微管和中間纖維。

1、第九章 細胞骨架(Cytoskeleton),,第一節(jié) 細胞骨架的概述,◆細胞骨架概念 細胞骨架是指存在于真核細胞的細胞質(zhì)中的蛋白纖維網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系◆有狹義和廣義兩種涵義 ?在細胞質(zhì)基質(zhì)中包括微絲、微管和中間纖維。?在細胞核中存在核骨架-核纖層體系。核骨架、核纖層與中間纖維在結(jié)構(gòu)上相互連接,貫穿于 細胞核和細胞質(zhì)的網(wǎng)架體系。,細胞骨架,,狹義:,廣義,,,細胞質(zhì)骨架,微 絲微 管中間纖維,細胞核骨

2、架細胞質(zhì)骨架細胞膜骨架細胞外基質(zhì),,微絲：確定細胞表面的特征，并使細胞完成運動和收縮；微管:確定膜性細胞器的位置和作為膜內(nèi)物質(zhì)運輸?shù)摹案咚俟贰本W(wǎng)絡(luò)；中間纖維：賦予細胞張力和抗剪切力,◆細胞骨架主要功能的概述,?作為動態(tài)的支架，提供結(jié)構(gòu)支撐以決定細胞形狀和抵抗細胞變形。?作為在細胞內(nèi)定位各種細胞器的內(nèi)部框架。?作為高速公路網(wǎng)指導物質(zhì)與細胞器在細胞內(nèi)的運動。?作為產(chǎn)生力的裝置，將細胞從一個地方移至到另一個地方,細胞的運動功

3、能的實現(xiàn)都與細胞骨架有關(guān)。?作為錨定mRNA并促進其翻譯成多肽的位點。?作為細胞分裂的必要組分,細胞骨架成分組成的細胞器負責牽引染色體的分離，并將親代細胞分成兩個子代細胞 。,二、細胞骨架的遺傳學方法研究采用突變的方式來研究細胞骨架蛋白的功能。（一）過量表達顯性失活突變蛋白顯性失活的基因轉(zhuǎn)染→篩選陽性克隆→使突變蛋白過量表達→突變蛋白與正常蛋白（表達量低）競爭→細胞表現(xiàn)出突變蛋白的表型→確定目的蛋白的功能例：顯性失活的驅(qū)動蛋

4、白Ⅱ（kinesin Ⅱ）即使在激素刺激下，也是非洲爪蟾不能分泌色素顆粒，說明驅(qū)動蛋白Ⅱ負責色素顆粒的運輸和分泌。,（二）實驗動物的基因敲除基因敲除技術(shù)：使動物缺乏特定的基因，研究特定基因敲除后的效應(yīng)。有些基因敲除后小鼠可能出現(xiàn)高度特異性的缺陷，說明敲除的基因在缺陷涉及的活動中具有重要的作用。例：敲除細胞質(zhì)中動力蛋白(dynein)的小鼠在出生后8天死亡，研究其胚胎細胞發(fā)現(xiàn)高爾基體發(fā)生斷裂，分散在細胞質(zhì)中，說明動力蛋白是高爾基體在細

5、胞內(nèi)正確定位的必需分子。,第二節(jié) 微絲,又稱肌動蛋白纖維(actin filament), 是指真核細胞中由肌動蛋白(actin)組成、直徑為7nm的骨架纖維,成 分,●肌動蛋白(actin) 是微絲的主要結(jié)構(gòu)成分,外觀呈啞鈴狀, 這種actin又叫G-actin，將G-actin形成的微絲又稱為F-actin。存在于所有真核細胞中,在真核細胞進化過程中高度保守。在細胞內(nèi)與幾乎所有形式的運動相關(guān)。,一、微絲(mic

6、rofilament, MF),又稱肌動蛋白纖維(actin filament), 是指真核細胞中由肌動蛋白(actin)組成、直徑為7nm的骨架纖維?！癯煞帧裱b配●微絲結(jié)合蛋白●微絲特異性藥物●微絲功能●肌肉收縮(muscle contraction),一、微絲的分子結(jié)構(gòu),成分：肌動蛋白(actin) 是微絲的主要結(jié)構(gòu)成分,外觀呈啞鈴狀, 這種actin又叫球形肌動蛋白（G-actin），將G-actin

7、形成的多聚體稱為纖維形肌動蛋白（F-actin）。存在于所有真核細胞中,在真核細胞進化過程中高度保守.,裝 配,◆ATP-肌動蛋白對微絲纖維末端親和力高，ADP-肌動蛋白對纖維末端親和力低，容易脫落◆ MF是由G-actin單體形成的多聚體，肌動蛋白單體具有極性, 裝配時呈頭尾相接, 故微絲具有極性，既正極與負極之別?！?體外實驗表明，MF正極與負極都能生長，生長快的一端為正極，慢的一端為負極；去裝配時，負極比正極快。由于G-a

8、ctin在正極端裝配，負極去裝配，從而表現(xiàn)為踏車行為。,◆ 兩條F-肌動蛋白鏈螺旋盤繞形成微絲（或1條形成的螺旋鏈） ◆ 微絲有些是永久性的結(jié)構(gòu)（如肌原纖維、微絨毛等）,有些是暫時性的結(jié)構(gòu)，處于動態(tài)的裝配和解聚過程中。 ◆體內(nèi)肌動蛋白的裝配在兩水平受到結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié):1、ATP-肌動蛋白單體的濃度；2、微絲連接成束或成網(wǎng)的程度。,,微絲特異性藥物,◆細胞松弛素(cytochalasins)：可以切斷微絲,并結(jié)合在微絲

9、正極阻抑肌動蛋白聚合,因而導致微絲解聚?！艄砉P環(huán)肽(philloidin)：與微絲側(cè)面結(jié)合,防止MF解聚。只與F肌動蛋白結(jié)合，不與G肌動蛋白結(jié)合。使微絲纖維穩(wěn)定而抑制其功能◆影響微絲裝配動態(tài)性的藥物對細胞都有毒害，說明微絲功能的發(fā)揮依賴于微絲與肌動蛋白單體庫間的動態(tài)平衡。這種動態(tài)平衡受actin單體濃度和微絲結(jié)合蛋白的影響。,二、微絲結(jié)合蛋白,微絲系統(tǒng)=肌動蛋白纖維+微絲結(jié)合蛋白。 肌動蛋白纖維的組織和行為需要與微絲結(jié)合的

10、其他蛋白的相互作用，這些蛋白可協(xié)助完成肌動蛋白纖維的裝配和解聚，影響肌動蛋白纖維的相互作用、物理性質(zhì)以及與其他細胞器的連接功能等。 整個骨架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能在很大程度上受到不同的細胞骨架結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié)。,,（一）成核蛋白成核現(xiàn)象是纖維裝配的第一步，也是最慢的一步。首先2-3個肌動蛋白單體裝配成多聚體核心，然后其他單體陸續(xù)添加到核心上，形成肌動蛋白纖維。肌動蛋白相關(guān)蛋白復合體分子由Arp2、Arp3和5種其他蛋白構(gòu)成，與肌動蛋

11、白在結(jié)構(gòu)上具有同源性。該類分子在體內(nèi)外都可以促進肌動蛋白的成核。,(二）單體隱蔽蛋白細胞中約有50%的肌動蛋白為可溶性肌動蛋白，大大高于肌動蛋白組裝所需的臨界濃度。但是這些蛋白與其它蛋白結(jié)合，構(gòu)成一個隱蔽的蛋白庫。只有當細胞需要組裝纖維的時候這些可溶性肌動蛋白才被釋放出來。如：thymosin與actin結(jié)合可阻止其向纖維添加，抑制其水解或交換結(jié)合的核苷酸。胸腺肽與肌動蛋白結(jié)合可阻止其向纖維上裝配，與G肌動蛋白結(jié)合并維持其單體穩(wěn)定，蛋

12、白濃度或活性變化可以調(diào)整單體-聚合物間的平衡，決定裝配或解聚。,（三）封端蛋白作用是調(diào)節(jié)肌動蛋白纖維的長度，結(jié)合在（+）或（-）極形成“帽子”，阻止其它單體添加。如骨骼肌細肌絲的（-）端被tropomodulin封閉，（+）端被CapZ封閉。,（四）單體聚合蛋白G-肌動蛋白結(jié)合蛋白結(jié)合在機動蛋白ATP結(jié)合位點的另一側(cè)，能與胸腺肽競爭結(jié)合肌動蛋白，G-肌動蛋白結(jié)合蛋白可將所結(jié)合的單體組裝到微絲纖維的（+）端。細胞運動時，G-肌動蛋白結(jié)

13、合蛋白可促進肌動蛋白的裝配。,（五）微絲解聚蛋白如cofilin可結(jié)合在纖維的（-）極，使微絲去組裝。這種蛋白在微管快速組裝和去組裝的結(jié)構(gòu)中具有重要的作用，涉及細胞的移動、內(nèi)吞和胞質(zhì)分裂 （六）交聯(lián)蛋白每一種蛋白含有2至多個微絲結(jié)合部位，因此可以將2至多條纖維聯(lián)系在一起形成纖維束或網(wǎng)絡(luò)。分為成束蛋白和成膠蛋白兩類，成束蛋白如：絲束蛋白（fimbrin）、絨毛蛋白（villin）和α-輔肌動蛋白（α-actinin），可以將肌動蛋白

14、纖絲交聯(lián)成平行排列成束的結(jié)構(gòu)。成膠蛋白，如細絲蛋白（filamin）促使形成肌動蛋白微絲網(wǎng),（七）纖維切割蛋白此類蛋白能結(jié)合在微絲中部，將微絲切斷。如溶膠蛋白（gelsolin）。（八）膜結(jié)合蛋白非肌肉細胞的收縮部位主要位于質(zhì)膜下面，膜結(jié)合蛋白包括黏著斑蛋白，ERM家族等。黏著斑蛋白可將肌動蛋白纖維連接到膜上，參與構(gòu)成黏著帶。,三、肌肉收縮系統(tǒng),肌肉,肌原纖維,粗肌絲,細肌絲,肌球蛋白,肌動蛋白,原肌球蛋白,肌鈣蛋白,,,,,肌肉

15、收縮系統(tǒng)中的有關(guān)蛋白,①肌球蛋白(myosin) 頭部具ATP酶活力,沿微絲從負極到正極進行運動。主要分布于肌細胞，有兩個球形頭部結(jié)構(gòu)域(具有ATPase活性)和尾部鏈,多個Myosin尾部相互纏繞，形成myosin filament,即粗肌絲。Myosin II是構(gòu)成肌纖維的主要成分之一。由兩個重鏈和4個輕鏈組成，重鏈形成一個雙股α螺旋，一半呈桿狀，另一半與輕鏈一起折疊成兩個球形區(qū)域，位于分子一端，球形的頭部具有ATP酶活性(圖9-

16、9)。Myosin V結(jié)構(gòu)類是于myosin II，但重鏈有球形尾部。Myosin I 由一個重鏈和兩個輕鏈組成。Myosin I、II、V都存在于非肌細胞中，II型參與形成應(yīng)力纖維和胞質(zhì)收縮環(huán)，I、V型結(jié)合在膜上與膜泡運輸有關(guān)，神經(jīng)細胞富含myosin V 。,,,②原肌球蛋白(tropomyosin, Tm)原肌球蛋白（tropomyosin.Tm）分子量64KD，是由兩條平行的多肽鏈扭成螺旋，每個Tm的長度相當于7個肌動蛋

17、白，呈長桿狀。原肌球蛋白與肌動蛋白結(jié)合，位于肌動蛋白雙螺旋的溝中，主要作用是加強和穩(wěn)定肌動蛋白絲，抑制肌動蛋白與肌球蛋白結(jié)合,,,③肌鈣蛋白 (Troponin, Tn)為復合物，分子量80KD，包括三個亞基：TnC(Ca2+敏感性蛋白) 能特異與Ca2+結(jié)合; TnT(與原肌球蛋白結(jié)合); TnI(抑制肌球蛋白ATPase活性)，細肌絲中每隔40nm就有一個肌鈣蛋白復合體,四、肌肉收縮,肌細胞上的動作電位引起肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+電位門通道開

18、啟，肌漿中Ca2+濃度升高，肌鈣蛋白與Ca2+結(jié)合，引發(fā)原肌球蛋白構(gòu)象改變，暴露出肌動蛋白與肌球蛋白的結(jié)合位點。肌動蛋白通過結(jié)合與水解ATP、不斷發(fā)生周期性的構(gòu)象改變、引起粗肌絲和細肌絲的相對滑動。,肌動蛋白的工作原理可概括如下：①肌球蛋白結(jié)合ATP，引起頭部與肌動蛋白纖維分離；②ATP水解，引起頭部與肌動蛋白弱結(jié)合；③Pi釋放，頭部與肌動蛋白強結(jié)合，頭部向M線方向彎曲（微絲的負極），引起細肌絲向M線移動；④ADP釋放ATP結(jié)合

19、上去，頭部與肌動蛋白纖維分離。如此循環(huán),四、微絲的功能,1．形成應(yīng)力纖維（stress fiber）：非肌細胞中的應(yīng)力纖維與肌原纖維有很多類似之處：都包含myosin II、原肌球蛋白、filamin和α-actinin。培養(yǎng)的成纖維細胞中具有豐富的應(yīng)力纖維，并通過粘著斑固定在基質(zhì)上。在體內(nèi)應(yīng)力纖維使細胞具有抗剪切力,培養(yǎng)的上皮細胞中的應(yīng)力纖維（微絲紅色、微管綠色 ),,應(yīng)力纖維結(jié)構(gòu)模型,2．形成微絨毛 ;3．細胞的變形運動：分為四

20、步：①：微絲纖維生長，使細胞表面突出，形成片足(lamellipodium)；②在片足與基質(zhì)接觸的位置形成粘著斑；③在myosin的作用下微絲纖維滑動，使細胞主體前移；④解除細胞后方的粘和點。如此不斷循環(huán)，細胞向前移動。阿米巴原蟲、白細胞、成纖維細胞都能以這種方式運動。,,細胞的變形運動,4．胞質(zhì)分裂：有絲分裂末期，兩個即將分離的子細胞內(nèi)產(chǎn)生收縮環(huán)，收縮環(huán)由平行排列的微絲和myosin II組成。隨著收縮環(huán)的收縮，兩個子細胞的胞

21、質(zhì)分離，在細胞松馳素存在的情況下，不能形成胞質(zhì)分裂環(huán)，因此形成雙核細胞。,5．頂體反應(yīng)：在精卵結(jié)合時，微絲使頂體突出穿入卵子的膠質(zhì)里，融合后受精卵細胞表面積增大，形成微絨毛，微絲參與形成微絨毛，有利于吸收營養(yǎng)。,6．其他功能：如細胞器運動、質(zhì)膜的流動性、胞質(zhì)環(huán)流均與微絲的活動有關(guān)，抑制微絲的藥物（細胞松弛素）可增強膜的流動、破壞胞質(zhì)環(huán)流。,第三節(jié) 微 管（Microtubules）,微管在胞質(zhì)中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，作為運輸路軌并起支撐作用。

22、微管是由微管蛋白組成的管狀結(jié)構(gòu)，對低溫、高壓和秋水仙素敏感。,一、微管的分子結(jié)構(gòu)微管是由13條原纖維（protofilament）構(gòu)成的中空管狀結(jié)構(gòu)，直徑22~25nm。每一條原纖維由微管蛋白二聚體線性排列而成。微管蛋白二聚體由結(jié)構(gòu)相似的α和β球蛋白構(gòu)成，兩種亞基均可結(jié)合GTP，α球蛋白結(jié)合的GTP從不發(fā)生水解或交換，是α球蛋白的固有組成部分，β球蛋白結(jié)合的GTP可發(fā)生水解，結(jié)合的GDP可交換為GTP，可見β亞基也是一種 G蛋白,,微

23、管纖維,,微管蛋白分子模型,微管具有極性，（+）極(plus end)生長速度快，（-）極(minus end)生長速度慢，也就是說微管蛋白在（+）極的添加速度高于-極。（+）極的最外端是β球蛋白，（-）極的最外端是α球蛋白。微管和微絲一樣具有踏車行為。,微管形成的有些結(jié)構(gòu)是比較穩(wěn)定的，是由于微管結(jié)合蛋白的作用和酶修飾的原因。如神經(jīng)細胞軸突、纖毛和鞭毛中的微管纖維。大多數(shù)微管纖維處于動態(tài)的組裝和去組裝狀態(tài)，這是實現(xiàn)其功能所必需的過程（如

24、紡錘體）。秋水仙素(colchicine)結(jié)合的微管蛋白可加合到微管上，但阻止其他微管蛋白單體繼續(xù)添加，從而破壞紡錘體結(jié)構(gòu)，長春花堿具有類似的功能。紫杉酚(taxol)，能促進微管的裝配, 并使已形成的微管穩(wěn)定。但這種穩(wěn)定性會破壞微管的正常功能。以上藥物均可以阻止細胞分裂，可用于癌癥的治療。,二、微管結(jié)合蛋白微管結(jié)合蛋白（microtubule associated proteins MAPs）分子至少包含一個結(jié)合微管的結(jié)構(gòu)域和一個向

25、外突出的結(jié)構(gòu)域。突出部位伸到微管外與其它細胞組分（如微管束、中間纖維、質(zhì)膜）結(jié)合（圖9-17）。MAP的主要功能是：①促進微管聚集成束；②增加微管穩(wěn)定性或強度；③促進微管組裝。包括I 型和II型兩大類， I 型對熱敏感，如MAP1a、 MAP1b，主要存在于神經(jīng)細胞 。II型熱穩(wěn)定性高，包括 MAP2a、b、c，MAP4和tau蛋白。其中 MAP2只存在于神經(jīng)細胞,，MAP2a的含量減少影響樹突的生長。,,MAP2,三、微管組織中心

26、微管組織中心（microtubule organizing center MTOCs）是微管進行組裝的區(qū)域，著絲粒、成膜體、中心體、基體均具有微管組織中心的功能。所有微管組織中心都具有γ微管球蛋白，這種球蛋白的含量很低，可聚合成環(huán)狀復合體，像模板一樣參與微管蛋白的核化，幫助α和β球蛋白聚合為微管纖維。中心體（centrosome）位于細胞的中心部位。由兩個相互垂直的中心粒（centriole）構(gòu)成，周圍是一些無定形或纖維形、高電子密度

27、的物質(zhì)，叫做外中心粒物質(zhì)（PCM，pericentriolar material）。中心粒直徑0.2mm，長0.4mm，由9組3聯(lián)微管構(gòu)成，不直接參與微管蛋白的核化，具有召集PCM的作用。,中心體結(jié)構(gòu)模型,中心粒電鏡照片,微管蛋白以環(huán)狀的γ球蛋白復合體為模板核化、先組裝出（-）極，然后開始生長，因此中心體周圍的微管（-）極指向中心體，（+）級遠離中心體。1972年R. Weisenberg證明提純的微管，在微酸性環(huán)境（PH=6.9），

28、適宜的溫度下，存在GTP、Mg2+和去除Ca2+的條件下能自發(fā)的組裝成微管。但這種微管只有11條原纖維，可能是因為沒有γ微管球蛋白構(gòu)成的模板。微管β球蛋白結(jié)合的GTP水解并不是微管組裝所必需的步驟，但是結(jié)合GTP的微管蛋白二聚體能加合到微管纖維上，在快速生長的纖維兩端微管球蛋白結(jié)合的GTP來不及水解，形成的“帽子”，使微管纖維較為穩(wěn)定。一旦暴露出結(jié)合GDP的亞單位微管，則開始去組裝。,四、微管的功能 1、支架作用細胞中的微管就像混

29、凝土中的鋼筋一樣，起支撐作用，在培養(yǎng)的細胞中，微管呈放射狀排列在核外，（+）端指向質(zhì)膜（圖9-20），形成平貼在培養(yǎng)皿上的形狀。在神經(jīng)細胞的軸突和樹突中，微管束沿長軸排列，起支撐作用，在胚胎發(fā)育階段為管幫助軸突生長，突入周圍組織，在成熟的軸突中，微管是物質(zhì)運輸?shù)穆奋墶?以細胞核為中心向外放射狀排列的微管纖維（紅色）,2、細胞內(nèi)運輸微管起細胞內(nèi)物質(zhì)運輸?shù)穆奋壸饔?，破壞微管會抑制細胞?nèi)的物質(zhì)運輸。與微管結(jié)合而起運輸作用的馬達蛋白有兩大類

30、：驅(qū)動蛋白kinesin，動力蛋白dynein，兩者均需ATP提供能量。,Kinesin發(fā)現(xiàn)于1985年，是由兩條輕鏈和兩條重鏈構(gòu)成的四聚體，外觀具有兩個球形的頭（具有ATP酶活性）、一個螺旋狀的桿和兩個扇子狀的尾。通過結(jié)合和水解ATP，導致頸部發(fā)生構(gòu)象改變，使兩個頭部交替與微管結(jié)合，從而沿微管“行走”，將“尾部”結(jié)合的“貨物”（運輸泡或細胞器）轉(zhuǎn)運到其它地方。據(jù)估計哺乳動物中類似于kinesin的蛋白（KLP, kinesin-lik

31、e protein or KRB, kinesin-related protein）超過50余種，大多數(shù)KLP能向著微管（+）極運輸小泡，也有些如Ncd蛋白（一種著絲點相關(guān)的蛋白）趨向微管的（-）極。,Kinesin,Dynein發(fā)現(xiàn)于1963年，因與鞭毛和纖毛的運動有關(guān)而得名。dynein分子量巨大（接近1.5Md），由兩條相同的重鏈和一些種類繁多的輕鏈以及結(jié)合蛋白構(gòu)成（鞭毛二聯(lián)微管外臂的動力蛋白具有三個重鏈）。其作用主要有以下幾個方

32、面：在細胞分裂中推動染色體的分離、驅(qū)動鞭毛的運動、向著微管（-）極運輸小泡。,Dynein,3、形成紡錘體    紡錘體是一種微管構(gòu)成的動態(tài)結(jié)構(gòu)，其作用是在分裂細胞中牽引染色體到達分裂極,4、纖毛與鞭毛的運動纖毛與鞭毛是相似的兩種細胞外長物，前者較短，約5~10um；后者較長，約150um，兩者直徑相似，均為0.15~0.3um。鞭毛和纖毛均由基體和鞭桿兩部分構(gòu)成，鞭毛中的微管為9+2結(jié)構(gòu)，即由9個二

33、聯(lián)微管和一對中央微管構(gòu)成，其中二聯(lián)微管由AB兩個管組成，A管由13條原纖維組成，B管由10條原纖維組成，兩者共用3條。A管對著相鄰的B管伸出兩條動力蛋白臂，并向鞭毛中央發(fā)出一條輻。基體的微管組成為9+0，并且二聯(lián)微管為三聯(lián)微管所取代，結(jié)構(gòu)類似于中心粒。纖毛和鞭毛的運動是依靠動力蛋白（dynein）水解ATP，使相鄰的二聯(lián)微管相互滑動。有一種男性不育癥是由于精子沒有活力造成的。這種病人同時還患有慢性支氣管炎，主要是因為是鞭毛和纖毛沒有動

34、力蛋白臂，不能排出侵入肺部的粒子。,,鞭毛的結(jié)構(gòu),,鞭毛軸絲結(jié)構(gòu),第四節(jié) 中間纖維,中間纖維（intermediate filaments，IF）直徑10nm左右，介于微絲和微管之間。與微管不同的是中間纖維是最穩(wěn)定的細胞骨架成分，它主要起支撐作用。中間纖維在細胞中圍繞著細胞核分布，成束成網(wǎng)，并擴展到細胞質(zhì)膜，與質(zhì)膜相連結(jié)。,一、中間纖維的類型IF是一類形態(tài)上非常相似，而化學組成上有明顯差異的蛋白質(zhì)，成分比微絲和微管都復雜，可根據(jù)組織

35、來源的免疫原性分為5類(圖9-25)：角蛋白（keratin）、結(jié)蛋白（desmin）、膠質(zhì)原纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein）、波形纖維蛋白（vimentin）、神經(jīng)纖絲蛋白(neurofilament protein)，此外細胞核中的核纖肽（lamin）也是一種中間纖維。中間纖維具有組織特異性，不同類型細胞含有不同IF蛋白質(zhì)。腫瘤細胞轉(zhuǎn)移后仍保留源細胞的IF，因此可用IF抗體來鑒定腫瘤的

36、來源。如乳腺癌和胃腸道癌，含有角蛋白，因此可斷定它來源于上皮組織。大多數(shù)細胞中含有一種中間纖維，但也有少數(shù)細胞含有2種以上，如骨骼肌細胞含有結(jié)蛋白和波形蛋白。,,幾種中間纖維的模式圖,（一）角蛋白分子量約40~70KD，出現(xiàn)在表皮細胞中，在人類上皮細胞中有20多種不同的角蛋白，分為α和β兩類。β角蛋白又稱胞質(zhì)角蛋白（cyto-keratin），分布于體表、體腔的上皮細胞中。α角蛋白為頭發(fā)、指甲等堅韌結(jié)構(gòu)所具有。根據(jù)組成氨基酸的不同，

37、亦可將角蛋白分為：酸性角蛋白（I型）和中性或堿性角蛋白（II型），角蛋白組裝時必須由I型和II型以1：1的比例混合組成異二聚體，才能進一步形成中間纖維。,,（二）結(jié)蛋白又稱骨骼蛋白skeletin，分子量約52KD，存在于肌肉細胞中，它的主要功能是使肌纖維連在一起。,（三）膠質(zhì)原纖維酸性蛋白又稱膠質(zhì)原纖維glial filament，分子量約50KD，存在于星形神經(jīng)膠質(zhì)細胞和周圍神經(jīng)的許旺細胞。它主要起支撐作用。,,（四）波形纖維蛋

38、白分子量約53KD，廣泛存在于間充質(zhì)細胞及中胚層來源的細胞中，波形蛋白一端與核膜相連，另一端與細胞表面處的橋?；虬霕蛄Ｏ噙B，將細胞核和細胞器維持在特定的空間。,（五）神經(jīng)纖絲蛋白是由三種分子量不同的多肽組成的異聚體，三種多肽是NF-L（low，60~70KD），NF-M（medium ，105~110KD），NF-H（heavy， 135-150KD）神經(jīng)纖絲蛋白的功能是提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展和防止斷裂。,二、結(jié)構(gòu)中間纖維蛋白

39、分子由一個310個氨基酸殘基形成的α螺旋桿狀區(qū)，以及兩端非螺旋化的球形頭（N端）尾（C端）部構(gòu)成。桿狀區(qū)是高度保守的，由螺旋1和螺旋2構(gòu)成，每個螺旋區(qū)還分為A、B兩個亞區(qū)，它們之間由非螺旋式的連結(jié)區(qū)連結(jié)在一起。頭部和尾部的氨基序列在不同類型的中間纖維中變化較大，可進一步分為①H亞區(qū)：同源區(qū)；②V亞區(qū)：可變區(qū)；③E亞區(qū)：末端區(qū)。,中間纖維的通用結(jié)構(gòu)圖,IF的裝配過程與MT、MF相比較為復雜。根據(jù)X衍射，電鏡觀察和體外裝配的實驗結(jié)果推測

40、，中間纖維的裝配過程如下：①兩個單體，形成兩股超螺旋二聚體（角蛋白為異二聚體）；②兩個二聚體反向平行組裝成四聚體，三個四聚體長向連成原絲；③兩個原絲組成原纖維；④4根原纖維組成中間纖維。,,中間纖維的組裝,由于IF是由反向平行的α螺旋組成的，所以和微絲微管不同的是，它沒有極性。另外，細胞內(nèi)的中間纖維蛋白絕大部分組裝成中間纖維，而不象微絲和微管哪樣存在蛋白庫，僅約50%左右的處于裝配狀態(tài)。再者IF的裝配與溫度和蛋白濃度無關(guān)，不需要

41、ATP或GTP。,三、中間纖維結(jié)合蛋白中間纖維的結(jié)合蛋白（intermediate filament associated protein，IFAP）的功能是使中間纖維交聯(lián)成束、成網(wǎng)，并把中間纖維交聯(lián)到質(zhì)膜或其它骨架成分上，已知的IFAPs約15種左右，分別與特定的中間纖維結(jié)合，如：flanggrin使角蛋白交聯(lián)成束。Plectin將波形蛋白纖維與微管交聯(lián)在一起。Ankyrin 把結(jié)蛋白纖維與質(zhì)膜連在一起。,IFAPs的共同特點

42、是：①具有中間纖維特異性。②表達有細胞專一性。③不同的IFAP可存在于同一細胞中與不同的中間纖維組織狀態(tài)相聯(lián)系。④在細胞中某些IFAP的表達與細胞的功能和發(fā)育狀態(tài)有關(guān)。,中間纖維的功能,◆增強細胞抗機械壓力的能力 ◆角蛋白纖維參與橋粒的形成和維持 ◆結(jié)蛋白纖維是肌肉Z盤的重要結(jié)構(gòu)組分， 對于維持肌肉細胞的收縮裝置起重要作用◆神經(jīng)元纖維在神經(jīng)細胞軸突運輸中起作用◆參與傳遞細胞內(nèi)機械的或分子的信息◆中間纖維與mR

43、NA的運輸有關(guān),五、三種細胞骨架的比較,P336 表9-4,第五節(jié) 細胞骨架蛋白與疾病及新藥開發(fā),一、細胞骨架蛋白異常表達與疾病的舉例細胞骨架蛋白的表達與多種疾病有關(guān)，特別是神經(jīng)系統(tǒng)疾病。（一）肌營養(yǎng)不良與Duchenne型肌營養(yǎng)不良癥Duchenne型營養(yǎng)不良癥是X型連鎖隱性遺傳病，X染色體短臂上P21區(qū)基因突變引起，造成肌細胞膜內(nèi)部的一種細胞骨架蛋白質(zhì)（肌營養(yǎng)不良）的缺失而引致。特征是進行性近端肌肉無力，伴肌纖維的破壞與再生

44、。,（二）微管相關(guān)τ蛋白與Alzheimer病τ蛋白具有微管結(jié)合蛋白的高度同源的微管結(jié)合區(qū)，在成熟腦內(nèi)可與微管結(jié)合，使其本身趨于穩(wěn)定，不易被磷酸化。AD腦內(nèi)τ蛋白磷酸化位點很多，而且不與微管結(jié)合，極易磷酸化。異常磷酸化和糖基化的τ蛋白是腦內(nèi)神經(jīng)原纖維纏結(jié)（NFT)中雙股螺旋絲的主要成分之一?？蓪⒛X脊液中異常磷酸化的τ蛋白水平的高低作為診斷老年性癡呆癥的指標之一。,二、微管抑制劑作為抗腫瘤藥物的研究與開發(fā)（一）作用于微管蛋白的藥物類別