨架：红色荧光显示微丝黄色显示微管兰色显示细胞核微管在细胞内的分布微管的特化结构：纤毛、鞭毛、基体、中心粒等。二、微管类型：单体、二聚体、三聚体（13根纤维共用3根）立体图图？中心粒形态结构图纤毛.组成鞭毛的微管有()。A.单个微管B.二联微管C.三联微管D片状微管E右手螺旋微管三、微管化学组成：微管蛋白和微管结合蛋白①微管蛋白：构成微管本体结构，是球状酸性蛋白，分α、β、γ三种，通常α和β组成异二聚体，γ组成环形同聚体。②微管结合蛋白(microtubule-associatedprotein,MAP)：构成微管附加结构，促进其形成和聚合。结构：☆碱性区域与微管结合,可加速成核作用；☆酸性区域与其它细胞骨架结合，促进微管多聚体或者与形成细胞骨架网状结构。例.MAP-1、MAP-2、tau、MAP-4。不同的微管结合蛋白在细胞中有不同的分布区域，执行特殊功能。如：神经细胞中微管结合蛋白分布：tau只存在于轴突中，而MAP-2则在胞体和树突中。四、微管的组装：非稳态动力学模型(dynamicinstabilitymodel)：①描述：聚合与解离聚合元件为αβGTP三聚体，GTP与αβ结合后使得αβ结构变直而容易相互聚合→聚合后成αβGDP微管的正极端与负极端微管组装的三阶段：成核期、聚合期、稳定期②组装过程：α+β+GTP→αβGTP→αβGTP+αβGTP+αβGTP…（头尾相连成→GTP水解成GDP→αβGDP+αβGDP+αβGDP…→成片状→管状。细胞外微管组装时成核：随机碰撞形，细胞内组装时成核：中心体、基体形上的γ-TuRC)。γ微管蛋白环形复合体(γtubulinringcomplex，γ-TuRC)功能：①刺激微管核心②阻止负极端的微管蛋白解离，③促使新生微管从的释放的。微管组织中心(MTOC)中心体复制周期③影响组装因素：A．生理条件：PH值（最适6.9）、温度（最适37℃、Mg2+使聚合力上升、Ca2+使聚合力下降、微管蛋白二聚体（临界浓度为lmg/ml)，GTP，压力等。②药物：秋水仙素（colchicine）或秋水仙胺(colcemid)，长春花硷（catharanthine）或新长春花硷(vincristine)，Noeodazole等，结合游离的微管蛋白二聚体，使之不能聚合成微管，促使微管的解聚。但反应是可逆的。紫杉醇（taxol）结合到组装后的微管上，抑制其解聚。五、微管的功能①支持功能②与动力蛋白组成运动单位微管的具体功能（一）构成细胞的网状支架：（二）保持细胞器的形状和位置：（三）组成纤毛和鞭毛的运动器官（四）组成中心粒、纺锤体（五）参与细胞内物质的运转（六）参与细胞器的移动。（七）参与细胞内信号传导（一）微管构成细胞的网状支架：微管最粗最刚性的结构。例：血小板中央的一圈微管使其呈圆盘形状，低温处理或秋水仙素处理后？（二）微管保持细胞器的形状和细胞器的位置：微管使内质网展开分布，使高尔基体位于细胞核附近等。当用秋水仙素处理后内质网坍塌，高尔基体分解成各种囊泡并分散在整个细胞质中。撤除秋水仙素后细胞器的形状和分布重新恢复。微管内质网高尔基体中心体细胞核上图：内质网抗体染色下图：微管抗体染色上图：高尔基抗体染色下图：微管抗体染色（三）微管组成纤毛和鞭毛的运动器官1.纤毛的功能：①锚定②运动2.纤毛的结构：中央部:“9+2”顶端部：二联管逐渐形成单管互相合并一起。基部：一对单管消失，成“9+0”中心粒结构3.纤毛的运动机理：二联管的A管向B管伸出二个动位蛋白，（轴丝动位蛋白），其头部有微管和ATP结合位点，通过水解ATP释放能量推动A管向B管二联管之间相互滑动，而实现纤毛和鞭毛的摆动、扭动。9个二联管之间速率不均等的滑动可纤毛和鞭毛弯曲，经过与联结蛋白(如放射辐蛋白、连接丝蛋白等)可完成纤毛和鞭毛各种运动(四)微管参与中心粒、纺锤体的形成1.中心粒和纺锤体的组成:中心体（centrosome）：中心粒(centriole)和中心粒旁物质(pericentrio1armaterial);纺锤体的三种微管：①动粒微管(kinetochoremicrotubule)②极微管(polarmicrotubule)③星体微管(astermicrotubule)2．染色体的移动：细胞分裂时染色体的运动方式是综合运动，包含了：微管组装和解聚运动、和动力蛋白沿轨道运动两种机制。（五）微管参与细胞内物质的运转膜泡来源：细胞膜、内质网膜以及高尔基复合体。运动方式：由运输分子沿着微管和微丝等轨道运行。作用：物质运输，细胞膜运输动力蛋白dynein例1：突触小泡的运动负极正极驱动蛋白kinesin例2.色素颗粒的运动许多两栖类和鱼类生皮肤的变色原因。在皮肤中含有色素细胞，色素颗粒在神经和激素的控制下，数秒钟内迅速分布到细胞各处，使皮肤颜色变深；又能迅速回到细胞中心，使皮肤颜色变浅。（六）微管参与细胞器的移动。（七）微管参与细胞内信号传导例：微管参与hedgehog、JNK、Wnt、ERK蛋白激酶信号转导通路有关。信号分子可能是通过直接作用微管或通过马达蛋白调节细胞骨架的极性和形状等来进行信号的传导。第三节微丝（microfilament）一、形状：微丝又称肌动蛋白纤维(actinfilament)，是实心的丝状纤维，直径为7nm。常形成束状或网状，在细胞膜下皮层区中最多。光镜下上皮细胞红色显示微丝二、化学组成：肌动蛋白和微丝结合蛋白①肌动蛋白（actin）占细胞总蛋白的10％,肌动蛋白分子是由375个氨基酸组成单链，呈哑铃形，并紧密结合一分子ATP，一个肌动蛋白称G-肌动蛋白，多个G-肌动蛋白排列组成多聚体称F-肌动蛋白，肌动蛋白分子种类有6种。②微丝结合蛋白：100多种，功能复杂。三、微丝的组装：踏车模型(treadmilingmodel)组装三阶段：成核期、生长期、平衡期。体外聚合：肌动蛋白单体→→三聚体→延长→平衡细胞内聚合：细胞膜下肌动蛋白皮层区(actincortex)→肌动相关蛋白(actin-relatedproteins，ARPs)成核，称为ARP2／3复合物(ARPcomplex)→生长，70℃。影响微丝组装的因素：①生理条件：G-蛋白浓度↑，ATP↑，Ca2+↑,Mg2+↓Na↓。②药物：细胞松弛素B：只与聚合中的微丝正极端结合，抑制微丝聚合，不与聚合后的微丝结合，如:不抑制肌纤维中的微丝。鬼笔环肽：只与聚合后的微丝结合，不与聚合中的微丝或肌动蛋白单体结合。抑制微丝的解体。四、微丝的功能：a.支持功能b.与动力蛋白组成运动单元①微丝构成细胞的网状支架②微丝参与细胞的变形运动③微丝参与细胞的分裂④微丝参与肌肉收缩⑤微丝构成细胞膜骨架的主体⑥微丝参与细胞连接四、微丝的功能：①构成细胞的网状支架维持细胞的形态在细胞中，微丝不能单独发挥作用，而必须形成网络结构或束状结构才发挥作用。微丝能形成特化结构，如微绒毛(microvilli)和应力纤维(stressfiber)。②参与细胞的变形运动肌动蛋白皮层片状伪足基质回缩非聚合态肌动蛋白的移动＋端肌动蛋白聚合,使伪足向前延伸点接触③微丝参与细胞的分裂④参与肌肉收缩A．肌肉收缩装置B．肌肉收缩原理：C．单个肌球蛋白运动。肌动蛋白和肌球蛋白的滑动产生肌肉收缩⑤微丝构成细胞膜骨架的主体⑥微丝参与细胞连接第三节中间丝（intermediatefilaments）一、形态与分布：中间丝是中空的纤维状，广泛存在于细胞质中，构成网状纤维的主体。特点：①直径10nm，②结构稳定，一般无聚合与分解，不受细胞内的离子浓度、去垢剂或秋水仙素、细胞松弛素等影响。③组分有组织特异性。微管组织中心(MTOC)微管组织中心(MTOC)2·1角蛋白(keratin)存在于上皮细胞2·2波形蛋白(vimetin)分布于间质细胞2·3结蛋白(desmin)存在于肌肉细胞2·4胶质原纤维酸性蛋白存在于神经胶质细胞2·5神经丝蛋白，分布于神经细胞组成中间纤维成分的组织特异性：组成中等纤维的蛋白分子结构相似：中间为保守区，是310Aa的α螺旋区，两端为非保守区，是无规则区。杆状α-螺旋区头部氨基端尾部羧基端角蛋白波行纤维蛋白神经丝蛋白核纤层含重复区段二、中间丝组装：单丝→双股螺旋→四聚体→许多四聚体首尾连接成原纤维→八个原纤维围成中空的中间丝。二聚体四聚体原丝中间丝中间丝蛋白单体二、中间丝组装：单丝→双股螺旋→四聚体→许多四聚体首尾连接成原纤维→八个原纤维围成中空的中间丝。三、中间丝功能①构成细胞的网状支架：中间丝广泛存在于细胞质中，构成网状纤维主体，使整个细胞形成整体性结构，其耐剪切性最强，使细胞核、细胞器串联在细胞质中。②参与细胞的连接：使组织成为网状整体，锚定连接。③参与细胞的运动。如：mRNA的运动。④参与细胞的信号传导⑤参与细胞的分化网蛋白中间丝微管抗网蛋白抗体的金颗粒⑥构成细胞核骨架的主要成分:核外膜外侧有中间丝与细胞质骨架相连，核内膜的内侧有核纤层Ｂ受体,它与核纤层B结合，再与细胞核基质的核骨架相连,构成网状的细胞核骨架。四、三种细胞骨架的比较：第四节细胞骨架与疾病1.男性不育ALZHEIMERDISEASE(AD)isthefourthleadingcauseofdeathinadults.Theincidenceofthediseaserisessteeplywithage.ADistwiceascommoninwomenthaninmen,althoughex-presidentRonaldReaganisawellknowndiseasesufferer.Someofthemostfrequentlyobservedsymptomsofthediseaseincludeaprogressiveinabilitytorememberfactsandeventsand,later,torecognizefriendsandfamily.ADtendstoruninfamilies:currently,mutationsinfourgenes,situatedonchromosomes1,14,19and21,arebelievedtoplayaroleinthedisease.Thebest-characterizedofthesearePS1(orAD3)onchromosome14andPS2(orAD4)onchromosome1.Theformationoflesionsmadeoffragmentedbraincellssurroundedbyamyloid-familyproteinsarecharacteristicofthedisease.Interestingly,theselesionsandtheirassociatedproteinsareclosely