第九章 细胞骨架

第九章细胞骨架

细胞骨架：指存在于真核细胞中、由蛋白质组装而成的纤维网格体系，主要包括微丝、微管和中间丝。

一、微丝与细胞运动

（一）微丝概念：又称肌动蛋白丝或纤维状肌动蛋白，这种直径为7nm的细胞骨架纤维存在于所有真核细胞中。

（二）、微丝结构与成分：肌动蛋白

（三）、微丝的踏车行为：在体外组装过程中有时可以见到微丝的正极由于肌动蛋白亚基的不断添加而延长，而负极则由于肌动蛋白去组装而缩短，这一现象称为踏车行为。（四）、影响微丝组装的特异性药物：

细胞松弛素：导致微丝解聚；鬼笔环肽：防止微丝解聚。

（五）、肌球蛋白：依赖于微丝的分子马达

1.Ⅱ型肌球蛋白的分子结构：

典型的Ⅱ型肌球蛋白分子包含2条重链和4条轻链，形成一个高度不对称的结构。2条重链卷曲盘绕形成直径2nm,长约140nm的双股α- 螺旋。用胰蛋白酶处理肌球蛋白分子，可产生轻酶解肌球蛋白和重酶解肌球蛋白。重酶解肌球蛋白经木瓜蛋白酶处理，形成肌球蛋白酶头部。

2.传统的肌球蛋白

（1）肌纤维的结构：每根肌球纤维由称为肌节的收缩单元呈线性排列而成。肌原纤维的带状条纹由不同的粗（肌丝）细（肌丝）的纤维以十分有序的方式组装在一起。粗肌丝的成分是肌球蛋白；细肌丝的主要成分是肌动蛋白，辅以原肌球蛋白和肌钙蛋白。

（2）肌肉收缩的滑动模型：

①动作电位的产生

②Ca2+的释放

③原肌球蛋白位移

④肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动

⑤Ca2+的回收

二、微管及其功能

（一）微管的结构组成

α–微管蛋白和β-微管蛋白结合而成的异二聚体。

微管蛋白在生物进化过程可能是最稳定的蛋白分子之一。在α-微管蛋白上有一个GTP 结合位点，可能是由于构象上的原因，结合在该位点的GTP通常不会被水解，因而被称为不可交换位点。在β-微管蛋白也有一个GTP结合位点，该结合位点在微管蛋白二聚体参与组装成微管后即被水解成GDP。当微管去组装后，β-微管蛋白上的GDP可以被细胞质基质上的GTP所替换，然后再参与微管的组装。所以β-微管蛋白上的GTP结合位点是可交换位点。（二）微管的体外组装与踏车行为

1.组装过程：成核，延伸。

2.踏车行为：不得而知

（三）作用于微管的特异性药物

1.秋水仙素用低浓度的秋水仙素处理细胞，可立即破坏细胞内的微管或纺锤体结构。但末端带有秋水仙素的微管对其去组装并没有影响，从而导致细胞内微管系统的解体。

2.紫杉醇当紫杉醇与微管结合后可以阻止微管的去组装，增强微管的稳定性但不影响

新的微管蛋白亚基在微管的末端进行组装。

（四）微管组织中心：中心体

（五）依赖于微管的物质运输的分子马达

1.驱动蛋白

（1）组成：驱动蛋白分子通常由2条重链和2条轻链组成。用底角度旋转投影电子显微术观察结果显示，驱动蛋白分子是一条长80nm的杆状结构，头部一端有两个呈球状的马达结构域，直径约10nm，另一端是重链和轻链组成的扇形尾端，中间是重链组成的杆状区。头部具有ATP结合部位和微管结合部位。

（2）两种分子模型：

①步行模型驱动蛋白的两个球状头部交替向前，每水解一个ATP分子，落在后面的那个马达结构域将移动两倍的步距，而原先领先的那个头部则在下一个循环时再向前移动。

②尺蠖爬行模型驱动蛋白两个头部中的一个始终向前，另一个永远在后。

2.胞质动力蛋白

（1）组成：动力蛋白分子包含2条或3条重链（含有马达结构域），多条相对分子质量不一的轻链，还有一些多肽链的相对分子质量介于重链和轻链之间，称为中间链。

（2）功能：主要与细胞内介导沿微管从正极端向负极端的膜泡运输以及有丝分裂纺锤体动态结构相关。（与驱动蛋白功能相反）

（六）纤毛或鞭毛的运动机制——滑行学说

纤毛或鞭毛的运动是由轴丝动力蛋白所介导的相邻二联体微管之间的相互滑动所致。从一个二联体的A管伸出的动力蛋白臂的马达结构域在相邻得二联体的B管上“行走”，其过程如下：

1.A管动力蛋白头部与B管的接触促使动力蛋白结合的ATP水解，产物释放，同时造成头部角度的改变。

2.新的ATP结合使动力蛋白头部与B管脱离。

3.ATP水解，其释放的能量使头部的角度还原。

4.带有水解产物的动力蛋白头部与B管上另一位点结合，开始又一次循环。

（七）纺锤体

1.动粒微管连接染色体动粒与两极的微管

2.星体微管中心体周围呈辐射体分布的微管

三、中间丝

（一）6种主要类型

Ⅰ：Ⅰ型角蛋白

Ⅱ：Ⅱ型角蛋白

Ⅲ：波旁蛋白结蛋白胶质纤维酸性蛋白外周蛋白微管卷曲蛋白

Ⅳ：神经丝蛋白三亚基α-介连蛋白

Ⅴ：核纤层蛋白A/C 核纤层蛋白B1 核纤层蛋白B2

Ⅵ：巢蛋白 synemin desmuslin

(二)中间丝为什么没有方向性（极性）？

中间丝是一种异型二聚体，两个二聚体以反向平行和半分子交错的形式组装成四聚体。四聚体可能是细胞质内中间丝组装的最小结构单位。由于四聚体是由2个二聚体以反向平行的方式组装而成，因此对四聚体而言没有极性。

（三）中间丝与其他细胞结构之间的联系（与哪些结构有关）

核纤层是染色质的重要锚定位点。

第十章细胞核与染色体

一、核被膜与核孔复合体

（一）核孔复合体结构模型——“捕鱼笼”

1.胞质环（外环）

2.核质环（内环）

3.辐（1）柱状亚单位（2）腔内亚单位

4.中央栓

（二）核孔复合体的功能：

1.核质交换的双向性通道

2.通过核孔复合体的被动扩散

3.通过核孔复合体的主动运输

（1）亲核蛋白的核定位信号

核定位序列或核定位信号（NLS）：亲核蛋白一般都含有特殊的氨基酸序列，这些内含的特殊短肽保证了整个蛋白质能够通过核孔复合体被转运到细胞核内。这段具有“定向”、“定位”作用的序列被命名为核定位序列。

（2）亲核蛋白入核转运的步骤：结合位移

（3）转运产物RNA的核输出

二、染色质

（三）染色质蛋白

DNA结合蛋白分两类：

1.组蛋白与DNA结合但没有序列特异性

5种：H1 H2A H2B H3 H4

2.非组蛋白又称序列特异性DNA结合蛋白与特定DNA序列或组蛋白相结合

（1）非组蛋白的特性：

①非组蛋白具有多样性

②识别DNA具有特异性

③具有功能多样性

（2）序列特异性DNA结合蛋白的不同结构模式

①α螺旋-转角-α螺旋模式

②锌指模式

③亮氨酸拉链模式

④螺旋-环-螺旋结构模式

⑤HMG框结构模式 HMG：高速泳动族蛋白

（四）核小体结构要点

1.每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体以及一个分子的组蛋白H1.

2. 组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心颗粒，相对分子质量100*103，由四个异二聚体组成，包括两个H2A·H2B和两个H3·H4。

3.146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈。组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bpDNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。。

4.两个相邻核小体之间以连接DNA相连，典型长度60bp,不同物种变化值为0-80bp 不等。

5.组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的。基本不依赖于核苷酸的特异序列。核小体具有自组装的性质。