第09章 细胞骨架与细胞运动

第一节 微 管
第一节 微 管
1. 支持和维持细胞的形态
细胞的各种形态是由微管和其它细胞骨架成分来维持的
秋水仙素处理：圆形
蝾螈红细胞膜下的微管束
2. 细胞内物质运输
♪ 神经细胞中的轴质运输
合成部位
胞内膜泡运输 沿微管运送
第一节 微 管
行使功能的部位
微管
膜泡 膜泡
神经细 胞的轴 质运输
微管
分泌细胞中分泌颗粒的运输 色素细胞的色素颗粒的运输
第一节 微 管
第一节 微 管
在一定条件下，微管的一端因发生装配而不断延长，而 另一端因发生解聚而不断缩短——踏车运动(tread milling)
微管的踏车运动式装配图解
2. 细胞内装配
可自我调节，多余的微管结合在合成的核糖体上，导致mRNA解体。 时间和空间上高度有序。间期细胞 –平衡 分裂期细胞：分离前期和末期
一、微管的结构和化学组成
第一节 微 管
三种类型：单管 二联管 三联管
化学组成:
第一节 微 管
微管蛋白(tubulin) 80~95%
-微管蛋白
微管蛋白
-微管蛋白
异二聚体
原丝(protofilament)
13根原丝排列成微管
第一节 微 管
-和-微管蛋白： 50kDa；同一基因祖先 在进化中极保守
细胞器的定向运送
沿微管运动的囊泡的电镜照片
第一节 微 管
微管： 仅提供轨道， 指导运输方向
运输动力： 马达蛋白(motor
protein) 驱动蛋白 胞质动力蛋白
驱动蛋白(kinesin)
球状头部
ATP酶活性
马达区
80nm 柄部
第一节 微 管
380kDa四聚体
2条重链(120kDa) 2条轻链(64kDa)
第九章 细胞骨架 Chapter 9 Cytoskeleton
1928年，Koltzoff：“在原生质中存在着一种具有一定结 构的纤维状成分，每一个细胞就是一个由液体成分和硬性骨架 组成的体系。细胞依靠这些骨架纤维保持着一定的外形。”
锇酸和高锰酸钾, 0℃
戊二醛(glutaraldehyde)
一个培养细胞的细胞骨架
美登本 氯丙榛 1-苯胺基-8-磺酸萘
结合在微管蛋白异二聚 体上，使微管不能继续 添加微管蛋白
紫杉酚(taxol)
稳定微管的药物 Nocodazole
重水
促进微管装配, 稳定已形成微管
五、微管的功能
1. 支持和维持细胞的形态 2. 细胞内物质运输 3. 细胞运动 4. 纺锤体与染色体运动 5. 植物细胞壁形成 6. 纤毛和鞭毛运动
中心粒的主要功能是组织形成微管
第一节 微 管
起始端 (负端)
正端
中心粒 中心粒周围物质
中心体
数百个-微管蛋白环，每一个环是一条微管形成的起点
-微管蛋白环：微管生成的真正诱导起点——“晶种” 植物细胞中无中心粒，并不能证明无MTOC
3. 动态不稳定性：
微管 总是处于 动态不稳 定状态中， 影响着细 胞位移和 细胞极性 的形成。
微管结合蛋白
MAP MAP-2 (271~286kDa)
(热稳定，树突)
MAP-4 (200kDa)
MAP-2A MAP-2B
MAP-2C
(热稳定，各种细胞)
tau蛋白 (5种, 55~77kDa) (热稳定)
动力蛋白(dynein) (纤毛/鞭毛)
第一节 微 管
微管
促进装配区
微管结合蛋白的电镜图象及模式图解
1. 离体条件下的装配：
微管蛋白的浓度
微管自我装配 的影响因素
pH值：6.9 温度： 能量：GTP + Mg2+
游离Ca2+的浓度 [Ca2+]↑→ 微管解聚 [Ca2+]↓→ 促进微管装配
有极性
微管的结构和装 配均具有极性
在微管的装配和拆 卸过程中, 两端均要 添加和拆除异二聚 体，但+端的装卸速 度大于-端
扇形尾部
驱动蛋白EM图像
胞质动力蛋白 (cytoplasmic dynein)
第一节 微 管
MAP蛋白的功能:
第一节 微 管
(1) 调节微管装配： MAP-2磷酸化后可抑制微管装配
MAP-1和tau蛋白的作用是控制微管的延长
(2) 稳定微管： 横连相邻微管——一定方式排列
稳定已装配好的微管结构
(3) 调节微管蛋白同其它蛋白间的相互作用：
调节微管同其它微管、肌动蛋白、细胞器或膜结构的相互作用
-微管蛋白：
1
Cys
142 148
201
450
-微管蛋白
N-端
—Gly群—
Pi或GTP结合部位 N位点
秋水仙素 结合部位
C-端呈酸性 肌钙蛋白T顺序
-微管蛋白：
42%序列同源性
1
N-端
142 148
-微管蛋白
—Gly群—
Pi或GTP结合部位 E位点
455
C-端呈酸性 肌钙蛋白T顺序
第一节 微 管
二、微管的装配
(4) 为纤毛与鞭毛的运动提供动力：
纤毛和鞭毛中的动力蛋白构成动力蛋白臂(dynein arms)，是细 胞内的马达蛋白(motor protein)
四、微管的特异性药物
第一节 微 管
秋水仙素(colchicine)： 秋水酰胺(colcemid) 鬼臼素(podophyllotoxin)
抑制微管组装 长春花碱(vinblastine)
遍布于整个细胞内的各种蛋白质性的丝状结构
广义上，细胞骨架各级成分可概括如下:
细胞骨架
多糖
细胞外基质 纤维蛋白
血影蛋白、肌动蛋白
细胞膜骨架 原肌球蛋白、锚蛋白
微管
细胞质骨架 纤丝 （狭义上）
核基质
细胞核骨架 核纤层-核孔复合体体系
染色体骨架
第一节 微 管 第二节 微丝
第一节 微 管
一、微管的结构和化学组成 二、微管结合蛋白 三、微管的特性 四、微管的特异性药物 五、微管的功能 六、微管组成的细胞器
有微管组织中 心（MTOC）的 参与
微管组织中心 (microtubule organizing centerFra Baidu bibliotek MTOC)
第一节 微 管
在所有的动物细胞中, 中心体(centrosome)是MTOC!! 微管的（—）极指向MTOC，（+）极背向MTOC
短圆筒状中心粒 中心粒周围物质
最新的研究结果表明： 中心粒周围的一些蛋白质性 的成分或与之相当的物质
第一节 微 管
微管的特性：
♫ 自我装配 ♫ 极性 ♫ 动态不稳定性
第一节 微 管
第一节 微 管
三、微管结合蛋白(microtubule-associated protein, MAP)
MAP-1 (345kDa)
(热敏感，神经轴突)
MAP-1A 成熟轴突 MAP-1B 生长轴突 MAP-1C 胞质动力蛋白