10.2.2 微管的动力学 影响微管稳定性的药物 ◆紫杉醇(taxol) 存在于红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢产物, 也是目前所了解的惟一一种可以促进微管聚合和稳定已聚合微管的药物。 ◆秋水仙素(colchicine) ●秋水仙素与未聚合的微管蛋白二聚体结合, 阻止聚合。

秋水仙素与 紫杉醇的结构

培养细胞微管装配与去装配的诱导

10.2.3 Microtubule- associated proteins, MAPs

MAPs的功能 ◆使微管相互交联形成束状结构; ◆促进微管的聚合; ◆作为分子发动机转运细胞物质的轨道; ◆提高微管的稳定性; 的长度，防止微管的解聚。

微管结合蛋白的作用

10.2.4 Molecular motor ◆发动机是一种能够将化学能或电能 转变成机械能的机器。 ◆Motor proteins ◆发动机是一种能够将化学能或电能 转变成机械能的机器。 ◆Motor proteins To convert chemical energy (stored in ATP) into mechanical energy, which is used to move cellular cargo attached to the motor.

机械发动机

发动机蛋白的运动方式

◆Motor proteins can be grouped into three broad families: 分子发动机的类型 ◆Motor proteins can be grouped into three broad families: ●肌球蛋白(myosins)家族 To move along microfilaments. ●驱动蛋白(kinesins)家族 To move along microtubules ●动力蛋白(dyneins)家族

分子发动机移动的主要特点 ◆Motor proteins move unidirectionally along their cytoskeletal track ●驱动蛋白:从(-)端向(+)端的运输 ●动力蛋白:从(+)端向(-)端运输 ◆In a stepwise manner ◆The fuel is ATP ◆To undergoes a series of conformational changes that constitute a mechanical cycle

发动机蛋白单向运输

In a stepwise manner

驱动蛋白(kinesins) ◆Structure ●kinesin is a tetramer constructed from two identical heavy chains and two identical light chains ●A kinesin molecule has a pair of globular heads that bind a microtubule and act as ATP-hydrolyzlng, force-generating “engines." ●a fan-shaped tail that binds cargo to be hauled ●Each head is connected to a neck, a rodlike stalk

Kinesin Structure

驱动蛋白家族结构特点

◆驱动蛋白功能特点 ●Kinesin is a plus end-directed microtubular motor ●Each step is approximately 8 nm in length, which is also the spacing between tubulin dimers along a protofilament ●移动的速度与ATP的浓度有关 ●速度高时,可达到每秒900nm

驱动蛋白的运输方向

Cytoplasmic dyneins ◆Cytoplasmic dynein is a huge protein : molecular mass of approximately 1.5 million daltons ◆Composed of two identical heavy chains and a variety of intermediate and light chains. ◆To move along a microtubule toward the polymer's minus end ◆功能 ●参与细胞分裂 ●运输小泡和各种膜结合细胞器

驱动蛋白与动力蛋白

动力蛋白与小泡的结合

10.2.5 微管的功能 支架作用 细胞内物质运输的轨道 ◆触突运输(axonal transport) ◆鱼的色素细胞(fish pigment cells)

作为驱动蛋白与动力蛋白运输轨道

作为色素颗粒运输轨道

微管介导的物质运输

组成纤毛和鞭毛的轴丝(axoneme) ◆轴丝的微管结构:9+2 ●外围:质膜包裹 ●外周:9组双联管,A管与B管 ●中央:中央鞘包裹一对微管 ◆双联管的结构特点 ●A管:完全微管、内外动力臂、 放射辐条 ●B管:不完全微管

◆轴丝微管组成与排列特点 ●9组三联管:基体(basal body) ●9组双联管:近基体 ●9+2:轴丝 ●单管:纤毛顶部

鞭毛与纤毛

鞭毛与纤毛的结构

鞭毛二联管结构

纤毛的基体结构

◆纤毛动力蛋白(ciliary dynein) ●是多头的动力蛋白 ●基部同A管相连 ●头部同相邻的B管相连 ●头部具有ATP结合位点， 能够水解ATP。

纤毛动力蛋白

◆纤毛和鞭毛的运动机制 微管滑动模型 (sliding-microtubule model) ◆纺锤体和染色体运动

Sliding-microtubule model

Bending of an axoneme

微管发动机蛋白功能分类

10.3 Microfilament ◆又称肌动蛋白纤维(actin filament) ◆Microfilaments are approximately 8 nm in diameter and composed of globular subunits of the protein actin.

微丝的形态结构

10.3.1 形态结构和装配 微丝的形态结构 ◆G-actin:三个结合位点: ●一个ATP结合位点 ●两个肌动蛋白结合蛋白的结合位点。 ◆F-actin: ●F-肌动蛋白呈双股螺旋状,直径为8nm, 螺旋间的距离为37nm。 ◆G-actin:三个结合位点: ●一个ATP结合位点 ●两个肌动蛋白结合蛋白的结合位点。

肌动蛋白

10.3.2 Microfilament Assembly and Disassembly 肌动蛋白纤维装配 ◆ATP的作用 Actin is an ATPase, just as tubulin is a GTPase, and the role of ATP in actin assembly is similar to that of GTP in microtubule assembly ◆装配过程 ●成核(nucleation) ●延伸(elongation) ●稳定状态(steady state)

Microfilament Assembly

影响装配的因素 ◆G-肌动蛋白临界浓度 ◆离子的影响 ●在含有ATP和Ca2+, 以及很低的Na+、K+ 等阳离子的溶液中,微丝趋向于解聚成G-肌动蛋白。 ●在Mg2+和高浓度K+或Na+的诱导下, G-肌动蛋白则装配成纤维状肌动蛋白。

微丝的动态性质 作用于微丝的药物 ◆极性 ◆踏车现象(treadmilling) ◆微丝的动态平衡 ◆细胞松弛素B(cytochalasins B) ◆鬼笔环肽(phalloidin)

微丝的动态平衡

细胞松弛素 B的结构

10.3.3 Actin-binding proteins 微丝结合蛋白的类型 ◆单体隔离蛋白 (monomer-sequestering protein) ◆加帽蛋白(capping protein) ◆交联蛋白(cross-linking protein) ◆纤维割断蛋白(filament-severing protein) ◆膜结合蛋白(membrane-binding protein)

Actin-binding proteins

膜结合蛋白

微丝切断蛋白

由一个重链和几个轻链组成，并组成三个结构域∶ 微丝发机蛋白:肌球蛋白(myosin) ◆肌球蛋白的结构 由一个重链和几个轻链组成，并组成三个结构域∶ ●头部 含有与肌动蛋白、ATP结合的位点，负责产生力。 ●颈部 颈部通过同钙调素或类似钙调素的调节轻链亚基的结合来调节头部的活性。 ●尾部 含有决定尾部是否同膜结合还是同其它的尾部结合的位点

Structure of a myosin molecular

Myosin superfamily tree

三类主要肌球蛋白的结构 ?

◆肌球蛋白的功能 不同种类肌球蛋白的特殊功能由它们的尾部决定： ●肌球蛋白Ⅰ:运输作用 ●肌球蛋白Ⅴ:运输作用 ●肌球蛋白Ⅱ:肌收缩、胞质分裂

Myosin I

双机性肌球蛋白II的装配

肌球蛋白运动的机理：滑动模型

10.3.4 微丝在非肌细胞中作用 ◆参与细胞的连接 ◆细胞内运输作用 ◆细胞质流动(cytoplasmic streaming) ◆细胞爬行(cell crawling) ●单细胞爬行:amoeboid motion ●多细胞的爬行

微丝在细胞中的运输作用 ?

Cytoplasmic streaming

微丝与胞质环流

微丝与细胞的变形运动

细胞爬行

◆细胞运动过程中力产生的机制 ●通过微丝的装配，将质膜向 前推进 ●通过肌球蛋白和肌动蛋白相 互作用

细胞运动机理