第11章(九)细胞骨架(Cytoskeleton)Convertor.doc

第九章 细胞骨架(Cytoskeleton) 细胞骨架(cytoskeieton)是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系。最初，人们 认为细胞质中的基质是均质无结构的，但许多重要的生命现象，诸如细胞运动及 细胞形态的维持等，难以得到解释。1928年，Klotzoff提出细胞骨架的原始概 念。但以往电镜制样一般采用饿酸或高锰酸钟低温(0一4°C)固定细胞，骨架大 多被破坏。自到1963年，采用戊二醛常温固定方法，在细胞中发现微管后，才逐 渐认识到细胞骨架的存在。 细胞骨架概念 有狭义和广义两种概念 狭义的细胞骨架：是指细胞质骨架，包括微丝、微管和中间纤维。 广义的细胞骨架：细胞质骨架，细胞核骨架，细胞膜骨架和细胞外基质。 一、细胞质骨架 （一）、微丝(microfilament, MF) 又称肌动蛋白纤维(actin filament), 是指真核细胞中由肌动蛋白(actin)组成、直径为7nm的骨架纤维。 1. 成分 肌动蛋白(actin)是微丝的结构成分,外观呈哑铃状, 这种actin又叫G-actin，将 G-actin形成的微丝又称为F-actin。 根据等电点分为3类：α分布于肌肉细胞；β和γ分布于肌细胞和非肌细胞。 actin在进化上高度保守，酵母和兔子肌肉的肌动蛋白有88%的同源性。 肌动蛋白要经过翻译后修饰，如N-端乙酰化或组氨酸残基的甲基化。 2. 装配及动力学特征 ◆MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性, 装配时呈头尾相接, 故微丝具有极性，既正极与负极之别。 ◆体外实验表明，MF正极与负极都能生长，生长快的一端为正 极，慢的一端为负极；去装配时，负极比正极快。由于G-actin在正极端装配，负极去装配，从而表现为踏车行为。 ◆体内装配时，MF呈现出动态不稳定性，主要取决于F-actin结合的ATP水解速度与游离的G-actin单体浓度之间的关系。 ◆ MF动态变化与细胞生理功能变化相适应。在体内, 有些微丝是永久性的结构, （如微绒毛，细胞质中的张力纤维， 运动细胞前缘的片状伪足和丝状伪足）有些微丝是暂时性的结构（细胞分裂时形成的收缩环）。 3. 微丝特异性药物 ◆细胞松弛素(cytochalasins)：可以切断微丝,并结合 在微丝正极阻抑肌动蛋白聚合,因而导致微丝解聚。 ◆鬼笔环肽(philloidin)：与微丝侧面结合,防止MF解聚。 可使肌动蛋白丝保持稳定。 ◆影响微丝装配动态性的药物对细胞都有毒害，说明微丝功能的发挥依赖于微丝与肌动蛋白单体库间的动态平衡。这种动态平衡受actin单体浓度和微丝结合蛋白的影响。 4. 微丝结合蛋白 整个骨架系统结构和功能在很大程度上受到不同的细胞骨架结合蛋白的调节。 ◆ actin单体结合蛋白 这些小分子蛋白与actin单体结合，阻止其添加到 微丝末端，当细胞需要单体时才释放，主要用于actin 装配的调节，如proflin等。 ◆微丝结合蛋白 肌肉收缩系统有关的蛋白和非肌肉收缩系统有关的蛋白 ◆微丝结合蛋白将微丝组织成以下三种主要形式： ·Parallel bundle: MF同向平行排列，主要发现于微绒毛与丝状伪足。 ·Contractile bundle: MF反向平行排列，主要发现于应力纤维和有丝分裂收缩环。 ·Gel-like network: 细胞皮层(cell cortex)中微丝排列形式，MF相互交错排列。 5. 微丝功能 ◆维持细胞形态，赋予质膜机械强度：微丝遍及胞质各处，集中分布于质膜下，和其结合蛋白形成网络结构，维持细胞形状和赋予质膜机械强度，如哺乳动物红细胞膜骨架的作用。 ◆细胞运动：发生炎症反应时，中性粒细胞从血液向炎症组织迁移；神经系统发育过程中，神经嵴细胞从神经管向外迁移；成纤维细胞爬行。 细胞运动过程： 细胞表面在它运动的方向的前端伸出突起； 突起与基质之间形成新的锚定位点，使突起附着在 基质表面； 细胞以附着点为支点向前移动； 位于细胞后部的的附着点与基质脱离，细胞的尾部前移。 细胞运动 ◆微绒毛(microvillus)：是肠上皮细胞的指状突起，用以增加肠上皮细胞表面积，以利于营养的快速吸收。 ◆应力纤维(stress fiber)：应力纤维（stress fiber）:广泛存在于真核细胞。 成分：肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和(-辅肌动蛋白。介导细胞间或细胞与基质表面的粘着。（细胞贴壁与粘着斑的形成相关，在形成粘合斑的质膜下，微丝紧密平行排列成束，形成应力纤维, 具有收缩功能。） ◆参与胞质收缩 收缩环由大量反向平行排列的微丝组成，其收缩机制是肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动。 ◆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能量转换器，