10细胞骨架精选文档.ppt
细胞骨架(cytoskeleton)是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系 细胞质骨架，包括微丝、微管和中间纤维,第一节 微丝(MF),微丝 由肌动蛋白组成、直径为7 nm,呈双股螺旋状的骨架纤维。,Using ATP,G-actin polymerizes to form MF(F-actin),球形肌动蛋白(G-actin)是微丝的结构成分，外观呈哑铃状。内部有ATP结合位点和Mg离子结合位点。由G-actin形成的多聚体(微丝)也称为纤维形肌动蛋白(F-actin),一、微丝的装配,1 装配过程成核反应-多聚体组装-纤维的延伸。肌动蛋白单体具有极性，装配时呈头尾相接，故微丝具有极性，既正极与负极。G-actin具有ATP酶活性，结合ATP趋向组装，结合ADP倾向从微丝上解聚下来。,2 MF体内装配时，呈现出动态不稳定性，主要取决于：F-actin结合的ATP水解速度游离的G-actin单体浓度Ca离子和Mg离子等离子浓度。,3 一定条件下，G-actin在正极端装配、负极去装配，从而表现为踏车现象(tread milling),4 MF动态变化与细胞生理功能变化相适应有些微丝是永久性的结构，如肌肉中的细丝、小肠上皮细胞微绒毛中的轴心微丝等；有些微丝是暂时性的结构，如胞质分裂环中的微丝,二、微丝特异性药物,1 细胞松弛素(cytochalasins)，可以切断微丝，并结合在微丝正极阻抑肌动蛋白聚合，破坏微丝的三维网络。2 鬼笔环肽(philloidin)与微丝侧面结合，防止MF解聚.从而破坏微丝的聚合和解聚的动态平衡。,三、微丝结合蛋白,1 单体隔离蛋白 与G-actin结合后抑制它们的聚合，维持高浓度的单体。决定着肌动蛋白是趋于聚合还是解聚。,2 交联蛋白(cross-linking protein),使肌动蛋白纤维形成网络结构。,3 膜结合蛋白 非肌细胞质膜下方产生收缩的机器，由收缩蛋白作用于质膜产生的力引起质膜向内或向外移动（吞噬作用和胞质分裂）。4末端阻断蛋白 通过与肌动蛋白纤维的一端或两端结合调节肌动蛋白纤维的长度（加帽蛋白）,5 纤维切割蛋白 同肌动蛋白纤维结合并将其一分为二，控制肌动蛋白纤维的长度，降低黏度。6 肌动蛋白纤维去聚合蛋白 将肌动蛋白纤维快速去聚合形成G-actin，存在于肌动蛋白丝骨架快速变化的部位。,7 发动机蛋白，如肌球蛋白（为肌肉收缩和胞质分裂提供力，膜泡运输等）,四、微丝的功能,1 溶胶层和阿米巴运动：微丝遍及胞质各处，集中分布于质膜下，和其结合蛋白形成网络结构(溶胶)，维持细胞形状和赋予质膜机械强度。,2 微绒毛(microvillus)微丝束同向平行排布，下端终止于端网结构，维持微绒毛形状，无收缩功能。,3 应力纤维(stress fiber)广泛存在于真核细胞，由大量平行排列的微丝组成，介导细胞间或细胞与基质表面的粘着，可能在细胞形态发生、细胞分化和组织形成等方面具有重要作用。,4 胞质分裂环：由大量平行排列的微丝组成，分裂末期胞质中的肌动蛋白能迅速装配成收缩环并进一步收缩(肌动蛋白与肌球蛋白的相对滑动)，使两个子细胞分开；胞质分裂后，收缩环迅速去装配,5 肌肉收缩,1）骨骼肌的超微结构 骨骼肌 肌细胞(肌纤维）肌原纤维 肌小节,肌小节包括粗肌丝 即肌球蛋白(myosin)、细肌丝即肌动蛋白，肌动蛋白的正极端锚定在Z线上,2）肌肉收缩中的有关微丝结合蛋白肌球蛋白(myosin)，主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构域(具有ATPase活性)和尾部链，多个尾部 相互缠绕，形成粗肌丝 沿微丝从负极到正极进行运动。,原肌球蛋白(Tm)由两条平行的多肽链形成-螺旋构型，位于肌动蛋白螺旋沟内，Tm结合于细肌丝，调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合肌钙蛋白(Tn)为复合物，包括三个亚基：Tn-C(Ca2+敏感性蛋白)能特异与Ca2+结合，Tn-T与原肌球蛋白结合；Tn-I抑制肌球蛋白ATPase活性。,由肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动所致,3）神经冲动诱发的肌肉收缩的基本过程,动作电位的产生，神经冲动经轴突传到神经肌肉，肌肉细胞膜去极化，经T小管传至肌质网；Ca2+的释放，肌质网去极化后释放Ca2+至肌浆中，阈浓度为10-6 mol/L；原肌球蛋白位移，Ca2+与Tn-C结合，引起构象变化，Tn-C与Tn-I、Tn-T结合力增强，Tn-I与肌动蛋白结合力削弱而脱离；同时Tn-T使原肌球蛋白移动到肌动蛋白双螺旋沟的深处，消除肌动蛋白与肌球蛋白结合的障碍；,肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动：Ca2+的回收，到达肌肉细胞的一系列冲动一经停止，肌质网就通过主动运输重吸收Ca2+，于是收缩周期停止。,胞质环流(cytoplasmic streamting),是菌类、藻类和高等植物细胞中非常活跃的运动现象。胞质环流是由肌动蛋白和肌球蛋白相互作用引起的。能够不断地分配各种营养物和代谢物，使它们在细胞内均匀分布,第二节 微管(microtubule),微管是由微管蛋白(tubulin)装配而成的长管状细胞器结构，平均外径24 nm，内径15 nm 微管壁由13根原纤维排列构成，原纤维由微管蛋白和微管蛋白交替排列而成,微管蛋白和微管蛋白有GTP结合位点，结合微管蛋白的GTP不会被水解，而结合微管蛋白参与组装成微管后被水解成GDP,一、形态 1 微管可装配成单管、二联管(纤毛和鞭毛中)、三联管(中心粒和基体中)，在细胞中呈网状或束状分布，,二、装配,1 装配过程 微管蛋白和微管蛋白形成长度为8 nm的异二聚体，二聚体先沿纵向聚合形成一个短的原纤维，再经过侧面增加而扩展为弯曲的片状结构，至13根原纤维时合拢形成一段微管，新的二聚体再不断加到微管的端点使之延长。,2 微管具有极性，延长主要依靠正极装配GTP微管蛋白，微管两端具GTP帽则继续装配，具GDP帽则解聚，存在踏车现象。,3 微管组织中心(MTOC)是微管进行组装的区域，动物细胞的MTOC为中心体，决定微管极性。植物细胞的MTOC是细胞核外被表面的成膜体。还有位于纤毛和 鞭毛基部的基 体等,三、微管结合蛋白、特异性药物,1 微管结合蛋白(MAP)MAP分子至少包含一个结合微管的结构域和一个向外突出的结构域。MAP的主要功能：促进微管聚集成束；增加微管稳定 性或强度；促进微管组装,2 微管特异性药物秋水仙素(colchicine)，与微管蛋白结合后装配到微管末端，阻断微管蛋白装配成 微管，可破坏纺锤体结构紫杉酚(taxol)，能促进微管的装配，并使已形成的微管稳定,四、微管的功能,1 维持细胞形态，用秋水仙素处理细胞破坏微管，导致细胞变圆，说明微管对维持细胞的不对称形状是重要的,2 细胞运输，微管起细胞内物质运输的路轨作用，与微管结合而起运输作用的马达蛋白有两大类：驱动蛋白(kinesin)动力蛋白(dynein)，两者均需ATP提供能量,Kinesin发现于1985年，是由两条轻链和两条重链构成的四聚体，能向着微管（+）极运输小泡。,Kinesin walk along microtubule towards plus end,Dynein发现于1963年，由两条相同的重链和一些种类繁多的轻链以及结合蛋白构成。作用：在细胞分裂中推动染色体的分离、驱动鞭毛的运动、向着微管（-）极运输小泡。,3 纤毛和鞭毛的运动,纤毛和鞭毛都含有由微管相互连接形成的骨架，即轴丝。92结构：微管蛋白二聚体动力臂蛋白微管连接蛋白 放射辐条内鞘,纤毛和鞭毛的运动 滑动学说,4 纺锤体和染色体运动,细胞从间期进入分裂期时，微管解聚为微管蛋白，经重装配形成纺锤体，介导染色体的运动；分裂末期，纺锤体 微管解聚为微管蛋 白，经重装配形成 胞质微管网。,5 微管组织中心（中心体和基体）,中心体(centrosome)由一对相互垂直的中心粒及周围基质构成；位于鞭毛和纤毛根部的类似结构(单个)称为基体或基粒。,一、形态、结构与组成 中间纤维(IF)直径10 nm左右，介于微丝(7 nm)和微管(24 nm)之间，中间纤维是最稳定的细胞骨架成分，围绕着细胞核分布，成束成网，并扩展到细胞质膜，与质膜相连结，主要起支撑作用。,第三节中间纤维,中间纤维蛋白分子由一个螺旋杆状区以及两端非螺旋化的球形头部(N端)、尾部(C端)构成。,二、中间纤维装配,两条中间纤维多肽链形成超螺旋二聚体(dimer)两个二聚体反向(或顺向)平行以半交叠方式构成四聚体(tetramer)，可能是中间纤维解聚的最小亚单位四聚体首尾相连形成原纤维(protofilament)8根原纤维构成直径10 nm圆柱状的纤维,三、分类可分为5类 角蛋白纤维 波形纤维 结蛋白纤维 神经元纤维 神经胶质纤维,角蛋白keratin 为表皮细胞特有，具有和两类，角蛋白存在于细胞中，角蛋白形成头发、指甲等坚韧结构。结蛋白desmin 又称骨骼蛋白skeletin，存在于肌肉细胞中，主要功能是使肌纤维连在一起。,胶质原纤维酸性蛋白 存在于星形神经胶质细胞和许旺细胞。起支撑作用。波形纤维蛋白vimentin 存在于中胚层来源的细胞中。神经纤丝蛋白neurofilament protein 提供弹性使神经纤维易于伸展和防止断裂。,功能：使中间纤维交联成束、成网，把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上已知的IFAPs约15种左右，分别与特定的中间纤维结合，如：flanggrin、Plectin、Ankyrin特点：具有细胞特异性,四、IF的结合蛋白 IFAP,一般认为在细胞质中起支架作用，并与细胞核定位有关 有以下几方面：增强细胞抗机械压力的能力 角蛋白纤维参与桥粒的形成 结蛋白纤维是肌肉Z盘的重要结构 组分 神经元纤维在神经细胞轴突运输中 起作用 参与传递胞内机械的或分子的信息 中间纤维与mRNA的运输有关,五、功能,胞质骨架三种组分的比较,
