细胞骨架作用机理.ppt
细胞骨架,细胞骨架：真核细胞中的蛋白纤维立体网架体系。狭义：指细胞质骨架：微丝microfilament、微管microtubule、中间丝intemediate filament 广义：核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架、细胞外基质特点：弥散性、整体性、变动性功能：维持细胞形态，保持细胞内部结构的有序性细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递、细胞分裂、基因表达、细胞分化,概 述,Microtubules,Microfilamemts,Intermediate filaments,Low-magnification image of epithelial cells stained to show actin(in red),microtubules(in green)and DNA(in blue).Note the four rounded cells undergoing cell division.,Cytoskeleton of a cultured epithelial cell.Microtubules are shown in green,actin is shown in red and DNA is in blue.Image by Steve Rogers.(Fluorescence Microscope),微丝确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩。微管确定膜性细胞器的位置和作为运输导轨。中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。,The three types of protein,第一节 微管microtubule,MT,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。在胞质中形成网络结构，作为运输路轨并起支撑作用。微管是由微管蛋白组成的管状结构，对低温、高压和秋水仙素敏感。,A fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucleus(yellow)and microtubules(red),光镜下黄色荧光显示微管,光镜下的微管,电镜下的微管,真核细胞中微管所处的三种位置。,特点和功能：存在于所有真核细胞的细胞质中；是真核细胞特有的保守性结构；出现于细胞周期特定时刻或某一特定发育过程。在不同细胞有相同形态。是一种动态结构，通过其亚单位的装配和去装配能适应细胞的变化。呈网状或束状分布,与其他蛋白装配成纺锤体、中心粒、鞭毛、纤毛、轴突和神经管等结构，参与细胞形态的维持，细胞内运动和细胞分裂。,一、分子结构,形态结构：是由微管蛋白二聚体装配成的长管状细胞器结构，大小均匀一致，外径25nm，内径15nm，微管壁由13条原纤维螺旋盘绕一周构成。,Singlet,Double,Triplet,A,B,A,B,C,In cilia and flagella,In centrioles and basal bodies,微管有单管、二联管和三联管三种存在形式。,二、微管的化学组成,化学组成：微管蛋白和微管相关蛋白。（一）微管蛋白tubulin微管蛋白和微管蛋白(球形酸性蛋白)是装配成微管的基本亚单位。三级结构相似，能紧密联结在一起形成异二聚体，在进化上高度保守。,每条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成。二聚体由结构相似的和球蛋白构成，均可结合GTP。球蛋白结合的GTP从不发生水解或交换。球蛋白也是一种G蛋白，结合的GTP可发生水解，结合的GDP可交换为GTP。,二、微管相关蛋白microtubule associated proteins,MAPs,1.概念：2.MAP由两个区域组成：(1)碱性的微管结合结构域(2)酸性的突出结构域,I型：MAP1；分布于神经细胞的轴突和树突中，在其他非神经细胞中也有。II型：MAP2，存在于树突 MAP4，存在于神经细胞核非神经细胞 Tau，存在于轴突和树突MAPs可与其它细胞组分（如微管束、中间纤维、质膜）结合。,3.种类：,4.功能：促进微管组装。增加微管稳定性。促进微管聚集成束。,具有极性，(+)极生长速度快，(-)极生长速度慢。(+)极的最外端是球蛋白，(-)极是球蛋白。可形成稳定结构，如轴突、纤毛、鞭毛。是微管结合蛋白的作用和酶修饰的原因。大多数微管处于动态组装和去组装状态（如纺锤体），具有踏车行为。秋水仙素、长春花碱抑制微管装配。紫杉酚能促进微管的装配,并使已形成的微管稳定。,成核期（延迟期）：和微管蛋白聚合成短 的寡聚体，核心形成。聚合期（延长期）：微管蛋白聚合速度大于 解聚速度，为微管延长。稳定期（平衡期）：微管蛋白浓度达到临界浓度，微管的组装与去组装速度相等。,三、微管的装配,微管的组装分三个时期：,（一）微管组织中心是微管装配的起始点,1、微管组织中心microtubule organizing center,MTOCs,是微管进行组装的区域，都具有微管球蛋白，如：中心体、鞭毛基体。,MT are nucleated by a protein complex containing-tubulin,The centrosome is the major MTOC of animal cells,中心体由两个相互垂直的中心粒构成。周围是无定形物质，叫做外中心粒物质（PCM）。中心粒由9组3联微管构成，具有召集PCM的作用。MTOC处微管蛋白以环状的球蛋白复合体为模板核化、先组装出（-）极，然后开始生长。提纯的微管，在微酸性环境，适宜温度，存在GTP、Mg2+和去除Ca2+的条件下能自发的组装成11条原纤维的微管。,（二）微管的体外组装1.微管的组装：条件：微管蛋白浓度、GTP、37、pH6.9。,微管的装配过程,2.微管组装动态不稳定性模型,(1)GTP-微管蛋白与微管末端亲和性大微管蛋白聚集。(2)GDP-微管蛋白与微管末端亲和性小微管蛋白解聚。,GTP微管蛋白,GDP微管蛋白,(3)当GTP-微管蛋白的组装速度大于GTP的水解速度时，形成一GTP帽,微管延长。,(4)随着GTP-微管蛋白浓度下降，不稳定性。,GTP微管蛋白,GDP微管蛋白,The function of GTP-tubulin cap,GTP hydrolysis is not required for microtubule assembly，WHY？,（三）微管的体内组装,1.细胞内微管组装的特点：随细胞周期和生理 状况处于动态变化之中，频率高于体外。2.-微管蛋白环形复合体存在微管组织中心。,（四）影响微管组装的因素 1.促进微管组装的因素：微管蛋白浓度高于Cc、37、GTP和Mg2+存在时，微管组装；,2.抑制微管组装的因素：微管蛋白浓度低于Cc，低于4、高Ca2+，微管解聚；3.药物：紫杉醇：促进微管的组装。秋水仙素、长春花碱：抑制微管的组装。,Antimitosis drugs,（一）、微管构成细胞内的网状支架，支持和维持细胞的形态。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。,五、微管的功能,维持细胞的形态固定与支持细胞器的位置,红色显示微丝绿色显示微管,在细胞内，微管作为内物质运输的轨道。具体功能由马达蛋白（motor protein）：主要分为三类:1.动力蛋白（cytoplasmic dynein）2.驱动蛋白(kinesin)3.肌球蛋白（myosin)将物质沿微丝运输,（二）、微管参与细胞内物质运输,将物质沿微管运输,1.驱动蛋白kinesin超家族：,结构：两个球形的头部：具有ATP活性，水解ATP产生能量，与微管结合；尾部与被转运分子结合。方向性：由微管的负端向正端，蛋白的运动是一步一步地进行的。,2.微管动力蛋白（cytoplasmic dynein）超家族,由微管的正端向负端运动 动力蛋白通过可溶的多亚基蛋白复合体与被运输物结合,多亚基蛋白,动力蛋白,驱动蛋白,Dynein发现于1963年。由两条相同的重链和种类繁多的轻链以及结合蛋白构成。作用：推动染色体的分离、驱动鞭毛的运动、向着微管（-）极运输小泡。,驱动蛋白,动力蛋白,沿微管运输的马达蛋白,+,（三）微管维持细胞器的定位和分布 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。,（四）微管参与染色体的运动，调节细胞分裂,微管是构成有丝分裂器的主要成分。染色体的分裂和位移与微管马达蛋白有关。,有丝分裂时，微管形成纺锤体，牵引染色体到达分裂极,1.形成纺锤体。,2.形成鞭毛和纤毛结构：由基体和鞭杆两部分构成；鞭毛中的微管为9+2结构；二联微管A管由13条原纤维组成，B管由10条原纤维组成；A管向相邻B管伸出两条动力蛋白臂，并向鞭毛中央发出一条辐；基体的微管组成为9+0。运动原理：动力蛋白臂的dynein水解ATP作功，使相邻的二联微管相互滑动。,纤毛杆部,质膜,轴丝,9 X 2+2,二联体微管,中央微管,中央鞘（内鞘）,外 臂,内 臂,动力蛋白,B,A,辐条头,辐 条,管间连接丝,第三节 中间纤维,直径10nm左右，介于微丝和微管之间，故名。IF是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑作用。IF在细胞中围绕着细胞核分布，成束成网，并扩展到细胞质膜，与质膜相连结。,intermediate filaments，IF,Keratin filaments of epithelial cells are tightly anchored to the plasmamembranes at desmosmes and hemidesmosomes,一、类 型,分5类：角蛋白、结蛋白、胶质原纤维酸性蛋白、波形纤维蛋白、神经纤丝蛋白。具有组织特异性，不同类型细胞含有不同IF。通常一种细胞含有一种IF，少数含2种以上。肿瘤细胞转移后仍保留源细胞的IF。,（一）角蛋白keratin表皮细胞特有，分和两类，型存在于细胞中，型构成头发、指甲。单体分为：酸性角蛋白（I型）、中性或碱性角蛋白（II型）。通过两者的异二聚体形成角蛋白纤维。（二）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。,（三）胶质原纤维酸性蛋白glial fibrillary acidic protein，存在于星形神经胶质细胞和许旺细胞。起支撑作用。（四）波形纤维蛋白vimentin，存在于间充质细胞及中胚层来源的细胞中。（五）神经纤丝蛋白neurofilament protein，是由三种分子量不同的多肽组成的异聚体，功能是提供弹性使神经纤维易于伸展和防止断裂。,二、结构与装配,（一）结构由螺旋化杆状区、球形头部（N端）和尾部（C端）构成。杆状区高度保守，由螺旋1和螺旋2构成，每个螺旋区分为A、B两个亚区。,intemediate filaments，IF,（二）IF的装配,过程：两个单体形成超螺旋二聚体；两个二聚体反向平行组装成四聚体；四聚体组成原纤维；8根原纤维组成中间纤维。特点：无极性；无动态蛋白库；装配与温度和蛋白浓度无关；不需要ATP、GTP或结合蛋白的辅助。,三、IF的结合蛋白 IFAP,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,胞质骨架三种组分的比较,
