1、简要说明由简要说明由G蛋白偶联的受体介导的信号的特点蛋白偶联的受体介导的信号的特点 G G蛋白偶联的受体是细胞质膜上最多，也是最重要的倍转导系统，具蛋白偶联的受体是细胞质膜上最多，也是最重要的倍转导系统，具有两个重要特点：有两个重要特点：信号转导系统由三部分构成信号转导系统由三部分构成：G G蛋白偶联的受蛋白偶联的受体，是细胞表面由单条多肽链经体，是细胞表面由单条多肽链经7 7次跨膜形成的受体；次跨膜形成的受体；G G蛋白能与蛋白能与GTPGTP结合被活化，可进一步激活其效应底物；效应物：通常是腺苷结合被活化，可进一步激活其效应底物；效应物：通常是腺苷酸环化酶，被激活后可提高细胞内环腺苷酸（酸
2、环化酶，被激活后可提高细胞内环腺苷酸（cAMPcAMP）的浓度，可激活）的浓度，可激活cAMPcAMP依赖的蛋白激酶，引发一系列生物学效应。依赖的蛋白激酶，引发一系列生物学效应。产生第二信使产生第二信使。配。配体体受体复合物结合后，通过与受体复合物结合后，通过与G G蛋白的偶联，在细胞内产生第二信蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使，从而将胞外信号跨膜传递到胞内，影响细胞的行为。根据产生的使，从而将胞外信号跨膜传递到胞内，影响细胞的行为。根据产生的第二信使的不同，又可分为第二信使的不同，又可分为cAMPcAMP信号通路和磷酯酰肌醇信号通路。信号通路和磷酯酰肌醇信号通路。cAMPcAMP信号通路的主
3、要效应是激活靶酶和开启基因表达，这是通过蛋白信号通路的主要效应是激活靶酶和开启基因表达，这是通过蛋白激酶完成的。该信号途径涉及的反应链可表示为：激素激酶完成的。该信号途径涉及的反应链可表示为：激素G G蛋白偶联蛋白偶联受体受体G G蛋白蛋白腺苷酸环化化酶腺苷酸环化化酶cAMP cAMPcAMP cAMP依赖的蛋白激酶依赖的蛋白激酶AA基基因调控蛋白因调控蛋白基因转录。磷酯酰肌醇信号通路的最大特点是胞外信号基因转录。磷酯酰肌醇信号通路的最大特点是胞外信号被膜受体接受后，同时产生两个胞内信使，分别启动两个信号传递途被膜受体接受后，同时产生两个胞内信使，分别启动两个信号传递途径即径即IP3IP3Ca
4、2+Ca2+和和DGDGPKCPKC途径，实现细胞对外界信号的应答，因此，途径，实现细胞对外界信号的应答，因此，把这一信号系统又称为把这一信号系统又称为“双信使系统双信使系统”。翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第细胞生物学（第4版）版）第第10章章 细胞骨架细胞骨架细胞为什么能维持一定的形态？细胞为什么能维持一定的形态？“人人”有一定的形态是由于有一定的形态是由于 有骨骼系统作为支架。有骨骼系统作为支架。细胞质：微管细胞质：微管 微丝微丝 中间纤维中间纤维细胞核：核骨架细胞核：核骨架上皮细胞（红色：微上皮细胞（红色：微丝；绿色：微管）丝；绿色：微管）细胞骨架细胞骨架(cytoskel
5、eton):(cytoskeleton):是指真核细胞中由微管、是指真核细胞中由微管、微丝和中间纤维等蛋白质微丝和中间纤维等蛋白质成分构成的一个复合的网成分构成的一个复合的网架系统。架系统。作用：作用：维持细胞一定的形状维持细胞一定的形状 网络各游离的细胞器网络各游离的细胞器 与细胞的运动有关与细胞的运动有关 细胞骨架的发现过程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。，如细胞运动、细胞形状的维持等，难以得到解释。19281928年，人们提出了细胞骨架的原始概念。年，人们提出了细
6、胞骨架的原始概念。19541954年，在电镜下首次看到了细胞中的微管，但在此年，在电镜下首次看到了细胞中的微管，但在此时，电镜制片还只能用锇酸或高锰酸钾在低温条件下来固时，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，因而被破定，在这样的条件下细胞骨架常发生聚集现象，因而被破坏。坏。19631963年，采用戊二醛常温固定后，才广泛的地观察到年，采用戊二醛常温固定后，才广泛的地观察到种类细胞骨架的存在，并正式命名为一种细胞器。种类细胞骨架的存在，并正式命名为一种细胞器。细胞骨架由以下组分构成 微丝（microfilament）微管（microtubule
7、）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。微丝微丝，又叫肌动蛋白纤维，是由，又叫肌动蛋白纤维，是由肌动蛋白构成的两股螺旋形成的肌动蛋白构成的两股螺旋形成的细丝，普遍存在于真核细胞中细丝，普遍存在于真核细胞中微管微管，是由微管蛋白单体构成的，是由微管蛋白单体构成的基本组件形成的中空的管状结构。基本组件形成的中空的管状结构。普遍存在于真核细胞中普遍存在于真核细胞中中间纤维中间纤维，又叫中
8、间丝，粗细位，又叫中间丝，粗细位于微丝和肌球蛋白粗丝之间，普于微丝和肌球蛋白粗丝之间，普遍存在于真核细胞中，是三种骨遍存在于真核细胞中，是三种骨架系统中结构最为复杂的一种架系统中结构最为复杂的一种微丝与细胞运动微丝与细胞运动微丝与细胞运动微丝与细胞运动微管及其功能微管及其功能中间纤维中间纤维细胞骨架与疾病细胞骨架与疾病本章主要内容本章主要内容第一节第一节 微丝与细胞运动微丝与细胞运动 微丝微丝（microfilament,MF）肌动蛋白丝肌动蛋白丝（actin filament）纤维状肌动蛋白纤维状肌动蛋白（fibrous actin,F-actin）直径7 nm 存在于所有真核细胞所有真核细
9、胞中 微丝结合蛋白微丝结合蛋白（microfilament binding protein）Neuronal growth cone photos Schaefer,Kabir,and Forscher,2002.Originally published in The Journal of Cell Biology,158:139-152.一、微丝的组成及其组装一、微丝的组成及其组装（一）结构与成分（一）结构与成分 肌动蛋白肌动蛋白（actin）球状 G-actin 纤维状 F-actin 裂缝裂缝/极性极性 ATP/ADP结合位点 二价阳离子二价阳离子（Mg2+或Ca2+）结合位点负极正极（
10、一）结构与成分（一）结构与成分 直径约7 nm 扭链 肌动蛋白单体组装 右手螺旋 极性 具有裂缝的一端为负极，相反一端为正极 微丝是由微丝是由G-actin单体构成的螺旋状纤维，单体构成的螺旋状纤维，肌动蛋白单体具有极性，装配时头尾相接肌动蛋白单体具有极性，装配时头尾相接,故微故微丝也具有丝也具有极性极性，结合，结合ATP的一端为负极，另一的一端为负极，另一端为正极。端为正极。在装配过程中，正极装配较负极快在装配过程中，正极装配较负极快510倍。倍。（二）微丝的组装及其动力学特性（二）微丝的组装及其动力学特性 微丝的体外组装微丝的体外组装 一定的盐浓度（主要是一定的盐浓度（主要是Mg2+2+）
11、，一定的），一定的G-actin浓度，浓度，ATP，pH7.0 7.0。1 1 条件条件G-actinF-actinMg2+、高高Na+、高高K+Ca2+、低低Na+、低低K+2 2 过程过程 延长期延长期(Elongation phase)正端快，为负端的正端快，为负端的10倍。倍。成核期成核期(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）平衡期平衡期(Equilibrium phase)聚合速度聚合速度=解聚速度。解聚速度。p195踏车行为（踏车行为（treadmilling）在体外组装过
12、程中，微丝正极由于肌动蛋白亚基不断添加而延长，负极由于肌动蛋白亚基去组装而缩短的现象由由G-actin单单体的临界浓体的临界浓度决定度决定正极的肌动蛋正极的肌动蛋白聚合速率白聚合速率等等于于负极的解聚负极的解聚速率时，踏车速率时，踏车现象出现现象出现 微丝的任何一端都可以以添加肌动蛋白单体的方式增长，不过由于极性，两端的速度不同，速度快的一端为正端，速度慢的一端为负端，表现为踏车现象。当到达平衡期，肌动蛋白分子添加到肌动蛋白丝上的速度正好等于肌动蛋白分子从肌动蛋白上失去的速度，微丝的净长度没有改变，这种过程称为微丝的踏车行为。2.2.G-actin单体聚合成单体聚合成F-actin，F-act
13、in组成肌动组成肌动 蛋白微丝蛋白微丝3.3.正极与负极都能生长，正极生长速度快，正极与负极都能生长，正极生长速度快，负极生长速度慢；由于负极生长速度慢；由于G-actin在正极端在正极端 装配，负极去装配，从而表现为装配，负极去装配，从而表现为踏车现象踏车现象1.1.条件：一定的盐浓度条件：一定的盐浓度(主要是主要是Mg2+2+)，一定的，一定的G-actin浓度，浓度，ATP，pH7.0 7.0 微丝的体外组装微丝的体外组装2 2 微丝的体内组装微丝的体内组装2.2.有有结合蛋白结合蛋白参与参与 p195p1953.3.具有动态不稳定性，并与细胞功能相适应具有动态不稳定性，并与细胞功能相适
14、应1.1.成核期：没有固定的中心，根据细胞需要成核期：没有固定的中心，根据细胞需要动物细胞中主要的肌动蛋白结合蛋白及功能动物细胞中主要的肌动蛋白结合蛋白及功能 类类 型型 功功 能能调节蛋白调节蛋白1.1.原肌球蛋白原肌球蛋白 与肌动蛋白相连，调节肌动蛋白与肌球蛋白的结合。与肌动蛋白相连，调节肌动蛋白与肌球蛋白的结合。2.2.钙调蛋白钙调蛋白 与与Ca2+2+结合，活化肌球蛋白轻链激酶结合，活化肌球蛋白轻链激酶 连接蛋白连接蛋白1.1.-辅肌动蛋白辅肌动蛋白 参与微丝与质膜的结合参与微丝与质膜的结合2.2.纽带蛋白纽带蛋白 肌动蛋白纤维端点与细胞膜之间结合的中介肌动蛋白纤维端点与细胞膜之间结合
15、的中介交联蛋白交联蛋白1.1.毛缘蛋白毛缘蛋白 使纤维状多聚体肌动蛋白平行连接成束使纤维状多聚体肌动蛋白平行连接成束2.2.细丝蛋白细丝蛋白 与与F-actin结合，使之形成三维网状结构结合，使之形成三维网状结构3.3.血影蛋白血影蛋白 与锚蛋白结合，并与肌动蛋白交联与锚蛋白结合，并与肌动蛋白交联4.4.锚定蛋白锚定蛋白 血影蛋白与膜上的带血影蛋白与膜上的带III蛋白相连的中介蛋白相连的中介间隔蛋白间隔蛋白 抑制蛋白抑制蛋白 结合于结合于G-actin单体，可逆性抑制微丝聚合单体，可逆性抑制微丝聚合切断和封端蛋白切断和封端蛋白1.1.凝溶胶蛋白和绒毛蛋白凝溶胶蛋白和绒毛蛋白 低低Ca2+促进微
16、丝装配成核心，高促进微丝装配成核心，高Ca2+将微丝切成片段将微丝切成片段2.2.封端蛋白封端蛋白 结合于微丝结合于微丝(+)端，阻止端，阻止G-actin加上或脱落加上或脱落微丝组装的动态不稳定性微丝组装的动态不稳定性微丝的动态变化与细胞生理功能变化相适应微丝的动态变化与细胞生理功能变化相适应微绒毛 应力纤维 伪足 收缩环细胞中大多数微丝结构处细胞中大多数微丝结构处于于动态动态的组装和去组装过的组装和去组装过程中，并通过这种方式实程中，并通过这种方式实现其功能现其功能（三）影响微丝组装的特异性药物（三）影响微丝组装的特异性药物 细胞松弛素（细胞松弛素（cytochalasin）与微丝结合后将
17、微丝切断，并结合在微丝末端阻抑肌动蛋白在该部位的聚合，但对微丝解聚没有明显影响 破坏微丝网络结构，并阻止细胞的运动 鬼笔环肽（鬼笔环肽（phalloidin）与微丝表面有强亲和力，不与肌动蛋白单体结合 阻止微丝的解聚，使其保持稳定状态二、微丝的生物学功能二、微丝的生物学功能3 3.细胞运动细胞运动4 4.参与细胞分裂参与细胞分裂2 2.维持细胞形态维持细胞形态1 1.肌肉收缩肌肉收缩1 1 肌肉收缩肌肉收缩 肌肉细胞利用肌动蛋白和肌球蛋白产肌肉细胞利用肌动蛋白和肌球蛋白产生有力的单向运动。生有力的单向运动。肌肉可以看作是一种特定的富含细胞肌肉可以看作是一种特定的富含细胞骨架的高效能量转换装置。
18、骨架的高效能量转换装置。化学能转变为机械能化学能转变为机械能p203肌球蛋白肌球蛋白(myosin)目前已知的目前已知的唯一唯一沿肌动蛋白进行运动的马达蛋白沿肌动蛋白进行运动的马达蛋白 为细胞内组分的运动提供为细胞内组分的运动提供动力，使它们能够沿着肌动蛋动力，使它们能够沿着肌动蛋白纤维和微管朝向两极运动。白纤维和微管朝向两极运动。目前已鉴定的马达蛋白多目前已鉴定的马达蛋白多达数十种。根据其结合的达数十种。根据其结合的骨架骨架纤维纤维以及以及运动方向和携带的转运动方向和携带的转运物运物不同而分为不同类型。不同而分为不同类型。马达蛋白 Motor proteinsp201肌球蛋白：依赖于微丝的分
19、子马达肌球蛋白：依赖于微丝的分子马达 马达蛋白马达蛋白(motor protein)可以分为3 类 沿微丝运动的肌球蛋白（肌球蛋白（myosin）沿微管运动的驱动蛋白（驱动蛋白（kinesin）沿微管运动的动力蛋白（动力蛋白（dynein）能量转换：能量转换：利用水解ATP 所提供能量有规则地沿微管或微丝等细胞骨架纤维运动粗肌丝粗肌丝肌球蛋白肌球蛋白(myosin)形态：由轻链和重链组成。形态：由轻链和重链组成。豆芽状：两个椭圆形的头部，一根长杆状的尾豆芽状：两个椭圆形的头部，一根长杆状的尾头部：头部：ATP酶活性酶活性位点位点,actin结合位点结合位点；尾部：由两条重链相互盘绕形成一个双股
20、尾部：由两条重链相互盘绕形成一个双股 螺旋螺旋肌球蛋白的结构肌球蛋白的结构 3 个功能结构域 马达结构域：马达结构域：负责将ATP 水解所释放的化学能转变成机械能 调控结构域：调控结构域：轻链的结合部位，发挥杠杆作用 尾部结构域：尾部结构域：选择性与所运输的“货物”结合肌动蛋白（肌动蛋白（actin）提供动力提供动力原肌球蛋白（原肌球蛋白（tropomyosin）肌钙蛋白（肌钙蛋白（troponin）细肌丝细肌丝调控调控肌肉的组成肌肉的组成 由肌原纤维组成，肌原纤维的由肌原纤维组成，肌原纤维的粗肌丝粗肌丝主要成分是主要成分是肌球蛋白肌球蛋白，细肌丝细肌丝主要成分是主要成分是肌动蛋白肌动蛋白、原
21、肌球原肌球蛋白和肌钙蛋白。蛋白和肌钙蛋白。肌肉收缩的基本单位是肌肉收缩的基本单位是肌小节（肌小节（sarcomere）。）。肌小节是相邻两肌小节是相邻两Z线间的单位。主要结构有：线间的单位。主要结构有：肌动蛋白（肌动蛋白（actin）提供动力提供动力原肌球蛋白（原肌球蛋白（tropomyosin）肌钙蛋白（肌钙蛋白（troponin）细肌丝细肌丝调控调控肌纤维肌纤维TEM照片照片 A带（暗带）带（暗带）：为粗肌丝所在。为粗肌丝所在。H区区：A带中央带中央色浅部份，此色浅部份，此处只有粗肌丝。处只有粗肌丝。I带（明带）带（明带）：只含细肌丝部只含细肌丝部分。分。Z线线：细肌丝一：细肌丝一端游离，
22、一端端游离，一端附于附于Z线线。Sarcomere肌小节模式图肌小节模式图 肌肉收缩肌肉收缩(muscle contraction)肌肉可看作一种特别富含细胞骨架的效力非常高的肌肉可看作一种特别富含细胞骨架的效力非常高的能量转换器，它直接将化学能转变为机械能。能量转换器，它直接将化学能转变为机械能。肌细胞在进化的过程中形成了一种高度特化的肌细胞在进化的过程中形成了一种高度特化的的功能的功能:肌收缩肌收缩(muscle contraction)。在肌细。在肌细胞中胞中,肌动蛋白和肌球蛋白联合形成一种复合物肌动蛋白和肌球蛋白联合形成一种复合物:称为肌动球蛋白称为肌动球蛋白(actomyosin),
23、一种高度有序的一种高度有序的结构结构,并能高效地工作。并能高效地工作。肌球蛋白肌球蛋白(myosin)肌动蛋白纤维的分子发动机肌动蛋白纤维的分子发动机 肌球蛋白是一种分子发动机（属于马达蛋白）肌球蛋白是一种分子发动机（属于马达蛋白），肌，肌动蛋白纤维是肌球蛋白运行的轨道。肌球蛋白也是动蛋白纤维是肌球蛋白运行的轨道。肌球蛋白也是ATPase,通过通过ATP的水解导致构型的变化从而在肌的水解导致构型的变化从而在肌动蛋白丝上移动。动蛋白丝上移动。肌球蛋白的类型肌球蛋白的类型 最早发现于肌肉组织最早发现于肌肉组织(myosin II)，目前已知的有，目前已知的有 15 种类型（种类型（myosin I
24、-XV）。已鉴定了三种主要类型）。已鉴定了三种主要类型肌球蛋白肌球蛋白:肌球蛋白肌球蛋白、肌球蛋白、肌球蛋白和肌球蛋白和肌球蛋白。Myosin:The actin motor porteinATPaseBinding sitesMyosin II-DimerMainly in muscle cellsThick filamemts三三种种类类型型的的肌肌球球蛋蛋白白的的结结构构比比较较 肌球蛋白的功能肌球蛋白的功能（a）运输小泡；运输小泡；(b)运输微丝。运输微丝。原肌球蛋白原肌球蛋白(tropomyosin,Tm)原肌球蛋白是细肌丝中肌动蛋白的结合蛋白，由两原肌球蛋白是细肌丝中肌动蛋白的结合
25、蛋白，由两条平行的多肽链组成条平行的多肽链组成螺旋构型，每条原肌球蛋白螺旋构型，每条原肌球蛋白首尾相接形成一条连续的链同肌动蛋白细肌丝结合首尾相接形成一条连续的链同肌动蛋白细肌丝结合,正好位于双螺旋的沟中。每一条原肌球蛋白有正好位于双螺旋的沟中。每一条原肌球蛋白有7个个肌动蛋白结合位点肌动蛋白结合位点，因此，因此Tm同肌动蛋白细肌丝中同肌动蛋白细肌丝中7个个肌动蛋白亚基结合。主要作用是肌动蛋白亚基结合。主要作用是加强和稳定肌动加强和稳定肌动蛋白丝，抑制肌动蛋白与肌球蛋白结合蛋白丝，抑制肌动蛋白与肌球蛋白结合。肌钙蛋白肌钙蛋白(troponin.Tn)肌钙蛋白分子量肌钙蛋白分子量 80KD，由，
26、由3个多肽。个多肽。Tn-T是一种是一种长形的纤维状分子长形的纤维状分子,Tn-I和和Tn-C都是球形分子。都是球形分子。肌钙蛋白肌钙蛋白 C 特异地与钙结合，特异地与钙结合，肌钙蛋白肌钙蛋白 T与原肌与原肌球蛋白有高度亲和力，球蛋白有高度亲和力，肌钙蛋白肌钙蛋白 I抑制肌球蛋白的抑制肌球蛋白的 ATP酶活性，酶活性，原肌球蛋白及其结合蛋白原肌球蛋白及其结合蛋白 a)原肌球蛋白的螺旋结构原肌球蛋白的螺旋结构;(b)原肌球蛋白的序列特征原肌球蛋白的序列特征,C是保守区是保守区,V是可变区是可变区,不同不同来源的原肌球蛋白的来源的原肌球蛋白的V区序列可能不同区序列可能不同;非肌细胞中的原肌球蛋白的
27、长度要短些非肌细胞中的原肌球蛋白的长度要短些,但但保守区的组成相同保守区的组成相同;(c)原肌球蛋白、肌钙蛋白和肌动蛋白的结合关系。原肌球蛋白、肌钙蛋白和肌动蛋白的结合关系。（四）（四）骨骼肌的收缩机理骨骼肌的收缩机理 滑行学说的提出：根据骨骼肌的微细结构的形滑行学说的提出：根据骨骼肌的微细结构的形态特点以及它们在肌肉收缩时的改变，态特点以及它们在肌肉收缩时的改变，Huxley 等在等在50年代初就提出了用肌小节中粗、细肌丝年代初就提出了用肌小节中粗、细肌丝的相互滑行来说明肌肉收缩的机制，被称为的相互滑行来说明肌肉收缩的机制，被称为滑滑行学说（行学说（sliding theroy)。肌收缩时肌
28、节的收缩肌收缩时肌节的收缩(a)肌收缩时肌节长度变化及肌节结构差异示意图。在肌收缩时肌收缩时肌节长度变化及肌节结构差异示意图。在肌收缩时,肌球蛋白的肌球蛋白的交联桥交联桥(cross-bridge)与周围的细肌丝接触与周围的细肌丝接触,细肌丝被推动滑向肌节的中心。细肌丝被推动滑向肌节的中心。(b)肌收缩时的电子显微镜照片。肌收缩时的电子显微镜照片。（四）肌肉的收缩（四）肌肉的收缩 肌球蛋白结合肌球蛋白结合ATP，引起头部与肌动蛋，引起头部与肌动蛋白纤维分离；白纤维分离；ATP水解，引起头水解，引起头部与肌动蛋白弱结合部与肌动蛋白弱结合；Myosin movement(continued)Pi释
29、放，头部与肌动释放，头部与肌动蛋白强结合，头部向蛋白强结合，头部向M线方向弯曲（微丝的线方向弯曲（微丝的负极），引起细肌丝负极），引起细肌丝向向M线移动；线移动；ADP释放，释放，ATP结结合上去，头部与肌动合上去，头部与肌动蛋白纤维分离。蛋白纤维分离。如此循环如此循环 由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程1.1.动作电位的产生动作电位的产生 2.2.CaCa2+2+的释放的释放3.3.原肌球蛋白位移原肌球蛋白位移 4.4.细肌丝（肌动蛋白丝）与（粗肌丝）肌细肌丝（肌动蛋白丝）与（粗肌丝）肌球蛋白丝的相对滑动球蛋白丝的相对滑动 5.5.CaCa2+2+的回收的回收
30、P205微丝The coupling of ATP hydrolysis to movement of myosin along an actin filament.肌肉收缩的滑动模型肌肉收缩的滑动模型P205 图10-182 2 维持细胞形态维持细胞形态细胞皮层细胞皮层（cell cortex）细胞膜下由细胞膜下由微丝微丝和各种和各种微丝结合蛋白微丝结合蛋白交错排列交错排列组成的网状结构。具有很组成的网状结构。具有很高的动态性，为细胞膜提供强度和韧度，维持细高的动态性，为细胞膜提供强度和韧度，维持细胞的形态。胞的形态。p199细胞内大部分微丝都细胞内大部分微丝都集中在紧贴细胞质膜集中在紧贴细
31、胞质膜的细胞质区域，并由的细胞质区域，并由微丝交联蛋白交联成微丝交联蛋白交联成凝胶态三维网络结构，凝胶态三维网络结构，该区域通常称为细胞该区域通常称为细胞皮层皮层.皮层内密布的微丝网皮层内密布的微丝网络可以为细胞质膜提络可以为细胞质膜提供强度和韧性，有助供强度和韧性，有助于维持细胞形状，细于维持细胞形状，细胞的多种运动，如胞胞的多种运动，如胞质环流、阿米巴运动、质环流、阿米巴运动、变皱膜运动变皱膜运动、吞噬、吞噬（以及膜蛋白的定位（以及膜蛋白的定位等。等。应力纤维应力纤维(Stress fiber)体外培养的细胞在基质表面铺展时，常在细胞质膜的特体外培养的细胞在基质表面铺展时，常在细胞质膜的特
32、定区域与基质之间形成紧密黏附的黏着斑。在紧贴黏着斑定区域与基质之间形成紧密黏附的黏着斑。在紧贴黏着斑的细胞质膜内侧有大量成束状排列的微丝，这种微丝束称的细胞质膜内侧有大量成束状排列的微丝，这种微丝束称为应力纤维（为应力纤维（stress fiberstress fiber）；应力纤维通过黏着斑与细）；应力纤维通过黏着斑与细胞外基质相连，可能在细胞形态发生、细胞分化和组织建胞外基质相连，可能在细胞形态发生、细胞分化和组织建成等方面发挥作用。成等方面发挥作用。p199Actin stress fibers(red)terminate in focal adhesions(green).Nuclei
33、 are in bluehttp:/jcb.rupress.org/content/196/1/4微绒毛微绒毛在小肠上皮细胞的游离面存在大量的微绒毛在小肠上皮细胞的游离面存在大量的微绒毛(microvilli)，其轴心是一束平行，其轴心是一束平行排列的微丝，微丝束正极指向微绒毛的顶端，其下端终止于端网结构排列的微丝，微丝束正极指向微绒毛的顶端，其下端终止于端网结构.微丝束对微绒毛的形态起支撑作用。由于微丝束内不含肌球蛋白、原肌球微丝束对微绒毛的形态起支撑作用。由于微丝束内不含肌球蛋白、原肌球蛋白和蛋白和-辅肌动蛋白，因而该微丝束无收缩功能。辅肌动蛋白，因而该微丝束无收缩功能。变形运动变形运动
34、(amoiboid motion)细胞迁移细胞迁移(migration)细胞的吞噬运动细胞的吞噬运动 (phagocytosis)精子与卵子细胞融合时的顶体运动精子与卵子细胞融合时的顶体运动血小板的变形运动血小板的变形运动细胞膜收缩环运动（参与细胞质分裂）细胞膜收缩环运动（参与细胞质分裂）肌肉细胞的收缩肌肉细胞的收缩3 3 参与细胞运动参与细胞运动Cell crawlingFigure 16-91 Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)l细胞运动过程中细胞运动过程中力产生机制力产生机制微丝装配将质膜微丝装配将质膜向前推进向前推进
35、肌球蛋白肌球蛋白Myosin和 肌 动 蛋 白和 肌 动 蛋 白Actin 相互作用相互作用培养的动物细胞移动培养的动物细胞移动可以分为三个过程可以分为三个过程 首先是细胞前缘的扩首先是细胞前缘的扩展，这一步是由肌动展，这一步是由肌动蛋白的聚合作用引起蛋白的聚合作用引起的的;第二是扩展的前缘通第二是扩展的前缘通过粘着斑的形成附着过粘着斑的形成附着到基底；到基底；第三是通过胞质溶胶第三是通过胞质溶胶向前流动和细胞尾部向前流动和细胞尾部的收缩将细胞向前推的收缩将细胞向前推进，在细胞质收缩过进，在细胞质收缩过程中，肌动蛋白纤维程中，肌动蛋白纤维切割蛋白可能起了重切割蛋白可能起了重要作用。要作用。由大
36、量反向平行平行排列的微丝组成 动力来源于肌球蛋白肌球蛋白所介导的极性相反微丝间的滑动滑动http:/ 4 参与细胞分裂参与细胞分裂（胞质分裂环（胞质分裂环 p200p200）微管及其功能微管及其功能微丝与细胞运动微丝与细胞运动微管及其功能微管及其功能中间纤维中间纤维细胞骨架与疾病细胞骨架与疾病第二节第二节 微管及其功能微管及其功能Microtubules reorganize during the cell cycle Photo courtesy of Lynne Cassimeris,Lehigh University.微管：微管：microtubule，MTl 由微管蛋白由微管蛋白（tu
37、bulin）装配而成装配而成l 呈中空的管状，在不同的细胞中具有相同的形呈中空的管状，在不同的细胞中具有相同的形 态，呈网状或束状分布态，呈网状或束状分布l 能与其它蛋白共同组装成纺锤体、鞭毛和纤毛、能与其它蛋白共同组装成纺锤体、鞭毛和纤毛、中心粒等结构中心粒等结构l 是一种动态的结构，具有组装和去组装的功能是一种动态的结构，具有组装和去组装的功能一、微管的结构组成与极性一、微管的结构组成与极性 基本结构单位：-微管蛋白二聚体微管蛋白二聚体-微管蛋白微管蛋白 p207 GTP 结合位点 不可交换位点：-微管蛋白 可交换位点：-微管蛋白 二价阳离子结合位点 秋水仙素结合位点 长春花碱结合位点可见
38、可见亚基也是一种亚基也是一种 G 蛋白。蛋白。微管的组装与极性微管的组装与极性 13 根原纤丝；极性根原纤丝；极性图图10-20细胞内微管的细胞内微管的3 种类型种类型 单管：单管：细胞质微管或纺锤体微管 二联管：二联管：纤毛或鞭毛中的轴丝微管 三联管：三联管：中心体或基体的微管不稳定：单管。管壁由不稳定：单管。管壁由13条原纤维包围而成，长条原纤维包围而成，长 短不一。微管外径为短不一。微管外径为25nm，内径为，内径为 15nm。稳定：二、三联管。见于特化的细胞结构，如鞭稳定：二、三联管。见于特化的细胞结构，如鞭 毛、纤毛、中心粒、基体等。毛、纤毛、中心粒、基体等。123456789101
39、11213单管单管 AB二联管二联管 ABC三联管三联管13根原纤维 23根原纤维 33根原纤维 微管结合蛋白微管结合蛋白(Microtubule associated proteins,MAPs)定义定义：一类可与微管结合并与微管蛋白共同：一类可与微管结合并与微管蛋白共同组成微管系统的蛋白。组成微管系统的蛋白。主要功能主要功能：调节微管的稳定性，影响微管的：调节微管的稳定性，影响微管的结构和功能。结构和功能。二、微管的组装和去组装二、微管的组装和去组装http:/www.plantcell.org/cgi/content-nw/full/16/10/2546/FIG1（一）微管的体外组装与踏
40、车行为（一）微管的体外组装与踏车行为 微管的组装与携带GTP 的/-微管蛋白二聚体的浓度有关Microtubule exhibits polarity 和和b b微管蛋白微管蛋白GTP Mg2+适宜温度：适宜温度：3737 C C条件：条件：（一）微管的体外组装与踏车行为（一）微管的体外组装与踏车行为12345678910111213单管单管 AB二联管二联管b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b 微管蛋白微管蛋白b b微管蛋白微管蛋白异二聚体异二聚体聚合聚合首尾相连首尾相连原纤维原纤维 ABC三联管三联管微管微管（13）1234567891011121
41、3微管横断面微管横断面b b b b 1 1、指微管装配生长与快速去装配的一个交替变换的现象、指微管装配生长与快速去装配的一个交替变换的现象2 2、动力学不稳定性产生的原因：微管两端具、动力学不稳定性产生的原因：微管两端具GTP帽帽 (取取决于微管蛋白浓度决于微管蛋白浓度)，微管将继续组装，反之，无，微管将继续组装，反之，无GTP帽则解聚。帽则解聚。微管的动力学不稳定性微管的动力学不稳定性微管延长微管延长:微管蛋白的浓度微管蛋白的浓度 临界浓度临界浓度 微管缩短微管缩短:微管蛋白的浓度微管蛋白的浓度 临界浓度临界浓度微管的体内组装微管的体内组装2.2.有结合蛋白参与有结合蛋白参与3.3.具有动
42、态不稳定性，并与细胞功能相适应具有动态不稳定性，并与细胞功能相适应1.1.没有成核期，快速装配。有微管组织中心没有成核期，快速装配。有微管组织中心4.4.特异性药物特异性药物紫杉醇紫杉醇 阻止微管蛋白的解离阻止微管蛋白的解离秋水仙素秋水仙素 阻止微管聚合阻止微管聚合长春碱长春碱 促进微管降解促进微管降解均可作为化疗药物使用均可作为化疗药物使用诺考达唑诺考达唑导致微管结构的解体导致微管结构的解体 用低浓度的秋水仙素处理细胞，可立即破坏细胞内的微管或用低浓度的秋水仙素处理细胞，可立即破坏细胞内的微管或纺锤体的结构。秋水仙素可以与微管蛋白亚基结合，而当结纺锤体的结构。秋水仙素可以与微管蛋白亚基结合，
43、而当结合秋水仙素的微管蛋白亚基组装到微管末端后，其他的微管合秋水仙素的微管蛋白亚基组装到微管末端后，其他的微管蛋白亚基就很难再在该处进行组装，但秋水仙素在微管末端蛋白亚基就很难再在该处进行组装，但秋水仙素在微管末端的结合并不影响该微管的去组装，从而导致细胞内微管网络的结合并不影响该微管的去组装，从而导致细胞内微管网络的解体。的解体。紫杉醇的作用与秋水仙素相反，当紫杉醇与微管结合后紫杉醇的作用与秋水仙素相反，当紫杉醇与微管结合后可以阻止微管的去组装，但不影响微管末端的组装。结可以阻止微管的去组装，但不影响微管末端的组装。结果是微管不停地组装，而不会解聚，其结果同样使细胞果是微管不停地组装，而不会
44、解聚，其结果同样使细胞周期的运行被终止。周期的运行被终止。（二）作用于微管的特异性药物（二）作用于微管的特异性药物 三、微管组织中心（三、微管组织中心（MTOC）MTOC：活细胞内起始微管的成核作用，并使之延伸的结构中心体中心体(动态微管动态微管)间期细胞间期细胞MTOC 有丝分裂纺锤体极有丝分裂纺锤体极(动态微管动态微管)分裂细胞分裂细胞MTOC基体基体(永久性结构永久性结构)鞭毛、纤毛细胞鞭毛、纤毛细胞MTOC（一）中心体（一）中心体（一）中心体（一）中心体 中心体含有一对彼此垂直的桶状中心粒 无定形的中心粒外周物质；9组三联体微管 微管起源于中心粒外周物质区域（PCM，pericentr
45、iolar material）不直接参与微管蛋白的核化，具有召集不直接参与微管蛋白的核化，具有召集PCM的作用。的作用。（一）中心体（一）中心体（二）基体和其他微管组织中心（二）基体和其他微管组织中心 9 组三联体微管构成 具有自我复制的性质Nature Reviews Molecular Cell Biology 8,880-893(November 2007)位于鞭毛和纤毛根部的特殊结构位于鞭毛和纤毛根部的特殊结构微管从微管组织中心向外生长微管从微管组织中心向外生长 阴影部分是阴影部分是MTOCs.,包含一对中心粒和一个中心体。图中标出了包含一对中心粒和一个中心体。图中标出了生长中微管的正
46、端生长中微管的正端,靠近靠近MTOCs部分是微管的负端。部分是微管的负端。四、微管的动力学性质四、微管的动力学性质 微管的稳定性与其所结合的细胞结构组分以及细胞的生理状态相关 不同状态的微管其稳定性差异很大 在神经元分化过程中的作用http:/jcb.rupress.org/content/158/5.cover-expansion微管的动态不稳定性微管的动态不稳定性五、五、微管功能微管功能1 1、维持细胞形态、维持细胞形态2 2、参与细胞内物质的运输、参与细胞内物质的运输3 3、参与细胞器的运动、参与细胞器的运动 鞭毛鞭毛(flagella)和纤毛和纤毛(cilia)运动运动 纺锤体与染色体
47、运动纺锤体与染色体运动4 4、细胞器定位、细胞器定位 例如：体外培养的神经细胞，其轴突例如：体外培养的神经细胞，其轴突的伸长依赖于微管，用秋水仙素、低温等的伸长依赖于微管，用秋水仙素、低温等方法处理细胞，微管解聚，细胞变圆。方法处理细胞，微管解聚，细胞变圆。微管对维持细胞的形状是重要的。微管对维持细胞的形状是重要的。1 1、维持细胞形态、维持细胞形态 细胞中的小泡和蛋白质颗粒经过长距细胞中的小泡和蛋白质颗粒经过长距离运输到达特定区域。离运输到达特定区域。-神经元轴突运输神经元轴突运输-色素颗粒的运输色素颗粒的运输2 2、细胞内物质的运输、细胞内物质的运输马达蛋白 Motor proteins根
48、据其结合的根据其结合的骨架纤维骨架纤维以及以及运动方向和携带的转运物运动方向和携带的转运物不同而分为不同类型。不同而分为不同类型。1.驱动蛋白驱动蛋白(kinesin)：通常朝通常朝微管微管的的正极正极方向运动方向运动 p2132.动力蛋白动力蛋白(dynein)：朝朝微管微管的的负极负极运动运动 p2163.肌球蛋白肌球蛋白(myosin)：唯一唯一沿沿微丝微丝运动的运动的 是细胞内一类以细胞骨架为轨道，利用是细胞内一类以细胞骨架为轨道，利用ATPATP供能，产生供能，产生推动力，进行细胞内的物质运输或细胞运动的蛋白质推动力，进行细胞内的物质运输或细胞运动的蛋白质分子。分子。驱动蛋白的分子结
49、构及其功能驱动蛋白的分子结构及其功能 2 条重链：条重链：具有马达结构域 2 条轻链：条轻链：与重链尾部结合、具有货物结合功能驱动蛋白沿微管运动的分子机制驱动蛋白沿微管运动的分子机制 驱动蛋白的运动主要涉及发生在两个马达结构域上ATP 的结合、水解和ADP 释放以及与自身构象变化相偶联等机械化学循环过程细胞质动力蛋白及其功能细胞质动力蛋白及其功能 动力蛋白超家族 细胞质动力蛋白细胞质动力蛋白 轴丝动力蛋白轴丝动力蛋白 重链含ATP 结合部位和微管结合部位细胞质动力蛋白沿细胞质微管转运货物，由一个相对分子质量接近细胞质动力蛋白沿细胞质微管转运货物，由一个相对分子质量接近1.5106 的巨大的巨大
50、蛋白复合物组成，含多个多肽亚单位蛋白复合物组成，含多个多肽亚单位,两条具有两条具有ATP 酶活性的使其沿微管移动的重链、酶活性的使其沿微管移动的重链、两条中间链两条中间链、四条中间轻链和一些轻链、四条中间轻链和一些轻链。细胞质动力蛋白与被称为动力蛋白激活蛋白（细胞质动力蛋白与被称为动力蛋白激活蛋白（dynactin）的蛋白复合物密切相关。）的蛋白复合物密切相关。动力蛋白激活蛋白调节动力蛋白活性和动力蛋白与其动力蛋白激活蛋白调节动力蛋白活性和动力蛋白与其“货物货物”的结合能力的结合能力神经元的轴突运输神经元的轴突运输Dyneins,kinesins微管微管色素颗粒的运输色素颗粒的运输许多两栖类的
