第8章 细胞骨架蛋白

第八章 细胞骨架蛋白一、蛋白质与中间丝的功能 二、肌动蛋白微丝及功能 三、蛋白质与微管系统

细胞骨架蛋白：细胞质中由蛋白丝组成的非膜相 结构统的蛋白质称为细胞骨架蛋白. 细胞骨架系统：微丝、微管和中间丝组成。

三个系统分别由许多性质不同的蛋白质所构成，但它们的三维结构、装配和解聚、以及功能 却有明显的共同之处。

control

A

B

C

微管、微丝和波形蛋白表达的免疫细胞化学图猕猴成纤维细胞的激光扫描共聚焦显微镜图(400×) (A)绿色染微管，红色染细胞核；(B)绿色染微丝，红色染细胞 核；(C)绿色染波形蛋白，红色染细胞核。

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)

三者形成贯穿于细胞核、细胞质、细胞外的一体化网络结构。

构成细胞骨架的主要蛋白质：肌动蛋白(肌动蛋白相关蛋白)

微管蛋白(微管相关蛋白)中丝间蛋白(各种中间丝相关蛋白) 本章主要介绍它们的结构特征、控制它 们聚合并形成纤丝的条件、纤丝解聚的条 件及纤丝聚合与解聚的调控。

细胞骨架的功能：维持细胞一定的形状； 参与动物细胞的运动(如巨噬细胞、白细胞通过 阿米巴样的作用在组织中迁移与骨架的聚合 和解聚相关。细胞分裂、收缩、细胞的纤毛 活动都与细胞骨架有关。) 细胞内部成分的转运(如神经轴突的生长，达 500cm或更长。细胞分裂时，染色质向细胞的 转移)

Expression of Transgene DsRed in Primary Neuron Cell after 16h Culture , DIV 8, ×40

Glia-immunochemistry

pDsRed + Glia

pDsRed-Express-N1

细胞骨架的主要功能结构支持 胞转 收缩运动 空间构成

(来自 G. Karp 2002)

第一节

概论

一、细胞骨架的概念 二、纤丝系统的功能 三、相关蛋白的功能

一、细胞骨架的概念当细胞膜被非离子型表面活性剂破坏时，大 部分胞质流失，这一部分称胞液(cytosol)。

流失胞液的不溶残余部分仍保持细胞外形，因此具有决定细胞形态的作用，故称为细胞骨 架(cytoskeleton)。

细胞质骨架网络系统对于细胞形态构建，细胞运动，物质运输，能量转换，信息传递，细胞分化

和细胞转化等起着重要的作用。

细胞骨架相关蛋白肌动蛋白微丝、中间丝、微管呈纤丝样结构，纤丝在纯化时

均有许多蛋白质共同被纯化，这些蛋白质称为相关蛋白

(associated proteins)。

肌动蛋白在动植物细胞中含量相当丰富，常常是细胞质的主要蛋白。首

先从肌肉中发现，约占肌细胞蛋白质含量的40%,其他类型的细

二、纤丝系统的功能纤丝的功能有很多共同之处，归纳如下： ①形成网络决定细胞的

形状； ②加固细胞成分； ③纤维收缩(反平行纤丝滑行)如肌肉收缩； ④杆体收缩(平行纤丝滑行),如纤毛和鞭毛活动； ⑤导向转运的轨道，如神经细胞中沿微管转运物质或颗粒； ⑥沿纤丝传导信息。

三、相关蛋白的功能相关蛋白通过以下方式控制纤丝聚合：①与单位(单体)结合,防止单体聚合； ②启动聚合过程； ③当聚合达到一定长度后封闭纤丝的尾端(加帽); ④通过等量蛋白结合促进纤丝延长； ⑤促进解聚，包括切短； ⑥通过酶学作用修饰聚合体的亚单位；

⑦结合在纤丝的周边而加固纤丝；⑧将纤丝交联成束或网络； ⑨有时形成纤丝突起，与其他类型纤丝、膜系统相互作用，通 过结构间的张力，形成交联桥，产生运动。

第二节 中 间 丝一、中间丝的结构 二、组成中间丝的蛋白质及其分类

三、中间丝相关蛋白四、中间丝的功能

一、中间丝的结构各种中间丝(IF)结构非常相似，直径10nm,处于微管和微丝之间，故名中间丝(或10nm纤丝)。

角蛋白波形纤维蛋白 神经纤丝蛋白

核纤肽

几种中间纤维的模式图

培养的上皮细胞中的应力纤维(微丝红色、微管绿色) (来自http://www.itg.uiuc.edu/)

IF的蛋白质分子量和等电点不同，分成几类：细胞角蛋白(cytokeratin) 结蛋白(desmin) 波形蛋白(vimentin) 神经丝蛋白(neurofilament protein)

胶质原纤维酸性蛋白(glial fibrillaryacidic protein,GFAP)

核纤层蛋白(lamin)等。有些细胞IF很多，如上皮细胞，有的细胞完 全没有。

IF蛋白的分子特征分子中有一个中间结构域，93%氨基酸可形成α螺旋

构型，称为杆状结构域(rod domain),N端有Mr15kD头部，C端为Mr5-10kD尾部。 杆状结构域有一组7氨基酸重复序列，它们形成卷曲 螺旋(coiled coil),杆状结构域长度比较恒定(约 310个氨基酸残基) 。 两端为非螺旋区，尾部耐受胰凝乳蛋白酶的水解， 头部有许多β折叠结构，可被胰凝乳蛋白酶水解。