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1、THE CYTOSKELETON,第九章 细胞骨架,成分：microfilament、microtubule、intemediate filament。单体非共价结合，构成纤维型多聚体。微丝确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩。微管确定膜性细胞器的位置和作为运输导轨。中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。其它骨架成分：核骨架、核纤层、膜骨架、细胞外基质。,The three types of protein,第一节 微丝,又称肌动蛋白纤维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。,Microfilament,MF,一、结构与装配,根
2、据等电点分3类：-actin分布于肌细胞；-和-分布于所有细胞。单体呈哑铃形，称G-actin；多聚体称F-actin。结构高度保守，酵母和兔子actin有88%的同源性。需要翻译后修饰，如N-端乙酰化或组氨酸残基的甲基化。,微丝的装配,条件：ATP、适宜温度、K+和Mg2+。过程：2-3个actin聚集成核心（核化）；ATP-actin分子向核心两端加合。极性：ATP-actin加到(+)极的速度要比加到(-)极的速度快5-10倍。踏车行为：单体可同时在(+)端添加，在(-)端分离。,Treadmilling,+,-,细胞中大多数微丝结构处于动态组装和去组装过程中，并通过这种方式实现其功能。
3、细胞松弛素（cytochalasin）可切断微丝纤维，并结合在微丝末端抑制肌动蛋白加合到微丝纤维上。鬼笔环肽（phalloidin）与微丝能够特异性的结合，使微丝纤维稳定而抑制其功能。荧光标记的鬼笔环肽可特异性的显示微丝。,二、微丝结合蛋白,已知的的微丝结合蛋白有100多种，1 核化蛋白：使游离actin核化，开始组装，Arp2单体隐蔽蛋白：阻止游离actin向纤维添加，thymosin 3封端蛋白：使纤维稳定，Cap Z4单体聚合蛋白：将结合的单体安装到纤维，profilin 5微丝解聚蛋白：cofilin 6交联蛋白：fimbrin 7纤维切断蛋白：gelsolin8膜结合蛋白：vincu
4、lin,三、肌肉的组成,由肌原纤维组成，肌原纤维的粗肌丝主要成分是肌球蛋白，细肌丝主要成分是肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白。肌肉收缩的基本单位是肌小节（sarcomere）。肌小节是相邻两Z线间的单位。主要结构有：A带（暗带）：为粗肌丝所在。H区：A带中央色浅部份，此处只有粗肌丝。I带（明带）：只含细肌丝部分。Z线：细肌丝一端游离，一端附于Z线。,Sarcomere,（一）肌球蛋白（myosin）,属于马达蛋白，多数趋向微丝的（+）极。Myosin II构成粗肌丝。由2重链和4轻链组成，具有2球形的头和1螺旋化的干，头部有ATP酶活性。Myosin V结构类似myosin II，但重链有球形尾
5、部。Myosin I 由一个重链和两个轻链组成。在非肌细胞中，II型参与形成应力纤维和胞质收缩环，I、V型结合在膜上与膜泡运输有关。,Myosin II structure,Two heavy chains,two essential light chains,and two regulatory light chainsHeavy chain has head domain,neck region,and tail domain,（二）原肌球蛋白（tropomyosin.Tm）组成两条平行纤维，位于肌动蛋白双螺旋的沟中，作用是加强和稳定肌动蛋白丝，抑制肌动蛋白与肌球蛋白结合。（三）肌钙蛋白（
6、troponin,Tn），含三个亚基，C亚基结合钙，T亚基与原肌球蛋白有高度亲和力，I亚基抑制肌球蛋白的ATP酶活性。,Tropomyosin,actin and troponin,（四）肌肉的收缩,肌球蛋白结合ATP，引起头部与肌动蛋白纤维分离；ATP水解，引起头部与肌动蛋白弱结合；,Myosin movement(continued),Pi释放，头部与肌动蛋白强结合，头部向M线方向弯曲，引起细肌丝向M线移动；ADP释放ATP结合上去，头部与肌动蛋白纤维分离。如此循环,四、微丝的功能,微丝除参与形成肌原纤维外还具有以下功能：1形成应力纤维（stress fiber）：结构类似肌原纤维，使细胞
7、具有抗剪切力。,培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色）,2形成微绒毛。3细胞的变形运动。,4.胞质分裂；5.顶体反应（海胆）；6.其他功能：抑制微丝的药物（细胞松弛素）可增强膜的流动、破坏胞质环流。,第二节 微管,微管在胞质中形成网络结构，作为运输路轨并起支撑作用。微管是由微管蛋白组成的管状结构，对低温、高压和秋水仙素敏感。,A fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucleus(yellow)and microtubules(red),Microtubule,MT,一、分子结构,1
8、3条原纤维构成的中空管状结构，直径2225nm。每条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成。二聚体由结构相似的和球蛋白构成，均可结合GTP。球蛋白结合的GTP从不发生水解或交换。球蛋白也是一种G蛋白，结合的GTP可发生水解，结合的GDP可交换为GTP。,E-site,N-site,具有极性，(+)极生长速度快，(-)极生长速度慢。(+)极的最外端是球蛋白，(-)极是球蛋白。可形成稳定结构，如轴突、纤毛、鞭毛。是微管结合蛋白的作用和酶修饰的原因。大多数微管处于动态组装和去组装状态（如纺锤体），具有踏车行为。秋水仙素、长春花碱抑制微管装配。紫杉酚能促进微管的装配,并使已形成的微管稳定。,The fun
9、ction of GTP-tubulin cap,GTP hydrolysis is not required for microtubule assembly，WHY？,Antimitosis drugs,二、微管结合蛋白 microtubule associated proteins MAPs,MAP分子包含一个结合微管的结构域和一个向外突出的结构域。可与其它细胞组分（如微管束、中间纤维、质膜）结合。主要功能：促进微管组装。增加微管稳定性。促进微管聚集成束。,三、微管组织中心microtubule organizing center,MTOCs,是微管进行组装的区域，都具有微管球蛋白，如：
10、中心体、鞭毛基体。,中心体由两个相互垂直的中心粒构成。周围是无定形物质，叫做外中心粒物质（PCM）。中心粒由9组3联微管构成，具有召集PCM的作用。MTOC处微管蛋白以环状的球蛋白复合体为模板核化、先组装出（-）极，然后开始生长。提纯的微管，在微酸性环境，适宜温度，存在GTP、Mg2+和去除Ca2+的条件下能自发的组装成11条原纤维的微管。,The Orientation of Microtubules in a Cell,五、微管的功能,1.支架作用,2.细胞内运输是胞内物质运输的路轨。涉及2类马达蛋白：kinesin、dyenin，需ATP供能。Kinesin发现于1985年，由两条轻链和
11、两条重链构成，向微管（+）极运输小泡。,Kinesin walk along microtubule towards plus end,Dynein发现于1963年。由两条相同的重链和种类繁多的轻链以及结合蛋白构成。作用：推动染色体的分离、驱动鞭毛的运动、向着微管（-）极运输小泡。,3.形成纺锤体。,4.形成鞭毛和纤毛结构：由基体和鞭杆两部分构成；鞭毛中的微管为9+2结构；二联微管A管由13条原纤维组成，B管由10条原纤维组成；A管向相邻B管伸出两条动力蛋白臂，并向鞭毛中央发出一条辐；基体的微管组成为9+0。运动原理：动力蛋白臂的dynein水解ATP作功，使相邻的二联微管相互滑动。,第三节
12、中间纤维,直径10nm左右，介于微丝和微管之间，故名。IF是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑作用。IF在细胞中围绕着细胞核分布，成束成网，并扩展到细胞质膜，与质膜相连结。,intermediate filaments，IF,Keratin filaments of epithelial cells are tightly anchored to the plasmamembranes at desmosmes and hemidesmosomes,一、类 型,分5类：角蛋白、结蛋白、胶质原纤维酸性蛋白、波形纤维蛋白、神经纤丝蛋白。具有组织特异性，不同类型细胞含有不同IF。通常一种细胞含有一种I
13、F，少数含2种以上。肿瘤细胞转移后仍保留源细胞的IF。,（一）角蛋白keratin表皮细胞特有，分和两类，型存在于细胞中，型构成头发、指甲。单体分为：酸性角蛋白（I型）、中性或碱性角蛋白（II型）。通过两者的异二聚体形成角蛋白纤维。（二）结蛋白desmin又称骨骼蛋白skeletin，存在于肌肉细胞中，主要功能是使肌纤维连在一起。,（三）胶质原纤维酸性蛋白glial fibrillary acidic protein，存在于星形神经胶质细胞和许旺细胞。起支撑作用。（四）波形纤维蛋白vimentin，存在于间充质细胞及中胚层来源的细胞中。（五）神经纤丝蛋白neurofilament protei
14、n，是由三种分子量不同的多肽组成的异聚体，功能是提供弹性使神经纤维易于伸展和防止断裂。,二、结构与装配,（一）结构由螺旋化杆状区、球形头部（N端）和尾部（C端）构成。杆状区高度保守，由螺旋1和螺旋2构成，每个螺旋区分为A、B两个亚区。,intemediate filaments，IF,（二）IF的装配,过程：两个单体形成超螺旋二聚体；两个二聚体反向平行组装成四聚体；四聚体组成原纤维；8根原纤维组成中间纤维。特点：无极性；无动态蛋白库；装配与温度和蛋白浓度无关；不需要ATP、GTP或结合蛋白的辅助。,三、IF的结合蛋白 IFAP,功能：使中间纤维交联成束、成网，把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上已知的IFAPs约15种左右，分别与特定的中间纤维结合，如：flanggrin、Plectin、Ankyrin特点：具有细胞特异性,胞质骨架三种组分的比较,
