《医学细胞生物学》细胞骨架与细胞的运动课件.ppt

第六章 细胞骨架与细胞的运动,医学细胞生物学,主要内容,微 管,1,微 丝,2,中间丝,3,教学要求,掌握微管的化学组成、结构、组装和功能；,1,掌握微丝的化学组成、结构、组装和功能；,2,细胞骨架的概念,细胞骨架是指真核细胞中的蛋白质纤维网架体系，它对于细胞的形态、细胞的运动、细胞内的物质运输、细胞分裂时染色体分离和胞质分裂等均起到重要作用。,微管,微丝,中间丝,细胞骨架分类,1、细胞质骨架,2、细胞核骨架,微管,微丝,中间丝,核基质,核纤层,染色体骨架,第一节 微管,微管的组成与形态,一,微管的装配,二,微管相关蛋白,三,微管的功能,四,微管普遍存在于真核细胞的胞质中，分布于核周围，呈放射状向四周扩散。,第一节 微管,体外培养上皮细胞(红色荧光示微管，黄色荧光示细胞核),第一节 微管,一、微管的组成与形态,（一）微管蛋白,紫杉醇,微管蛋白分子结构示意图,GTP,GDP,-微管蛋白,-微管蛋白,Pi,GTP,一、微管的组成与形态,（一）微管蛋白,秋水仙碱,微管蛋白分子结构示意图,-微管蛋白,-微管蛋白,异二聚体,一、微管的组成与形态,（二）微管的形态,原纤维,微管：内径15nm,外径24nm,（13根）,负极（-）,正极（+）,1、单管,微管的种类,一、微管的组成与形态,2、二联管,A,B,3、三联管,A,B,C,一、微管的组成与形态,1、单管：单独或成束，不稳定,一、微管的组成与形态,2、二联管：鞭毛和纤毛的杆部,一、微管的组成与形态,3、三联管：鞭毛和纤毛的基部，中心粒,二、微管的装配,微管组装的特点,聚合,解聚,1、GTP- 异二聚体亲和力强，聚合成原纤维 GDP- 异二聚体亲和力弱，促进形成管状，易解聚,GTP-异二聚体,GDP-异二聚体,二、微管的装配,微管组装的特点,2、游离GTP- 异二聚体Cc，微管聚合 Cc: 聚合速度=解聚速度,聚合,二、微管的装配,3、添加异二聚体的一端为正极（+）， 解聚的一端为负极（-），微管的组装发生在正极,正极（+）,负极（-）,微管组装的特点,二、微管的装配,4、聚合：37、 GTP和Mg2+存在；紫杉醇。 解聚：低于4、高Ca2+；秋水仙素、长春花碱。,微管组装的特点,正极（+）,负极（-）,二、微管的装配,（一）微管的装配过程,聚合期,稳定期,条件：GTP、有Mg2+无Ca2+ 、 37、pH6.9,成核期（限速期）,二、微管的装配,“踏车现象”,（一）微管的装配过程,正极（+）,负极（-）,延长,缩短,GTP- ,GDP-,（二）微管装配的动态不稳定性,二、微管的装配,GTP帽,稳定,不稳定,GDP帽,生物学意义：,1、在细胞分裂间期，保持微管与微管蛋白的动态平衡。,2、有利于纺锤体的快速聚合与解聚。,微管组织中心（microtubule organizing center, MTOC）是微管聚合的核心位点，主要是中心体、纤毛基体。帮助细胞质中微管在装配中成核，接着微管从微管组织中心开始生长。,二、微管的装配,（三）微管组织中心,二、微管的装配,（三）微管组织中心,中心体的结构:由两个中心粒和中心粒旁物质构成,二、微管的装配,（三）微管组织中心,中心粒小轮（93+0）,1、随细胞周期和生理状况处于动态变化之中，频率体外,2、-微管蛋白环形复合体存在微管组织中心，帮助微管成核，微管的负端附着于MTOC上，而使负端稳定，微管开始生长、延长或缩短发生在正端。,二、微管的装配,体内组装特点,微管结合蛋白(MAPs)是一类参与微管装配的辅助蛋白,与微管结合：微管结合结构域（碱性）,与其他组分结合：突出结构域（酸性）,三、微管相关蛋白,主要存在神经元和非神经元细胞中,三、微管相关蛋白,种 类,(1)促进微管组装,(2)增加微管稳定性,(3)促进微管聚集成束,三、微管相关蛋白,功 能,（二）参与细胞内的物质运输,（五）参与纺锤体的形成与染色体的运动,（四）组成中心粒、纤毛和鞭毛运动的元件,（一）通过支架作用维持细胞的形态,（三）维持细胞器的定位和分布,四、微管的功能,（六）参与细胞内信号转导,（一）通过支架作用维持细胞的形态,（一）通过支架作用维持细胞的形态,（二）参与细胞内的物质运输,动力蛋白,肌球蛋白,驱动蛋白,头部,尾部,头部,尾部,（二）参与细胞内的物质运输,轨道：微管、微丝,动力：马达蛋白和ATP、GTP,头部与细胞骨架结合具有ATP（GTP）酶活性水解ATP(GTP)产生能量，,驱动蛋白,尾部,杆部,头部,（-）,（+）,驱动蛋白沿微管运输物质,转运囊泡,驱动蛋白,微管,（二）参与细胞内的物质运输,动力蛋白,驱动蛋白,肌球蛋白,（二）参与细胞内的物质运输,微管,中间丝,微丝,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,（三）维持细胞器的定位和分布,鞭毛,纤毛,微管,微管,（四）组成纤毛和鞭毛运动的元件,基体:93+0结构,杆部:92+2结构,纤毛和鞭毛的结构,（四）组成纤毛和鞭毛运动的元件,外周二联微管,动力臂,细胞膜,中央微管,放射辐条,连丝蛋白,A管,B管,中央鞘,纤毛和鞭毛的结构,基体:93+0结构,杆部:92+2结构,原纤维,微管,基部,（四）组成纤毛和鞭毛运动的元件,微管是构成有丝分裂器的主要成分,（五）参与纺锤体的形成与染色体的运动,动 粒,微 管,（五）参与纺锤体的形成与染色体的运动,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与微管作用。,（六）微管参与细胞内信号转导,参与JNK，Wnt，ERK及 PAK蛋白激酶信号转导通路。,第二节 微丝,微丝的组成和形态,一,微丝的装配,二,肌动蛋白结合蛋白,三,四,微丝的生物学功能,微丝以束状、网状或散在等多种方式有序地存在于细胞质的特定空间位置，维持细胞形态，参与细胞运动。,微丝,微丝,微丝,电镜下显示微丝,微丝,肌肉细胞中的微丝:占细胞总蛋白的10%,2、F-肌动蛋白,1、G-肌动蛋白,一、微丝的组成和形态,（一）肌动蛋白,ATP结合位点,一、微丝的组成和形态,（二）微丝的形态结构,两条F-肌动蛋白右手螺旋方式缠绕，直径：7nm螺距：37nm或14个G-肌动蛋白有极性：生长快的一端为正极， 生长慢的一端为负极,电镜下的微丝,ATP,ADP,G-肌动蛋白,F-肌动蛋白,1、游离的ATP-G-actin与F-actin末端亲和力高，ADP-G-actin间亲和力弱，所以微丝是不稳定易解聚的结构。,二、微丝的装配,微丝的装配特点,2、微丝两端生长速度不同，正极明显快于负极。,3、特异性药物处理会阻止微丝的组装或去组装，破坏两者之间的平衡。（细胞松弛素、鬼笔环肽）,ATP-G-actin,ADP-G-actin,Pi,Pi,条件：肌动蛋白临界浓度、ATP、 有Mg2+ 高Na+ 、高K +,二、微丝的装配,（一）微丝的装配过程,成核期（限速期）,延长期,平衡期,ATP,ADP,ADP-actin,ATP-actin,ATP-actin,+,-,+,-,+,-,踏车现象：微丝延长和缩短相等，肌动蛋白丝的净长度不变,（二）微丝装配的动态调节,二、微丝的装配,二、微丝的装配,（三）微丝体内装配的成核作用,ARP,ARP激活因子,F-actin,G-actin,ADP-G-actin,ATP-G-actin,肌动蛋白相关蛋白（ARP）做为“核心”，以70组装新微丝，是微丝的负极,应力方向,二、微丝的装配,（四）影响肌动蛋白单体聚合和解聚的药物,药物：,三、肌动蛋白结合蛋白,1、成核蛋白,2、单体隔离蛋白,3、加帽蛋白,5、交联蛋白,4、纤维切断蛋白,三、肌动蛋白结合蛋白,1、成核蛋白,2、单体隔离蛋白,3、加帽蛋白,7、单体聚合蛋白,6、微丝解聚蛋白,5、交联蛋白,4、纤维切断蛋白,8、膜结合蛋白,（四）参与细胞分裂,（五）参与细胞内的物质运输,（二）细胞运动,（六）参与细胞内信号转导,（三）维持细胞的形态,（一）肌肉收缩,四、微丝的生物学功能,肌小节：肌肉收缩的基本单位，位于相邻两Z线间,（一）肌肉收缩,肌小节,肌肉舒张,肌肉收缩,粗肌丝：肌球蛋白,细肌丝：肌动蛋白,细胞有多种运动方式：胞质环流、变形运动、吞噬活动等。,（二）参与细胞运动,细胞吞噬病毒的过程,（二）参与细胞运动,移动方向,体外培养的上皮细胞中的应力纤维（红色示微丝、绿色示微管）,（三）维持细胞的形态,（三）维持细胞的形态,粘着斑,皮层肌动蛋白,细胞皱褶,微绒毛,F-肌动蛋白,片状伪足,丝状伪足,小肠上皮微绒毛,（三）维持细胞的形态,收缩环（contractile ring）:由大量平行排列但具有 不同极性的微丝构成，具有收缩功能。,收缩环收紧的机制：肌动蛋白和肌球蛋白滑动。,（四）参与细胞分裂,肌球蛋白,（五）参与物质运输,（六）参与细胞内信号转导,核内的信息也能通过该途径传递到细胞膜。,微丝可作为某些信息传递的介质：,第三节 中间丝,中间丝的组成与结构,一,中间丝的装配,二,中间丝的生物学功能,三,中间丝,特点：直径10nm左右功能：是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑作用。,中间丝,是最复杂的一种细胞骨架纤维，约由至少50种纤维状蛋白组成。分为六大类，编码为。,（一）中间丝蛋白的类型,一、中间丝的组成与结构,中间丝蛋白的类型,一、中间丝的组成与结构,蛋白纤维单体,（一）中间丝蛋白的结构,螺旋区（高度保守）,螺旋区,细胞质中,细胞核中,核定位信号,N端（头部可变区）,C端（尾部可变区）,二、中间丝的装配,特点：IF没有极性,2个单体形成超螺旋二聚体,2个二聚体反向组装成四聚体,2个四聚体组成八聚体,8个四聚体组成中间丝,蛋白纤维单体,三、中间丝的生物学功能,2、为细胞提供机械强度支持,（六）维持细胞核膜稳定：构成核纤层的蛋白。,（四）在相邻细胞、细胞与基膜之间形成连接结构：桥粒连接和半桥粒连接。,（五）参与细胞分化,（二）参与细胞内的物质运输：与mRNA的运输,1、在细胞内形成一个完整的网状骨架系统,（一）具有支持作用,（三）参与细胞内信号传递,总结,微 管,微 丝,中间丝,