1、第九章 細(xì)胞骨架(Cytoskeleton),細(xì)胞骨架是指存在于真核細(xì)胞中的蛋 白纖維網(wǎng)架體系 有狹義和廣義兩種概念 狹義：指細(xì)胞質(zhì)骨架包括微絲、微管和中間纖維。 廣義：指細(xì)胞質(zhì)骨架、細(xì)胞核骨架（核骨架-核纖 層體系）、細(xì)胞膜骨架、細(xì)胞外基質(zhì)。 細(xì)胞質(zhì)骨架 核骨架,第一節(jié) 細(xì)胞質(zhì)骨架,微絲(microfilament, MF) 微 管（microtubules，MT） 中間絲（intermediate filament,IF) 細(xì)胞質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)與功能 微絲的單體成分？特點(diǎn)？特異藥物？分子馬達(dá)家族？常見的細(xì)胞結(jié)構(gòu)？,第二節(jié) 細(xì)胞核骨架,細(xì)胞核骨架：指存在于真核細(xì)胞核內(nèi)的以蛋白質(zhì)成分為主的纖維網(wǎng)架體

2、系。廣義包括核基質(zhì)、核纖層、核孔復(fù)合體。 核基質(zhì)(Nuclear Matrix) 染色體骨架,一、微絲(microfilament, MF),又稱肌動(dòng)蛋白纖維(actin filament), 是指真核 細(xì)胞中由肌動(dòng)蛋白(actin)組成、直徑為7nm的扭鏈纖維。 成分 裝配 影響微絲組裝的特異性藥物 微絲的結(jié)合蛋白 微絲功能,成 分,肌動(dòng)蛋白單體(actin)是微絲的結(jié)構(gòu)成分,外觀呈蝶狀, 這種actin又叫G-actin（球狀肌動(dòng)蛋白），由G-actin組裝成肌動(dòng)蛋白絲又稱為F-actin（纖維狀肌動(dòng)蛋白）或稱微絲，細(xì)胞中存在G-actin與F-actin兩種形式的動(dòng)態(tài)變化。 單體肌動(dòng)蛋白

3、分子進(jìn)化：4種 -肌動(dòng)蛋白(肌細(xì)胞) 1種 -肌動(dòng)蛋白(所有細(xì)胞) 1種 -肌動(dòng)蛋白(所有細(xì)胞),微絲的組裝及動(dòng)力學(xué)特性,MF 微絲是由G-actin單體形成的多聚體，肌動(dòng)蛋白單體具有極性, 裝配時(shí)呈頭尾相接, 故微絲具有極性，既正極與負(fù)極之別。 體外實(shí)驗(yàn)表明，MF正極與負(fù)極都能生長(zhǎng)，生長(zhǎng)快的一端為正極，慢的一端為負(fù)極；去裝配時(shí)，負(fù)極比正極快。由于G-actin在正極端裝配，負(fù)極去裝配，從而表現(xiàn)為踏車行為。 體內(nèi)裝配時(shí)，MF呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性，主要取決于F-actin結(jié)合的ATP水解速度與游離的G-actin單體濃度之間的關(guān)系。 MF動(dòng)態(tài)變化與細(xì)胞生理功能變化相適應(yīng)。在體內(nèi), 有些微 絲是永久

4、性的結(jié)構(gòu), 有些微絲是暫時(shí)性的結(jié)構(gòu)。,微絲的組裝,G-actin,F-actin,+,-,踏 車,成核,Ca2+,低Na+K+,ATP Mg2+,高Na+K+,ATP Mg2+,高Na+K+,Ca2+,低Na+K+,+,-,影響微絲聚合與解聚的特異性藥物與離子：,細(xì)胞 松弛素：特異性的破壞微絲組裝。鬼筆環(huán)肽：穩(wěn)定微絲、促進(jìn)微絲聚合。,在含：ATP和Ca2+、低濃度的單價(jià)離子(Na+、K+等)溶液中微絲趨向解聚G-actin,在含：Mg2+和高濃度的Na+、K+離子溶液中微絲趨向聚合（G-actinF-actin）。,三 .肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白,動(dòng)物細(xì)胞中主要的肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白,調(diào)節(jié)蛋白,1.原肌球

5、蛋白 與肌動(dòng)蛋白相連，調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白的結(jié)合。,2.鈣調(diào)蛋白 與Ca2+結(jié)合，活化肌球蛋白輕鏈激酶,連接蛋白,1.-輔肌動(dòng)蛋白 參與微絲與質(zhì)膜的結(jié)合,2.紐帶蛋白 肌動(dòng)蛋白纖維端點(diǎn)與細(xì)胞膜之間結(jié)合的中介,交聯(lián)蛋白,1.毛緣蛋白 使纖維狀多聚體肌動(dòng)蛋白平行連接成束,2.細(xì)絲蛋白 與F-actin結(jié)合，使之形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),3.血影蛋白 與錨蛋白結(jié)合，并與肌動(dòng)蛋白交聯(lián),4.錨定蛋白 血影蛋白與膜上的帶III蛋白相連的中介,間隔蛋白,抑制蛋白 結(jié)合于G-actin單體，可逆性抑制微絲聚合,切斷和封端蛋白,1.凝溶膠蛋白和絨毛蛋白 低Ca2+促進(jìn)微絲裝配成核心，高Ca2+將微絲切成片段,2.封端

6、蛋白 結(jié)合于微絲（+）端，阻止G-actin加上或脫落,影響微絲組裝的特異性藥物,細(xì)胞松弛素(cytochalasins)：可以切斷微絲,并結(jié)合 在微絲正極阻抑肌動(dòng)蛋白聚合,因而可以破壞微絲結(jié)構(gòu)。 鬼筆環(huán)肽(philloidin)：與微絲側(cè)面結(jié)合,防止MF解聚。 影響微絲裝配動(dòng)態(tài)性的藥物對(duì)細(xì)胞都有毒害。 僅用于研究微絲的功能，說(shuō)明微絲功能的發(fā)揮依賴于微 絲與肌動(dòng)蛋白單體庫(kù)間的動(dòng)態(tài)平衡。這種動(dòng)態(tài)平衡受 actin單體濃度和微絲結(jié)合蛋白的影響。,微絲結(jié)合蛋白,細(xì)胞骨架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)和功能在很大程度上受到不同的細(xì)胞骨架結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié)。 1. actin單體結(jié)合蛋白和非肌肉細(xì)胞內(nèi)微絲結(jié)合蛋白 2.肌球

7、蛋白(myosin)家族是依賴于微絲的分子馬達(dá) actin-dependent motor proteins：其頭部具ATP酶活力,沿微絲從負(fù)極到正極進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。三類主要的肌球蛋白 結(jié)構(gòu)和功能 3.微絲結(jié)合蛋白將微絲組織成以下三種主要形式： 4.肌肉收縮系統(tǒng)中的有關(guān)蛋白,Parallel bundle: MF同向平行排列，主要發(fā) 現(xiàn)于微絨毛與絲狀偽足。 Contractile bundle: MF反向平行排列，主要 發(fā)現(xiàn)于應(yīng)力纖維和有絲分裂收縮環(huán)。 Gel-like network: 細(xì)胞皮層(cell cortex)中微絲網(wǎng)狀排列，MF相互交錯(cuò)排列。,微絲功能,維持細(xì)胞形態(tài)，賦予質(zhì)膜機(jī)械強(qiáng)度

8、細(xì)胞運(yùn)動(dòng) 微絨毛(microvillus) 應(yīng)力纖維(stress fiber) 參與胞質(zhì)分裂 肌細(xì)胞（肉）收縮(muscle contraction),微絲遍及胞質(zhì)各處，集中分布于質(zhì)膜下，和其結(jié)合蛋白形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該區(qū)域通常稱為細(xì)胞皮層(cell cortex)起維持細(xì)胞形狀和賦予質(zhì)膜機(jī)械強(qiáng)度，如哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞膜骨架的作用。,成纖維細(xì)胞爬行與微絲裝配和解聚相關(guān),細(xì)胞運(yùn)動(dòng)機(jī)理,是腸上皮細(xì)胞的指狀突起，用以增加腸上皮細(xì)胞表面積，以利于營(yíng)養(yǎng)的快速吸收。,微絨毛(microvillus),應(yīng)力纖維（stress fiber）:廣泛存在于真核細(xì)胞。 成分：肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和-輔肌動(dòng)蛋白。

9、 介導(dǎo)細(xì)胞間或細(xì)胞與基質(zhì)表面的粘著（細(xì)胞貼壁與粘著斑的形成相關(guān)，在形成粘合斑的質(zhì)膜下，微絲緊密反向平行排列成束，形成應(yīng)力纖維,具有收縮功能。）,收縮環(huán)由大量反向平行排列的微絲組成，其收縮機(jī)制是肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白相對(duì)滑動(dòng)。,肌肉收縮(muscle contraction),肌肉可看作一種特別富含細(xì)胞骨架的效力非常高的能量轉(zhuǎn)換器，它直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。 肌肉的細(xì)微結(jié)構(gòu)(以骨骼肌為例) 肌節(jié)的組成 肌肉收縮的滑動(dòng)模型 由神經(jīng)沖動(dòng)誘發(fā)的肌肉收縮基本過(guò)程,肌肉收縮系統(tǒng)中的主要相關(guān)蛋白,肌動(dòng)蛋白纖維，即細(xì)肌絲 肌球蛋白Myosin 主要分布于肌細(xì)胞，有兩個(gè)球形頭部結(jié)構(gòu)域(具有ATPase活性)和尾部

10、鏈,多個(gè)Myosin尾部相互纏繞，形成myosin filament,即肌原纖維中的粗肌絲。 原肌球蛋白(tropomyosin, Tm)由兩條平行的多肽鏈形成-螺旋構(gòu)型,位于肌動(dòng)蛋白螺旋溝內(nèi),結(jié)合于細(xì)絲, 調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白頭部的結(jié)合。 肌鈣蛋白 (Troponin, Tn)為復(fù)合物，包括三個(gè)亞基：TnC(Ca2+敏感性蛋白)能特異與Ca2+結(jié)合; TnT(與原肌球蛋白結(jié)合); TnI(抑制肌球蛋白ATPase活性),由神經(jīng)沖動(dòng)誘發(fā)的肌肉收縮基本過(guò)程,動(dòng)作電位的產(chǎn)生 Ca2+的釋放 原肌球蛋白位移 肌動(dòng)蛋白絲與肌球蛋白絲的相對(duì)滑動(dòng) Ca2+的回收,二微 管（Microtubules）,微

11、管形態(tài)結(jié)構(gòu)與成分 裝配及其特點(diǎn) 微管特異性藥物 微管組織中心(MTOC) 微管結(jié)合蛋白(MAP) 微管功能,微管結(jié)構(gòu)與組成,微管可裝配成單管,二聯(lián)管(纖毛和 鞭毛中),三聯(lián)管(中心粒和基體中)。,(一)微管的形態(tài)結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成,微管的形態(tài)結(jié)構(gòu)：,5-9nm,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,微管橫斷面,中空的圓柱狀結(jié)構(gòu)。,橫斷面上看：,它是由13根原纖維縱向圍繞而成。,微管的化學(xué)組成：,微管蛋白,微管蛋白(55KD 450aa),微管蛋白(55KD 455aa),異二聚體,2個(gè)鳥嘌呤核苷酸結(jié)合位點(diǎn)。,可與秋水仙素、長(zhǎng)春花堿結(jié)合。,微管蛋白,微管蛋白,異二聚體,原纖維,

12、微管,（13）,中心粒和基體,纖毛,Nucleus and Microtubles 細(xì)胞核(蘭色),微管網(wǎng)(淺蘭色),(二) 微管的組裝,微管的體外組裝,1972年Weisenberg小鼠分離微管蛋白體外組裝,+,-,踏 車,體外組裝條件： (1).微管蛋白濃度； (2).最適pH6.9; (3).離子：必需Mg2+ ，不需Ca2+ (4).370C聚合，00C解聚 (5).GTP的供應(yīng),微管的體內(nèi)組裝,微管的體內(nèi)組裝除遵循體外裝配的規(guī)律外，還受嚴(yán)格的時(shí)間和空間的控制。,時(shí)間控制：細(xì)胞生命活動(dòng)的特殊時(shí)刻。（紡錘絲微管的聚合與 解,聚發(fā)生在細(xì)胞分裂期）。可受特殊因素的影響：某些特殊蛋白質(zhì)、Ca2

13、+濃度等。,空間控制,1.微管裝配的特殊始發(fā)區(qū)域的影響（微管組織中心：中心體）。,2.微管的定向、延長(zhǎng)和排列及與細(xì)胞其它成分的連接等。,裝配和特點(diǎn),裝配方式 特點(diǎn)所有的微管都有確定的極性 微管裝配是一個(gè)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定過(guò)程,-微管蛋白和-微管蛋白形成二聚 體,二聚體先形成環(huán)狀核心(ring),經(jīng)過(guò)側(cè)面 增加二聚體而擴(kuò)展為螺旋帶,二聚體平行于 長(zhǎng)軸重復(fù)排列形成原纖維(protofilament)。當(dāng)螺 旋帶加寬至13根原纖維時(shí),即合攏形成一段微管。,微管裝配的動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性是指微管裝配 生長(zhǎng)與快速去裝配的一個(gè)交替變換的現(xiàn)象 動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性產(chǎn)生的原因： 微管兩端具GTP帽(取決于微管蛋白濃度),微 管將

14、繼續(xù)組裝,反之,具GDP帽則解聚。 體內(nèi)一定條件下，微管一端裝配延長(zhǎng)，另端解 聚縮短，呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)踏車現(xiàn)象。 微管正極裝配速度快于負(fù)極裝配速度。,微管特異性藥物,秋水仙素(colchicine) 阻斷微管蛋 白組裝成微管，可破壞紡錘體結(jié)構(gòu)。 紫杉醇(taxol)能促進(jìn)微管的裝配, 并使已形成的微管穩(wěn)定。 為行使正常的微管功能,微管動(dòng)力學(xué) 不穩(wěn)定性是其功能正常發(fā)揮的基礎(chǔ)。,微管組織中心(MTOC),概念： 常見微管組織中心 中心體(centrosome) 基體(basal body),微管組織中心指在活細(xì)胞內(nèi)，能夠起始微管的成核作用，并使之延伸的細(xì)胞結(jié)構(gòu)稱微管組織中心(microtubule org

15、anizing center, MTOC)。,常見微管組織中心,間期細(xì)胞MTOC： 中心體外周物質(zhì)(動(dòng)態(tài)微管) 分裂細(xì)胞MTOC：有絲分裂紡錘體極(動(dòng)態(tài)微管) 鞭毛纖毛細(xì)胞MTOC：基體(永久性結(jié)構(gòu)),中心體(centrosome),中心體(centrosome)結(jié)構(gòu) 中心體是動(dòng)物細(xì)胞間期微管開始生長(zhǎng)處，它含有一對(duì)桶狀的中心粒，彼此垂直分布，外面被無(wú)定形的中心粒外周物質(zhì)所包圍 中心體復(fù)制周期 微管組裝：在中心體周圍的基質(zhì)中，由穩(wěn)定的環(huán)形結(jié)構(gòu)中心體管蛋白，為微管蛋白二聚體提供起始裝配位點(diǎn)，所以又叫成核位點(diǎn) 。,基體(basal body),位于鞭毛和纖毛根部的類似，該結(jié)構(gòu)稱為基體（basal b

16、ody ） 中心粒和基體均具有自我復(fù)制性質(zhì),微管結(jié)合蛋白(Microtubule Associated Protein, MAP),微管功能,維持細(xì)胞形態(tài) 細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸 細(xì)胞器的定位 鞭毛(flagella)運(yùn)動(dòng)和纖毛(cilia)運(yùn)動(dòng) 紡錘體與染色體運(yùn)動(dòng),維持細(xì)胞形態(tài),用秋水仙素處理細(xì)胞破壞微管,導(dǎo)致細(xì)胞 變圓,說(shuō)明微管對(duì)維持細(xì)胞的不對(duì)稱形狀是重要 的。對(duì)于細(xì)胞突起部分,如纖毛、鞭毛、軸突的 形成和維持, 微管亦起關(guān)鍵作用。,細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸,真核細(xì)胞內(nèi)部是高度區(qū)域化的體系, 細(xì)胞中合成的物質(zhì)、一些細(xì)胞器等必須經(jīng)過(guò)細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸過(guò)程。這種運(yùn)輸過(guò)程與細(xì)胞骨架體系中的微管及其馬達(dá)蛋白Motor

17、protein有關(guān)。 Motor proteins分子馬達(dá) 神經(jīng)元軸突的運(yùn)輸模式 色素顆粒的運(yùn)輸,Motor proteins,目前已鑒定的Motor proteins多達(dá)數(shù)十種。根據(jù)其 結(jié)合的骨架纖維以及運(yùn)動(dòng)方向和攜帶的轉(zhuǎn)運(yùn)物不同而分 為不同類型。胞質(zhì)中微管motor protein分為兩大類： 驅(qū)動(dòng)蛋白(kinesin):通常朝微管的正極方向運(yùn)動(dòng) 動(dòng)力蛋白(cytoplasmic dynein)：朝微管的負(fù)極運(yùn)動(dòng) Kinesin與Dynein的分子結(jié)構(gòu) Kinesin與Dynein的運(yùn)輸方式,微管的結(jié)合蛋白：指附著在微管多聚體上,與微管的結(jié)構(gòu)和功能差異相關(guān),但在離體條件下,微管蛋白無(wú)這些蛋

18、白也可自裝配故稱。,微 管,微管蛋白,微管結(jié)合蛋白微管關(guān)聯(lián)蛋白（MAPs）,微管聚合蛋白（Tau）,MAP1A,MAP1B MAP1C（胞質(zhì)動(dòng)力蛋白）,MAP2,MAP4,1.有多個(gè)與微管結(jié)合的結(jié)構(gòu)域,2有突出于微管表面的結(jié)構(gòu)域，起調(diào)節(jié)作用,作用：1.抵抗高溫微管解聚、在體外加速微管蛋白聚合。,2.調(diào)節(jié)微管與其他細(xì)胞成分的相互關(guān)系，形成不同的微 管結(jié)構(gòu)形態(tài)； 3.在細(xì)胞內(nèi)沿微管轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡和顆粒； 4.提高微管的穩(wěn)定性。,神經(jīng)元軸突運(yùn)輸?shù)念愋?軸突運(yùn)輸?shù)念愋?鞭毛(flagella)運(yùn)動(dòng)和纖毛(cilia)運(yùn)動(dòng),纖毛與鞭毛的結(jié)構(gòu) 纖毛運(yùn)動(dòng)機(jī)制 纖毛和鞭毛的運(yùn)動(dòng)形式,三、中間絲（intermedia

19、te filament,IF),10nm纖維,因其直徑介于粗肌絲和細(xì)肌絲之間, 故被命名為中間絲。IF幾乎分布于所有動(dòng)物細(xì)胞，往往形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，特別是在需要承受機(jī)械壓力的細(xì)胞中含量相當(dāng)豐富。如上皮細(xì)胞中（橋粒、半橋粒） 。除了胞質(zhì)中，在內(nèi)核膜下的核纖層也屬于IF，但植物細(xì)胞中尚未發(fā)現(xiàn)編碼中間絲蛋白的基因，酵母核膜內(nèi)也不存在核纖層結(jié)構(gòu)。 中間絲的主要類型、分布與分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 中間絲的裝配與表達(dá) 中間絲與核纖層(Nuclear Lamina ) 中間纖維的功能 組裝微絲微管中間纖維的單體形態(tài)相同嗎?各自特點(diǎn)？ 此外，它們間還有哪些不同點(diǎn)？ 極、體內(nèi)形態(tài)、特藥、分布等,（二）中間絲的裝配與表達(dá),

20、中間絲裝配過(guò)程 中間絲蛋白的表達(dá)具有組織特異性 IF蛋白不同的類型表達(dá)受細(xì)胞發(fā)育的調(diào)節(jié)、具有空間和時(shí)間的差異，例如胚胎發(fā)育初期表達(dá)角蛋白，開始分化間葉細(xì)胞轉(zhuǎn)向表達(dá)波形蛋白。神經(jīng)外胚層發(fā)育分化成神經(jīng)原和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)程中，中間絲蛋白表達(dá)也類似：角蛋白波形蛋白巢蛋白神經(jīng)絲蛋白 當(dāng)由一種類型的中間絲蛋白向另一種類型中間絲轉(zhuǎn)變過(guò)程時(shí)，新的蛋白似乎通過(guò)交換的的方式摻入到原來(lái)的中間絲網(wǎng)絡(luò)中去。,（一）中間絲的類型與分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn),IF成分比MF,MT復(fù)雜，具有組織特異性。 IF在形態(tài)上相似，而化學(xué)組成有明顯的差別。 中間纖維類型與分布 中間絲蛋白分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn),中間纖維 IF 810 nm。IF結(jié)構(gòu)穩(wěn)定：既不

21、受秋水仙素也不受細(xì)胞松弛B素影響，并且也沒有極性。中間纖維的成分比MF和MT復(fù)雜，按新分類如下：,中間纖維的類型,中間纖維蛋白的類型和分布,I 酸性角蛋白 40-57 15 上皮細(xì)胞,II 堿性角蛋白 53-67 15 上皮細(xì)胞,III 結(jié)蛋白 53 1 肌細(xì)胞,膠質(zhì)纖維酸性蛋白 50 1 膠質(zhì)細(xì)胞和星形細(xì)胞,波形蛋白 57 1 間充質(zhì)細(xì)胞,外周蛋白 57 1 神經(jīng)元,IV 神經(jīng)纖維蛋白 62-110 3 成熟的外周和中樞神經(jīng)元,Internexin 66 1 發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng),V 核纖層蛋白A.B.C 60-70 3 真核細(xì)胞,VI 巢蛋白 nestin 240 1 中樞神經(jīng)系統(tǒng)干細(xì)胞,

22、角蛋白Keratin,波形蛋白,二 . 中間纖維的分子結(jié)構(gòu),中間纖維的基本單位中間纖維單體,中間纖維單體共同結(jié)構(gòu)域,-螺旋桿狀區(qū) （ 保守區(qū)）,非螺旋區(qū),：310個(gè)氨基酸殘基(I-IV型和VI型IF)或352個(gè)氨基酸殘基(V型IF)組成。,頭部（N-端）折疊成球狀,尾部（C-端）折疊成球狀,L連接區(qū)片層結(jié)構(gòu),三 .中間纖維的組裝,原絲（裝配的基本單位）,中間纖維裝配與MF,MT裝配相比，有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 1. IF裝配的單體是纖維狀蛋白(MF,MT的單體呈球形),2.四聚體及八聚體（原纖維）的組裝是反向平行排列，兩端對(duì)稱，故中等纖維無(wú)極性,3.中間纖維遵循半分子長(zhǎng)度交錯(cuò)的原則進(jìn)行組裝,4.中間

23、纖維的體外組裝既不需要其它蛋白質(zhì)參與，也不需要核苷酸的或結(jié)合蛋白的輔助。,5.中間纖維在體內(nèi)組裝時(shí)，中間纖維蛋白絕大部分已裝配成中間纖維，幾乎不存在相應(yīng)的可溶性蛋白，而微管或微絲組裝時(shí)只有30%的蛋白分子處于組裝狀態(tài)。但中間絲在細(xì)胞周期中也會(huì)發(fā)生去裝配和重組裝。如核纖層的裝配（去磷酸化）與解聚（磷酸化）。,中間纖維分類與分布,中間纖維的功能,增強(qiáng)細(xì)胞抗機(jī)械壓力的能力 角蛋白纖維參與橋粒的形成和維持 結(jié)蛋白纖維是肌肉Z盤的重要結(jié)構(gòu)組分， 對(duì)于維持肌肉細(xì)胞的收縮裝置起重要作用 神經(jīng)元纖維在神經(jīng)細(xì)胞軸突運(yùn)輸中起作用,第二節(jié) 細(xì)胞核骨架,細(xì)胞核骨架：指存在于真核細(xì)胞核內(nèi)的以蛋白質(zhì)成分為主的纖維網(wǎng)架體系

24、。廣義包括核基質(zhì)、核纖層-核孔復(fù)合體結(jié)構(gòu)、染色體骨架。 核基質(zhì)(Nuclear Matrix) 染色體骨架 核纖層(Nuclear Lamina),核基質(zhì)(Nuclear Matrix) P362,核基質(zhì)概念：指細(xì)胞核內(nèi)除了核被膜、核纖層、染色質(zhì)與核仁以外的蛋白質(zhì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系。 形態(tài)結(jié)構(gòu) 成分 功能,形態(tài)結(jié)構(gòu),研究核骨架的分級(jí)抽提方法 非離子去垢劑溶解膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng),胞質(zhì)中可溶性成分隨之流失; 再用Tween40和脫氧膽酸鈉處理,胞質(zhì)中的微管、微絲與一些蛋白結(jié)構(gòu)被溶去,胞質(zhì)中只有中間纖維網(wǎng)能完好存留;然后用核酸酶與0.25mol/L硫酸銨處理,染色質(zhì)中DNA、RNA和組蛋白被抽提, 最終核內(nèi)呈現(xiàn)一

25、個(gè)精細(xì)發(fā)達(dá)的核骨架網(wǎng)絡(luò), 結(jié)合非樹脂包埋-去包埋劑電鏡制樣方法,可清晰地顯示核骨架-核纖層-中間纖維結(jié)構(gòu)體系。,成分,核骨架不象胞質(zhì)骨架那樣由非常專一的蛋白成分組成,核骨架的成分比較復(fù)雜,主要成分是核骨架蛋白及核骨架結(jié)合蛋白,并含有少量RNA。 核骨架蛋白 核骨架結(jié)合蛋白 少量RNA、少量DNA或其他,占90%，多為非組蛋白的纖維蛋白,核骨架結(jié)合序列, DNA序列中的核骨架結(jié)合序列(matrix associated region, MAR) 這部分DNA與核骨架蛋白的結(jié)合不為高鹽溶液抽提所破壞,在基因表 達(dá)調(diào)控中有作用 核骨架結(jié)合序列的基本特征 MAR的功能 通過(guò)與核骨架蛋白的結(jié)合，將DNA

26、放射環(huán)錨定在核骨架上； 作為許多功能性基因調(diào)控蛋白的結(jié)合位點(diǎn)。,核骨架結(jié)合序列的基本特征,富含AT 富含DNA 解旋元件(DNA unwinding elements) 富含反向重復(fù)序列(Inverted Repeats) 含有轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)。,核骨架功能,核骨架與DNA復(fù)制：使DNA錨定在一定的網(wǎng)架上復(fù)制 核骨架與基因表達(dá)：大量研究工作表明真核細(xì)胞中 RNA的轉(zhuǎn)錄和加工與核骨架有關(guān)。具有轉(zhuǎn)錄活性的基因是結(jié)合在核骨架上的; RNA聚合酶在核骨架上具有結(jié)合位點(diǎn)。 病毒DNA復(fù)制與裝配發(fā)生在核骨架上 核骨架對(duì)間期核內(nèi)DNA空間構(gòu)型起支撐和維系作用，并參與DNA包裝和染色體構(gòu)建。,二、染色體支架,

27、染色體支架/放射環(huán)模型：指染色體中由非組蛋白構(gòu)成的結(jié)構(gòu)支架。成分：DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶II，著絲粒蛋白。 染色體支架的真實(shí)性 銀染法能選擇性地顯示染色體軸結(jié)構(gòu) DNA酶和RNA酶處理或用0.4mol/L H2SO4處理去除組蛋白,對(duì)染色體軸沒有影響,用胰蛋白酶消化則染色體軸破壞,說(shuō)明染色體軸是非組蛋白性的。 染色體骨架/放射環(huán)模型在分子水平上得到兩個(gè)直接證：非組蛋白是DNA的組織者； DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶II是染色體支架結(jié)合蛋白 染色體支架與染色體高級(jí)結(jié)構(gòu),（三）核纖層(Nuclear Lamina),核纖層分布與形態(tài)結(jié)構(gòu) 核纖層蛋白的分子結(jié)構(gòu)及其與中間絲蛋白的關(guān)系 成分核纖層蛋白(Lamin) 核纖

28、層在細(xì)胞周期中的變化 功能,成分核纖層蛋白(Lamin),哺乳動(dòng)物和鳥類細(xì)胞中有 核纖層蛋白A 核纖層蛋白B 核纖層蛋白C（與Lamin A剪接不同的同基因產(chǎn)物 ）,核纖層蛋白的分子結(jié)構(gòu)及其與中間纖維蛋白的關(guān)系,核纖層與中間纖維之間的共同點(diǎn) 兩者均形成10nm纖維; 兩者均能抵抗高鹽和非離子去垢劑的抽提; 某些抗中間絲蛋白的抗體能與核纖層發(fā)生交叉反應(yīng) LaminA和LaminC的cDNA克隆推導(dǎo)出核纖層蛋白的氨基酸順序與中間絲蛋白高度保守的-螺旋區(qū)有很強(qiáng)的同源性, 說(shuō)明核纖層蛋白是中間纖維蛋白.,核纖層在細(xì)胞周期中的變化,A型核纖層蛋白在組裝核纖層時(shí)通過(guò)蛋白水解失去C端(異戊二烯化 ,isop

29、renylation)。核膜崩解, 核纖層解聚時(shí), A型核纖層蛋白以可溶性單體磷酸化形式彌散到胞質(zhì)中。 B型核纖層蛋白磷酸化永久法尼基化(farnesylated)與核膜小泡保持結(jié)合狀態(tài),當(dāng)核膜重現(xiàn)時(shí),法尼基化核膜小泡去磷酸化，在染色體周圍重裝配, 形成子細(xì)胞的核纖層。 核纖層蛋白是有絲分裂促進(jìn)因子MPF(p34cdc2)蛋白激酶的底物。,核纖層功能,對(duì)細(xì)胞核起支架作用 為核膜及染色質(zhì)提供了結(jié)構(gòu)支架 參與細(xì)胞核膜的解聚和重裝配。,核纖層,染色質(zhì)（纖維）,其內(nèi)表面有一層電子密度高的蛋白質(zhì)細(xì)絲附著（厚度100nm），這種絲狀蛋白稱核纖層蛋白。,核纖層蛋白分A、B、C，分別稱lamin A 、lam

30、in B、 lamin C。其中l(wèi)amin B與核內(nèi)膜上的鑲嵌蛋白核纖層蛋白B受體（LBR）結(jié)合在一起， lamin A 和 lamin C又連接在 lamin B上，并且染色質(zhì)纖維一個(gè)或幾個(gè)部位與lamin A和 lamin C連接在一起，核纖層蛋白還可以與核基質(zhì)中的蛋白質(zhì)形成聯(lián)結(jié)。,核膜內(nèi)層：,正端,負(fù)端,加帽（蛋白）,交聯(lián),單體,成束,切斷（蛋白）,膜結(jié)合,去聚合,長(zhǎng)纖維,單體隔離,單體隔離,見P269：表9-1：微絲結(jié)合蛋白,這些小分子蛋白與actin單體結(jié)合，阻止其添加到微絲末端，當(dāng)細(xì)胞需要單體時(shí)才釋放，主要作用于actin裝配的調(diào)節(jié)。,肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白,動(dòng)物細(xì)胞中主要的肌動(dòng)蛋白結(jié)合

31、蛋白 P269,調(diào)節(jié)蛋白,1.原肌球蛋白 與肌動(dòng)蛋白相連，調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白的結(jié)合。,2.鈣調(diào)蛋白 與Ca2+結(jié)合，活化肌球蛋白輕鏈激酶,連接蛋白,1.-輔肌動(dòng)蛋白 參與微絲與質(zhì)膜的結(jié)合,2.紐帶蛋白 肌動(dòng)蛋白纖維端點(diǎn)與細(xì)胞膜之間結(jié)合的中介,交聯(lián)蛋白,1.毛緣蛋白 使纖維狀多聚體肌動(dòng)蛋白平行連接成束,2.細(xì)絲蛋白 與F-actin結(jié)合，使之形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),3.血影蛋白 與錨蛋白結(jié)合，并與肌動(dòng)蛋白交聯(lián),4.錨定蛋白 血影蛋白與膜上的帶III蛋白相連的中介,間隔蛋白,抑制蛋白 結(jié)合于G-actin單體，可逆性抑制微絲聚合,切斷和封端蛋白,1.凝溶膠蛋白和絨毛蛋白 低Ca2+促進(jìn)微絲裝配成核心

32、，高Ca2+將微絲切成片段,2.封端蛋白 結(jié)合于微絲（+）端，阻止G-actin加上或脫落,F肌動(dòng)蛋白,原肌球蛋白,血影蛋白,錨蛋白,帶4.1蛋白,肌細(xì)胞收縮運(yùn)動(dòng),收縮環(huán),分裂溝,子細(xì)胞,肌球蛋白,肌肉,肌纖維束,肌細(xì)胞,肌原纖維,肌原纖維,肌絲,肌節(jié),粗肌絲,細(xì)肌絲,Z線,I帶,肌 節(jié) A帶,H區(qū),肌節(jié)是Z線將肌原纖維分成的一系列的重復(fù)單位,含有一個(gè)完整的A帶和兩個(gè)二分之一I帶, 肌節(jié)是肌收縮的單位。,細(xì)肌絲(thin filament) 組成肌節(jié)的肌動(dòng)蛋白絲。細(xì)肌絲是由三種蛋白組成, 除了肌動(dòng)蛋白外, 還有兩個(gè)結(jié)合蛋白, 即原肌球蛋白和肌鈣蛋白。細(xì)肌絲的兩端分別與兩個(gè)不同的肌動(dòng)蛋白加帽蛋白

33、結(jié)合,一個(gè)是CapZ蛋白, 另一個(gè)是原肌球調(diào)節(jié)蛋白(tropomodulin)。,CapZ蛋白結(jié)合在肌動(dòng)蛋白的(+)端, 位于Z線。原肌球調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合在肌動(dòng)蛋白的(-)端。這兩種蛋白的結(jié)合有利于細(xì)肌絲的穩(wěn)定, 防止去聚合。,動(dòng),Z線(Z disk),Z線(Z disk)是纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 它的主要功能是錨定肌動(dòng)蛋白纖絲的正端。至于肌動(dòng)蛋白纖絲是如何同Z線結(jié)合的, 尚不清楚, 推測(cè)加帽蛋白Cap Z蛋白和交聯(lián)蛋白-輔肌動(dòng)蛋白(-actinin)都有作用。-輔肌動(dòng)蛋白是Z線提取物中的主要成份, 它很可能在I帶中將細(xì)肌絲交聯(lián)成束。,肌球蛋白超家族成員,分子馬達(dá)家族 actin-dependent mo

34、tor proteins,正端,負(fù)端,松弛,收縮,P280,彎曲的頭部結(jié)合ATP，減弱頭部與細(xì)肌絲結(jié)合而分離,頭部酶結(jié)構(gòu)域水解ATP，構(gòu)象變化、移動(dòng)達(dá)到垂直,當(dāng)鈣離子濃度升高，頭部在位移位置結(jié)合細(xì)肌絲,釋放ADP,頭部構(gòu)象變化,推動(dòng)細(xì)肌絲滑動(dòng),肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白的滑動(dòng)產(chǎn)生肌肉收縮,正端,負(fù)端,纖毛29+2,基體 3 9+0,纖毛板29+0,中央鞘,外部二聯(lián)管,放射輻,中央微管,兔輸卵管上皮細(xì)胞頂體表面的纖毛電鏡圖,A、B管延伸發(fā)展成纖毛結(jié)構(gòu)，C管終止纖毛板,動(dòng)力蛋白負(fù)極方向運(yùn)輸,驅(qū)動(dòng)蛋白正極方向運(yùn)輸,一對(duì)球形頭,一個(gè)扇形尾,一對(duì)大的球形頭,驅(qū)動(dòng)蛋白分子結(jié)構(gòu),動(dòng)力蛋白分子結(jié)構(gòu),易彎的活動(dòng)關(guān)節(jié),軸

35、突末端,動(dòng)力蛋白沿微管滑動(dòng)-膜泡運(yùn)動(dòng)模型,How does kinesin walk along a MT protofilament?,Pipecleaner and rubber tubing animations by Minia Alonso These are unavoidably big, E mail me if you need the files.,細(xì)胞體,微管,軸突,軸突末梢,向內(nèi)運(yùn)輸,向外運(yùn)輸,色素分散,膚色變黑,色素聚集,膚色變淺,深綠：微管 淺蘭：內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 黃色：高爾基體,上圖：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)抗體染色 下圖：微管抗體染色,上圖：高爾基抗體染色 下圖：微管抗體染色,細(xì)胞器定位作

36、用,A.動(dòng)力蛋白使微管產(chǎn)生滑動(dòng),B. .動(dòng)力蛋白使微管彎曲,分離的雙聯(lián)微管,正常鞭毛,彎曲,連絲蛋白,外動(dòng)力蛋白臂,連絲蛋白,中央微管,放射輻條,B微管,外周二 微管,A微管,內(nèi)鞘,原生質(zhì)膜,內(nèi)動(dòng)力蛋白臂,細(xì)胞彼此分離破裂,不具中間纖維的細(xì)胞互相展開,具有中間纖維的細(xì)胞展開成薄片,細(xì)胞仍完整緊密地連接在一起,細(xì)胞骨架的主要功能,特化結(jié)構(gòu)和支持,胞內(nèi)運(yùn)輸,收縮和運(yùn)動(dòng),細(xì)胞器定位,P264圖,細(xì)胞骨架：是由細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)纖維組成的網(wǎng)架系統(tǒng)。,細(xì) 胞 骨 架,微管,微絲,中間纖維,線粒體,核糖體,內(nèi)質(zhì)網(wǎng),絨毛蛋白,絲束蛋白,肌球蛋白I,微絨毛,微絲,端帽,微絲正端,肌動(dòng)蛋白,原肌球蛋白,原肌球蛋白封住

37、肌球蛋白位點(diǎn),肌鈣蛋白 復(fù)合物,肌球蛋白位點(diǎn)暴露,Kinesin-dept.transport: conveys Mit(by KIF),Lys,MvER or periphery.（細(xì)胞外周） Cytosolic dynein-dept transport: conveys elements of ER,late endosome, Lyscell center（細(xì)胞中心 ）,微管發(fā)動(dòng)機(jī)分子的運(yùn)輸:胞質(zhì)動(dòng)力蛋白,胞質(zhì)驅(qū)動(dòng)蛋白, 紡錘體驅(qū)動(dòng)蛋白，此外還有：纖毛微管動(dòng)力蛋白臂，染色體動(dòng)粒動(dòng)力蛋白，紡錘體動(dòng)力蛋白,S期復(fù)制，G2-M期為MTOC、 M末期分裂,前期,后末期,間期核,核外被,核被小泡

38、融合,核纖層蛋白磷酸化,核纖層蛋白去磷酸化,三類主要肌球蛋白的結(jié)構(gòu),非傳統(tǒng)肌球蛋白 I,傳統(tǒng)肌球蛋白 II,非傳統(tǒng)肌球蛋白 V,頭部 頸部 尾部,胰蛋白酶處理,木瓜蛋白酶處理,重酶解肌球蛋白,輕酶解肌球蛋白,肌球蛋白頭部,肌球蛋白 桿部,肌球蛋白的結(jié)構(gòu) 由一種重鏈（1-2條長(zhǎng)肽鏈）和幾種輕鏈 （2-4條短肽鏈）組成，并組成三個(gè)結(jié)構(gòu)域,頭部（兩個(gè)結(jié)合的位點(diǎn)） 含有與肌動(dòng)蛋白結(jié)合位點(diǎn)、ATP結(jié)合的位點(diǎn)，負(fù)責(zé)產(chǎn)生力。 頸部 頸部通過(guò)同鈣調(diào)素或類似鈣調(diào)素的調(diào)節(jié)輕鏈亞基的結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)頭部的活性。 尾部 含有決定尾部是否同膜結(jié)合還是同其它的尾部結(jié)合的位點(diǎn),Structure of a myosin mole

39、cular,頭部,頸部,尾部,必需輕鏈,調(diào)節(jié)輕鏈,條重鏈，條輕鏈；水解的肌球蛋白頭部S1片段，在有ATP存在下，可驅(qū)動(dòng)微絲位移 P276圖9-11,雙極性肌球蛋白II的裝配,肌球蛋白的功能 不同種類肌球蛋白的特殊功能由它們的尾部決定： 肌球蛋白:運(yùn)輸作用 肌球蛋白:運(yùn)輸作用 肌球蛋白:肌收縮、胞質(zhì)分裂,微絲在細(xì)胞中的運(yùn)輸作用,細(xì)胞運(yùn)動(dòng)機(jī)理,纖毛運(yùn)動(dòng),精子運(yùn)動(dòng),微管運(yùn)動(dòng)（纖毛、鞭毛擺動(dòng)）,核骨架蛋白：它們常與富含AT的DNA序列即 核骨架結(jié)合序列MAR結(jié)合，又叫MAR結(jié)合蛋白。它們無(wú)嚴(yán)格的DNA序列特異性例如： （1）DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶II：是重要成分 （2）核基質(zhì)蛋白D、E、F等 （3）著絲縊痕結(jié)合蛋白 （4）支架附著因子A （5）核纖層蛋白A，B （6）HGM1，2：轉(zhuǎn)錄因子 （7）組蛋白H1 （8）核仁蛋白 等等（見P345346）,核骨架結(jié)合蛋白：有時(shí)間，有空間，與DNA特異序列結(jié)合蛋白 （1）轉(zhuǎn)錄因子NF1（核因子-1）等 （2）酶：DNA聚合酶及，等 （3）受體：核內(nèi)的激素受體 （4）供體蛋白：視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白；前列腺素受體結(jié)合蛋 白