1、第十二章 細(xì)胞骨架（cytoskeletons）細(xì)胞骨架概況細(xì)胞骨架概念: 為真核細(xì)胞胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)構(gòu)成的纖維系統(tǒng)，對(duì)細(xì)胞的形態(tài)維持、細(xì)胞本 身的運(yùn)動(dòng)及細(xì)胞內(nèi)部物質(zhì)的運(yùn)輸有著重要作用。細(xì)胞骨架組成：微絲（microfilaments, MF）微管（microtubules, MT）中間絲（intermediate filaments, IF）第一節(jié)微管（microtubule，MT一、微管是由微管蛋白組成的中空小管微管蛋白（tubulin） a,、p亞基微管蛋白異二聚體組成13條具有極性的原絲微管蛋白的級(jí)性結(jié)構(gòu)：增長(zhǎng)端（快速生長(zhǎng)端）縮減端（慢生長(zhǎng)端）二、微管結(jié)構(gòu)具備多變性微管的分布式樣在細(xì)胞間

2、期和分裂期有明顯的不同微管的抑制劑：秋水仙堿（colchicine）：阻止聚合紫杉醇（taxol）：穩(wěn)定微管，對(duì)抗解聚三、微管組織的動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性不停地解聚和重聚合（一）微管的組裝微管蛋白微管低溫、可以使微管解聚微管成核階段困難: 成核中心位點(diǎn)-種子”（二）微管的極性（ + ）端：即正端或（快）增長(zhǎng)端，生長(zhǎng)和縮短都快的那端（ -）端：即負(fù)端或縮減端，在動(dòng)物細(xì)胞中一般朝向中心體三）微管的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性 微管的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性對(duì)細(xì)胞形態(tài)的發(fā)生有重要作用，細(xì)胞極性的發(fā)生與微管的定向 生長(zhǎng)有關(guān)微管的抑制劑 秋水仙素： 可與微管蛋白分子緊緊結(jié)合，阻止微管蛋白分子間的聚合 紫杉酚： 可與微管緊緊結(jié)合，使之穩(wěn)定均

3、可抑制細(xì)胞的有絲分裂四、管蛋白轉(zhuǎn)譯后的修飾標(biāo)志微管的“分子鐘”a-管蛋白的修飾：賴(lài)氨酸乙酰化 C 末端去酪氨酸化微管結(jié)合蛋白微管結(jié)合蛋白（microtubule-associated proteins, MAPs）腦中主要有兩類(lèi)：高分子量的：MAPI，MAP2,低分子量的：tau蛋白a-微管蛋白特殊賴(lài)氨酸的乙酰化和a-微管蛋白C末端酪氨酸的切除可提供MAPs的特異性 結(jié)合位點(diǎn)微管-依賴(lài)性動(dòng)力蛋白：驅(qū)動(dòng)蛋白、動(dòng)力蛋白及其功能神經(jīng)軸突的快速運(yùn)輸：驅(qū)動(dòng)蛋白（kinesin） 胞質(zhì)動(dòng)力蛋白（dynein）微管與細(xì)胞器在細(xì)胞內(nèi)分布的關(guān)系密切：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上有驅(qū)動(dòng)蛋白 高爾基體上有胞質(zhì)動(dòng)力蛋白六、微管組織中心

4、（MTOC）動(dòng)物細(xì)胞：中心體中心體基質(zhì)中的Y -管蛋白植物細(xì)胞：高等植物無(wú)中心體,但仍有MTOC霉菌、藻類(lèi)：紡錘體-極體Y微管蛋白以環(huán)狀結(jié)構(gòu)存在于微管組織中心圍核物質(zhì)（ perinuclear material） 中心體基質(zhì)（centrosome matrix）與微管聚合的起始密切相關(guān)Y -管蛋白與a/卩-管蛋白相互作用七、纖毛和鞭毛運(yùn)動(dòng)（一）組成與運(yùn)動(dòng)功能.組成：真核細(xì)胞中微管構(gòu)成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：質(zhì)膜包圍，軸絲軸絲： 9x2+2,二聯(lián)體側(cè)臂（動(dòng)力蛋白臂）其他結(jié)構(gòu)：連接蛋白，輻條七、纖毛和鞭毛運(yùn)動(dòng).運(yùn)動(dòng)功能：軸絲二聯(lián)體之間的相對(duì)滑動(dòng)引起纖毛或鞭毛彎曲動(dòng)力來(lái)源：動(dòng)力蛋白是一種ATP酶中心體和基體

5、 中心體、中心粒：9x3+0 微管排列 基體： 纖毛和鞭毛根部的結(jié)構(gòu)，與中心粒結(jié)構(gòu)非常相似微管的功能：維持細(xì)胞的形態(tài)構(gòu)成纖毛、鞭毛和中心粒等細(xì)胞運(yùn)動(dòng)器官，參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)維持細(xì)胞器的位置，參與細(xì)胞器的位移參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸參與染色體的運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)第二節(jié) 肌動(dòng)蛋白微絲（actin filament, microfilament, MF）由肌動(dòng)蛋白組成的緊密螺旋狀纖維，直徑7納米肌動(dòng)蛋白（actin）：-球狀（G-actin）和纖維狀（F-actin）多基因所編碼，不同的細(xì)胞（心肌、骨骼肌、平滑肌、成纖細(xì)胞）各不相 同，可分三類(lèi)：a-肌動(dòng)蛋白、R-肌動(dòng)蛋白和Y -肌動(dòng)蛋白肌動(dòng)蛋

6、白微絲在細(xì)胞內(nèi)形成穩(wěn)定或不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的肌動(dòng)蛋白微絲：肌節(jié)肌動(dòng)蛋白微絲是極性結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)快的正端“禿端”生長(zhǎng)慢的負(fù)端“指向端”細(xì)胞皮層-質(zhì)膜下由微絲構(gòu)成的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)-維持細(xì)胞形狀和調(diào)控細(xì)胞表面運(yùn)動(dòng)細(xì)胞松弛素處理細(xì)胞，皮層破壞，核很容易去掉。二、肌動(dòng)蛋白微絲的裝配機(jī)制肌動(dòng)蛋白 微絲微絲具有極性,正端聚合速度比負(fù)端快10倍肌動(dòng)蛋白微絲的動(dòng)態(tài)變化需要ATP水解ATP水解及ATP-ADP置換特點(diǎn)肌動(dòng)蛋白庫(kù) 微絲組裝的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié) 踏車(chē)模型 正端不斷增加肌動(dòng)蛋白與負(fù)端不斷丟失肌動(dòng)蛋白保持等速 動(dòng)力不穩(wěn)定模型 與微管組裝原理一致，微絲的長(zhǎng)度呈動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài) 微絲穩(wěn)定及解聚藥物的作用細(xì)胞松弛素(cytochals

7、in)：結(jié)合正端，抑制聚合鬼筆環(huán)肽(phalloidin)：穩(wěn)定微絲，對(duì)抗解聚 細(xì)胞內(nèi)小分子蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白的聚合肌動(dòng)蛋白-單體-結(jié)合蛋白胸腺素(thymosin)：抑制微絲聚合機(jī)制：覆蓋單體分子抑制 ATP-ADP 置換前纖維蛋白：促進(jìn)肌動(dòng)蛋白聚合機(jī)制：感受細(xì)胞外刺激 促進(jìn) ADP-ATP 置換3其它：肌動(dòng)蛋白解聚因子(ADF)微刺及片狀偽足是從細(xì)胞表面伸出的含肌動(dòng)蛋白的膜突起片狀偽足( lamellipodia)微刺或絲狀偽足(filopodia)二者都是由局部肌動(dòng)蛋白在質(zhì)膜內(nèi)面皮層的聚合 運(yùn)動(dòng)細(xì)胞的前沿是肌動(dòng)蛋白 聚合的成核區(qū)運(yùn)動(dòng)前沿質(zhì)膜啟動(dòng)微絲聚合的模式：微絲正端插在質(zhì)膜內(nèi)，通過(guò)踏水

8、車(chē)機(jī)制增長(zhǎng)和解聚推動(dòng)前沿向前不插在質(zhì)膜，短微絲在前沿形成，另一些向后移再解聚 肌動(dòng)蛋白微絲動(dòng)態(tài)變化的信號(hào)通路三、微絲結(jié)合蛋白( ABPs，actin binding proteins)微絲結(jié)合蛋白結(jié)構(gòu)類(lèi)型廣泛，以不同方式調(diào)節(jié)微絲的特性和功能最重要的微絲結(jié)合蛋白多存在于細(xì)胞的最外周區(qū)血影蛋白(spectrin)與ankyrin結(jié)合肌動(dòng)蛋白形成膜-附著骨架交聯(lián)蛋白(cross-linking protein)調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白的組裝形式捆綁蛋白；成膠性蛋白凝溶膠蛋白(gelsolin )可被Ca2+激活而切斷微絲肌球蛋白(myosin)是唯一已知的動(dòng)力蛋白(一)血影蛋白和ankyrin結(jié)合肌動(dòng)蛋白形成膜

9、覆著骨架血影蛋白（spectrin）四聚體與肌動(dòng)蛋白微絲連接血影蛋白通過(guò)ankyrin橋與跨膜載體蛋白band 3相連它們?cè)诔墒霷BC中構(gòu)成了支持質(zhì)膜的細(xì)胞骨架網(wǎng)的結(jié)構(gòu)模式（二）交聯(lián)蛋白調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白的組裝形式動(dòng)物細(xì)胞皮層肌動(dòng)蛋白微絲三類(lèi)組裝形式：平行束、收縮束、膠體樣網(wǎng)架交聯(lián)蛋白（cross-linking proteins）分類(lèi)：（ 1 ）捆綁蛋白（ bundling proteins）毛緣蛋白（fimbrin） a-輔肌動(dòng)蛋白（a -actinin）（2）成膠性蛋白（gel-forming proteins） 細(xì)絲蛋白（ filamin）（三）凝溶膠蛋白被Ca2+激活而切斷微絲凝溶膠蛋白活

10、化切斷微絲（gelsosin）覆蓋微絲破壞微絲交聯(lián)網(wǎng)胞質(zhì)局部液態(tài)化胞質(zhì)液流/細(xì)胞收縮（四）肌球蛋白是肌動(dòng)蛋白微絲的唯一已知?jiǎng)恿Φ鞍祝谡婧思?xì)胞中有許多肌球蛋白家族成員肌球蛋白家族能水解 ATP（1）肌球蛋白-II含有兩條重鏈和四條輕鏈（2）頭部由輕鏈和重鏈N-端組成，有ATPase活性（3）尾部由重鏈C-端組成，形成雙股螺旋肌球蛋白能使分子聚合成雙桿狀四、細(xì)胞內(nèi)微絲收縮結(jié)構(gòu)（一）收縮環(huán)（contractile ring）-非肌肉細(xì)胞內(nèi)的瞬時(shí)性肌肉樣結(jié)構(gòu)（二）應(yīng)力纖維（stress fibers）-由微絲與肌球蛋白II組裝的另一種不穩(wěn)定性收縮束（三）粘著帶（adhesion belt）-非肌肉細(xì)

11、胞的一種相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)五、微絲的相關(guān)結(jié)構(gòu)及功能（一）焦點(diǎn)接觸是細(xì)胞附著結(jié)構(gòu)焦點(diǎn)接觸由細(xì)胞外基質(zhì)成分、跨膜連接蛋白和細(xì)胞內(nèi)粘著斑組成，內(nèi)與肌動(dòng)蛋白微絲相連整合蛋白、粘著斑蛋白talin、vinculin蛋白、a -actinin、應(yīng)力纖維肌動(dòng)蛋白微絲3焦點(diǎn)接觸作用：機(jī)械、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（src家族）（二）微絨毛的特化微絲束1.微絨毛核心由肌動(dòng)蛋白-捆綁蛋白捆綁成束，后者包括fimbrin和最重要的vilin（絨毛蛋白） 2微絨毛基部微絲束與質(zhì)膜間有側(cè)橋連接，內(nèi)含肌球蛋白-I微絨毛基部的質(zhì)膜皮層區(qū)成為終末網(wǎng)（terminal web），含 spectrin 網(wǎng)和中間絲 肌肉是以肌動(dòng)蛋白為基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)器（一

12、）骨骼肌由許多單核成肌細(xì)胞融合而成1.骨骼肌肌纖維肌原纖維肌小節(jié)肌節(jié)：為橫紋肌的基本結(jié)構(gòu)和功能單位 明帶，暗帶，Z線(xiàn)(盤(pán)) 細(xì)肌絲 粗肌絲肌肉收縮滑動(dòng)學(xué)說(shuō)收縮時(shí)暗帶(粗肌絲所在)長(zhǎng)度不變, 明帶縮短細(xì)肌絲和粗肌絲之間相互滑動(dòng)的結(jié)果收縮的能量來(lái)自橫橋水解ATP所釋放 的化學(xué)能肌肉收縮的調(diào)節(jié)肌漿網(wǎng)為特殊的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，是一種儲(chǔ)鈣結(jié)構(gòu)T 管系統(tǒng)終末池肌鈣蛋白(troponin)有T、I、C三個(gè)亞基Interaction of myosin and actin心肌的肌絲裝配與骨骼肌相同1相同點(diǎn):有橫紋，通過(guò)動(dòng)作電位-肌漿網(wǎng)-Ca-troponin-tropo 肌球蛋白復(fù)合體2不同點(diǎn):單個(gè)核的細(xì)胞閏盤(pán)(i n

13、tercalated discs)3閏盤(pán)功能:橋粒連接;執(zhí)行Z線(xiàn)連接功能；允許動(dòng)作電位迅速擴(kuò)散平滑肌為最原始的肌肉形式不同點(diǎn):1.平滑肌無(wú)橫紋，有致密斑2收縮的控制：肌球蛋白輕鏈的磷酸化微絲的功能構(gòu)成細(xì)胞的支架，維持細(xì)胞的形態(tài)作為肌纖維的組成成分，參與肌肉收縮參與細(xì)胞分裂參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)第三節(jié)中間絲(intermediate filament， IF)中等纖維(中間纖維)直徑 10nm 的纖維( 10nm 纖維)是一多基因家族編碼的多種異源性纖維狀蛋白組成，至少包括50種中間絲是絲狀蛋白多聚體1.基本結(jié)構(gòu):頭、尾和桿狀區(qū)頭、尾:大小和組成變化大桿狀區(qū):保守,是七位復(fù)件的 螺旋雙體分子,形成同向的雙股螺旋二聚體兩個(gè)二聚體異向、交錯(cuò)排列形成無(wú)極性的四聚體 中間絲的分類(lèi)I、II型：角蛋白(K, keratin)上皮組織III型：波形纖維蛋白類(lèi)，包括波形纖維蛋白(V, vimentin)：間質(zhì)細(xì)胞結(jié)蛋白 ( D， desmin) 肌肉細(xì)胞膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)膠質(zhì)細(xì)胞IV型：神經(jīng)絲蛋白(NF)三個(gè)肽V 型：核層蛋白( lamin)， A、 B、 CVI型：融合蛋白、平行蛋白、巢素蛋白未歸類(lèi)： phakini