细胞生物学-6细胞骨架.ppt
细胞骨架,Koltzoff(1928)提出了细胞骨架的原始概念，是设想。 1960年左右，戊二醛作电镜固定剂（以前用锇酸和高锰酸钾作固定剂，不利于细胞骨架保存），首次在水螅刺细胞中观察到微管。 细胞骨架是几种蛋白性纤维状成分形成的骨架样结构，在真核细胞中广泛存在。,细胞骨架广义分类,细胞骨架狭义分类,即细胞质骨架 细胞骨架： 真核细胞中由蛋白纤维组成的网架结构，由微管、微丝和中间纤维组成。 利用常规方法，普通光镜下看不到， 利用免疫荧光方法可显示微管和微丝在细胞中的分布,第一节 微 管,一、微管的形态结构 细长而具有一定刚性 圆管状结构 广泛存在于各种真核细胞中 在细胞内多呈网状或束状分布 与维持细胞形态、细胞运动及细胞分裂有关 微管： 中空，长度不等 内径：15nm，外径24-26nm，壁厚5nm,二、微管的化学组成,（一）微管蛋白(tubulin) 主要成分 占总蛋白质80-95 微管蛋白两种: 、微管蛋白 二者组成异二聚体 异二聚体是构成微管的基本亚单位,若干异二聚体首尾相接，形成了原丝 微管由13根原丝排列而成，大小上均匀一致 微管存在形式： 单管 二联管(纤毛和鞭毛) 三联管(中心粒和基体),微管蛋白与微管蛋白 化学性质相似， 相对分子质量均为50kDa， 氨基酸分别为450个和445个 氨基酸序列分析表明： 二者有42的顺序相同 第142-148残基均为一甘氨酸群， 为磷酸基或GTP的结合部位； 在-C00H端均为一肌钙蛋白T顺序 各种生物的微管蛋白几乎完全相同，说明： 和微管蛋白具有同一个基因祖先， 而且在进化过程中极为保守,微管蛋白异二聚体上含有： 鸟嘌呤核苷酸的2个结合位点 二价阳离子的结合位点 一个长春花碱的结合位点 微管蛋白肽链中的第201位的半胱氨酸 为秋水仙素分子的结合部位,（二）微管结合蛋白(MAP),2种高相对分子质量的MAP 即MAP-1(345kDa)和MAP-2(271-286kDa)； 2种低分子量的MAP(28kDa，30kDa) tau蛋白：5种，大小在5577kDa之间 MAP和tau蛋白:在微管蛋白装配成微管之后， 结合在微管表面的辅助蛋白。 当微管结合有MAP时， 电镜下可显示出其表面的短微丝,各种微管结构和功能的差异 可能主要取决于MAP的不同 MAP的功能： MAP具有调节微管装配的作用 磷酸化的MAP-2可抑制微管装配； MAP-1和tau蛋白控制微管延长,MAP通过横向连接相邻微管， 使微管按一定的方式排列; 对已装配好微管空间结构具有稳定作用， 使微管能抵御某些化学物质(如秋水仙素)和物理因子(如冷和流体静高压)的影响不解聚 如果去掉MAP，微管则很易解聚。,例如：神经细胞轴突中tau蛋白特别丰富，无MAP-2，有利于保持微管束的存在。而树突和细胞本体中则MAP-2集中。 神经细胞分化：轴突和树突的发生与MAP密切相关 抑制tau蛋白的合成抑制轴突的发生， 树突的发生不受影响。 反之，如果使非神经细胞表达tau蛋白， 细胞也会长出轴突， 和神经细胞一样，微管成束排列， +端朝向突起远端,三、微管的特性,自我 装配,2微管组织中心(MTOC),微管装配总是先由一定区域开始， 该区域称为微管组织中心(MTOC ) 动物细胞：中心体是主要的微管组织中心， 如：小鼠卵母细胞中鉴别不出中心体 （发育早期的胚胎中出现中心体） 最新研究表明： 真正起MTOC作用的可能是中心粒周围的一些蛋白质成分或与之相当的物质。,3. 微管极性,使所有的微管均具有固定的极性， 微管的极性由本身的分子结构来决定， 微管蛋白所处的一端为正(+)端， 微管蛋白所处的一端为负(-)端。,微管生长具有极性： 微管的生长是通过向其远端(远离MTOC的一端)不断添加微管蛋白异二聚体来实现的。 起始端又称为尾端(-)，生长端称为头端(+)。 由微管构成的细胞器也具有一定的极性。 微管的极性与有丝分裂后期染色体向细胞两极的移动机制有关。,4稳定性,微管生长端，GTP微管蛋白不断添加到(+)游离端，GTP微管蛋白在游离端彼此结合，形成了GTP帽，此帽可防止微管解装配，从而使微管继续生长。 如果GTP水解成GDP，游离端则倾向于解装配。 细胞皮层的带帽蛋白(capping protein)，可稳定游离端，使微管保持稳定。,四、微管的特异性药物,分为破坏微管和稳定微管两类 1.抑制微管组装的药物 秋水仙素 秋水酰胺，鬼臼素 2稳定微管的药物 紫杉酚、nocodazole和重水,五、微管的功能 主要功能： 与细胞运动、 细胞内细胞器的定位及其迁移、 细胞内的物质运输、 以及保持细胞形状有关。,1支持和维持细胞的形态,2. 维持胞内膜性细胞器的空间定位分布,微管以中心体为中心向四周辐射延伸，一直抵质膜下方。,3细胞内运输,细胞内有些物质的定向运送，特别是膜泡运输， 与微管的存在有关。 如：细胞的分泌颗粒和色素细胞的色素颗粒的运输。,4细胞运动,纤毛和鞭毛是细胞的运动细胞器， 其主要的构成成分即为微管。 有些细胞是靠变形进行移动， 其细胞质的运动变化与微管的导向有关。 5纺锤体与染色体运动,第二节 微 丝,直径为6-7nm，长度不定， 由肌动蛋白组成，故又名肌动蛋白丝。 普遍存在于各种真核细胞中， 分布：质膜下方的外质中、 细胞与细胞之间、 细胞与固体间质相接触的部位。 紧临质膜下方的微丝平行排列成束，这种微丝束即所谓的应力纤维(stress fiber)。,（一）微丝的组成 主要蛋白质成分：肌动蛋白(actin) 大小为43kDa，外观呈哑铃形。 哺乳动物和鸟类：6种肌动蛋白 4种：肌动蛋白， 横纹肌、心肌、血管平滑肌和肠道平滑肌特有； 2种：肌动蛋白和肌动蛋白：普遍存在,（二)微丝的装配,纯化单体：G-肌动蛋白，外观哑铃形、 有极性、头尾相接 肌动蛋白丝：F-肌动蛋白构成、右手螺旋 有极性、动态结构 装配有：“+”极、 “-”极 也形成踏车现象,（三）微丝结合蛋白,三类： 1.横连蛋白： 两个和多个肌动蛋白结合位点， 同时结合多条肌动蛋白丝， 将多条肌动蛋白丝横连成束。 2.戴帽蛋白(capping protein) 3.单体稳定蛋白(monomer stablizing protein),（四)微丝的特异性药物,主要有细胞松弛素和鬼笔环肽等 1.细胞松弛素 特异性地破坏微丝。 2鬼笔环肽 抑制微丝的解聚从而稳定微丝。,（五）微丝的功能,细胞质膜下方一层特殊的细胞质，称为外质。 外质中含有大量的肌动蛋白丝 这些微丝与质膜平行排列形成网络状结构并与质膜相连， 这层特殊的细胞质为胞质凝胶层，使质膜具有一定的强度和韧度，对于驱动胞质环流、维持细胞外形和细胞运动均具有重要意义。,1.维持细胞外形,2.变形运动 许多动物细胞在进行位置移动时 多采用变形运动 如：原生动物的变形虫、 高等动物的巨噬细胞和白细胞 以及器官发生时的胚胎细胞等 这些细胞的静止外质中含有丰富的微丝， 细胞的变形运动与外质中F肌动蛋白的凝胶和溶胶状态之间的相互转变有关。 R. Allen提出了变形运动的前端收缩学说：,3.支持微绒毛,4.形成应力纤维 应力纤维是由微丝束构成的较为稳定的纤维状结构 应力纤维： 长而直的纤维， 常与细胞的长轴大致平行并贯穿细胞的全长 由大量平行的微丝束构成,6.胞质分裂 将分离的2个子细胞之间由微丝形成收缩环。 在肌球蛋白的作用下，不同极性的微丝之间发生相对滑动，使收缩环收缩。 在赤道面上的收缩环又借助于辅肌动蛋白等与其外的质膜相连，逐渐收缩，可形成分裂沟，使细胞一分为二。,第三节 中 间 丝,粗细介于微管和微丝之间的一种微丝，即中间丝 中间丝： 直径l0nm的中空管状丝，故又名10nm丝 不受细胞松弛素和秋水仙素的影响， 化学性质上与微丝和微管不同 中间丝的成分复杂， 分布具有高度的组织特异性。 (一)中间丝的类型,(二)中间丝的结构,头部、杆部和尾部 杆部： 有一段高度保守、约310个氨基酸的螺旋区， 两个相邻亚基螺旋区形成双股超螺旋。 头尾部： 头部位于N-端，尾部位于C-端，非螺旋结构， 可进一步分为同源区、可变区和末端区。,(三)中间丝的装配,中间丝： 八聚体原丝组装成复杂的中空管状结构， 装配过程复杂,（四）中间丝的功能,1.增强细胞机械应力对表皮细胞特别重要 例如：大泡性表皮松解症（遗传病） 由于角蛋白基因发生突变造成的。 病人表皮基底细胞中的角蛋白丝网受到破坏， 使皮肤很容易受到机械损伤，轻轻一碰即可使皮肤松解脱落。,2.保持细胞的整体性 中间丝贯穿细胞核到细胞膜和细胞外基质 起着广泛的骨架功能， 该骨架具有一定的可塑性 3.参与桥粒和半桥粒的形成 参与相邻细胞间、细胞与基膜间的连接结构的形成。,微管、微丝和中间丝共同构成了细胞内精密的骨架体系，三者在细胞的各种生命活动中既相互配合又各有分工。,
