细胞生物学微管微丝49页PPT

细胞核）
Medical Cell Biology
细胞骨架为真核胞所特有，其功能主要表现为：决定 细胞的形状，赋予其强度、支撑作用，并在细胞运动、 膜泡运输、细胞分裂、信号转导中起重要作用。
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第一节 微 管
一、微管的形态结构与化学组成
微管的形态结构：中空的圆筒状结构。 横断面上看：它是由13根原纤维纵向围绕而成。
2.微管的体内组装
Medical Cell Biology
微管的体内组装除遵循体外装配的规律外， 还受严格的时间和空间的控制。
时间控制：细胞生命活动的特殊时刻。（纺锤 丝微管的聚合与 解聚发生在细胞分裂期）。可 受特殊因素的影响：某些特殊蛋白质、Ca2+ 浓度等。
Medical Cell Biology
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2.微管结合蛋白
微管相关蛋白 MAPs和微管聚合蛋白
MAP 分 子 至 少 包 含 一 个 结 合 微 管的结构域和一个向外突出的 结构域。突出部位伸到微管外 与其它细胞组分（如微管束、 中间纤维、质膜）结合。
MAPs的主要功能
①促进微管组装。 ②促进微管聚集成束。 ③增加微管稳定性。
Medical Cell Biology
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细胞骨架：是由位于细胞质、细胞核的蛋白质 纤维组成的网架系统。
细 微管
胞 骨
中等纤维
架 微丝
线粒 体 核糖体
内质 网
在形态结构上具有弥散性、整体性和变动性等特点。
光镜下显示 细胞骨架： 红色荧光显 微丝;黄色
显示微管 （兰色显示
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This electron micrograph shows microtubules in cross section with the MAP bridge. The arrows point to bridges between microtubules. The star points to a MAP bridge to the vesicle. In summary, MAPs accelerate polymerization, serve as "motors" for vesicles and granules, and essentially control cell compartmentation.
Cytoskelton
肖卫纯 13501227688, weichunx@
细胞骨架
细胞骨架（cytoskeleton): 指存在于真核细胞中的 蛋白纤维网架体系。
微丝
microfilament
中间丝
Intermediate filaments
微管
Microtubules
cytoskeleton
（三）微管的装配和极性
α-微管蛋白和β-微管蛋白形成αβ二聚 体,αβ二聚体先形成环状核心(ring),经过侧面 增加二聚体而扩展为螺旋带,αβ二聚体平行于 长轴重复排列形成原纤维(protofilament)。 当螺旋带加宽至13根原纤维时,即合拢形成一 段微管。
cytoskeleton
组装过程分三个时期：成核期、聚合期和稳定期
7
面
98
15nm 25nm
极 性
cytoskeleton
Arrangement of protofilaments in singlet, double, and triplet MTs

–把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上
Electron micrographs of two types of intermediate filaments in cells of the nervous system. (A) Freeze-etch image of neurofilaments in a nerve cell axon, showing the extensive cross-linking through protein cross-bridges . (B) Freeze-etch image of glial filaments in glial cells illustrating that these filaments are smooth and have few cross-bridges.
胞质骨架三种组分的比较
Summary: Cytoskeletal functions
微管组织中心、细胞骨架、核基质
问答： 1. 细胞骨架的概念及结构成分？ 2. 微丝的组成成分、结构、功能？ 3. 微管的组成成分、结构、功能？ 4. 粗细肌丝的组成成分及结构？ 5. 中间纤维的概念及目前的分类？
2、细胞内运输
作为胞内物质运输的路轨。
涉及两大类马达蛋白：驱动蛋白kinesin，动力蛋白dyenin，均 需ATP供能。
驱动蛋白Kinesin，是由两条轻链和两条重链构成的四 聚体，外观具有两个球形的头、一个螺旋状的杆和两个扇子 状的尾。
通过结合和水解ATP，导致颈部发生构象改变，使两 个头部交替与微管结合，从而沿微管向着微管（+）极 “行走” 。据估计哺乳动物中类似于kinesin的蛋白超过 50余种。
（一）结构
中间纤维蛋白分子由α螺旋杆状区，以及两端非螺旋化的 球形头（N端）尾（C端）部构成。

细胞生物学全套ppt课件
目 录
• 细胞生物学概述 • 细胞膜与物质运输 • 细胞质与细胞器 • 细胞核与遗传信息 • 细胞增殖与细胞周期 • 细胞分化与发育 • 细胞凋亡与自噬
01
细胞生物学概述
细胞生物学的定义与发展
细胞生物学的定义
研究细胞结构、功能、生长、分裂、 分化、代谢、遗传与变异的科学。
有丝分裂与减数分裂的过程
有丝分裂的过程
包括前期、中期、后期和末期四个阶段，主要特点是DNA复制一次，细胞分裂一次，形成两个与母细胞相同的子 细胞。
减数分裂的过程
包括第一次减数分裂和第二次减数分裂两个阶段，主要特点是DNA复制一次，细胞连续分裂两次，形成四个与母 细胞不同的子细胞。减数分裂是生物体进行有性生殖的基础，对于维持物种的遗传多样性和适应性具有重要意义。
细胞增殖的意义
细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖和 遗传的基础，对于维持生物体的正常生 命活动具有重要意义。
细胞周期及其调控机制
细胞周期的定义
细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程， 包括分裂间期和分裂期两个阶段。
细胞周期的调控机制
细胞周期受到多种因素的调控，包括细胞周期蛋白、细胞周期 蛋白依赖性激酶、细胞周期检查点等，这些调控机制确保细胞 周期的正常进行。
3
细胞膜在信号转导中的作用 受体的定位与活化、信号分子的识别与传递、信 号通路的整合与调控
03
细胞质与细胞器
细胞质基质与细胞骨架
细胞质基质的组成与功能
细胞骨架与细胞运动
细胞质基质主要由水、无机盐、脂质、 糖类、氨基酸和核苷酸等组成，为细 胞内的各种生化反应提供场所和物质。
细胞骨架通过改变自身形态和结构， 驱动细胞进行定向运动，如阿米巴运 动、纤毛和鞭毛的运动等。

• 纤毛和鞭毛都是某些细胞表面的 特化结构，具有运动性 运动性。 特化结构，具有运动性。
纤毛鞭毛的功能
• 1帮助细胞锚定在一个地方， 帮助细胞锚定在一个地方， 使细胞不易移动。 使细胞不易移动。 • 2使细胞在液体介质中运动。 使细胞在液体介质中运动。
纺锤体和染色体运动
• 微管参与有丝分裂，减数分裂 微管参与有丝分裂， 重要途径之一 形成纺锤体 组织染色体运动
支架作用
维持细胞形态是微管的基本功能
细胞中的微管有一定强度，抗压抗弯曲， 细胞中的微管有一定强度，抗压抗弯曲， 起支撑作用 。（混凝土中钢筋） 。（混凝土中钢筋） 混凝土中钢筋
微管围绕细胞 核向外呈放射 状分布
细胞内物质运输
1轴突运输 轴突运输 2色素颗粒的运输 色素颗粒的运输
轴突运输
蛋白质和膜必须在细胞体中合 然后运输到轴突， 成，然后运输到轴突，这就是 轴突运输。 轴突运输。
染色体在中期排列在赤道板上 到了后期子染色体分开移动到两极
轴突中以微管为基础 两种运输方式
顺向运输or向外运输（ 顺向运输 向外运输（outward transport) 向外运输
细胞体合成蛋白质以分泌小泡形式运输， 细胞体合成蛋白质以分泌小泡形式运输， 驱动蛋白通过微管运向轴突末梢 通过微管运向轴突末梢。 靠驱动蛋白通过微管运向轴突末梢。
• 逆向运输 向内运输（inward transport) 逆向运输or 向内运输（
轴突末梢膜内吞形成的内吞泡从末梢向细胞体部的 运输则是由细胞动力蛋白沿微管向内运输。 动力蛋白沿微管向内运输 运输则是由细胞动力蛋白沿微管向内运输。
按照运输速度可分三类
1 快速运输的物质 各种膜泡 250mm/d 快速运输的物质 2 慢速运输物质 聚合的骨架蛋白 1mm/d 慢速运输物质 3第三类物质运输速度介于两者之间 第三类物质运输速度介于两者之间 线粒体） 如 （线粒体）

• 主要功能：①促进微管组 装。②增加微管稳定性。 ③促进微管聚集成束。
影响微管组装的特异性药物
秋水仙素(colchicine)
秋水仙素是一种生物碱, 秋水仙素和微管蛋白二聚体复合 物加到微管的正负两端, 可阻止其它微管蛋白二聚体的加 入或丢失。
紫杉醇(taxol)是红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢
表皮细胞 表皮
成纤维细胞、血管平滑肌细胞
肌肉 神经元 胶质细胞
Ⅳ型 Ⅴ型 Ⅵ型
神经原纤维蛋白 核纤层蛋白A,B和C 巢蛋白
神经细胞 真核细胞的核纤层
中央神经系统的干细胞
（一）结构
中间纤维蛋白分子由α螺旋杆状区，以及两端非螺旋化的 球形头（N端）尾（C端）部构成。
310 amino acids long
A fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucleus (yellow) and microtubules (red)
二．微 管（Microtubules）
微管是直径为24～26nm的中空圆柱体。外径平均为24nm, 内 径为15nm。微管的长度变化不定,微管壁大约厚5nm，微管通 常是直的,呈网状和束状分布, 并能与其他蛋白共同组装成纺锤 体、基粒、中心粒、纤毛、鞭毛、轴突、神经管等结构。
通过结合和水解ATP，导致颈部发生构象改变，使两 个头部交替与微管结合，从而沿微管向着微管（+）极 “行走” 。据估计哺乳动物中类似于kinesin的蛋白超过 50余种。
• Dynein发现于1963年，由两条相同的重链和一些种类繁多 的轻链以及结合蛋白构成。作用：在细胞分裂中推动染色体 的分离、驱动鞭毛的运动、向着微管（-）极运输小泡。

MAP2
tau
微管结合蛋白主要包括：
➢ MAP-1 ➢ MAP-2 ➢ Tau
➢ MAP-4
主要存在于神经元 细胞中
广泛存在于各种细胞中
微管结合蛋白MAP-2
This electron micrograph shows microtubules in cross section with the MAP bridge. The arrows point to bridges between microtubules. The star points to a MAP bridge to the vesicle. In summary, MAPs accelerate polymerization, serve as "motors" for vesicles and granules, and essentially control cell compartmentation.
α微管蛋白结合的GTP不发生水解或交换。而β微管蛋白的GTP可发生水解或交换。
2. γ微管蛋白环状复合物
由γ微管蛋白和一些其他相关蛋白构成， 是微管的一种高效的集结结构，在中心体中 是微管装配的起始结构。
(二)微管的形态结构
A.微管结构模式图 B.微管横切面 C.电镜图象
◆ 微管蛋白异二聚体是构成微管的 基本亚单位。
稳定性
（二）微管的体内装配
1.微管组织中心
（microtubule organizing center，MTOC）
在空间上为微管装配提供始发 区域，控制细胞质中微管的数量 位置及方向。
包括：中心体、基体、动粒 。
2.γ-管蛋白
MTOC处以γ微 管蛋白为微管 装配的起始结 构。 γ蛋白形 成γ-管蛋白环 形复合体，它 可刺激微管核 心形成，组装 出负极，然后 延长。

(B)Capping proteins help to localize MT in budding yeast cell.
cytoskeleton
Tau 蛋白与神经退行性变
Dr. Alois Alzheimer
3.3 Dynamic instability in vivo
cytoskeleton
（三）微管的装配和极性
α-微管蛋白和β-微管蛋白形成αβ二聚 体,αβ二聚体先形成环状核心(ring),经过侧面 增加二聚体而扩展为螺旋带,αβ二聚体平行于 长轴重复排列形成原纤维(protofilament)。 当螺旋带加宽至13根原纤维时,即合拢形成一 段微管。
cytoskeleton
组装过程分三个时期：成核期、聚合期和稳定期
cytoskeleton
The effects of proteins that bind to MT ends
(A)The transition between MT
growth and MT shrinking is
controlled in cells by special proteins.
The extensive distribution of microtubules can really be appreciated in the light microscope after immunolabeling for tubulin with fluorescein-labeled antibodies. This micrograph shows cells in culture labeled for tubulin. The labeling is so fine, the small microtubules can be delineated.

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。
第五页，共97页。
第六页，共97页。
微丝，又叫肌动蛋白纤维，是由肌动蛋 白构成的两股螺旋形成的细丝，普遍存 在于真核细胞中
微管，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。普遍存 在于于 微丝和肌球蛋白粗丝之间，普遍存 在于真核细胞中，是三种骨架系统 中结构最为复杂的一种
第七页，共97页。
第一节 微丝
微丝（microfilament，MF）
是由肌动蛋白(actin)组成的直径约7nm的骨架 纤维，又称肌动蛋白纤维actin filament。
第七十四页，共97页。
第七十五页，共97页。
中心体结构模型
第七十六页，共97页。
第七十七页，共97页。
第七十八页，共97页。
第七十九页，共97页。
（3）参与细胞内物质运输及细胞 器的迁移
微管依赖性马达蛋白（motor protein）
驱动蛋白（kinesin） 动力蛋白（ dynein ）
•一方面参与物质运输
•另一方面维持细胞形状
•分裂期：形成纺锤 体的两极，指导有 丝分裂进行
第七十二页，共97页。
基体
是纤毛器的基本结构 基体与中心粒具同源性，结构、功能可
以互换
第七十三页，共97页。
中心体：
中心粒 周围无定形物质
间期：组织胞质微管形成
分裂期：组织形成纺锤体
微管组织中心
（MTOC）
鞭毛的结构
运动产生：由微管滑动引起

细胞微管
————细胞骨架三种蛋白质纤维之一 视频
细胞微管
微管的定义 微管的组成
微管的功能 与微观相关的
微管
·微管（microtuble，MT）是细胞质中由微管蛋白组装的一种 welcome to use these PowerPoint templates, New
细长而具有一定刚性的圆柱管状结构，在细胞内多呈网状或束
微管蛋白 - δ、ε、ζ和η-微管蛋白
与前三种微管蛋白不同，δ 、ε、ζ 和η 这四 种微管蛋白只存在于部分真核生物中；而且 它们与前三种微管蛋白的进化距离较远。其 中，δ 和ε-微管蛋白定位于细胞的中心粒中。 目前（2012年）对它们功能尚无定论，可 能参与了中心粒和基体的组装；δ 和ε-微管 蛋白还可能参与有丝分裂中纺锤体的形成。
其他功能 参与物质的运输和细胞器的转运
1 色素颗粒的运输 细胞内各类小泡、色素颗粒等的定向运输与微 管密切相关。许多两栖类动物的皮肤和鱼类的鳞片中含有特化的色 素细胞在神经和激素的控制下，这些细胞中的色素颗粒可在数秒钟 内迅速分布到细胞各处，从而使皮肤颜色变黑，又能很快运回细胞 中心，而使皮肤颜色变浅，以适应环境的变化，取下的鱼鳞置于培 养基培养一段时间，黑色素细胞的色素能自发地聚集和散开，研究 发现色素颗粒实际上是沿微管而转运的。
在动物和一些原生生物的鞭毛基体以及真核生物的 中心体（微管组织中心）中以9（3）+0(9个三联 微管和0对中央微管)的形式存在。在鞭毛的鞭杆中， 则以9（2)+2(9个二联微管和2对中央微管)形式存 在,鞭毛的基体中则为9（2）+0 的形式。
微管蛋白 - γ-微管蛋白（微管蛋白）新成员
γ-微管蛋白对于微管的形成十分关键，它主要在微 管的成核与方向极性上发挥作用。它被发现主要存 在于中心粒和纺锤体上，而这些地方正是细胞中微 管成核的主要场所。在这些细胞器中，多个γ-微管 蛋白与其他蛋白质分子一道构成复合物，被称为γ微管蛋白环复合物（γ-TuRC）；这一复合物可以 模拟微管的(+)端，从而允许α -微管蛋白和β-微管 蛋白二聚体结合上来。γ-微管蛋白也可以以二聚体 形式被分离出来，而这种二聚体参与形成γ-微管蛋 白小复合物（γTuSC）。γ-微管蛋白的成核作用是 目前（2012年）了解最清楚的微管成核机制；但利 用突变和RNAi来抑制γ-微管蛋白的功能后发现， 一些特定细胞可以适应缺少γ-微管蛋白的情况，前 提是还有其他微管成核机制存在。