肌动蛋白的结构与功能.ppt

肌动蛋白的结构与功能 (The structure and function of actin ),目录,1,细胞骨架的概述,一 细胞骨架,细胞骨架(cytoskeleton)是由蛋白纤维交织而成的立体网架结构，它充满整个细胞质的空间，与外侧的细胞膜和内侧的核膜存在一定的结构联系，以保持细胞特有的形状并与细胞运动有关。,中间 纤维,是起主要支撑作用的细胞骨架成分，使细胞具有张力和抗剪切力。,真核细胞中的细胞骨架：红色表示微丝，绿色表示微管，蓝色表示细胞核,微丝（microfilament, MF ）又称肌动蛋白纤维，是普遍存在于真核细胞中由肌动蛋白（actin）组成的直径为58nm的螺旋状纤维。,微丝是由两条肌动蛋白单链盘绕而成的双螺旋结构。,二 什么是肌动蛋白,肌动蛋白（actin）是一种中等大小的蛋白质，由375-377个氨基酸残基组成，并且是由一个大的、高度保守的基因编码。 它在生物界有广泛的分布，除肌肉组织外，还存在于几乎所有的真核细胞中，如人的脑组织，血小板和多种植物细胞，在很多菌类中也有发现。,单体 由一条多肽链构成的哑铃形分子， 又称球状肌动蛋白(globular actin，G-actin)，外形类似花生果。直径约5.5nm，分子量为43kDa。,肌动蛋白,多聚体 肌动蛋白的多聚体形成肌动蛋白丝，称为纤维状肌动蛋白(fibros actin，F-actin)。在电子显微镜下，F-肌动蛋白呈右手双股螺旋状，直径为7nm，13个单体形成37nm的半螺距。,细胞质型,细胞质型 肠平滑肌型,目前已发现3种肌动蛋白异构体，人有6种基因型：,肌动蛋白,肌动蛋白,肌动蛋白,横纹肌型 心肌型 血管平滑肌型,三 肌动蛋白的结构,不同种属的肌动蛋白一级结构变化很小，例如兔牛鸡的骨骼肌的肌动蛋白的氨基酸的顺序完全一样；鱼类肌动蛋白氨基酸的顺序只有35个氨基酸和兔肋骨肌不同；牛的骨骼肌和心肌二者的肌动蛋白的差别仅是第298位和第375位两个地方。这些肌动蛋白基因显然是从同一个祖先基因进化而来。,G-肌动蛋白的结构域,Text,Text,1,338-375,132；70-144,33-69,145180；270-337,181-269,结构域一,结构域二,结构域三,结构域四,当单体肌动蛋白聚合成纤维状肌动蛋白时，需要一定的盐离子浓度。 在KCl浓度达到20mmol/L以上时，单体聚合，盐离子最适宜的浓度是50mmol/L100mmol/L。 聚合速度依赖于肌动蛋白的浓度，约与浓度的立方成正比。 当单体肌动蛋白的浓度降到某一浓度时，即使有盐存在，单体也不会聚合。,微丝能被组装和去组装,当单体上结合的是ATP时，就会有较高的相互亲和力，单体趋向于聚合成多聚体，就是组装。 当ATP水解成ADP后，单体亲和力就会下降，多聚体趋向解聚，即是去组装。 微丝的两端组装速度并不一样。正极比负极快上5到10倍。 当ATP浓度达一定临界值时，可以观察到正极组装而负极同时去组装的现象，被命为“踏车现象（tread milling)。,肌动蛋白的踏车现象,微丝的组装过程,成核期： G-肌动蛋白开始聚合，其二聚体不稳定，易水解，只有形成三聚体才稳定，即核心形成。 延长期（生长期）：一旦核心形成，G-肌动蛋白单体快速地在核心两端添加上去。 平衡期：微丝延长到一定时期，肌动蛋白掺入微丝的速度与其从微丝上解离的速度达到平衡，此时即进入平衡期，微丝长度基本不变。,四 肌动蛋白的功能 （微丝的功能）,（一）构成细胞的支架， 维持细胞形态 1.微丝参与细胞骨架的形成 2.构成细胞皮层 细胞皮层(cell cortex)：细胞内大部分微丝集中分布于紧贴质膜下的胞质区域，并有微丝结合蛋白交联成凝胶状的三维网络结构，该区域称为细胞皮层。,（二）微丝参与细胞运动,细胞的各种运动如：胞质环流、变形运动、细胞的吞噬活动等都与微丝有关。,1.微丝纤维生长 ，使细胞表面突出，形成片足； 2.在片足与基质接触的位置形成粘着斑； 3.在肌球蛋白的作用下微丝纤维滑动； 4.解除细胞后方的粘和点。,收缩环：有丝分裂末期，两个即将分离的子细胞内产生收缩环，收缩环由大量平行排列但具有不同极性的微丝组成。随着收缩环的收缩，两个子细胞的胞质分离。,（三）微丝参与细胞分裂,（四）微丝参与肌肉收缩,肌球蛋白结合ATP，引起头部与肌动蛋白纤维分离； ATP水解，引起头部与肌动蛋白弱结合；,肌肉收缩的机制,Pi释放， ADP释放，ATP结合上去，头部与肌动蛋白纤维分离。,（五）参与细胞内物质运输 微丝在微丝结合蛋白介导下可与微管一起进行细胞内物质运输。 如小鼠黑色素细胞中黑色素颗粒的运输依