细胞生物学-细胞骨架微丝课件.ppt

1、Chapter 8 cytoskeleton细胞骨架细胞骨架1PPT课件2PPT课件Nucleus microtubules microfilaments3PPT课件Nucleus Microfilaments intermediate filaments4PPT课件Nucleus Microfilaments mitochondria5PPT课件Nucleus Microfilaments Golgi complex6PPT课件Nucleus Microfilaments peroxisome7PPT课件微管组装的基本单位微管组装的基本单位微管蛋白微管蛋白8PPT课件单管：微管管壁由单管：微

2、管管壁由1313条原纤维包围而条原纤维包围而成。成。纤毛、鞭毛纤毛、鞭毛中心粒、基体中心粒、基体9PPT课件10PPT课件微管体外组装微管体外组装“踏车现象踏车现象”11PPT课件第二节第二节 微丝微丝(Microfilament，MF)12PPT课件微丝组成微丝组成微丝（微丝（MicrofilamentMicrofilament，MFMF），又称肌动蛋白纤维），又称肌动蛋白纤维（Actin filamentActin filament），是指真核细胞中由肌动蛋白），是指真核细胞中由肌动蛋白（actin actin）组成，呈双股螺旋状，直径为）组成，呈双股螺旋状，直径为7nm7nm的骨的骨架纤

3、维，主要分布在细胞质膜内侧。架纤维，主要分布在细胞质膜内侧。37nm13PPT课件微丝微丝 (Microfilament(Microfilament，MF)MF)一、组成成分一、组成成分肌动蛋白肌动蛋白 二、微丝结构与组装二、微丝结构与组装 三、微丝结合蛋白三、微丝结合蛋白 四、微丝的功能四、微丝的功能 五、药物对微丝的影响五、药物对微丝的影响14PPT课件 为为微丝的基本组成成分微丝的基本组成成分分类：分类：-、-和和-肌肌动蛋白动蛋白 真核细胞中含量最丰富，真核细胞中含量最丰富，不同物种中最为保守的蛋不同物种中最为保守的蛋白质之一白质之一在裂口处有一个在裂口处有一个ATPATP结合结合位点

4、位点 一、肌动蛋白一、肌动蛋白 (actin)(actin)15PPT课件exchange of ATP for ADP ATP ADP+Pi。The G-actin can exchange bound ADP for ATP.16PPT课件肌动蛋白存在方式肌动蛋白存在方式游离状态游离状态球状肌动球状肌动蛋白（蛋白（globular globular actin,G-actin)actin,G-actin)微丝中微丝中纤维状肌动纤维状肌动蛋白（蛋白（filamentous filamentous actin,F-actin)actin,F-actin)，由球状肌动蛋白组成由球状肌动蛋白组成G

5、-actinG-actinF-actinF-actinG-actinG-actin与与F-actinF-actin之之间可以相互转换间可以相互转换。17PPT课件二、微丝的结构二、微丝的结构 两条肌动蛋白单链盘绕而成的双螺旋结构，两条肌动蛋白单链盘绕而成的双螺旋结构，直径约直径约7nm7nm，螺距为，螺距为37nm37nm。18PPT课件肌动蛋白与微丝均有极性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肌动蛋白分子具有极性，有氨基和羧基的暴露一端为正端（plus end）另一端则为负端另一端则为负端（minus end）。装配时呈头尾相连，故微丝也有极性。装配时呈

6、头尾相连，故微丝也有极性。19PPT课件三、微丝的组装三、微丝的组装装配过程装配过程:成核成核(nucleation)(nucleation)、延伸、延伸(elongation)(elongation)、稳定状态稳定状态(steady state)(steady state)。1、成核期（成核期（Nucleation phase)Nucleation phase)限速过程，又称延迟期。限速过程，又称延迟期。二聚体（不稳定）二聚体（不稳定）三聚体（核心形成）三聚体（核心形成）20PPT课件ATP-actin 和和ADP-actinATP-actinATP-actin易于聚合，易于聚合，ATP-a

7、ctinATP-actin浓度与其聚合速度浓度与其聚合速度成正比，聚合到微丝上后水解为成正比，聚合到微丝上后水解为ADP-actinADP-actin，ADP-ADP-actinactin易于从微丝上解聚下来易于从微丝上解聚下来。21PPT课件生长期（生长期（Growth phase)2 2、ATP-actinATP-actin浓度高时浓度高时，微丝两端都加，微丝两端都加 ATP-actinATP-actin，正极正极-聚合快，负极聚合快，负极-聚合慢，这样在正极聚合慢，这样在正极ATP-ATP-actinactin聚合的速度大于水解聚合的速度大于水解成成ADP-actinADP-actin的

8、速度，的速度，形成形成ATPATP帽。负极帽。负极-聚合慢，不形成聚合慢，不形成ATPATP帽。这样帽。这样微丝延长。微丝延长。22PPT课件动态平衡（动态平衡（steady state）3 3、ATP-actinATP-actin浓度下降到一定的浓度下降到一定的临界值临界值，在，在正极聚合速度下降，仍在延长。而在负极聚正极聚合速度下降，仍在延长。而在负极聚合速度更慢，小于水解成合速度更慢，小于水解成ADP-actinADP-actin的速度，的速度，ADP-actinADP-actin暴露，负极解聚，并且负极解聚速暴露，负极解聚，并且负极解聚速度等于正极聚合速度，度等于正极聚合速度，微丝长度

9、不变。微丝长度不变。23PPT课件踏车现象踏车现象(Treadmilling)(Treadmilling)当添加到正极的肌动蛋白分子速率当添加到正极的肌动蛋白分子速率=从负极上从负极上失去的速率，此过程称为肌动蛋白踏车现象失去的速率，此过程称为肌动蛋白踏车现象(Treadmilling)(Treadmilling)24PPT课件去组装去组装微丝缩短微丝缩短 ATP-actinATP-actin浓度较低时，浓度较低时，在正极聚合速度在正极聚合速度小于小于水水解速度，此时解速度，此时ATP-actin帽子不存在了，帽子不存在了，ADP-actin在正端暴露，正极也快速解聚，微丝缩短。在正端暴露，正

10、极也快速解聚，微丝缩短。25PPT课件体内组装的特点体内组装的特点体内装配时，微丝呈现出动态不稳定性，体内装配时，微丝呈现出动态不稳定性，主要取决于游离的主要取决于游离的G-G-actinactin单体浓度与单体浓度与F-actinF-actin结合的结合的ATPATP水解速度之间的关系水解速度之间的关系。-ATP-actinATP-actin:对纤维末端的对纤维末端的亲和力高亲和力高，使纤维延长；，使纤维延长；-当当ATPATP水解为水解为ADP+PiADP+Pi，ATP-actinATP-actinADP-actinADP-actin-ADP-actinADP-actin对纤维末端的对纤维

11、末端的亲和力低亲和力低，易脱落，使纤维缩短。，易脱落，使纤维缩短。ATPATP帽帽:-ATP-actin:-ATP-actin浓度与其聚合速度浓度与其聚合速度成正比成正比，当，当ATP-ATP-actinactin浓度高时浓度高时,形成一连串的形成一连串的ATP-actinATP-actin，被称为，被称为ATPATP帽；帽；后部为后部为ADP-actinADP-actin。ADP-actinADP-actin从从F-actinF-actin脱落后，脱落后，其其ADPADP可可被被ATPATP置换置换，重新参加聚合。，重新参加聚合。26PPT课件微管微管达因蛋白：达因蛋白：微丝组装中的微丝组装

12、中的ATPATP的作用的作用A.ATP-actinA.ATP-actin高浓度时高浓度时ATP-capATP-cap形成形成B.ATP-actinB.ATP-actin低浓度时低浓度时ATP-capATP-cap消失消失27PPT课件四、微丝结合蛋白四、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，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还能控制与其他细胞器的链接28PPT课件（一）肌动蛋白单体结合蛋一）肌动蛋白单体结合蛋白白 控制细胞内未聚合的肌动蛋白数量，同时也控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制着结合到

13、肌动蛋白上的核苷转换（二）肌动蛋白纤维加帽蛋白（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单位聚合和解聚（三）切断肌动蛋白纤维的蛋白（三）切断肌动蛋白纤维的蛋白（四）肌动蛋白纤维交联蛋白（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。并稳定其组装。29PPT课件（五）侧面蛋（五）侧面蛋白白 侧面结合蛋白稳定肌动纤维，并调节和肌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球蛋白的相互作用（六）衔接子蛋白（六）衔接子蛋白（adapt

14、er protein)adapter protein)动物和真菌细胞利用多结构域的蛋白质作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（特别是为肌动蛋白和其他蛋白（特别是Rho家族的家族的小小GTP结合蛋白和其他信号蛋白）的衔接结合蛋白和其他信号蛋白）的衔接子蛋白，如子蛋白，如WASP和和VASP30PPT课件五、微丝的功能五、微丝的功能（一）维持细胞形态（一）维持细胞形态（二）与细胞运动有关（二）与细胞运动有关（三）胞质分裂（三）胞质分裂（四）参与肌肉收缩（四）参与肌肉收缩（五）参与受精作用（五）参与受精作用（六）参与物质运输（六）参与物质运输31PPT课件 细胞皮层（细胞皮层（

15、cell cortexcell cortex）细胞膜下由微丝和各种细胞膜下由微丝和各种微丝结合蛋白组成的网微丝结合蛋白组成的网状结构。具有很高的动状结构。具有很高的动态性，与肌动蛋白一起态性，与肌动蛋白一起为细胞膜提供强度和韧为细胞膜提供强度和韧度，维持细胞的形态。度，维持细胞的形态。带状桥粒、微绒毛带状桥粒、微绒毛（一）维持细胞形（一）维持细胞形态态32PPT课件 （二）（二）与细胞移动有关与细胞移动有关如胞质环流如胞质环流阿米巴运动，阿米巴运动，变皱运动变皱运动33PPT课件培养的成纤维细胞扫描电镜照片培养的成纤维细胞扫描电镜照片 箭头示运动方向箭头示运动方向FilopodiumLamel

16、lipodiumTail34PPT课件 （三）（三）胞质分裂胞质分裂胞质分裂的结构胞质分裂的结构模式图模式图35PPT课件（四）参与肌肉收缩（四）参与肌肉收缩36PPT课件（五）参与受精作用（五）参与受精作用37PPT课件 （六）参与物质运输（六）参与物质运输38PPT课件39PPT课件六、药物对微丝的影响六、药物对微丝的影响细胞松弛素细胞松弛素B（Cytochalasins B）：破坏微）：破坏微丝，结合在微丝末端阻抑肌动蛋白聚合。丝，结合在微丝末端阻抑肌动蛋白聚合。鬼笔环肽（鬼笔环肽（Phalloidin）：抑制解聚，与微丝）：抑制解聚，与微丝有强亲合力，使肌动蛋白纤维稳定。有强亲合力，使

17、肌动蛋白纤维稳定。40PPT课件 第三节第三节中间纤维中间纤维 (intermediate filament)(intermediate filament)41PPT课件中间纤维的结构模式图中间纤维的结构模式图中间纤维在胞质中形成一中间纤维在胞质中形成一网状支架，赋予细胞强大网状支架，赋予细胞强大的机械强度，维持细胞的机械强度，维持细胞的形态坚固和功能，对的形态坚固和功能，对细胞的生命活动有重要细胞的生命活动有重要意义。意义。42PPT课件 上皮中的角质纤维上皮中的角质纤维43PPT课件四、中间纤维在特异性细胞中的表达四、中间纤维在特异性细胞中的表达44PPT课件 两端是高度可两端是高度可变的

18、非螺旋头部变的非螺旋头部和尾部和尾部 杆状结构域，由杆状结构域，由310个个卷曲螺旋残基组成。由卷曲螺旋残基组成。由3个非螺旋区隔开个非螺旋区隔开45PPT课件平行且对齐平行且对齐反向平行四聚体反向平行四聚体（原丝）（原丝）进一步组装进一步组装横切面上中间横切面上中间纤维有纤维有3232个蛋个蛋白单体白单体46PPT课件47PPT课件48PPT课件helical array of tetramers,made up of 8 protofilaments or 16 heterodimerstwo tetramers packed together49PPT课件中等纤维的组装中等纤维的组装 各

19、型各型IF的蛋白分子，先以的蛋白分子，先以平行且相互对齐平行且相互对齐的方式形成的方式形成双股超螺旋双股超螺旋二聚体二聚体(coiled-coil dimer)二聚体再以二聚体再以反向平行的方式组装成四聚体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，首尾相接形成构单位，首尾相接形成原纤维原纤维。8根原纤维根原纤维相互缠围拢，形成中等纤维。相互缠围拢，形成中等纤维。因此在中等纤维的横断面可见因此在中等纤维的横断面可见32个蛋白单体。个蛋白单体。50PPT课件 IFIF的化学组成非常稳定，可以抵

20、抗极端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温度、高盐和去垢剂的溶解作用IFIF蛋白亚单位的磷酸化会对多聚体的组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磷酸化增加神经纤维蛋白的稳定性51PPT课件52PPT课件53PPT课件在细胞内的网状结构在细胞内的网状结构维持细胞器的空间定位维持细胞器的空间定位增强细胞的机械强度增强细胞的机械强度54PPT课件55PPT课件遗传性疾病单纯性大泡性表皮松懈症遗传性疾病单纯性大泡性表皮松懈症:表达有缺陷的表达有缺陷的细胞角质蛋白细胞角质蛋白,轻微挤压使基底细胞破坏轻

21、微挤压使基底细胞破坏,出现水疱出现水疱56PPT课件57PPT课件MFMTIF单体单体肌动蛋白肌动蛋白 -微管蛋白微管蛋白杆状蛋白杆状蛋白结合核苷酸结合核苷酸ATPGTP纤维直径纤维直径7nm25nm10nm结构结构双股螺旋实心纤维双股螺旋实心纤维13根原纤维构成的根原纤维构成的空心管纤维空心管纤维32个单体构成的多个单体构成的多股螺旋实心纤维股螺旋实心纤维极性极性有有有有无无结合蛋白结合蛋白肌球蛋白肌球蛋白动力蛋白驱动蛋白动力蛋白驱动蛋白特异性药物特异性药物细胞松弛素细胞松弛素鬼笔环肽鬼笔环肽秋水仙素秋水仙素长春新长春新碱碱紫杉醇紫杉醇功能功能58PPT课件复习题复习题细胞骨架的概念、功能。细胞骨架的概念、功能。微管、微丝和中等纤维的形态结微管、微丝和中等纤维的形态结构和化学组成。构和化学组成。微管、微丝和中间纤维的装配特微管、微丝和中间纤维的装配特点。点。59PPT课件