导图社区 生物学第七章细胞骨架与细胞运动
这是一篇关于第七章细胞骨架与细胞运动思维导图,细胞骨架是细胞内以蛋白质纤维为主要成分的网络结构,包括微管、肌动蛋白纤维和中间纤维。
编辑于2023-12-15 02:09:36第七章细胞骨架与细胞
微管
微管蛋白与微管的结构
微管结构
光镜下,呈辐射状;电镜下,呈中空管状分布
以微管蛋白α、β异二聚体为基本构件,二聚体头尾相接形成原纤维
13根原纤维形成一段微管
具有极性,正端比负端生长速度快
微管蛋白
主要成分
α微管蛋白
β微管蛋白
构成异二聚体即微管组装的基本结构,是细胞质内游离态微管蛋白的主要存在形式
γ微管蛋白
位于微管组织中心MTOC,对微管形成、微管的数量与位置、微管极性的确认和细胞分裂起重要作用
GPT结合点
位于α微管蛋白上
不可交换点(N位点)
位于β微管蛋白上
可交换点(E位点)
二价阳离子(Mg2+、Ca2+)结合点
α微管蛋白
秋水仙素结合位点
β微管蛋白
长春碱结合位点
存在形式
单管
最常见,不稳定
二联管
分布于纤毛和鞭毛内
三联管
位于中心粒、鞭毛与纤毛的基体内
微管结合蛋白
微管结合区域
碱性带正电荷,与微管结合,具有加速微管成核的作用
突出结构区域
酸性带负电荷,使微管与其他微管或细胞结构相作用,其突出长度决定微管在成束时的间距大小
相关蛋白主要有MAP1、MAP2、Tau、MAP4等,MAP连接细胞骨架,Tau加速微管蛋白的聚合
微管的装配与动力学
异二聚体头尾相接,形成原纤维,13根原纤维形成微管
微管的装配是一个耗能的过程,动态不稳定性
异二聚体的GTP、GDP结合位点与GTP、GDP相结合形成微管蛋白GTP帽(组装)和微管蛋白GDP帽(解聚)
时期
成核期(延迟期)
限速阶段
聚合期(延长期)
聚合速度大于解聚速度,新异二聚合体正端结合,踏车运动
稳定期(平衡期)
聚合速度等于解聚速度
起点是微管组织中心(MTOC),控制微管的数量、位置和方向,包括中心体、纤毛和鞭毛的基体等
γ微管蛋白在中心体周围形成γ微管蛋白环形复合体(微管的的起始结构)
微管组装时γ蛋白只与异二聚体中的α微管蛋白有方向性连接使得微管靠近中心体一端都是负端
影响微管组装的因素
微管蛋白浓度、GTP浓度、压力、温度、pH、离子浓度、药物等
一定浓度的微管蛋白、较高的Mg2+浓度、适当的的pH、适合的温度、GTP和氧化氘的供应
低温,较高的Ca2+浓度可抑制
抑制微管组装的特异性药物
秋水仙素
长春新碱
稳定微管的药物
紫杉醇
微管的功能
微管构成细胞内的支架,支持和维持细胞的形态
作为中心粒、鞭毛和纤毛的基本结构成分
中心粒
由9组三联管组成
与微管蛋白的合成和微管的聚合有关
鞭毛、纤毛
外被细胞膜,内由微管组成的轴丝
毛部"9*2+2型"
基体由三联管组成
参与细胞内物质运输
马达蛋白
动力蛋白
两个球形头部与微管结合/具有ATP酶活性
尾部与被转运分子结合
由负端向正端移动
驱动蛋白
两个球形头部与微管结合/具有ATP酶活性
尾部与被转运分子结合
由正端向负端移动
沿微管运动
肌球蛋白
头部一个微丝结合点,一个ATP结合位点
尾部与被转运分子结合
沿微丝运动
由负端向正端
维持细胞器的空间定位和分布
参与染色体的运动和调节细胞分裂
纺锤体
参与细胞内信号转导
微丝
肌动蛋白与微丝的结构
细丝状结构,常常形成横向连接的聚合物或形成微丝束
每条细丝是由2条平行的肌动蛋白单链以右手螺旋方式形成,每条肌动蛋白单链由肌动蛋白单体头尾相接螺旋状盘旋而成
肌动蛋白是微丝的主要组成部分
α肌动蛋白
横纹肌、心肌、血管平滑肌等
β肌动蛋白
γ肌动蛋白
普遍存在在真核细胞中
肌动蛋白单体(G-肌动蛋白)
具有极性,哑铃状
单体组合而成的纤维状肌动蛋白(F-肌动蛋白)
有羧基和氨基暴露一端为正端,另一端为负端
微丝结构蛋白及其功能
单体隔离蛋白
抑制聚合
末端阻断蛋白
调节肌动蛋白长度
交联蛋白
连接肌动蛋白
纤维切割蛋白
切割肌动蛋白
肌动蛋白纤维去聚合蛋白
快速解聚
膜结合蛋白
非细胞质膜下的收缩机器
微丝的装配机制
成核期
两个G-肌动蛋白聚合成二聚体,再形成三聚体(核心)
发生在细胞皮层或肌动蛋白皮层
聚合期
两端聚合,正端快
稳定期
踏车现象
组装动态调节
踏车模型
肌动蛋白一步步从正端移向负端最终脱离
非稳态动力学模型
ATP-肌动蛋白
延长
ADP-肌动蛋白
缩短
影响因素
Ca2+、Na+、K+、G-肌动蛋白、ATP的浓度
离子浓度高促进聚合,低则解聚
药物
细胞松弛素B
破坏微丝的网状结构,对微管不起作用
鬼笔环肽
抑制微丝的解聚
微丝的功能
构成细胞的支架,维持细胞形态
细胞连接
细胞皮层
维持细胞形态
应力纤维
收缩功能,维持细胞形态,赋予细胞韧性和强度
参与细胞运动
微丝的解聚和聚合、滑动
变形运动
变形虫,高等动物的巨噬细胞和成纤维细胞
机制
R.Allen前端收缩学说
锚着点,附着点
参与细胞分裂
收缩环(缢裂细胞分两半)
参与肌肉收缩
肌小节,主要成分为肌原纤维
参与细胞内物质的运输
肌球蛋白
参与细胞内信号传递
中间纤维
中间纤维的结构
结构稳定,对秋水仙素和细胞松弛素B不敏感
用浓盐溶液和非离子去垢剂处理,大部分中间纤维保留
与细胞膜上的桥粒和半桥粒结构相连
与核纤层、核骨架共同贯穿核内外
中间纤维的类型
基本单位为中间纤维蛋白
特点
一个α-螺旋杆状区,两侧是头部和尾部
单体的杆状区含4段高度保守的α-螺旋段
杆状区的两侧是非α螺旋的头部(N端)和尾部(C端),都是高度可变的
区别
头、尾部的长度和氨基酸顺序
类别
I型(酸性)、Ⅱ型(中性和碱性)角蛋白
在上皮细胞内以异二聚体的形式参与中间纤维的组装
皿 型中间纤维
如波形蛋白、结蛋白、外周蛋白和胶质细胞原纤维酸性蛋白,在各自的细胞内形成同源多聚体
IV 型神经丝蛋白
V 型核纤层蛋白
VI 型巢蛋白
中间纤维结合蛋白(IFAP)
具有表达细胞的专一性特点,与细胞发育和功能状态有关
中间纤维的装配和调节
双股超螺旋二聚体的形成
两个中间纤维蛋白分子的α-螺旋杆状区平行排列,形成双股超螺旋状二聚体
波形蛋白、结蛋白、GFAP等常常形成同型二聚体,而各类角蛋白一般形成异二聚体,如一条1型角蛋白和另一条 Ⅱ型角蛋白构成异二聚体
四聚体的形成
两个二聚体反向平行以半分子交错的形式组装形成四聚体
四聚体可能是中间纤维组装的最小亚单位
由于四聚体中的两个二聚体是以反向平行方式进行组装,因此——四聚体两端是对称的,没有极性
原纤维的形成和中间纤维的最终组装
中间纤维的基本结构单位———四聚体彼此顺序(首尾)连接成1条原纤维,再由8条原纤维侧向相互作用,形成1根横截面由32个中间纤维蛋白分子组成的长度不等的中间纤维
中间纤维的主干是由中间纤维蛋白的杆状区构成,其N端和C端除了在组装过程中发挥作用之外,还是与细胞其他结构组分相互作用的主要位点
注意
各种中间纤维均可在体外进行装配,不需要核苷酸的参与,也不依赖于蛋白质的浓度,无需结合蛋白的辅助,也不受温度变化的影响
但是一些中间纤维在低离子强度和微碱性条件下可发生明显的解聚,一旦离子浓度和 PH 恢复到接近生理水平,中间纤维蛋白又迅速自我装配成中间纤维
中间纤维的组装和去组装是通过中间纤维蛋白的磷酸化和去磷酸化来控制的
中间纤维蛋白丝氨酸和苏氨酸的磷酸化作用是中间纤维动态调节最常见最有效的方式
中间纤维的功能
参与形成网状骨架系统
为细胞提供机械强度支持
参与细胞连接
参与细胞信息传递及物质运输
维持细胞核膜的稳定
中间纤维与细胞分化有联系