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第七章 细胞骨架和细胞运动,简介 1.细胞骨架的定义：蛋白质纤维网架体系 2.细胞骨架的基本功能：维持形态、细胞运动、物质运输、染色体分离、细胞分裂、功能平台。3.细胞骨架的类型:微管（microtubule)微丝(microfilament,MF)中间纤维(intermediate filament,IF),第一节 微管,一、微管的结构与组成直径：24-26nm,中空，壁厚5nm.基本单位：、异二聚体形成：二聚体头尾相接形成纤维，13根纤维片 层合拢成单根微管再继续延长。极性：生长快的一端为正端。主要组成：、-管蛋白（tubulin)（占85-95%）管蛋白（位于微管组织中心，MTOC)微管结合蛋白（microtubule associated proteins)形式：单管（13）细胞质中，不稳定 二联管（23，A、B管）纤毛和鞭毛内，稳定 三联管（33，A、B、C管）中心粒、纤毛和鞭毛基体,细胞中的微管,二、微管的装配和动力学,微管装配过程的三个时期：成核期（nucleation phase)延迟期（lag phase):、-管蛋白聚合成短的寡聚体 形成核心并扩展成片和合拢成管；聚合期（polymerization phase)或延长期（elongation phase):聚合速度加快，新二聚体不断 加至微管正端。稳定期（steady state phase)平衡期（equilibrium phase):微管的组装和去组装处于平衡。,（一）微管装配的起始点微管组织中心结构：中心体（centrosome)：细胞质中 中心粒（centroile)、中心粒 旁物质（pericentriolar material)基体(basal body):纤毛、鞭毛中-微管蛋白环形复合体（-tubulin ring complex):刺激微管核心形成、包裹微管负端作用：帮助大多数细胞质微管装配过程中的成核。,（二）微管的体内外装配,体外装配条件：GTP、-管蛋白（临界浓度约1mg/ml)Mg+pH6.937C踏车运动（treadmilling):微管的一端发生GTP和管蛋白的 增加，使微管不断延长（正端），而在另外一端具有GDP的管蛋白 发生解聚而使微管缩短（负极）。这种装配方式称为踏车运动。,微管的体内装配以微管组织中心的-微管蛋白环形复合体(-TuRC)作为核心，、-管蛋白二聚体结合到-TuRC上，从此生长、延长。-TuRC组织形成微管的能力可能受细胞周期影响间期：关闭G2到M：开放,影响微管组装的因素GTP浓度、温度、管蛋白浓度等敏感药物：紫三醇（防止解聚、加速聚合）秋水仙素（与管蛋白结合，阻止聚合）长春新碱（与异二聚体结合，抑制聚合）,三、微管的功能,（一）支架功能 维持细胞形态，提供机械支持力。如血小板的圆形形状的维持。（二）参与中心粒、纤毛的形成 中心粒：9组三联体微管围成的一个圆筒状结构 是动物细胞中主要的微管组织中心。间期细胞：物质运输轨道、形状维持与改变 分裂期：形成纺锤体的两极、染色体移动,纤毛(cilia)、鞭毛(flagella)功能为运动与感觉，以微管为主要成分 静纤毛：9+0 类型 动纤毛：9+2 类型，中央两条微管称中央管 包围中央管的外周蛋白鞘称中央鞘 外周9组二联管两两之间由连接蛋白相连，A管向近中央鞘伸出放射辐条(radial spoke)A管向一侧伸出动力蛋白臂（dynein arm),为ATP酶 纤毛、鞭毛的基体与中心粒相似，由三联管组成，中央 无微管。,动纤毛,静纤毛,光受体,嗅觉受体神经元,（三）参与胞内物质运输参与细胞内细胞器移动和物质转运：如神经细胞中的轴突物质转运 分泌颗粒、色素颗粒沿微管运输 线粒体快速运动微管运输任务主要由微管马达蛋白（motor protein）来完成。马达蛋白家族（ATP酶）:动力蛋白（dynein)运行轨道：微管；方向：负端 驱动蛋白（kinesin)运行轨道：微管；方向：正端 肌球蛋白（myosin)运行轨道：微丝（肌动蛋白纤维）,向前转运,向后转运,微丝,微管,（四）维持胞内细胞器的定位与分布微管及其马达蛋白在膜性细胞器的定位与分布上扮演重要角色线粒体的分布：与微管相伴随游离核糖体分布：附着于微管与微丝交叉点上内质网展开分布：微管功能高尔基复合体分布：定位与中心粒附近,（五）参与细胞分裂构成纺锤体的主要成分与着丝点（kinetochore)连接将染色体推向纺锤体中部将姐妹染色体分开,（六）参与细胞内信号传递微管参与hedgehog、JNK、Wnt、ERK 和 PAK蛋白激酶信号通路,第二节 微丝（microfilament),一、微丝的机构与组成（一）微丝的结构形状：丝状直径：5-8nm主要成分：肌动蛋白（actin),-actin:377aa,和-actin 375aa 有阳离子（Mg+和K+或Na+）、ATP和肌球蛋白 结合位点。单体肌动蛋白也称G-肌动蛋白（球形-肌动蛋白）多聚体肌动蛋白也称F-肌动蛋白（纤维状-肌动蛋白）极性：生长快的一端称正端（plus end),-actin-actin,（二）微丝的结合蛋白体内的微丝由不同的微丝结合蛋白将肌动蛋白纤维组织成各种不同的的结构从而执行不同的功能。单体隔离蛋白（monomer sequestering protein)profilin和胸腺素(thymosin)：与单体肌动蛋白竞争性结合。交联蛋白（cross linking protein)细丝蛋白（filamin)、actin结合蛋白（ABC):具两个或两个以上actin结合位点，能使两个或多 个肌动蛋白纤维产生交联，形成网状结构。,涉及肌动蛋白纤维的稳定和生长（将ADP-actin换成ATP-actin）,末端阻断蛋白（end blocking protein)辅肌动蛋白（-actinin)、加帽蛋白（capping protein）:通过同肌动蛋白纤维一端或两端的结合调节纤维的长度。纤维切割蛋白（filament severing protein)凝溶胶蛋白（gelsolin)、片段化/切割蛋白（fragmin/severin)：将肌动蛋白纤维切割，控制纤维长度，降低胞浆粘度。肌动蛋白纤维解聚蛋白（actin filament depolymerization protein)Cofilin、ADF:同肌动蛋白纤维结合，引起快速解聚形成actin单体。膜结合蛋白（membrane binding protein）是非肌肉细胞质膜下方产生收缩的机器。如吞噬作用 和胞质分裂。,加帽蛋白（capping protein）通过同肌动蛋白纤维一端或 两端的结合调节纤维的长度。,凝溶胶蛋白（gelsolin)、片段化/切割蛋白（fragmin/severin)：将肌动蛋白纤维切割，控制纤维长度，降低胞浆粘度。,交联蛋白（cross linking protein)细丝蛋白（filamin)、Actin 结合蛋白（ABC):具两个或两个以上actin结合位点，能使两个或多个肌动蛋白纤维产生交联，形成网状结构。,三、微丝的装配机制,（一）微丝的组装过程分三个阶段：成核期聚合期成熟期,（二）影响组装的因素G-actin 临界浓度ATP、ca+、Na+、K+浓度微丝结合蛋白的影响药物分子影响：细胞松弛素B（cytochalasin):与微丝正端结合，抑制聚合。鬼笔环肽（phalloidin)：与聚合的微丝结合，抑制解聚。,四、微丝的功能,（一）构成支架、维持形态,张力纤维（stress fiber):由成束微丝构成的较稳定的纤维结构,张力纤维,(三）参与细胞运动：白细胞等的变形运动，锚着点（integrin),(二）参与细胞分裂：由微丝与肌球蛋白II形成收缩环（contractile ring）,整合蛋白intergrin,收缩环,（四）参与肌肉收缩 骨骼肌收缩单位肌小节（sarcomere),肌小节的主 要成分为肌原纤维。肌原纤维：粗肌丝(thick myofilament)：由肌球蛋白组成 细肌丝(thin myofilament)：肌动蛋白、原肌球蛋白（tropomyosin)、肌钙蛋白（troposin),（五）参与胞内运输和信号传递与微管一起进行小泡运输等膜上受体收到刺激时，可触发质膜下面肌动蛋白机构的变化，从而启动胞内激酶引起的信号传递,第三节 中间纤维（intermediate filaments),一、中间纤维的结构与类型结构：丝状蛋白的多聚体，直径10nm,是一种坚韧耐久的蛋白纤维。单体蛋白特征：共同结构域中间区-螺旋，两侧球形。装配时-螺旋配对形成二聚体。类型：根据中间纤维氨基酸序列相似性，分六类。I、II型 表皮：角蛋白（keratin)III型 成纤维细胞：波形蛋白（vimentin）肌细胞：结蛋白（desmin)外周神经元：外周蛋白（peripherin)神经胶质细胞：GFAP IV型 神经元：神经纤维蛋白（neurofilament protein)V 型 细胞核 核纤层蛋白（lamin)VI型 CNS干细胞 巢蛋白（nestin）,二、中间纤维的装配与调节,中间纤维的蛋白单体大多为丝状。（微管和微丝的蛋白单体为球形）两蛋白单体-螺旋区平行形成超螺旋二聚体，两个二聚体反向平行组装成四聚体亚单位。无极性，结构对称。多数情况下，细胞中几乎全部中间纤维蛋白分子均为聚集状态，仅少量四聚体。装配受磷酸化作用调控，有丝分裂时核中中间纤维蛋白的磷酸化导致整个核板完全解体。胞质中的中间纤维也可因细胞分裂或应答胞外信号而重组。,三、中间纤维的功能,形成完整网状骨架，贯穿细胞内与外、核与质提供较高强度机械支持参与细胞连接（桥粒、半桥粒)、物质运输（mRNA运输与定位、DNA复制）和信号传递(跨膜信息传递）4.固定细胞核、稳定核膜结构（核纤层蛋白网格）5.参与细胞分化（有组织特异性）,第四节 细胞运动,一、微管与细胞运动,纤毛运动,二、微丝与细胞运动,三、细胞信号与细胞运动,细胞外信号,RhoGTP酶,Rho：形成张力纤维Rac：片状伪足形成Cdc42：肌动蛋白聚合,细胞骨架重排,趋化作用（chemotaxis),可扩散化学因子,中性粒细胞,受体激活Actin被激活,方向性聚合反应,第五节 细胞骨架与疾病,肿瘤细胞的转移老年痴呆症（AD）：不溶性神经纤维纠结肌萎缩性侧索硬化症：神经原纤维堆积纤毛病：中心粒相关蛋白基因突变,
