1、第十章 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 狹義的概念是指細(xì)胞質(zhì)骨架 廣義的概念包括細(xì)胞質(zhì)骨架和核骨架 在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中包括微絲、微管和中間纖維。 在細(xì)胞核中存在核骨架-核纖層體系。核骨架 、核纖層與中間纖維在結(jié)構(gòu)上相互連接, 貫穿于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)的網(wǎng)架體系。,細(xì)胞骨架的組成和分布 微管主要分布在核周圍,并呈放射狀向胞質(zhì)四周擴(kuò)散； 肌動(dòng)蛋白纖維主要分布在細(xì)胞質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)和細(xì)胞核膜的外側(cè)； 中間纖維則分布在整個(gè)細(xì)胞中。,第一節(jié)、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(

2、actin)組成、直徑為7nm的骨架纖維。,一、微絲的組成與組裝,（一）組成： F-actin（微絲） 呈雙股螺旋狀,直徑為7nm, 螺旋間的距離為36nm。由單體組裝而成。 G-actin（單體） 蝶型，有一個(gè)ATP結(jié)合位點(diǎn)（裂口處）,G-肌動(dòng)蛋白與F-肌動(dòng)蛋白模式圖,(二)微絲的裝配 1.裝配過(guò)程 成核(nucleation) 延伸(elongation) 穩(wěn)定狀態(tài)(steady state),微 絲 的 裝 配,2.影響裝配的因素 G-肌動(dòng)蛋白臨界濃度 離子的影響 在含有適當(dāng)Ca2+以及很低的Na+、K+ 等陽(yáng)離子的溶液中,微絲趨向于解聚成G-肌動(dòng)蛋白。 在含有ATP和Mg2+和高濃度K

3、+或Na+的誘導(dǎo)下, G-肌動(dòng)蛋白則裝配成纖維狀肌動(dòng)蛋白。,3. 微絲組裝的踏車現(xiàn)象,微絲在組裝過(guò)程中，當(dāng)溶液中G-肌動(dòng)蛋白處于臨界濃度時(shí)，微絲（+）端由于G-肌動(dòng)蛋白添加而延長(zhǎng)、（-）端由于G-肌動(dòng)蛋白解離而縮短，兩端加、減的速度相等，微絲長(zhǎng)度不變，這種現(xiàn)象稱作踏車現(xiàn)象。 圖,微絲的蹋車現(xiàn)象和動(dòng)態(tài)平衡,(三)作用于微絲的藥物 細(xì)胞松弛素B(cytochalasins B) 鬼筆環(huán)肽(phalloidin),二、非肌肉細(xì)胞內(nèi)微絲網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)及其功能 （一）非肌肉細(xì)胞內(nèi)微絲結(jié)合蛋白的類型 單體結(jié)合蛋白：對(duì)F-肌動(dòng)蛋白組裝進(jìn)行調(diào)控。 成核蛋白：與G-肌動(dòng)蛋白結(jié)合參與成核過(guò)程 加帽蛋白：與微絲

4、末端結(jié)合阻止微絲解聚或過(guò)度組裝 交聯(lián)蛋白：將微絲交聯(lián)成網(wǎng)或 纖維割斷蛋白：將微絲切斷或解聚 膜結(jié)合蛋白：將微絲固定在細(xì)胞膜上 ,（二）非肌肉細(xì)胞內(nèi)的微絲及其功能,1、細(xì)胞皮層 功能：維持細(xì)胞形態(tài)，賦予質(zhì)膜機(jī)械強(qiáng)度 參與膜蛋白定位和流動(dòng) 參與細(xì)胞變形運(yùn)動(dòng)、變皺膜運(yùn)動(dòng)、吞噬 參與胞質(zhì)環(huán)流 2、應(yīng)力纖維 功能：通過(guò)粘著斑與細(xì)胞外基質(zhì)相連，參與細(xì)胞形態(tài)發(fā) 生、分化及組織構(gòu)建等 3、細(xì)胞偽足與細(xì)胞遷移 功能：細(xì)胞遷移 4、微絨毛 功能：擴(kuò)大小腸上皮細(xì)胞吸收營(yíng)養(yǎng)物的面積 5、胞質(zhì)分裂環(huán) 功能：參與胞質(zhì)分裂,微絲與細(xì)胞的變形運(yùn)動(dòng),培養(yǎng)的上皮細(xì)胞中的應(yīng)力纖維（微絲紅色、微管綠色）,應(yīng)力纖維結(jié)構(gòu)模型 (由myo

5、sin II、原肌球蛋白、filamin和-actinin 構(gòu)成）,二、肌肉細(xì)胞內(nèi)的微絲及其結(jié)合的肌球蛋白和肌肉收縮,肌球蛋白 肌肉收縮,（一）肌球蛋白(myosin) :肌動(dòng)蛋白纖維的分子發(fā)動(dòng)機(jī)（分子馬達(dá)） 分子馬達(dá)的定義 肌球蛋白的結(jié)構(gòu) 由重鏈和輕鏈組成，并組成三個(gè)結(jié)構(gòu)域 頭部 含有與肌動(dòng)蛋白、ATP結(jié)合的位點(diǎn)，負(fù)責(zé)產(chǎn)生力。 頸部 頸部通過(guò)同與鈣調(diào)素或類似鈣調(diào)素的蛋白質(zhì)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),肌球蛋白的結(jié)構(gòu)（型）,（二）肌細(xì)胞的收縮,肌纖維的結(jié)構(gòu) 肌肉收縮的基本過(guò)程,1、肌細(xì)胞的結(jié)構(gòu),肌原纖維的結(jié)構(gòu),細(xì)肌絲的分子結(jié)構(gòu),

6、2、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,第二節(jié)、微管（ Microtubule）,一 微管的結(jié)構(gòu)和類型 形態(tài) 微管是中空的管狀結(jié)構(gòu) 外徑為24nm 內(nèi)徑為15nm 微管壁厚約5 nm 微管的長(zhǎng)度變化不定,微管的結(jié)構(gòu) 微管是由微管蛋白異源二聚體為 基本構(gòu)件,螺旋盤繞形成的 在每根微管中二聚體頭尾相接, 形 成細(xì)長(zhǎng)的原纖維(protofilament) 13條原纖維縱向排列組成微管的壁 圖,微管的結(jié)構(gòu),微管蛋白(tubulin) 微管蛋白類型： 和微管蛋白形成長(zhǎng)度為8nm的異源二聚體 每一個(gè)微管蛋白二聚

7、體有兩個(gè)GTP結(jié)合位點(diǎn) 亞基GTP結(jié)合位點(diǎn)（不可交換位點(diǎn)） 亞基GTP結(jié)合點(diǎn)是可交換位點(diǎn)。 -微管蛋白的功能是幫助微管的聚合。,微管蛋白,三種形式的微管,二 微管的裝配,（一）微管的體外裝配與踏車行為 1.微管的組裝過(guò)程 成核(nucleation) 延伸(elongation) 穩(wěn)定狀態(tài)(steady state) 2.組裝特點(diǎn) 、二聚體以首-尾排列的方式進(jìn)行組裝， 具有方向性(極性) 兩端分別稱為“+”端（組裝快的一段）和“-”端。 3. 踏車現(xiàn)象 圖1 圖2,微管的裝配,踏車行為,微管動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性,3.影響微管裝配的因素 包括GTP、壓力、溫度(最適溫度37)、pH(最適pH=6.9)、

8、離子濃度、微管蛋白臨界濃度。,（二）作用微管的特異性藥物,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。,三、微管組織中心(MTOC),微管組織中心的定義：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) 動(dòng)物細(xì)胞的MTOC:中心體 鞭毛和纖毛的MTOC:基體,中心體與基體,中心體結(jié)構(gòu)(電鏡照片),中心粒,四、微管的功能,1、支架作用：細(xì)胞中的微管就像混凝土中的鋼筋一樣，起支撐作用，在培養(yǎng)的細(xì)胞中，微管呈放射狀排列在核外，（+）端指向質(zhì)膜。 2、影響細(xì)胞器的分布與走向,3、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸：微管

9、起細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)穆奋壸饔?，破壞微管?huì)抑制細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸。圖1 分子馬達(dá)：能利用水解ATP將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，有規(guī)則地沿微管運(yùn)輸貨物的分子。主要有驅(qū)動(dòng)蛋白和胞質(zhì)動(dòng)力蛋白 驅(qū)動(dòng)蛋白介導(dǎo)的物質(zhì)沿微管運(yùn)動(dòng) 圖2 動(dòng)力蛋白介導(dǎo)的物質(zhì)沿微管運(yùn)動(dòng),作為色素顆粒運(yùn)輸軌道,驅(qū)動(dòng)蛋白介導(dǎo)的物質(zhì)沿微管轉(zhuǎn)運(yùn),4、纖毛與鞭毛的運(yùn)動(dòng) ：鞭毛中的微管為9+2 結(jié)構(gòu)，即由9 個(gè)二聯(lián)微管和一對(duì)中央微管構(gòu)成。纖毛和鞭毛的運(yùn)動(dòng)是依靠動(dòng)力蛋白水解ATP，使相鄰的二聯(lián)微管相互滑動(dòng)。有一種男性不育癥是由于精子沒(méi)有活力造成的。這種病人同時(shí)還患有慢性支氣管炎，主要是因?yàn)槭潜廾屠w毛沒(méi)有動(dòng)力蛋白臂，不能排出侵入肺部的粒子。 圖1 圖2,

10、鞭毛與纖毛,鞭毛的結(jié)構(gòu),5、形成紡錘體：紡錘體是一種微管構(gòu)成的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，其作用是在分裂細(xì)胞中牽引染色體到達(dá)分裂極。,紡錘體微管的類型,紡錘絲微管的作用,第三節(jié)、中間纖維（intermediate filament,IF)（中間絲）,0nm纖維,因其直徑介于肌粗絲和細(xì)絲之間, 故被命名為中間纖維。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。除了胞質(zhì)中，在內(nèi)核膜下的核纖層也屬于IF。 中間纖維的裝配 中間纖維的成分與分布 中間纖維的功能,中間纖維的成分與分布,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： 中間纖維蛋白的表達(dá)具有嚴(yán)格的組織特異性,中間纖維的裝配,中間纖維裝配過(guò)程 IF裝配與MF,MT裝配相比，有以下幾個(gè)特點(diǎn)： IF裝配的單體是纖維狀蛋白(MF,MT的單體呈球形)； 反向平行的四聚體導(dǎo)致IF不具有極性； IF在體外裝配時(shí)不需要核苷酸或結(jié)合蛋白的輔助， 在體內(nèi)裝配后，細(xì)