细胞生物学细胞骨架课件.ppt
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- 细胞生物学 细胞骨架 课件
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1、Chapter 9 Cytoskeleton v 是广泛存在于真核细胞中由蛋白质纤维组成的网络系统。是广泛存在于真核细胞中由蛋白质纤维组成的网络系统。v 功能:功能:保持细胞形态、参与细胞运动、细胞分裂、细胞内运输以及信保持细胞形态、参与细胞运动、细胞分裂、细胞内运输以及信息传递等。息传递等。v 狭义:狭义:指由指由微管微管、微丝微丝、中间纤维中间纤维组成的组成的细胞质骨架细胞质骨架。v 广义:广义:包括细胞质骨架、细胞核骨架、细胞膜骨架、细胞外基质等纤包括细胞质骨架、细胞核骨架、细胞膜骨架、细胞外基质等纤维体系。维体系。(microtubule,MT)v微管(微管(microtubulemi
2、crotubule,MTMT)是一种)是一种具有极性(正端、具有极性(正端、负端)负端)、直而中空直而中空的圆筒状结构,直径的圆筒状结构,直径24-26nm24-26nm,长短不一。长短不一。v主要成分:主要成分:微管蛋白微管蛋白 微管相关蛋白微管相关蛋白 v1 1、微管蛋白、微管蛋白v是构成微管的是构成微管的主要蛋白主要蛋白。是一种酸性蛋白质,是一种酸性蛋白质,由由和和微管蛋白微管蛋白。微管蛋白和微管蛋白和微管蛋白的理微管蛋白的理化性质相似,分子大小相近。化性质相似,分子大小相近。v通常通常和和微管蛋白各一个分子连在一起构成较微管蛋白各一个分子连在一起构成较稳定的稳定的异二聚体(异二聚体(h
3、eterodimerheterodimer)。异二聚体是微。异二聚体是微管装配的管装配的基本结构单位基本结构单位。v微管蛋白微管蛋白是近年来发现的第三种微管组成成分。是近年来发现的第三种微管组成成分。含量低(不到含量低(不到1%1%),但是作用同样重要。),但是作用同样重要。微管蛋白通常以微管蛋白通常以微管蛋白环状复合物微管蛋白环状复合物(TuRC,-tubulin ring complex)的形式存的形式存在于在于微管组织中心微管组织中心,对微管的正常组装有调节作,对微管的正常组装有调节作用。用。v微管是一种具有微管是一种具有极性、动态的、不稳定的极性、动态的、不稳定的结构,结构,可依细胞活
4、动不断组装和去组装(微管可依细胞活动不断组装和去组装(微管微管微管蛋白)。蛋白)。v(一)微管组装的条件和影响因素(一)微管组装的条件和影响因素v1 1、微管蛋白浓度、微管蛋白浓度 v关键因素之一:一定的微管蛋白浓度。把关键因素之一:一定的微管蛋白浓度。把微管蛋微管蛋白聚合与微管组装时白聚合与微管组装时必需的最低微管蛋白浓度必需的最低微管蛋白浓度,称为称为临界浓度临界浓度。v其值大约为其值大约为1mg/ml1mg/ml,但会受到其他因素的影响。,但会受到其他因素的影响。v2 2、组装其他条件、组装其他条件v高高MgMg2+2+浓度、适当浓度、适当PHPH(约(约6.96.9)、合适的温度()、
5、合适的温度(2020)、)、GTPGTP(关键因素之二关键因素之二)、氧化氘()、氧化氘(D D2 2O O)的供应、的供应、紫杉醇紫杉醇能能促进促进微管的组装。微管的组装。v反之,小于反之,小于44的温度、高的温度、高CaCa2+2+浓度、浓度、秋水仙素秋水仙素(碱)(碱)、长春花碱长春花碱等,可等,可抑制抑制微管的聚合组装,微管的聚合组装,甚至使其解体。甚至使其解体。(二)微管蛋白合成与微管组装的调控(二)微管蛋白合成与微管组装的调控微管蛋白的合成可以自我调节微管蛋白的合成可以自我调节l 微管蛋白达到一定浓度时,多于的微管蛋白单体微管蛋白达到一定浓度时,多于的微管蛋白单体可结合于合成微管蛋
6、白的核糖体上,导致编码微可结合于合成微管蛋白的核糖体上,导致编码微管蛋白的管蛋白的mRNAmRNA降解。降解。微管的组装受细胞周期的调控。微管的组装受细胞周期的调控。异二聚体异二聚体 原丝(原纤维)原丝(原纤维)微微 管管 正端正端(端端或头端或头端)负端负端(端端或尾端或尾端)极极性性1313根根1 1、成核期(、成核期(nucleation phasenucleation phase)v由于该期异二聚体的聚合速度缓慢,是微管聚合由于该期异二聚体的聚合速度缓慢,是微管聚合限速阶段限速阶段,故也称为,故也称为延迟期(延迟期(lag phaselag phase)。异二聚体异二聚体寡聚体寡聚体核
7、心核心片状结构片状结构1313根原丝根原丝一段微管一段微管v2 2、聚合期(、聚合期(polymerization phasepolymerization phase)v也称也称延长期(延长期(elongation phaseelongation phase),细胞内高浓,细胞内高浓度的游离微管蛋白,使微管蛋白二聚体在微管度的游离微管蛋白,使微管蛋白二聚体在微管正正端端聚合、组装的速度远远聚合、组装的速度远远快于负端快于负端的解离速度,的解离速度,微管因此得不断地微管因此得不断地延长延长。+-v3 3、稳定期(、稳定期(steady state phasesteady state phase)
8、v随着细胞质中游离微管蛋白浓度的下降,微管随着细胞质中游离微管蛋白浓度的下降,微管在在正、负两端正、负两端的聚合与解聚速度的聚合与解聚速度达到平衡达到平衡,使,使微管长度趋于微管长度趋于相对稳定相对稳定的状态。的状态。“踏车踏车”模型模型 :微管具有非稳定的动态特征。:微管具有非稳定的动态特征。微管的正端组装,微管延长;微管的负端可去组装缩短。v微管蛋白微管蛋白GTPGTP帽:微帽:微管蛋白与管蛋白与GTPGTP结合,结合,促进微管组装、延促进微管组装、延长。长。v微管蛋白微管蛋白GDPGDP帽:微帽:微管蛋白与管蛋白与GDPGDP结合,结合,促进微管解聚、缩促进微管解聚、缩短。短。GTP帽帽
9、GDP帽帽v微管组织中心(微管组织中心(microtubule organizing center,microtubule organizing center,MTOCMTOC):):是微管组装的始发位置,是微管组装的始发位置,微管的组装由此开微管的组装由此开始。始。常见的常见的MTOCMTOC:中心体、纤毛和鞭毛的基体中心体、纤毛和鞭毛的基体。vMTOCMTOC的作用:使微管生成和延长,控制细胞质中微管的作用:使微管生成和延长,控制细胞质中微管形成的数量、位置和方向形成的数量、位置和方向。v微管蛋白环状复合物(微管蛋白环状复合物(TuRCTuRC)作为微管作为微管蛋白二聚体结合的核心,是微管
10、组装的始发位置。蛋白二聚体结合的核心,是微管组装的始发位置。通常,微管的通常,微管的负端负端总是总是指向指向MTOCMTOC,而,而正端正端则与之则与之相背,相背,游离游离于胞质的一侧。于胞质的一侧。v三、微管相关蛋白(三、微管相关蛋白(MAP,microtubule MAP,microtubule associated proteinassociated protein)(了解)(了解)v是微管结构和功能的必需成分。决定不同微管间是微管结构和功能的必需成分。决定不同微管间的差异,种类较多。的差异,种类较多。v主要有主要有MAP1MAP1、MAP-2MAP-2、MAP4MAP4和和TauTau
11、蛋白等几种,蛋白等几种,分为分为型型MAPMAP和和型型MAPMAP。四、微管的存在形式四、微管的存在形式是细胞质中最常见的微管存在形式。是细胞质中最常见的微管存在形式。由由1313根丝包围而成。常以分散或成束状态分布根丝包围而成。常以分散或成束状态分布在细胞质中在细胞质中,不稳定。不稳定。由由A A、B B两根微管组成,其中两根微管组成,其中A A管与管与B B管构造管构造相同,并有相同,并有3 3根原纤维与根原纤维与B B管共有,主要是管共有,主要是构成构成鞭毛和纤毛的周围小管鞭毛和纤毛的周围小管。由由A A、B B、C C三根微管组成,其中三根微管组成,其中A A与与B B、B B与与C
12、 C各有三根原纤维共有。各有三根原纤维共有。中心粒和纤毛和中心粒和纤毛和鞭毛的基体是三联管。鞭毛的基体是三联管。v二联管和三联管是细胞内某些永久性功能结构的二联管和三联管是细胞内某些永久性功能结构的主体,通常不易受低温、主体,通常不易受低温、Ca2+及秋水仙素等的影及秋水仙素等的影响而发生解聚,是细胞内稳定型微管结构。响而发生解聚,是细胞内稳定型微管结构。五、微管的主要功能及其与其他细胞结构的关系五、微管的主要功能及其与其他细胞结构的关系 v(一)微管的主要功能(一)微管的主要功能 v1 1、构成细胞的网状支架,维持细胞的形态,固定、构成细胞的网状支架,维持细胞的形态,固定和支持细胞器的位置。
13、和支持细胞器的位置。v2 2、参与细胞的收缩与变形运动,是纤毛和鞭毛等、参与细胞的收缩与变形运动,是纤毛和鞭毛等细胞运动器官的主体结构成分。细胞运动器官的主体结构成分。v3 3、参与细胞器的位移和细胞分裂过程中染色体的、参与细胞器的位移和细胞分裂过程中染色体的定向移动。定向移动。v4 4、参与细胞内大分子颗粒物质及囊泡的定向转送、参与细胞内大分子颗粒物质及囊泡的定向转送运输。运输。v5 5、参与细胞内的信号转导。、参与细胞内的信号转导。微管与医学泰素帝泰素帝 l 泰素帝泰素帝:紫杉醇紫杉醇,从太平洋短叶紫杉从太平洋短叶紫杉(红豆杉)树皮中提取的红豆杉)树皮中提取的一种抗肿瘤药物,一种抗肿瘤药物
14、,19921992年经美国年经美国FDAFDA(Food and Drug Food and Drug AdministrationAdministration)批准,商品名为)批准,商品名为。v 乳腺癌和非小细胞癌。肺癌、卵巢癌有效,对胰腺癌、胃癌、乳腺癌和非小细胞癌。肺癌、卵巢癌有效,对胰腺癌、胃癌、头颈癌等也有效。头颈癌等也有效。v 加强微管蛋白聚合作用和抑制微管解聚作用,导致形成稳定加强微管蛋白聚合作用和抑制微管解聚作用,导致形成稳定的非功能性微管束,因而破坏肿瘤细胞的有丝分裂。的非功能性微管束,因而破坏肿瘤细胞的有丝分裂。l 纤毛不动综合征纤毛不动综合征:纤(鞭)毛中具有:纤(鞭)毛
15、中具有ATPATP酶活性的动力蛋白臂酶活性的动力蛋白臂缺陷或缺失,导致气管上皮纤毛和精子的鞭毛不能运动。缺陷或缺失,导致气管上皮纤毛和精子的鞭毛不能运动。由于在自然条件下红豆杉生长速度缓慢,再生能力由于在自然条件下红豆杉生长速度缓慢,再生能力差,所以很长时间以来,世界范围内还没有形成大规摸的差,所以很长时间以来,世界范围内还没有形成大规摸的红豆杉原料林基地。红豆杉原料林基地。19941994年红豆杉被我国定为一级珍稀濒年红豆杉被我国定为一级珍稀濒危保护植物,同时被全世界危保护植物,同时被全世界4242个有红豆杉的国家称为个有红豆杉的国家称为“国国宝宝”,联合国也明令禁止采伐,是名符其实的,联合
16、国也明令禁止采伐,是名符其实的“植物大熊植物大熊猫猫”。l 阿尔茨海默病:微管扭曲变形,影响胞内物质的阿尔茨海默病:微管扭曲变形,影响胞内物质的运输,导致神经元营养代谢障碍,引发痴呆症状。运输,导致神经元营养代谢障碍,引发痴呆症状。Section 2 Microfilament l 微丝有两种类型:v能被细胞松弛素B破坏,以疏松网状形式分布于质膜下。v不被细胞松弛素破坏,形成鞘或粗纤维。v(一)微丝的基本结构成分(一)微丝的基本结构成分v微丝(微丝(microfilamentmicrofilament,MFMF)是一种)是一种具有极性具有极性的的实实心纤维状心纤维状结构,直径为结构,直径为7n
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