细胞生物学课程第7章(细胞骨架与细胞的运动)2015.ppt

第七章 细胞骨架与细胞的运动 学习目的与要求 1.掌握细胞骨架的概念及基本组成成分， 2.掌握微管、微丝、中间纤维的结构、组成、装配及其功能。 3.熟悉微管、微丝、中间纤维的形态及影响其组装的因素。 概述 细胞骨架（Cytoskeleton）是真核细胞中的蛋白质纤维网架体系，对于维持细胞的形状、细胞的运动、细胞内的物质运输、染色体的分离和细胞的分裂起着重要的作用。 细胞骨架的发现过程 最初人们认为细胞质中无有形结构，但许多生命现象，如细胞运动、细胞形状的维持等，难以得到解释。 1928年，人们提出了细胞骨架的原始概念。 1954年，在电镜下首次看到了细胞中的微管，但在当时，电镜制片还只能用锇酸或高锰酸钾在低温条件下来固定，在这样的条件下细胞骨架常发生聚集现象，因而被破坏。 1963年，采用戊二醛常温固定后，才广泛的地观察到细胞骨架的存在，并正式命名为一种细胞器。 一、组成 细胞骨架由以下组分构成 微丝（microfilament） 微管（microtubule） 中间纤维（intemediate filament） 广义的细胞骨架还包括 核骨架（nucleoskeleton） 核纤层（nuclear lamina） 细胞外基质（extracellular matrix） 形成贯穿于细胞核、细胞质、细胞外的一体化网络结构。 二、三种组分 三、主要功能 第一节 微管 一、微管的组成-微管蛋白 微管的基本结构组分：αβ-tubulin组成的异二聚体； Α、β-微管蛋白(tubulin)具有相似的结构，都是由450个aa残基，分子量约为55kDa。有35－40％的aa序列同源。 α球蛋白结合的GTP从不发生水解或交换。 β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。 γ微管蛋白：存在于微管组织中心（MTOC） 二、微管的形状 微管是直径24-26nm的中空小管，内径15nm，管壁厚5nm。微管以微管蛋白α、β异二聚体为基本构件形成原纤维，13根原纤维组成管状的结构。 三、微管的分子结构 异二聚体→13根原纤维→微管 四、微管的存在形式——三种不同的微管 五、微管结合蛋白 微管结合蛋白是与微管结合的辅助蛋白，参与微管的装配，影响微管结构和功能。 微管结合蛋白的类别与作用 MAP的主要作用： 1.构成微管（MT)间的排列，使之成一定排列（束状、环状)； 2.使MT和其它结构相交联（如质膜、MF、IF） ； 3.通过与微管成核位点的作用促进MT的聚合； 4.提高MT的稳定性； 5.在细胞内沿MT转运膜泡或颗粒。 六、微管的装配 微管形成的有些结构是比较稳定，是由于微管结合蛋白的作用和酶修饰的原因。如轴突、纤毛、鞭毛。 大多数微管处于动态组装和去组装状态（如纺锤体）。 （一）装配过程 α-微管蛋白和β-微管蛋白形成αβ二聚体,αβ二聚体先形成一个短的原纤维protofilament；（可能不稳定） 以原纤维为基础，经过侧面增加二聚体而扩展为弯曲的片层结构；（稳定性增高） 当螺旋带加宽至13根原纤维时,即合拢形成一段微管。新的二聚体添加到MT的端点使之延长。 （二）微管的极性 MT的极性有两层含义： αβ异二聚体有规律的重复排列： αβ+αβ+αβ。构成了MT装配方向的极性：(+)极的最外端是β球蛋白，(-)极的最外端是α球蛋白。 装配速度快慢的极性：，(+)极生长速度快，(-)极生长速度慢。 （三）组装的动态调节 微管本身大多数情况下是不稳定的，需要进行装配和去装配，一般用踏车理论和非稳态动力学模型来进行解释。 GTP是调节微管体内外组装的主要物质 GTP-微管蛋白对微管末端的亲和力大 GDP-微管蛋白对微管末端的亲和力小 管蛋白浓度 微管装配的踏车行为 αβ二聚体添加到新生MT后，β亚基的GTP逐渐被水解成GDP。所以在一定条件下，（＋）具有GTP帽，MT趋于装配而延长；（－）具有GDP帽，MT趋于解聚而缩短。微管正极的装配速度大于微管负极的装配速度，表现为踏车行为。 细胞内微管的生长与解聚 微管在细胞内处于动态平衡中， （四）微管组织中心 1.中心体(centrosome) 2.中心体成核作用 细胞内微管的装配是从微管组织中心开始的。MTOC还决定了微管的方向性：靠近MTOC的一端是（－）端，生长速度慢 ；远离MTOC的一端是（＋）端，生长速度快。 四、微管的功能 （一）支持和维持细胞的形态 细胞中的微管就像混凝土中的钢筋一样，起支撑作用，在培养的细胞中，微管呈放射状排列在核外，（+）端指向质膜，形成平贴在培养皿上的形状。 在神经细胞的轴突和树突中，微管束沿长轴排列，起支撑作用，在胚胎发育阶段微管帮助轴突生长，突入周围组织，在成熟的轴突中，微管是物质运输的路轨。 （二）