医学细胞生物学第09章-细胞骨架与细胞运动1.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,细胞骨架,(Cytoskeleton),狭义细胞骨架：,真核细胞内的蛋白纤维网架体系。,广义细胞骨架：,细胞质骨架,细胞核骨架,细胞膜骨架,1,9.1 细胞质骨架的结构,微管,*,微丝,*,中间丝,2,微管、微丝、中间丝,微管：,是由微管蛋白构成的中空圆柱体，外径25nm。,微丝：,是肌动蛋白的螺旋形聚合体，直径7nm。,中间丝,：,由纤维蛋白组成的绳状纤维，直10nm。,3,中间丝,微管,微丝,6,细胞骨架具有多功能,细胞支架,胞内框架,运输轨道,细胞动力源,细胞分裂,7,9.1.1 微管的结构,（,Microtubule）,*,微管：,动态结构；,*,存在：,所有真核细胞；,*,状态：,束状、网状；,构成特定结构：,纺锤体、中心体、鞭毛、纤毛、轴突,8,1、微管的结构与组成,（1）微管的形态结构,Microtubule,MT,9,*由微管蛋白组成的中空管状结构。,*原纤维由微管蛋白聚合而成。,*由13根原纤维构成的中空小管。,微管的结构特点,10,（2）微管的存在形式,11,三种微管的特点,单管：,构成纺锤丝等。对低温、Ca,2,、秋水仙素敏感，易解聚；,双联管：,构成纤毛和鞭毛。对低温、Ca,2,和秋水仙素稳定；,三联管：,构成中心粒和基体。对低温、Ca,2,和秋水仙素稳定；,12,（3）,微管的化学组成,微管蛋白、微管结合蛋白,微管蛋白（tubulin）,*,酸性蛋白，进化上保守。,*占微管总蛋白80，,*分3种：,管蛋白、管蛋白、,管蛋白。,以异二聚体形式存在；,*,含有GTP/GDP的结合位点。,13,微管结合蛋白（MAP）,microtubule-asssociated proteins,功能：,参与微管组成、微管聚合与稳定维持、连接微管与其他细胞器；,类型：,MAP-1、MAP-2 、tau、MAP-4,前3种存在神经C；MAP-4存在广泛,MAP能在微管间形成横桥，使微管成束；,Tau蛋白,加速管蛋白聚合,；,横向连接微管成束。,14,微管结合蛋白（MAP）结构,MAP含2个结构域：,碱性的结合微管域,酸性的向外突出域,突出部分可以横桥的方式与质膜、中间丝或其它微管相连。,15,2.微管的组装,（体外、体内）,微管蛋白通过,聚合,or,解聚,使微管组装or,去组装,。,16,二聚体在,2,个,GTP,、适量,Mg,2+,、,37,时聚合。,GTP,为聚合供能。,秋水仙素、,Ca,2+,、,0,等促微管解聚。,管蛋白,结合的,GTP,稳定,管蛋白,结合的,GTP,可转变为,GDP,。,（1）微管的体外组装,17,微管的装配过程：,二聚体,-,短原纤维,-,片层,-,短管,-,继续添加,装配速度快的一端称为正极,18,微管延长,（GTP-管蛋白多）,与,微管缩短,（GDP-管蛋白易脱离）,19,微管,的,踏车行为,微管组装后处于动态平衡的现象,20,（2）微管的体内组装,遵循体外组装的基本规律，但比体外复杂得多。,微管的装配和去装配受到严格调控。,在间期，,微管蛋白主要装配胞质微管,分裂期，,胞质微管解聚，组装纺锤丝,21,（3）微管组织中心(MTOC),microtubule organizing center,细胞中，微管的装配在一些特定的位点开始。微管装配的发生处称MTOC。,间期细胞的,MTOC：中心体、基体,分裂期细胞的,MTOC：中心体、动粒,22,管蛋白,中心体周围基质，环形，稳定，为管蛋白提供起始装配位点,成核位点,MTOC,23,中心体（动态微管）,24,（4）微管敏感的药物,*,秋水仙素,（colchicine）,*,长春新碱,（vincristine）能结合管蛋白，阻断微管的组装，破坏纺锤体结构。,*,紫杉醇（紫杉酚）,促进微管装配，并使已形成的微管稳定。,问题：在临床上有何用途？,秋水仙素,紫杉醇,25,9.1.2 微丝的结构,微丝,（microfilament，MF）,又称肌动蛋白丝,（actin filament），,是由两条线性排列的,肌动蛋白链形成的螺旋，,形状如双线捻成的绳子，,直径约7nm。,26,1.微丝形态结构与组成,（1）微丝的超微结构,有极性的动态构造,大多情况下：,动态结构,27,（2）微丝的化学成分,肌动蛋白、微丝结合蛋白,1、,肌动蛋白（actin）,微丝基本单位。,河蚌状，有ATP、ADP、钙镁结合位；分子有极性（正极、负极）；,球形肌动蛋白,（G-actin）,纤维状肌动蛋白,（F-actin）,G-actin 按相同方式头尾相连 肌动蛋白丝。,28,肌动蛋白结构与极性,肌动蛋白的类型：,、,、,29,2.微丝结合蛋白,：40 余种,分为两类：肌细胞的、非肌细胞的,肌细胞中的微丝结合蛋白,非肌细胞中的微丝结合蛋白,30,1、肌细胞中的微丝结合蛋白,肌球蛋白,（myosin）,原肌球蛋白,（tropomyosin）,肌钙蛋白,（troponin）,31,肌球蛋白,（myosin）,*,收缩蛋白，属马达蛋白，可利用ATP产生机械能。有十几种。,*肌球蛋白II量大，约占肌细胞蛋白50%，含6条肽链,（2H链4L链）,形似豆芽。,头部有,actin,结合位。,具ATP酶活性,。,多对尾尾相连，再聚合成束粗肌丝。,32,肌球蛋白分子结构,33,肌原纤维：,肌动蛋白-肌球蛋白,34,原肌球蛋白、肌钙蛋白,原肌球蛋白：,2条肽链缠绕成的螺旋。位于F-actin 的螺旋沟内，一个覆盖7个G-actin，附着一个肌钙蛋白。,肌钙蛋白：,3亚基：,C、T、I。,C可与4个钙离子结合；T对,原肌球,高亲和；I抑制,肌球,的ATP酶活性，并抑制肌动与肌球头部的接触。,35,原肌球蛋白、肌钙蛋白与肌动蛋白的关系,36,(2)非肌细胞,微丝结合蛋白,发现40余种，功能多样，辅助微丝的装配与功能。,膜结合蛋白,单体隔离蛋白,交联蛋白,封端蛋白,37,微丝,微丝结合蛋白,肌肉收缩系统中的有关蛋白,非肌肉系统中的有关蛋白,肌球蛋白,原肌球蛋白,肌钙蛋白,肌球蛋白,原肌球蛋白,辅肌动蛋白,肌动蛋白纤维,单体隔离蛋白,交联蛋白,膜结合蛋白,38,3.微丝的组装与调节,39,（1）微丝的组装,体外：,G-actin有极性，装配时头尾相接，故微丝有极性（正、负）。,MF正极与负极都能生长，生长快为正极，慢的一端为负极；去装配时，负极比正极快。,在一定条件，微丝正极,组装,速度与负极,去组装,相等，表现出,踏车现象,。,40,微丝的踏车现象：,正极装配、负极去装配,41,微丝装配机理,*,一定条件下，actin形成装配核心；,*,ATP-actin迅速在核心两端聚合；当ATP-actin浓度高时，微丝快长，成帽,。,*ATP-actin结合到末端后，构象改变，ATP被水解为ADP；,*,ADP-actin对末端的亲和力低，易脱落，使微丝变短。,42,（2）微丝敏感药物,细胞松弛素,（cytochalasins）,-真菌分泌生物碱，,可切断微丝，并结合在微丝正极、阻止肌动蛋白聚合，使微丝解聚。,鬼笔环肽,（philloidin）,-剧毒生物碱。与微丝高亲合，防MF解聚。,带有荧光标记的鬼笔环肽可以在荧光显微镜下显示细胞中的微丝。,说明影响微丝,装配动态性,的药物对细胞有毒,43,细胞松弛素,细胞松弛素作用于细胞后，肌动蛋白纤维消失，移动、吞噬、胞质的分裂消失。,但对微管、肌肉细胞中的微丝无作用。,44,利用鬼笔环肽染色后显示人成纤维细胞中的F肌动蛋白,45,永久性微丝,与,暂时性微丝,46,第9章 细胞骨架与细胞运动,9.1 细胞质骨架的结构与组成,9.2 细胞的运动,9.3 核骨架（自学）,47,9.2 细胞的运动,9.2.1 微管的功能与细胞运动,9.2.2 微丝的功能与细胞运动,48,9.2.1 微管功能与细胞运动,维持细胞形态与细胞器的定位；,物质运输与信息传递；,纺锤体形成与染色体运动；,鞭毛纤毛的形成与运动,（自学）；,中心粒的形成,（自学）；,49,1、,细胞形态维持与细胞器定位,*微管的刚性对细胞形态有支撑作用。用秋水仙素处理细胞，细胞将变圆。,*,细胞突起（纤毛、鞭毛、轴突）形成与维持。,*巨噬细胞活动时，微管使伪足形成（秋水仙素可以阻止）。,50,2、,物质运输,微管在胞内大分子物质的运输过程中充当路轨。,eg：神经细胞 合成的蛋白沿轴突运到末梢；,变色龙皮肤快速变色，,是色素颗粒快速沿微管运输的结果。,51,微管介导的物质运输,52,细胞内物质的运输机理,马达蛋白,（,动力蛋白、驱动蛋白）,驱动,*动力蛋白,（dynein protein）,*,含9-12条肽链（2重链）的复合体。,*,具ATP酶活性。,*沿微管向负端移动。为物质运输和纤毛鞭毛的运动提供动力。,53,动力蛋白、驱动蛋白与微管,54,动力蛋白、驱动蛋白的功能,驱动蛋白,动力蛋白,55,驱动蛋白,（kinesin protein）,性质：,一类微管激活的ATP酶，四聚体蛋白（含2重链和2轻链）；,结构,：,两个球形的头部（N端）,螺旋状的杆部；,两个扇子状尾巴（C端）,56,驱动蛋白,工作原理,：,结合并水解ATP，使两个头交替与微管结合，沿微管行走,（向极），,将尾巴上驮的货物转运到其它地方。,驱动向正极运输；,每步跨幅约8nm,（管蛋白二聚体长度）,移动速度与ATP的浓度有关；,最快可达900nm/s,57,3.纺锤体的形成与染色体运动,*纺锤丝长度改变依,管蛋白,的聚合与解聚；,*分裂期，构建纺锤体所需,管蛋白,来自细胞质微管网的解体；,58,染色体运动的分子机制,59,纺锤丝微管、马达蛋白,与染色体运动,60,9.2.2 微丝功能与细胞运动,1、,细胞形态支撑作用；,2、,参与细胞运动,（1）肌肉收缩,（2）细胞分裂,（3）变形运动,3、,参与细胞内信息传递。,61,1.细胞形态支撑作用,微丝遍及胞质，集中分布质膜下，与其结合蛋白形成网络结构。,维持细胞形状、赋予质膜机械强度。,62,微丝支持微绒毛,小肠上皮细胞,1000个微绒毛。,平行排列的肌动蛋白纤维+微丝结合蛋白,63,2.参与细胞运动,（肌肉收缩）,肌丝（微丝）间的相对滑动产生肌肉收缩,64,肌原纤维是骨骼肌的收缩单位,肌原纤维由粗肌丝和细肌丝构成,肌细胞动作电位引起肌质网Ca电压闸门通道开启，,Ca与肌钙蛋白结合，原肌球构象改变，暴露结合点。,肌球蛋白结合与水解,ATP,，构象改变，引起粗丝和细丝相对滑动。,65,肌收缩时肌节的收缩,M线,66,67,肌动蛋白,与,肌球蛋白,作用,结合态,释放,直立,力的产生,结合态,68,2.参与细胞运动,（胞质分裂）,69,微丝与微管的比较,70,本章小结,1.细胞骨架的构成与功能；,2.,微管与微丝结构的比较；,3.微管与微丝组装过程的比较；,4.,微管与微丝功能的比较；,5.肌肉收缩的机理,。,71,第9章完,72,