chapter10细胞骨架-精选文档

装配
微管蛋白的体外装配方式分为成核和延长两个反应 所有的微管都有确定的极性：微管的极性有两层含 义，一是装配的方向，二是生长速度的快慢。 微管装配是一个动态不稳定过程
·微管装配的动力学不稳定性是指微管装配 生长与快速去装配的一个交替变换的现象
·动力学不稳定性产生的原因： 微管两端具GTP帽(取决于微管蛋白浓度),微 管将继续组装,反之,无GDP帽则解聚。
Cytoplasmic dyneins
Cytoplasmic dynein is a huge protein :molecular mass of approximately 1.5 million daltons Composed of two identical heavy chains and a variety of intermediate and light chains. To move along a microtubule toward the polymer's minus end .
收缩环由大量反 向平行排列的微丝组 成，其收缩机制是肌 动蛋白和肌球蛋白相 对滑动。
二．微 管（Microtubules）
微管结构与组成 装配 微管特异性药物 微管组织中心(MTOC) 微管结合蛋白(MAP) 微管功能
微管结构与组成
微管由两种类型的微管蛋白亚基α、β异二聚体构成。微管 蛋白在进化上具有高度的保守性。 微管蛋白上的结合位点 微管的类型
MAP的功能： 使微管相互交联形成束状结构，也可使微 管同其它细胞结构交联。 通过与微管成核点的作用促进微管的聚合 在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒 提高微管的稳定性
微管功能
维持细胞形态 细胞内物质的运输 细胞器的定位 鞭毛(flagella)运动和纤毛(cilia)运动 纺锤体与染色体运动
Fluorescence microscopy reveals colocalization of endoplasmic reticulum membranes and cytosolic microtubules. DiOC6, an ER-binding fluorescent dye (green), and fluorescently-labeled anti-tubulin antibodies (red) were used to stain a cultured frog fibroblast. The alignment of the ER network and microtubules in many but not all regions of the cytoplasm is evident because the cell has sparse microtubules
微管特异性药物
◆秋水仙素(colchicine) 结合到未聚合的微管蛋白二聚体上， 阻断微管蛋白组装成微管，可破坏纺锤体结构。
◆紫杉酚(taxol)能促进微管的装配,并使已形成的微管稳定。 它只结合到聚合的微管上，不与未聚合的微管蛋白二聚体 反应。
◆为行使正常的微管功能,微管动力学不稳定性是其功能正常 发挥的基础。
维持细胞形态
用秋水仙素处理细胞破坏微管,导致细胞 变圆,说明微管对维持细胞的不对称形状是 重要的。对于细胞突起部分,如纤毛、鞭毛、 轴突的形成和维持, 微管亦起关键作用。
细胞内物质的运输
真核细胞内部是高度区域化的体系, 细胞 中合成的物质、一些细胞器等必须经过细胞内 运输过程。这种运输过程与细胞骨架体系中的 微管及其Motor protein有关。
·Motor proteins ·神经元轴突运输模式 ·色素颗粒的运输
分子发动机
•线性发动机
以细胞骨架蛋白为轨道的分子发动机 以DNA为轨道的分子发动机
•旋转式发动机：F0-F1ATP（ATP合酶） •P-型运输泵（Na+-K+泵）
Motor proteins
To convert chemical energy (stored in ATP) into mechanical energy, which is used to move cellular cargo attached to the motor.
·动作电位的产生 ·Ca2+的释放 ·原肌球蛋白位移 ·肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动 ·Ca2+的回收
肌肉收缩系统中的有关蛋白
①肌球蛋白(myosin)—所有actin-dependent motor proteins都 属于该家族,头部具ATP酶活力,沿微丝从负极到正极进行运动。 Myosin Ⅱ主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构域(具有 ATPase活性)和尾部,多个Myosin尾部相互缠绕，形成myosin filament,即粗肌丝。
◆维持细胞形态，赋予质膜机械强度 ◆细胞运动 ◆微绒毛(microvillus) ◆应力纤维(stress fiber) ◆参与胞质分裂 ◆肌肉收缩(muscle contraction)
微丝遍及胞质各处，集中分布于质膜 下，和其结合蛋白形成网络结构，维持细 胞形状和赋予质膜机械强度，如哺乳动物 红细胞膜骨架的作用。
常见微管组织中心
◆间期细胞MTOC： 中心体(动态微管) ◆分裂细胞MTOC：有丝分裂纺锤体极(动态微管) ◆鞭毛纤毛细胞MTOC：基体(永久性结构)
中心体(centrosome)
·中心体(centrosome)结构：包括中心粒和中心粒周围 物质，在细胞间期位于细胞核附近，在有丝分裂期， 位于纺缍体的两极。 ·中心体复制周期
◆装配可分为核心组织和延伸两个阶段。 ◆体外实验表明，MF正极与负极都能生长，生长快的一端为正
极 ， 慢 的 一 端 为 负 极 ； 去 装 配 时 ， 负 极 比 正 极 快 。 由 于 Gactin 在正极端装配，负极去装配，从而表现为踏车行为。 ◆体内装配时，MF呈现出动态不稳定性，主要取决于F-actin结 合的ATP水解速度与游离的G-actin单体浓度之间的关系。 ◆ MF动态变化与细胞生理功能变化相适应。在体内, 有些微丝 是永久性的结构, 有些微丝是暂时性的结构。
细胞运动
成纤维细胞爬行与微 丝装配和解聚相关
微绒毛(microvillus)
是肠上皮细胞 的指状突起，用以 增加肠上皮细胞表 面积，以利于营养 的快速吸收。
应力纤维（stress fiber）:广泛存在于真核细胞。
成分：肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和-辅肌 动蛋白。介导细胞间或细胞与基质表面的粘着。 （细胞贴壁与粘着斑的形成相关，在形成粘合斑 的质膜下，微丝紧密平行排列成束，形成应力纤 维,具有收缩功能。）
成分
●肌动蛋白(actin)是微丝的结构成分,以两种形式存
在，即单体和多聚体。单体肌动蛋白外观呈哑铃 状, 这种actin又叫球状肌动蛋白（G-actin）， Gactin的多聚体形成肌动蛋白丝，称为纤维状肌动 蛋白（F-actin），在电镜下F-actin呈双股螺旋状 。
装配
◆ MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性, 装配时呈头尾相接, 故微丝具有极性，既正极与负极之别。
·Parallel bundle: MF同向平行排列，主要发现于微绒 毛与丝状伪足。
·Contractile bundle: MF反向平行排列，主要发现于应 力纤维和有丝分裂收缩环。
·Gel-like network: 细胞皮层(cell cortex)中微丝排列形 式，MF相互交错排列。
微丝功能
以细胞骨架为轨道的分子发动机
Motor proteins can be grouped into three broad families: ●肌球蛋白(myosins)家族 ●驱动蛋白(kinesins)家族 ●动力蛋白(dyneins)家族
Myosins和kinesins的协同作用 分子发动机移动的主要特点
微管组织中心(MTOC)
概念： 常见微管组织中心 中心体(centrosome) 基体(basal body)
微管在生理状态或实验处理解聚后重新装配的 发生处称为微管组织中心(microtubule organizing center, MTOC)。
MTOC的主要作用是帮助大多数细胞质微管装 配过程中的成核反应。
微丝特异性药物
细胞松弛素(cytochalasins)：可以切断微丝,并结合在微丝正 极阻抑肌动蛋白聚合。 鬼笔环肽(philloidin)：与微丝侧面结合,防止MF解聚。 影响微丝装配动态性的药物对细胞都有毒害，说明微丝功 能的发挥依赖于微丝与肌动蛋白单体库间的动态平衡。这 种动态平衡受actin单体浓度和微丝结合蛋白的影响。
微管的类型
微管可装配成单管、二联管、三联管。 大部分细胞质微管是单管微管，它在低温、Ca2+和秋 水仙素作用下容易解聚，属于不稳定微管。 二联管是构成纤毛和鞭毛的周围小管，是运动类型的 微管，它对低温、Ca2+和秋水仙素都比较稳定。 三联管见于中心粒和基体，它对低温、 Ca2+和秋水仙 素是稳定的。
交联蛋白（cross-linking protein）：改变细胞内肌动蛋白纤 维的三维结构。 末端阻断蛋白（end blocking protein）：通过与肌动蛋白纤 维一端或两端的结合调节肌动蛋白纤维的长度。 纤维切割蛋白（filament-severing protein）：能够同已经存 在的肌动蛋白纤维结合并将它一分为二。 肌动蛋白纤维去聚合蛋白（actin filament depolymerizing protein）。 膜结合蛋白（membrane-binding protein）
②原肌球蛋白(tropomyosin, Tm)由两条平行的多肽链形成α螺旋构型,位于肌动蛋白螺旋沟内,结合于细丝, 调节肌动蛋 白与肌球蛋白头部的结合。
③肌钙蛋白 (Troponin, Tn)为复合物，包括三个亚基：TnC(Ca2+ 敏感性蛋白) 能特异与Ca2+结合; TnT(与原肌球蛋白结合); TnI(抑制肌球蛋白ATPase活性)
·微管的体内装配需要γ管蛋白：位于中心体周围的基质
中，它可以环成形结构，为αβ微管蛋白二聚体提供起 始装配位和纤毛根部的类似结构称为基体 ·基体只含有一个中心粒而不是一对中心粒 ·中心粒和基体均具有自我复制性质
微管结合蛋白
(Microtubule Associated Protein, MAP)
驱动蛋白(kinesins)家族
Structure 驱动蛋白家族结构特点 驱动蛋白功能特点
structure
●kinesin is a tetramer constructed from two identical heavy chains and two identical light chains
微丝结合蛋白
整个骨架系统结构和功能在很大程度上受到不同的细胞 骨架结合蛋白的调节。
◆肌肉收缩中相关的蛋白：肌球蛋白 ◆非肌肉细胞中的微丝结合蛋白： actin单体结合蛋白：这些小分子蛋白与actin单体结合， 阻止其添加到微丝末端，当细胞需要单体时才释放，主要用 于actin装配的调节。 微丝结合蛋白 ◆微丝结合蛋白将微丝组织成以下三种主要形式
第一节、细胞质骨架 第二节、核骨架
第一节 细胞质骨架
●微丝(microfilament, MF) ●微 管（microtubules） ●中间纤维（intermediate filament,IF) ●细胞骨架结构与功能总结
一、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、直径为7nm的骨 架纤维。微丝是双股螺旋的形式组成的纤维，两股 肌动蛋白丝是同方向的。
●成分
●装配
●微丝特异性药物
●微丝结合蛋白 ●微丝功能
肌肉收缩(muscle contraction)
肌肉可看作一种特别富含细胞骨架的效力 非常高的能量转换器，它直接将化学能转变为 机械能。
◆肌肉的细微结构(以骨骼肌为例)
◆肌小节的组成
◆肌肉收缩系统中的有关蛋白
◆肌肉收缩的滑动模型
由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程