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1、1,Chapter 8 cytoskeleton细胞骨架,2,3,Nucleus microtubules microfilaments,4,Nucleus Microfilaments intermediate filaments,5,Nucleus Microfilaments mitochondria,6,Nucleus Microfilaments Golgi complex,7,Nucleus Microfilaments peroxisome,8,微管组装的基本单位微管蛋白,9,单管:微管管壁由13条原纤维包围而成。,纤毛、鞭毛,中心粒、基体,10,微管体外组装“踏车现象”,12,
2、第二节 微丝(Microfilament,MF),13,微丝组成,微丝(Microfilament,MF),又称肌动蛋白纤维(Actin filament),是指真核细胞中由肌动蛋白(actin)组成,呈双股螺旋状,直径为7nm的骨架纤维,主要分布在细胞质膜内侧。,37nm,14,微丝(Microfilament,MF),一、组成成分肌动蛋白,二、微丝结构与组装,三、微丝结合蛋白,四、微丝的功能,五、药物对微丝的影响,15,为微丝的基本组成成分分类:-、-和-肌动蛋白 真核细胞中含量最丰富,不同物种中最为保守的蛋白质之一在裂口处有一个ATP结合位点,一、肌动蛋白(actin),16,excha
3、nge of ATP for ADP,ATP ADP+Pi。The G-actin can exchange bound ADP for ATP.,17,肌动蛋白存在方式,游离状态球状肌动蛋白(globular actin,G-actin),微丝中纤维状肌动蛋白(filamentous actin,F-actin),由球状肌动蛋白组成,G-actin,F-actin,G-actin与F-actin之间可以相互转换。,18,二、微丝的结构,两条肌动蛋白单链盘绕而成的双螺旋结构,直径约7nm,螺距为37nm。,19,肌动蛋白与微丝均有极性,肌动蛋白分子具有极性,有氨基和羧基的暴露一端为正端(plu
4、s end),另一端则为负端(minus end)。装配时呈头尾相连,故微丝也有极性。,20,三、微丝的组装,装配过程:成核(nucleation)、延伸(elongation)、稳定状态(steady state)。1、成核期(Nucleation phase)限速过程,又称延迟期。二聚体(不稳定)三聚体(核心形成),21,ATP-actin 和ADP-actin,ATP-actin易于聚合,ATP-actin浓度与其聚合速度成正比,聚合到微丝上后水解为ADP-actin,ADP-actin易于从微丝上解聚下来。,22,生长期(Growth phase),2、ATP-actin浓度高时,微丝
5、两端都加 ATP-actin,正极-聚合快,负极-聚合慢,这样在正极ATP-actin聚合的速度大于水解成ADP-actin的速度,形成ATP帽。负极-聚合慢,不形成ATP帽。这样微丝延长。,23,动态平衡(steady state),3、ATP-actin浓度下降到一定的临界值,在正极聚合速度下降,仍在延长。而在负极聚合速度更慢,小于水解成ADP-actin的速度,ADP-actin暴露,负极解聚,并且负极解聚速度等于正极聚合速度,微丝长度不变。,24,踏车现象(Treadmilling),当添加到正极的肌动蛋白分子速率=从负极上失去的速率,此过程称为肌动蛋白踏车现象(Treadmillin
6、g),25,去组装微丝缩短,ATP-actin浓度较低时,在正极聚合速度小于水解速度,此时ATP-actin帽子不存在了,ADP-actin在正端暴露,正极也快速解聚,微丝缩短。,26,体内组装的特点,体内装配时,微丝呈现出动态不稳定性,主要取决于游离的G-actin单体浓度与F-actin结合的ATP水解速度之间的关系。,-ATP-actin:对纤维末端的亲和力高,使纤维延长;-当ATP水解为ADP+Pi,ATP-actinADP-actin-ADP-actin对纤维末端的亲和力低,易脱落,使纤维缩短。,ATP帽:-ATP-actin浓度与其聚合速度成正比,当ATP-actin浓度高时,形成
7、一连串的ATP-actin,被称为ATP帽;后部为ADP-actin。ADP-actin从F-actin脱落后,其ADP可被ATP置换,重新参加聚合。,27,微管,达因蛋白:,微丝组装中的ATP的作用,A.ATP-actin高浓度时ATP-cap形成B.ATP-actin低浓度时ATP-cap消失,28,四、微丝结合蛋白,微丝结合蛋白影响微丝的形态、功能、组装和去组装,还能控制与其他细胞器的链接,(一)肌动蛋白单体结合蛋白,控制细胞内未聚合的肌动蛋白数量,同时也控制着结合到肌动蛋白上的核苷转换,(二)肌动蛋白纤维加帽蛋白,与肌动蛋白纤维的倒刺端或突出端结合,抑制亚单位聚合和解聚,(三)切断肌动
8、蛋白纤维的蛋白,(四)肌动蛋白纤维交联蛋白,交联蛋白有两个肌动蛋白结合位点,能连接纤维并稳定其组装。,30,(五)侧面蛋白,侧面结合蛋白稳定肌动纤维,并调节和肌球蛋白的相互作用,(六)衔接子蛋白(adapter protein),动物和真菌细胞利用多结构域的蛋白质作为肌动蛋白和其他蛋白(特别是Rho家族的小GTP结合蛋白和其他信号蛋白)的衔接子蛋白,如WASP和VASP,31,五、微丝的功能,(一)维持细胞形态,(二)与细胞运动有关,(三)胞质分裂(四)参与肌肉收缩(五)参与受精作用(六)参与物质运输,32,细胞皮层(cell cortex)细胞膜下由微丝和各种微丝结合蛋白组成的网状结构。具有
9、很高的动态性,与肌动蛋白一起为细胞膜提供强度和韧度,维持细胞的形态。带状桥粒、微绒毛,(一)维持细胞形态,33,(二)与细胞移动有关,如胞质环流阿米巴运动,变皱运动,34,35,(三)胞质分裂,胞质分裂的结构模式图,36,(四)参与肌肉收缩,37,(五)参与受精作用,38,(六)参与物质运输,39,六、药物对微丝的影响,细胞松弛素B(Cytochalasins B):破坏微丝,结合在微丝末端阻抑肌动蛋白聚合。鬼笔环肽(Phalloidin):抑制解聚,与微丝有强亲合力,使肌动蛋白纤维稳定。,41,第三节,中间纤维(intermediate filament),42,中间纤维的结构模式图,中间纤
10、维在胞质中形成一网状支架,赋予细胞强大的机械强度,维持细胞的形态坚固和功能,对细胞的生命活动有重要意义。,43,上皮中的角质纤维,44,中间纤维,一、中间纤维的分子结构,二、中间纤维的类型,三、中间纤维的组装和动态,四、中间纤维在特异性细胞中的表达,五、中间纤维的分布和功能,45,一、中间纤维的分子结构,两端是高度可变的非螺旋头部和尾部,杆状结构域,由310个卷曲螺旋残基组成。由3个非螺旋区隔开,46,一.中间纤维的分子结构,平行且对齐反向平行四聚体(原丝)进一步组装横切面上中间纤维有32个蛋白单体,47,二、中间纤维的类型,48,胶质纤维酸性蛋白(glia fibrillary acidic
11、 protein,GFAP),49,三、中间纤维的组装和稳定性,50,中等纤维的组装,各型IF的蛋白分子,先以平行且相互对齐的方式形成双股超螺旋二聚体(coiled-coil dimer)二聚体再以反向平行的方式组装成四聚体(tetromer),决定了中等纤维无极性。四聚体是中等纤维的基本结构单位,首尾相接形成原纤维。8根原纤维相互缠围拢,形成中等纤维。因此在中等纤维的横断面可见32个蛋白单体。,51,中间纤维的稳定性,IF的化学组成非常稳定,可以抵抗极端温度、高盐和去垢剂的溶解作用,IF蛋白亚单位的磷酸化会对多聚体的组装和动态变化产生很大的影响,磷酸化增加神经纤维蛋白的稳定性,52,四、中间
12、纤维在特殊细胞中的表达,不同类型的中间纤维严格地分布在不同类型的细胞中,可以根据中间纤维的种类区分:癌:细胞角质蛋白;肌肉瘤:结蛋白;非肌肉瘤:波形纤维蛋白;神经胶质瘤:神经胶质纤维酸性蛋白;,53,五、中间纤维的分布和功能,(一)中间纤维提供细胞的机械强度作用(二).中间纤维维持细胞和组织完整性的作用(三).中间纤维与DNA复制有关,54,在细胞内的网状结构,维持细胞器的空间定位增强细胞的机械强度,(一)中间纤维提供细胞的机械强度作用,55,(二)中间纤维维持细胞和组织完整性的作用,中间纤维结构破坏,细胞连接破裂,56,(二)中间纤维维持细胞和组织完整性的作用,遗传性疾病单纯性大泡性表皮松懈症:表达有缺陷的细胞角质蛋白,轻微挤压使基底细胞破坏,出现水疱,核纤层蛋白在其它蛋白的协助下,与染色体结合,结合点可能是核基质粘附点,DNA复制位点和端粒,(三)中间纤维与DNA复制有关,59,复习题,细胞骨架的概念、功能。微管、微丝和中等纤维的形态结构和化学组成。微管、微丝和中间纤维的装配特点。,