中山大學(xué) 細(xì)胞生物學(xué) 第七章 細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 2011課件

1、1Xiao Yong-qing 肖永清Cell phoneiaoyq中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院生物教研室細(xì)胞生物學(xué)2022/10/21本章內(nèi)容主要內(nèi)容微管 重點(diǎn)微絲 重點(diǎn)中間纖維 重點(diǎn)細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 略講細(xì)胞骨架與疾病 自學(xué)2022/10/22細(xì)胞骨架（cytoskeleton）是細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)纖維網(wǎng)絡(luò)體系，對(duì)于細(xì)胞的形狀、細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)、運(yùn)輸、染色體的分離和細(xì)胞分裂等起重要作用。細(xì)胞核中也存在細(xì)胞骨架，稱核骨架細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)（ The cytoskeleton and cell mobility ）MTMFIF2022/10/23(1) 結(jié)構(gòu)和支持肌動(dòng)蛋白纖維 中間纖維微管

2、 馬達(dá)蛋白 上皮細(xì)胞 神經(jīng)細(xì)胞 馬達(dá)蛋白 中間纖維 微管馬達(dá)蛋白 肌動(dòng)蛋白纖維微管(2) 細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸(3) 收縮和運(yùn)動(dòng)(4) 空間組織分裂細(xì)胞 細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)2022/10/24微管是由微管蛋白在微管結(jié)合蛋白幫助下組成的中空?qǐng)A柱狀結(jié)構(gòu)。外徑約25nm，內(nèi)徑約15nm細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管（microtubules）微管的結(jié)構(gòu)Lumen 50nm Website with an image of a 3-D reconstruction of the structure of an intact microtubule, based on cryo-EM and image proce

3、ssing (by the Visualization Group at Lawrence Berkeley National Laboratory, K. Downings research group).2022/10/25微管蛋白、異源二聚體頭尾交替排列 細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管（microtubules）單管，24-26nm，15nm內(nèi)徑 ，一般由13根原纖維組成。單根微管一般不穩(wěn)定 微管解構(gòu)tubulins tubulins二聯(lián)管三聯(lián)管2022/10/27二聯(lián)管 （doublet） A管+B管 A管13根原纖維，B管10根原纖維，即13+10，主要存在于在纖毛、鞭毛的軸絲，軸絲的微

4、管呈9+2排列，即外周9個(gè)二聯(lián)管，中央2個(gè)單管。結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管（microtubules）Dynein armsPlasma membraneInner dynein arm Outer dynein arm Central sheath A tubule B tubule Radial spoke Central microtubule Interdoublet (nexin ) bridge 9+2 array 2022/10/28微管結(jié)合蛋白（microtubule associated proteins, MAP）與微管相結(jié)合的輔助蛋白，參與微管的裝配。至少有一

5、個(gè)結(jié)構(gòu)域與微管側(cè)面相連，另一個(gè)結(jié)構(gòu)域突觸在外MAP1、MAP2、tau，主要存在于神經(jīng)元MAP4 在神經(jīng)元和非神經(jīng)元細(xì)胞中均有，進(jìn)化上保守磷酸化與否影響MAPs結(jié)合微管的活性細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管（microtubules）2022/10/210突觸結(jié)構(gòu)域的長度決定微管聚集成束時(shí)的間距MAP-2，有一個(gè)長的突出結(jié)構(gòu)域。過量表達(dá)，微管間保持有較寬的空間Tau，擁有較短的突出結(jié)構(gòu)域，過量表達(dá)，形成包裹得更緊密一點(diǎn)的微管束細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管（microtubules）過量表達(dá)MAP2的細(xì)胞橫切面電鏡過量表達(dá)tau的細(xì)胞橫切面電鏡2022/10/211不同微管結(jié)合蛋白在細(xì)胞中有不同分布，執(zhí)

6、行特殊功能細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管（microtubules）MAPs在神經(jīng)元的軸突和樹突中的定位免疫熒光顯微圖片顯示培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元tau染色（綠色）和MAP2染色（橙色）注：該免疫熒光抗體只能檢測(cè)到非磷酸化的tau，磷酸化的tau也可存在于樹突2022/10/212GTP水解微管蛋白-GTP （T-型） -微管蛋白-GDP（D-型）水解降低了微管中亞基和相鄰亞基的親和力，使之更容易從微管一端解離當(dāng)游離亞基加到微管的速度比微管的亞基GTP水解的速度快時(shí)，微管末端就形成 微管蛋白-GTP帽（GTP cap）細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管在體外的組裝2022/10/214微管生長和解聚 GTP結(jié)合

7、在微管蛋白上時(shí)，亞基之間結(jié)合比較牢固，產(chǎn)生直的原纖維，使其能和旁側(cè)的另一原纖維形成強(qiáng)的有規(guī)律的作用，微管快速聚合 GTP水解GDP，引起微管蛋白發(fā)生微小的構(gòu)象變化，從而使原纖維卷曲，彈開，從原纖維剝離。微管解聚的末端，可見環(huán)狀、卷曲的微管蛋白寡聚體微管的組裝和解聚是不斷發(fā)生的細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管在體外的組裝2022/10/215微管具有極性原纖維是由、異二聚體組成在一定條件下，微管兩端以不同的速率聚合，也表現(xiàn)出極性微管的一端快速生長，稱正端(+)，在亞基游離的那一端；另一端生長較慢稱負(fù)端（-），在亞基那一端細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管在體外的組裝2022/10/217正端負(fù)端游離亞基構(gòu)象聚

8、合亞基構(gòu)象微管在兩端的裝配速度不同，可能是由于亞基加入微管時(shí)發(fā)生了構(gòu)象變化，這種構(gòu)象變化影響亞基加入微管兩端的速率細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管在體外的組裝2022/10/218踏車運(yùn)動(dòng) 微管兩端的裝配速度不同，在一定條件下，微管一端凈添加GTP微管蛋白而不斷生長；另一端凈生成GDP微管蛋白而不斷解聚，使纖維整體朝向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。這種組裝方式叫踏車運(yùn)動(dòng)（treadmilling）踏車運(yùn)動(dòng)不是微管的主要行為特點(diǎn)，而是肌動(dòng)蛋白的主要行為特點(diǎn)細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管在體外的組裝微管踏車運(yùn)動(dòng)2022/10/219體外微管的組裝，有明顯的幾個(gè)時(shí)期成核期（nucleation phase） 微管生長較慢，微

9、管的一小部分起始合成，形成微管生長的模板延長期(elongation phase) 微管生長速度大于解聚的速度，微管快速生長延長，直至微管蛋白濃度降低到一定程度。當(dāng)微管解聚和生長的速度達(dá)到一個(gè)平衡，微管的長度沒有顯著變化是，就達(dá)到一個(gè)平衡期（equilibrium phase）肌動(dòng)蛋白的組裝也有這三個(gè)時(shí)期細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管在體外的組裝2022/10/220細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管在體外的組裝肌動(dòng)蛋白生長曲線2022/10/221微管的在體內(nèi)（in vivo）的組裝微管組織中心 細(xì)胞內(nèi)微管通常從一個(gè)特殊的位置成核，進(jìn)行微管組裝，這個(gè)位置叫做微管組織中心 。 (microtuble-or

10、ganizing center, MTOC)，如中心體、基體等微管蛋白環(huán)形復(fù)合體（tubulin ring complex，-TuRC）在成核中起重要作用-tubulin（ -微管蛋白），數(shù)量比、-微管蛋白少很多兩種從酵母到人都很保守的蛋白，分別與-tubulin結(jié)合，10-13個(gè)。這樣-tubulins再與另外幾種蛋白形成一個(gè)環(huán)狀復(fù)合體，即-TuRC含有成核的微管負(fù)端可見該環(huán)狀結(jié)構(gòu)，像帽子一樣使負(fù)端穩(wěn)定-TuRC被認(rèn)為是產(chǎn)生13根原纖維微管的模板細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管（microtubules）2022/10/222-tubulin主要存在于動(dòng)物細(xì)胞的中心體、基體等真菌和植物細(xì)胞都沒有中

11、心體。但是這些細(xì)胞都有-tubulin并似乎用于微管的成核作用 細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管在體內(nèi)的組裝電鏡發(fā)現(xiàn)飾有馬達(dá)蛋白頭部的微管具有“3-start helix”，即 微管每螺旋一圈，上下相差3個(gè)tubulins（ e.g., ）這就會(huì)導(dǎo)致微管有一個(gè)接合處（seam）于是，原纖維之間的側(cè)向作用就不是-、- ，而是- 這種“3-start helix”也-TuRC模板相吻合2022/10/224中心體（centrosomes）中心粒(centrioles)：9組三聯(lián)管圍成的柱狀結(jié)構(gòu)1對(duì)中心粒相互垂直排列包埋在中心體基質(zhì)纖維性的中心體基質(zhì)（又稱中心粒旁物質(zhì)，pericentriolar mat

12、erial，PCM）含有50拷貝以上的-TuRC間期，中心體復(fù)制有絲分裂開始后，兩個(gè)子中心粒對(duì)分開挪到核相對(duì)的兩邊，形成紡錘體 細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管在體外的組裝2022/10/225附著有微管的中心體微管從-TuRC生長，負(fù)端包埋在中心體中，正端游離在胞質(zhì)細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管在體內(nèi)的組裝2022/10/227可調(diào)節(jié)微管聚合的藥物紫杉醇（taxol ） ，來自一種珍稀種類的紫杉樹的樹皮，結(jié)合并穩(wěn)定微管，微管的網(wǎng)絡(luò)聚合增強(qiáng)?，F(xiàn)已能人工合成用于癌癥治療細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管（microtubules）Immunoflurorescence micrograph showing the

13、 microtubule organization in a liver epithelial cellBefore addition of taxol After taxol treatment 2022/10/228細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管（microtubules）紫杉醇作用微管的位點(diǎn)2022/10/229秋水仙素(colchicine ) , 來自秋水仙，結(jié)合并穩(wěn)定游離的微管蛋白，從而抑制或破壞紡錘體的形成，常用于中期染色體的制備 濃度較高染色體的加倍 濃度較低長春新堿(vincristine)、長春花堿(vinblastin)、諾可唑(nocodazole)等微管抑制劑細(xì)胞骨架與細(xì)

14、胞的運(yùn)動(dòng) 微管（microtubules）2022/10/230微管的功能 構(gòu)成細(xì)胞的網(wǎng)狀支架，支持和維持細(xì)胞形態(tài) (如血小板)參與中心粒、纖毛和鞭毛的組成參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸（馬達(dá)蛋白幫助）細(xì)胞器的定位和分布參與染色體的運(yùn)動(dòng) (細(xì)胞核章節(jié)講授)參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（如：色素細(xì)胞）細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管（microtubules）2022/10/231纖毛和鞭毛的組成 纖毛和鞭毛基本組成相同。纖毛短而多，鞭毛長而少都以微管為主要骨架，并多屬于9+2型，細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管 微管的功能Basal body 外周9組二聯(lián)管，之間以微管連接蛋白相連A管上還有動(dòng)力蛋白臂，其頭部具ATP酶活性，為

15、纖毛和鞭毛運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力中央2條單管，外被中央鞘外周管與中央鞘之間以放射輻條相連纖毛和鞭毛的基體由三聯(lián)管組成，與中心粒相似，中央無微管?；w屬于MTOC2022/10/232動(dòng)力蛋白臂質(zhì)膜內(nèi)面動(dòng)力蛋白臂 外部動(dòng)力蛋白臂中央鞘 A 管B 管放射輻條 中央微管二聯(lián)管間橋 9+2 array 細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管 微管的功能纖毛鞭毛的結(jié)構(gòu)橫切面2022/10/233纖毛中央微管 中央鞘 放射輻條 二聯(lián)管 基體 二聯(lián)管Doublet ，無中央微管三聯(lián)管Triplet 細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管 微管的功能二聯(lián)管，有中央微管纖毛結(jié)構(gòu)縱切面2022/10/234參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸（馬達(dá)蛋白幫助）馬達(dá)蛋

16、白（ motor proteins）是一種分子馬達(dá)（molecular motors ），結(jié)合在極化的細(xì)胞骨架上，并利用重復(fù)循環(huán)的ATP水解得來的能量沿著骨架穩(wěn)定地移動(dòng)每種真核細(xì)胞中有幾十種不同的馬達(dá)蛋白共存。它們結(jié)合的纖維不同、移動(dòng)的方向不同、攜帶的“貨物”不同介導(dǎo)膜包被的細(xì)胞器的運(yùn)輸 細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管 微管的功能2022/10/235驅(qū)動(dòng)蛋白(kinesins)首先在烏賊的巨軸突中發(fā)現(xiàn)朝向微管正端運(yùn)動(dòng)，攜帶神經(jīng)細(xì)胞的細(xì)胞器從胞體到達(dá)軸突末梢馬達(dá)結(jié)構(gòu)域在重鏈N-端 ；中間域形成一個(gè)纏繞的二聚體；C-端結(jié)構(gòu)域形成一個(gè)尾巴用來附著“貨物” Kinesins也是一個(gè)大的超家族蛋白，馬達(dá)結(jié)

17、構(gòu)域是家族成員的共同部分細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管的功能 馬達(dá)蛋白2022/10/236動(dòng)力蛋白(dyneins)是一種朝向負(fù)端的微管馬達(dá)是目前所知最大的、也是最快的分子馬達(dá)2或3個(gè)重鏈（含有馬達(dá)結(jié)構(gòu)域）和一組數(shù)目可變化的輕鏈組成胞質(zhì)動(dòng)力蛋白 （ cytoplasmic dyneins） 軸絲動(dòng)力蛋白（axonemal dyneins）包括異二聚體和異三聚體，各自帶有2個(gè)或者3個(gè)馬達(dá)結(jié)構(gòu)域頭部，驅(qū)動(dòng)纖毛或者鞭毛細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管的功能 馬達(dá)蛋白2022/10/237動(dòng)力蛋白驅(qū)動(dòng)蛋白和動(dòng)力蛋白各有兩個(gè)球狀A(yù)TP頭部和一個(gè)尾部頭部結(jié)構(gòu)專一方式結(jié)合微管，有ATP水解酶活性尾部決定了運(yùn)載貨物的

18、種類細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管的功能 馬達(dá)蛋白2022/10/238驅(qū)動(dòng)蛋白運(yùn)輸?shù)腁TP驅(qū)動(dòng)細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管的功能 馬達(dá)蛋白2022/10/239細(xì)胞器的定位和分布細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管 微管的功能正常細(xì)胞高爾基復(fù)合體（綠色）在核周圍微管（橙色）解聚，高爾基復(fù)合體分散于整個(gè)胞質(zhì)2022/10/240微管組裝 動(dòng)畫地址：/cooper5e/animation1203.html細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微管 微管的功能2022/10/241微絲（microfilament），又稱肌動(dòng)蛋白絲/纖維（actin filament），是由肌動(dòng)蛋白組成的細(xì)絲，直徑約5-8nm普遍存在于真核細(xì)胞中

19、，以束狀、網(wǎng)狀、散在等方式有序存在于細(xì)胞質(zhì)的特定空間位置在肌肉細(xì)胞（穩(wěn)定）在非肌肉細(xì)胞（不穩(wěn)定）細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲（microfilament，MF）2022/10/242肌動(dòng)蛋白(actin) 是組成肌動(dòng)蛋白絲的基本單位 是一個(gè)球形多肽鏈分子中心有一個(gè)ATP（或ADP）結(jié)合位點(diǎn) ，肌動(dòng)蛋白ATP有助于肌動(dòng)蛋白纖維結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，反之，ADP則降低纖維結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性肌動(dòng)蛋白頭-尾結(jié)合形成具有極性的纖維ATP細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲（microfilament，MF）2022/10/243肌動(dòng)蛋白絲解構(gòu)肌動(dòng)蛋白原纖維(2個(gè))肌動(dòng)蛋白絲交聯(lián)成網(wǎng)或成束細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲（microfil

20、ament，MF）肌動(dòng)蛋白頭尾相接平行地以右手螺旋纏繞各種輔助蛋白作用下肌動(dòng)蛋白分子正端負(fù)端37nm2022/10/244微絲結(jié)合蛋白 將肌動(dòng)蛋白纖維組織成各種不同的結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)其功能單體隔離蛋白(monomer sequestering proteins)胸腺素（thymosin）結(jié)合actin單體使之處于一種鎖定狀態(tài)，不能與肌動(dòng)蛋白絲的正端或負(fù)端相連，也不能水解或者交換所附著的核苷酸 抑制蛋白（ profilin）鎖定actin單體與肌動(dòng)蛋白絲負(fù)端結(jié)合的一面；profilin-actin能夠與纖維的正端結(jié)合，然后profilin脫落，纖維延長一個(gè)亞基抑制蛋白與胸腺素競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合單個(gè)的actin，

21、它們的活性決定肌動(dòng)蛋白趨于解聚還是聚合細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲（microfilament，MF）2022/10/245細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲 微絲結(jié)合蛋白抑制蛋白與胸腺素的作用肌動(dòng)蛋白-抑制蛋白復(fù)合物肌動(dòng)蛋白-胸腺素復(fù)合物2022/10/246交聯(lián)蛋白(crossing-link proteins)改變肌動(dòng)蛋白絲的三維結(jié)構(gòu)成束蛋白（bundling protein）使纖維蛋白水平排列 凝膠形成蛋白(gel-forming protein) 使纖維蛋白以較大角度相互結(jié)合，創(chuàng)造一個(gè)疏松的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲 微絲結(jié)合蛋白2022/10/247細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲 微絲結(jié)

22、合蛋白成束蛋白-輔肌動(dòng)蛋白絲束蛋白2022/10/248細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲 微絲結(jié)合蛋白微絨毛中的成束蛋白絲束蛋白絨毛蛋白2022/10/249細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲 微絲結(jié)合蛋白凝膠形成蛋白細(xì)絲蛋白二聚體 filamin dimer細(xì)絲蛋白-肌動(dòng)蛋白絲形成片足的作用2022/10/250末端阻斷蛋白(end blocking proteins) 與肌動(dòng)蛋白末端結(jié)合，相當(dāng)于加了一個(gè)帽子。如果在正端加上帽子，纖維就會(huì)在負(fù)端解聚加帽能促使新的纖維生成，同時(shí)抑制已存在的微絲生長，使細(xì)胞內(nèi)有大量較短微絲ARP 復(fù)合體，纖維負(fù)端通過繼續(xù)附在成核作用的ARP上而加帽（見微絲在體外的組裝）Cap

23、Z(因位于肌肉的Z帶而命名），在正端加帽，使正端穩(wěn)定，失去活性肌肉細(xì)胞，肌動(dòng)蛋白絲正端由CapZ加帽，負(fù)端由原肌球調(diào)節(jié)蛋白( tropomodulin)加帽細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲 微絲結(jié)合蛋白2022/10/251細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲 微絲結(jié)合蛋白肌球蛋白束 粗絲Z盤肌動(dòng)蛋白絲正端肌動(dòng)蛋白絲 細(xì)絲CapZ肌聯(lián)蛋白負(fù)端原肌球調(diào)節(jié)蛋白肌小節(jié)結(jié)構(gòu)模式圖2022/10/252凝溶膠蛋白超家族（gelsolin superfamily） 凝溶膠蛋白 (gelsolin) 切割以后，仍附在正端，起帽子的作用細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲 微絲結(jié)合蛋白纖維切割蛋白(filament-severing

24、proteins)2022/10/253肌動(dòng)蛋白絲解聚蛋白(actin filament depolymerization proteins) 與肌動(dòng)蛋白絲結(jié)合，引起纖維快速解聚絲切蛋白 (cofilin) ，絲切蛋白既能夠結(jié)合肌動(dòng)蛋白絲，又能結(jié)合亞基絲切蛋白結(jié)合在肌動(dòng)蛋白絲上，使之微微的扭曲變緊，使纖維變得易碎以及更容易切割使 actin-ADP亞基更容易從纖維負(fù)端解離，有效的拆卸細(xì)胞中老的纖維，保證肌動(dòng)蛋白絲的迅速更替細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲 微絲結(jié)合蛋白2022/10/254膜結(jié)合蛋白(membrane-binding protein） 是非肌細(xì)胞質(zhì)膜下產(chǎn)生收縮的機(jī)器。肌動(dòng)蛋白絲通過膜

25、結(jié)合蛋白與細(xì)胞質(zhì)膜連接細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲 微絲結(jié)合蛋白2022/10/255細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲 微絲結(jié)合蛋白2022/10/256微絲的在體外的組裝肌動(dòng)蛋白絲組裝的三個(gè)時(shí)期細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲（microfilament，MF）延遲期/成核期 (lag phase/nucleation phase)，成核與ARP2/3復(fù)合體有關(guān)生長期(growth phase)平衡期(equilibrium phase)2022/10/257肌動(dòng)蛋白纖維的特點(diǎn)肌動(dòng)蛋白絲具有極性，和微管一樣，有正端和負(fù)端生長快速期，具有ATP帽ATP的水解ADP，促進(jìn)肌動(dòng)蛋白絲解聚其動(dòng)態(tài)性以踏車運(yùn)動(dòng) (t

26、readmilling)為主細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲（microfilament，MF）2022/10/258細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲（microfilament，MF）肌動(dòng)蛋白纖維體外裝配的動(dòng)力學(xué)高濃度加入 濃度下降 濃度下降 濃度穩(wěn)定 肌動(dòng)蛋白絲正端生長快，負(fù)端生長慢2022/10/259肌動(dòng)蛋白纖維的踏車運(yùn)動(dòng) 在平衡期，肌動(dòng)蛋白兩端仍均有亞基的組裝和解離，但是正端加上的比解離的多，負(fù)端則加上的比解離的少，這時(shí)，肌動(dòng)蛋白出現(xiàn)踏車現(xiàn)象（treadmilling），原有的一段肌動(dòng)蛋白纖維有如踏車一樣向負(fù)端行進(jìn)。見右圖細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲（microfilament，MF）2022/1

27、0/260肌動(dòng)蛋白纖維的不穩(wěn)定性 在某種條件下，兩端都可以去組裝 受ATP調(diào)節(jié)每一根纖維的長度不是固定不變的，而是呈動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲（microfilament，MF）2022/10/261微絲在體內(nèi)的組裝微絲在體內(nèi)的組裝也有成核作用，常發(fā)生在質(zhì)膜，因而質(zhì)膜下的一層由微絲和微絲結(jié)合蛋白組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)往往密度較高，稱細(xì)胞皮層（cell cotex），為細(xì)胞提供強(qiáng)度和韌性，維持細(xì)胞形態(tài)細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲（microfilament，MF）2022/10/262ARP2/3復(fù)合體ARPs (actin-related proteins)ARP2和ARP3與其它蛋白質(zhì)

28、形成ARP2/3復(fù)合體ARP2和ARP3各與actin有45%的相似性 ARPs2/3復(fù)合體使肌動(dòng)蛋白絲在負(fù)端成核，在正端快速延伸細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲在體內(nèi)的組裝Arp3Arp2Other proteins Actin monomers Minus end Plus end Nucleated actin filament 2022/10/263ARP2/3復(fù)合體使肌動(dòng)蛋白纖維成網(wǎng)細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲在體內(nèi)的組裝2022/10/264微絲還可形成 絲狀偽足（filopodia）、片狀偽足（lamellipodia）細(xì)胞分裂時(shí)的收縮環(huán)微絨毛細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲在體內(nèi)的組裝202

29、2/10/265肌動(dòng)蛋白纖維在細(xì)胞中的排列收縮束凝膠樣網(wǎng)絡(luò)緊密排列成束應(yīng)力纖維細(xì)胞皮層絲狀偽足細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲在體內(nèi)的組裝2022/10/266影響微絲組裝的因素肌動(dòng)蛋白的濃度、ATP、Ca2+、Na+、K+濃度的影響細(xì)胞松弛素B (cytochalasin)，真菌分泌的一種生物堿，與肌動(dòng)蛋白絲正端結(jié)合抑制肌動(dòng)蛋白絲聚合，使微絲解體，不影響肌細(xì)胞鬼筆環(huán)肽（ phalloidin），來自一種真菌amanita phalloidas，結(jié)合并穩(wěn)定肌動(dòng)蛋白纖維，使肌動(dòng)蛋白網(wǎng)絡(luò)聚合增強(qiáng)紅海海綿素（latrunculin），從一種海綿體提取出來，可結(jié)合并穩(wěn)定actin 單體，因而可以引起肌動(dòng)蛋白

30、絲的網(wǎng)絡(luò)解聚細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲在體內(nèi)的組裝2022/10/267肌動(dòng)蛋白絲的馬達(dá)蛋白為肌球蛋白 (myosin) 超家族成員發(fā)現(xiàn)許多種類的肌球蛋白，重鏈通常在N端以一個(gè)可識(shí)別的肌球蛋白馬達(dá)蛋白域開始，尾部C端變化廣泛肌球蛋白I （myosinI）只有1個(gè)頭部，與肌肉的肌球蛋白頭部相似，但尾部完全不同。似以單聚體起作用肌球蛋白II（myosinII）：第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)在骨骼肌中的馬達(dá)蛋白。有2個(gè)頭部細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲（microfilament，MF）Myosin IIMyosin II電鏡2022/10/268微絲的功能構(gòu)成細(xì)胞支架并維持細(xì)胞形態(tài) 微絨毛 應(yīng)力纖維 參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng) 偽

31、足的形成參與細(xì)胞分裂 收縮束參與肌肉收縮 參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸 參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲（microfilament，MF）2022/10/269參與肌肉收縮 骨骼肌收縮的基本單位是肌小節(jié)的結(jié)構(gòu)細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲 微絲的功能肌球蛋白束 粗絲Z盤肌動(dòng)蛋白絲正端肌動(dòng)蛋白絲 細(xì)絲CapZ肌聯(lián)蛋白負(fù)端原肌球調(diào)節(jié)蛋白肌小節(jié)結(jié)構(gòu)模式圖2022/10/270復(fù) 習(xí) 題 二細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲（microfilament，MF）肌球蛋白沿著肌動(dòng)蛋白絲前進(jìn)結(jié)合釋放直立力的產(chǎn)生重新結(jié)合2022/10/271細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 微絲（microfilament，MF）肌肉收縮滑動(dòng)模

32、型myosin纖維滑過肌動(dòng)蛋白細(xì)絲，肌節(jié)縮短纖維本身并沒有縮短2022/10/272中間纖維 （ intermediate filaments ）又譯為“ 中等纖維”、“中間絲” 10nm直徑的實(shí)心纖維，無極性種類多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜存在于胞質(zhì)和細(xì)胞核很多機(jī)理未明細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 中間纖維（intermediate filaments，IF）2022/10/273中間絲的多肽鏈單體中間的-螺旋結(jié)構(gòu)域有40個(gè)左右七殘基重復(fù)序列（heptad repeat）模序，形成一個(gè)伸長的卷曲螺旋（coiled-coil）。這個(gè)結(jié)構(gòu)域保守，能調(diào)節(jié)纖維之間的側(cè)向作用N端和C端球形結(jié)構(gòu)域有很大的變化?？赡苷{(diào)節(jié)中間絲與

33、其它成分的相互作用細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 中間纖維2022/10/274中間絲的解構(gòu)細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 中間纖維2個(gè)單體平行纏繞二聚體(dimer)2個(gè)二聚體反向平行交錯(cuò)四聚體(tetramer)側(cè)向包裹在一起中間絲，含8個(gè)平行的原纖維中間區(qū)域-螺旋的多肽鏈單體2022/10/275中間絲特性二聚體反向平行排列形成的四聚體，無極性，四聚體代表了中間絲可溶性亞單位，故中間絲也無極性每一單根中間絲的橫切面最多有32個(gè)-螺旋許多多肽鏈排列在一起，有著卷曲螺旋蛋白質(zhì)典型的很強(qiáng)的側(cè)向疏水相互作用，這賦予中間絲繩索樣的性質(zhì)。易于彎曲難于斷裂細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 中間纖維2022/10/276細(xì)胞骨架與細(xì)胞

34、的運(yùn)動(dòng) 中間纖維的主要種類2022/10/277角蛋白 (keratins) 最具多樣性的中間絲家族在人類不同類型的上皮細(xì)胞中約有種 ，每種上皮細(xì)胞可以產(chǎn)生多種角蛋白 細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 中間纖維的主要種類Keratins in cultured cells交聯(lián)的角蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由二硫鍵維系，在細(xì)胞死亡后仍能存在，形成堅(jiān)硬的動(dòng)物外被物，如指甲、毛發(fā)、爪子和鱗片2022/10/278神經(jīng)絲 (neurofilaments) 在脊椎動(dòng)物神經(jīng)元的軸突中高度聚集有三種功能的神經(jīng)絲蛋白，NF-L 、NF-M 、NF-H，在體內(nèi)共同組裝，形成了包含有NF-L與另兩種神經(jīng)絲之一的異聚體 Across section of an axon 軸突生長時(shí)，新的神經(jīng)絲亞基以一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程沿著軸突并入細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 中間纖維的主要種類2022/10/279Intermediate filament 神經(jīng)絲Organelle MicrotubulesMotor protein Side arms 細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng) 中間纖維的主要種類微管和中間纖維在軸突中的組織2022/10/280波形蛋白樣纖維 (Vimentin-like filaments)結(jié)蛋白（desmin）在骨骼肌、心肌、平滑肌細(xì)胞中表達(dá)缺乏desmin基