细胞生物学细胞骨架微丝.ppt

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1、1,Chapter 8 cytoskeleton细胞骨架,2,3,Nucleus microtubules microfilaments,4,Nucleus Microfilaments intermediate filaments,5,Nucleus Microfilaments mitochondria,6,Nucleus Microfilaments Golgi complex,7,Nucleus Microfilaments peroxisome,8,微管组装的基本单位微管蛋白,9,单管：微管管壁由13条原纤维包围而成。,纤毛、鞭毛,中心粒、基体,10,微管体外组装“踏车现象”,12,

2、第二节 微丝(Microfilament，MF),13,微丝组成,微丝（Microfilament，MF），又称肌动蛋白纤维（Actin filament），是指真核细胞中由肌动蛋白（actin）组成，呈双股螺旋状，直径为7nm的骨架纤维，主要分布在细胞质膜内侧。,37nm,14,微丝(Microfilament，MF),一、组成成分肌动蛋白,二、微丝结构与组装,三、微丝结合蛋白,四、微丝的功能,五、药物对微丝的影响,15,为微丝的基本组成成分分类：-、-和-肌动蛋白 真核细胞中含量最丰富，不同物种中最为保守的蛋白质之一在裂口处有一个ATP结合位点,一、肌动蛋白(actin),16,excha

3、nge of ATP for ADP,ATP ADP+Pi。The G-actin can exchange bound ADP for ATP.,17,肌动蛋白存在方式,游离状态球状肌动蛋白（globular actin,G-actin),微丝中纤维状肌动蛋白（filamentous actin,F-actin)，由球状肌动蛋白组成,G-actin,F-actin,G-actin与F-actin之间可以相互转换。,18,二、微丝的结构,两条肌动蛋白单链盘绕而成的双螺旋结构，直径约7nm，螺距为37nm。,19,肌动蛋白与微丝均有极性,肌动蛋白分子具有极性，有氨基和羧基的暴露一端为正端（plu

4、s end），另一端则为负端（minus end）。装配时呈头尾相连，故微丝也有极性。,20,三、微丝的组装,装配过程:成核(nucleation)、延伸(elongation)、稳定状态(steady state)。1、成核期（Nucleation phase)限速过程，又称延迟期。二聚体（不稳定）三聚体（核心形成）,21,ATP-actin 和ADP-actin,ATP-actin易于聚合，ATP-actin浓度与其聚合速度成正比，聚合到微丝上后水解为ADP-actin，ADP-actin易于从微丝上解聚下来。,22,生长期（Growth phase),2、ATP-actin浓度高时，微丝

5、两端都加 ATP-actin，正极-聚合快，负极-聚合慢，这样在正极ATP-actin聚合的速度大于水解成ADP-actin的速度，形成ATP帽。负极-聚合慢，不形成ATP帽。这样微丝延长。,23,动态平衡（steady state）,3、ATP-actin浓度下降到一定的临界值，在正极聚合速度下降，仍在延长。而在负极聚合速度更慢，小于水解成ADP-actin的速度，ADP-actin暴露，负极解聚，并且负极解聚速度等于正极聚合速度，微丝长度不变。,24,踏车现象(Treadmilling),当添加到正极的肌动蛋白分子速率=从负极上失去的速率，此过程称为肌动蛋白踏车现象(Treadmillin

6、g),25,去组装微丝缩短,ATP-actin浓度较低时，在正极聚合速度小于水解速度，此时ATP-actin帽子不存在了，ADP-actin在正端暴露，正极也快速解聚，微丝缩短。,26,体内组装的特点,体内装配时，微丝呈现出动态不稳定性，主要取决于游离的G-actin单体浓度与F-actin结合的ATP水解速度之间的关系。,-ATP-actin:对纤维末端的亲和力高，使纤维延长；-当ATP水解为ADP+Pi，ATP-actinADP-actin-ADP-actin对纤维末端的亲和力低，易脱落，使纤维缩短。,ATP帽:-ATP-actin浓度与其聚合速度成正比，当ATP-actin浓度高时,形成

7、一连串的ATP-actin，被称为ATP帽；后部为ADP-actin。ADP-actin从F-actin脱落后，其ADP可被ATP置换，重新参加聚合。,27,微管,达因蛋白：,微丝组装中的ATP的作用,A.ATP-actin高浓度时ATP-cap形成B.ATP-actin低浓度时ATP-cap消失,28,四、微丝结合蛋白,微丝结合蛋白影响微丝的形态、功能、组装和去组装，还能控制与其他细胞器的链接,（一）肌动蛋白单体结合蛋白,控制细胞内未聚合的肌动蛋白数量，同时也控制着结合到肌动蛋白上的核苷转换,（二）肌动蛋白纤维加帽蛋白,与肌动蛋白纤维的倒刺端或突出端结合，抑制亚单位聚合和解聚,（三）切断肌动

8、蛋白纤维的蛋白,（四）肌动蛋白纤维交联蛋白,交联蛋白有两个肌动蛋白结合位点，能连接纤维并稳定其组装。,30,（五）侧面蛋白,侧面结合蛋白稳定肌动纤维，并调节和肌球蛋白的相互作用,（六）衔接子蛋白（adapter protein),动物和真菌细胞利用多结构域的蛋白质作为肌动蛋白和其他蛋白（特别是Rho家族的小GTP结合蛋白和其他信号蛋白）的衔接子蛋白，如WASP和VASP,31,五、微丝的功能,（一）维持细胞形态,（二）与细胞运动有关,（三）胞质分裂（四）参与肌肉收缩（五）参与受精作用（六）参与物质运输,32,细胞皮层（cell cortex）细胞膜下由微丝和各种微丝结合蛋白组成的网状结构。具有

9、很高的动态性，与肌动蛋白一起为细胞膜提供强度和韧度，维持细胞的形态。带状桥粒、微绒毛,（一）维持细胞形态,33,（二）与细胞移动有关,如胞质环流阿米巴运动，变皱运动,34,35,（三）胞质分裂,胞质分裂的结构模式图,36,（四）参与肌肉收缩,37,（五）参与受精作用,38,（六）参与物质运输,39,六、药物对微丝的影响,细胞松弛素B（Cytochalasins B）：破坏微丝，结合在微丝末端阻抑肌动蛋白聚合。鬼笔环肽（Phalloidin）：抑制解聚，与微丝有强亲合力，使肌动蛋白纤维稳定。,41,第三节,中间纤维(intermediate filament),42,中间纤维的结构模式图,中间纤

10、维在胞质中形成一网状支架，赋予细胞强大的机械强度，维持细胞的形态坚固和功能，对细胞的生命活动有重要意义。,43,上皮中的角质纤维,44,中间纤维,一、中间纤维的分子结构,二、中间纤维的类型,三、中间纤维的组装和动态,四、中间纤维在特异性细胞中的表达,五、中间纤维的分布和功能,45,一、中间纤维的分子结构,两端是高度可变的非螺旋头部和尾部,杆状结构域，由310个卷曲螺旋残基组成。由3个非螺旋区隔开,46,一.中间纤维的分子结构,平行且对齐反向平行四聚体（原丝）进一步组装横切面上中间纤维有32个蛋白单体,47,二、中间纤维的类型,48,胶质纤维酸性蛋白（glia fibrillary acidic

11、 protein，GFAP）,49,三、中间纤维的组装和稳定性,50,中等纤维的组装,各型IF的蛋白分子，先以平行且相互对齐的方式形成双股超螺旋二聚体(coiled-coil dimer)二聚体再以反向平行的方式组装成四聚体(tetromer)，决定了中等纤维无极性。四聚体是中等纤维的基本结构单位，首尾相接形成原纤维。8根原纤维相互缠围拢，形成中等纤维。因此在中等纤维的横断面可见32个蛋白单体。,51,中间纤维的稳定性,IF的化学组成非常稳定，可以抵抗极端温度、高盐和去垢剂的溶解作用,IF蛋白亚单位的磷酸化会对多聚体的组装和动态变化产生很大的影响,磷酸化增加神经纤维蛋白的稳定性,52,四、中间

12、纤维在特殊细胞中的表达,不同类型的中间纤维严格地分布在不同类型的细胞中,可以根据中间纤维的种类区分:癌:细胞角质蛋白;肌肉瘤:结蛋白；非肌肉瘤：波形纤维蛋白；神经胶质瘤：神经胶质纤维酸性蛋白；,53,五、中间纤维的分布和功能,(一)中间纤维提供细胞的机械强度作用(二).中间纤维维持细胞和组织完整性的作用(三).中间纤维与DNA复制有关,54,在细胞内的网状结构,维持细胞器的空间定位增强细胞的机械强度,(一)中间纤维提供细胞的机械强度作用,55,(二)中间纤维维持细胞和组织完整性的作用,中间纤维结构破坏,细胞连接破裂,56,(二)中间纤维维持细胞和组织完整性的作用,遗传性疾病单纯性大泡性表皮松懈症:表达有缺陷的细胞角质蛋白,轻微挤压使基底细胞破坏,出现水疱,核纤层蛋白在其它蛋白的协助下,与染色体结合,结合点可能是核基质粘附点,DNA复制位点和端粒,(三)中间纤维与DNA复制有关,59,复习题,细胞骨架的概念、功能。微管、微丝和中等纤维的形态结构和化学组成。微管、微丝和中间纤维的装配特点。,