第九章 细胞骨架-陈静-2013-10-28
第九章 细胞骨架
细胞骨架概述 1928年，Koltzoff提出：原生质中存在着一种具有一定形 年 提出： 提出 态和结构的纤维成分， 态和结构的纤维成分，每一细胞就是一个由液体成分和硬性 骨架组成的体系。 骨架组成的体系。 20世纪 年代，Wyssling提出细胞质中含有细丝组成的网 世纪40年代 世纪 年代， 提出细胞质中含有细丝组成的网 架。 20世纪 年代（1963）Slauterback首先在水螅刺细胞中发 世纪60年代 世纪 年代（ ） 首先在水螅刺细胞中发 现了微管结构，同时Porter在植物细胞中也发现了此结构。 在植物细胞中也发现了此结构。 现了微管结构，同时 在植物细胞中也发现了此结构 后来研究手段和技术不断创新： 后来研究手段和技术不断创新： 录象增强反差显微技术 电镜技术：免疫标记、冷冻深度蚀刻、 电镜技术：免疫标记、冷冻深度蚀刻、无树脂包埋切片技 术、高压电镜技术、整装细胞制片技术 高压电镜技术、 相继发现了微管、微丝、中等纤维和微梁网络。 相继发现了微管、微丝、中等纤维和微梁网络。
1.微丝的装配过程： 微丝的装配过程： 微丝的装配过程
细胞骨架的电子显微 镜检查 用非离子去垢剂Triton 用非离子去垢剂 X-100处理成纤维细胞 处理成纤维细胞, 处理成纤维细胞 并进行冰冻干燥和金 属复型的细胞骨架。 属复型的细胞骨架。 SF表示的是成束的微 表示的是成束的微 表示微管; 丝,MT表示微管 R是 表示微管 是 多聚核糖体。 多聚核糖体。
用电视显微镜观察到的微管发动机的运动示意图
3、电子显微镜技术的应用： 、电子显微镜技术的应用： 的应用 细胞骨架的一个很特别的特性是用非离子去垢剂， 细胞骨架的一个很特别的特性是用非离子去垢剂，如 TritonX-100处理时保持非溶解状态。当用这类去垢剂 处理时保持非溶解状态。 处理时保持非溶解状态 处理细胞时，可溶性的物质、膜成分被抽提出来， 处理细胞时，可溶性的物质、膜成分被抽提出来，留 下细胞骨架，并且同活细胞中的结构完全一样。 下细胞骨架，并且同活细胞中的结构完全一样。根据 这一特性， 这一特性，采用金属复型技术在电子显微镜下观察到 细胞骨架的基本排列。 细胞骨架的基本排列。
第九章细胞骨架
第九章细胞骨架第一篇：第九章细胞骨架第九章细胞骨架用电子显微镜观察经非离子去垢网架结构通常称为细胞骨架（cytoskeleton）。
细胞骨架包括微丝（microfilament，MF）、微管（microtube，MT）和中间丝（intermediate filament，IF）3种结构组分，他们都是由相应的蛋白亚基组装而成。
第一节微丝与细胞运动微丝又称肌动蛋白丝（actin filament）或纤维状肌动蛋白（fibrous actin，F-actin），这种直径为7nm的细胞骨架存在于所有真核细胞中。
微丝网格的空间结构与功能取决于所结合的微丝结合蛋白（miceofilament-associated proteins）的种类。
细胞内微丝的组装和去组装的动力学过程与细胞突起（微绒毛、伪足）的形成、细胞质分裂、细胞内物质运输、肌肉收缩、吞噬作用、细胞迁移等多种细胞运动过程相关。
一、微丝的组成及其组装（一）结构与成分微丝的主要结构成分是肌动蛋白（actin）。
肌动蛋白在细胞内有两种存在形式，即肌动蛋白单体（又称球状肌动蛋白，G-actin）和由单体组装而成的纤维状肌动蛋白。
肌动蛋白在生物进化过程中是高度保守的。
（二）微丝的组装及动力学特征肌动蛋白单体组装称微丝的过程大体上可以分为几个阶段：第一个阶段是成核反应，即形成至少有2~3个肌动蛋白单体组成的寡聚体，然后开始多聚体的组装。
第二个阶段是纤维的延长。
在体外组装过程中有时可见到微丝的正极由于肌动蛋白亚基的不断添加二延长，而负极则由于肌动蛋白亚基去组装而缩短，这一现象称为踏车行为（treadmilling）。
（三）影响微丝组装的特异性药物一些药物可以影响肌动蛋白的组装和去组装，从而影响细胞内微丝网格的结构。
细胞松弛素（cytochalasin），与微丝结合后可以将微丝切断，并结合在微丝末端阻抑肌动蛋白在该部位的聚合，但对微丝的解聚没有明显的影响。
鬼笔环肽（philloidin），与微丝表面有强亲和力，但不与肌动蛋白单体结合，对微丝的解聚有抑制作用。
第九章 细胞骨架
细胞骨架三种组分的比较
思考： 下列各类细胞中，你认为哪一种最有可能在细胞质 中含有高密度的中间丝？哪一种可能含有高密度 的肌动蛋白丝？请作出你的解释 A 大变形虫 B 皮肤的上皮细胞 C 消化道的平滑肌细胞 D 大肠杆菌 E 脊髓中的神经细胞 F 精细胞 F 植物细胞
辨析： 1 驱动蛋白沿着微管驱动内质网从而使内质网遍布 在细胞内 2 如果没有肌动蛋白，细胞能够形成有功能的纺锤 体并将染色体拉开，但细胞不能分裂 3 细胞中的中间丝网络如果不能解聚的话，细胞就 会死亡
真 核 细 胞 中 微 管 的 三 种 位 置
微 管 的 结 构
微管结构的极 性： β 微管蛋白对 应正端， α 微管蛋白对 应负端 正端的组装速 度更快
微管蛋白在中心体上的聚合
注意区分γ 微管蛋白和中心粒
微管的动态不稳定性
中心体、细胞器、微管：类比为渔夫、鱼和钓绳
选择性地稳定微管导致细胞产生极性
中间丝的结构
中间丝的分类
角蛋白：分布在上皮细胞中，亚基变化最多。遗 传病－单纯性大疱性表皮松懈症 波形蛋白及波形蛋白相关蛋白：分布在结缔组织、 肌细胞和神经胶质细胞中 神经丝：分布在神经细胞中 核纤层蛋白：分布在核被膜内侧形成絮状的网， 较前三类而言，相对不稳定，在细胞分裂过程中 要重新组装。该过程由蛋白激酶催化的核纤层蛋 白磷酸化和去磷酸化控制。
影响肌动蛋白丝动态组装的药物： 细胞松弛素（cytochalasin）可切断微丝纤维，并 结合在微丝末端抑制肌动蛋白加合到微丝纤维上， 特异性的抑制微丝功能。 鬼笔环肽（phalloidin）与微丝能够特异性的结合， 使微丝纤维稳定而抑制其功能。荧光标记的鬼笔环 肽可特异性的显示微丝。
肌动蛋白结合蛋白
第九章 细胞骨架
细胞骨架总结
第九章：细胞骨架概述：1. 细胞骨架：细胞内以蛋白质纤维为主要成分的网络结构，主要包括微丝（MF），微管（MT），中间纤维（IF）2. 微丝：分布在细胞质膜的内侧，确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩；微管：主要分布在核周围，并呈放射状向胞质四周扩散，确定膜性细胞器的位置和作为膜泡运输的轨道；中间纤维：分布在整个细胞，使细胞具有张力和抗剪切力3. 广义的细胞骨架还包括：核骨架，核纤层，细胞外基质。
形成贯穿细胞核，细胞质，细胞外的一体化网络结构第一节：微丝微丝：由肌动蛋白组成的直径约为7nm的骨架纤维，又称肌动蛋白纤维微丝和结合蛋白，肌球蛋白构成化学机械系统，利用化学能产生机械运动一. 微丝的组成及其组装1. 肌动蛋白分类（根据等电点）：α：分布于各种肌肉细胞β、γ：分布于肌细胞和非肌细胞2. 肌动蛋白存在形式：单体：球状肌动蛋白（G-actin）多聚体：纤维状肌动蛋白（F-actin）3. 形态结构：actin单体外观呈哑铃形，其上有3个结合位点：1个为ATP结合位点，2个为结合蛋白结合位点F-actin是由两条线形排列的肌动蛋白链形成的螺旋，有极性4. 组装与去组装：（1）通常只有结合ATP的肌动蛋白单体才能参与微丝的组装（2）Ca2+浓度适当，Na+、K+浓度低时：微丝趋于解聚含有ATP、Mg2+以及高浓度Na+、K+时：微丝趋于组装（3）微丝正极组装速率快于复极（4）细胞松弛素：与微丝结合后切段微丝，并结合在末端，抑制聚合，但不影响解聚鬼笔环肽：抑制解聚二. 肌球蛋白1. 分子马达：指依赖于微管的驱动蛋白、动力蛋白和依赖于微丝的肌动蛋白这三类蛋白质家族成员。
他们既能与微丝或微管结合，又能与一些细胞器或膜状小泡特异性结合，并利用水解ATP所产生的能量有规律地沿微管或微丝等细胞骨架纤维运输“货物”2. 肌动蛋白的马达结合域包括：1个微丝结合位点；1个具有ATP酶活性的ATP结合位点3. 由1个重链和几个轻链组成，有三个结构域：①头部结构域：最为保守，为马达结构域，负责产生力②颈部结构域：为α-螺旋，通过同钙调素或类似钙调素来调节轻链亚基结合，来调节头部的活性③尾部结合域：决定同膜结合还是同其他尾部结合4. 分类：肌球蛋白Ⅱ：为肌肉收缩和胞质分裂提供力肌球蛋白Ⅰ、Ⅴ：涉及细胞骨架和膜之间的相互作用5. 滑动模型：单个ATP分子水解同肌球蛋白运动的一次循环相偶联。
细胞生物学第九章细胞骨架
第九章细胞骨架真核细胞中由多种蛋白质纤维组成的复杂网架系统，称为细胞骨架cytoskeleton。
广义的细胞骨架包括细胞核骨架(核内骨架、核纤层及染色体骨架)、细胞质骨架(微丝、微管、中间纤维)、细胞膜骨架及细胞外基质，但通常狭义的仅指细胞质骨架。
目前认为细胞骨架主要功能：①维持细胞整体形态和内部结构有序的空间分布；②与细胞运动、胞内物质运输、能量转换、信息传递、细胞分裂、基因表达及细胞分化等生命活动密切相关。
一、微丝microfilament(一)组分与性质微丝的主要成分是肌动蛋白actin，是在真核细胞中的直径为7nm的骨架纤维，肌动蛋白的单体是球型（G－肌动蛋白），两股由G－肌动蛋白联结成的单链相互螺旋缠绕形成纤维型肌动蛋白（F—肌动蛋白）。
从球型→纤维型的变化是自组装的，除肌肉细胞的细肌丝中的微丝以及肠上皮细胞微绒毛中的微丝是稳定的结构外，通常细胞中的微丝都是处在组装和解聚的动态之中，微丝装配具有极性（即有正负极），并常表现出一端装配而另一端脱落的踏车行为treadmilling ，脱落下来的单体进入细胞质中的肌动蛋白单体库。
关于微丝组装的适宜条件是：ATP、Mg2+和高浓度的Na+、K+离子；而解聚的条件是：Ca2+和低浓度的Na+、K+离子。
微丝的形态是细而长，经常成束平行排列，也有的组成疏散的网络。
在不同类型细胞中，微丝还含有不同种类的微丝结合蛋白，形成各自独特的结构或特定功能。
例如肌细胞中的就有肌球蛋白myosin、原肌球蛋白和肌钙蛋白等。
肌球蛋白约占肌肉中蛋白总量的一半，由双股多肽链盘绕成像“豆芽”状的纤维。
再由多条肌球蛋白成束构成肌原纤维中的粗肌丝，其上外露的“豆芽”头部具ATP酶活性，是粗肌丝与细肌丝（肌动蛋白纤维）能暂时性结合的部位（“横桥”），也是导致细肌丝与粗肌丝之间相对滑动的支点。
而原肌球蛋白和肌钙蛋白则是特异性附着在细肌丝（即F—肌动蛋白纤维）上的两种微丝结合蛋白，它们是以构象变化方式来调节细肌丝与粗肌丝（肌球蛋白头部）的联系。
细胞生物学 9.细胞骨架
主要内容
• 第一节 微丝(microfilament, MF) • 第二节 微管(Microtubules, MT) • 第三节 中间纤维(Intermediate filament, IF)
• 第四节 细胞骨架与疾病
第一节 微丝
微丝（microfilament，MF）：
肌动蛋白丝，由肌动蛋白通过头尾相接组装形成；
（二）应力纤维（stress fiber）
由微丝与肌球蛋白Ⅱ相互作用形成的具有收缩功能的束状结 构,有助于细胞与细胞、细胞与基质面之间的连接，在细胞形 态维持、细胞迁移、细胞分化等过程中发挥重要作用
（三）细胞皮层(Cell cortex)
非肌细胞质膜下有由微丝网形成的一种凝胶层，是由肌动蛋白纤 维构成。为细胞膜提供强度和韧性，抵抗细胞内外压力，维持细 胞形态，与细胞的多种运动有关，如胞质环流、阿米巴运动、变 皱膜运动及吞噬等。
6）衔接子蛋白
包括Wiskott Aldfich综合症蛋白（Wiskott Aldrich syndrome protein，WASP）、血管舒张剂刺激磷蛋白 （vasodilator stimulated phosphor- protein，VASP ）等，可以调节质膜区微丝的聚合过程。
血小板的激活就涉及到微丝的剪切、去掉封端蛋白、微 丝聚合延长以及交联的过程
4）微丝交联-成束蛋白
在微丝之间起到稳定、交联、成束的作用，常可介导微 丝与质膜的连接。绒毛蛋白（vilin），α辅肌动蛋白（αactinin），踝蛋白（talin），黏着斑蛋白（vinculin） 和细丝蛋白（filamin）。
5）侧面结合蛋白
能够稳定微丝，并调节微丝与肌球蛋白的相互作用，位 于横纹肌、骨骼肌的原肌球蛋白（tropomyosin）。
第09章 细胞骨架1
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细胞生物学—第九章 细胞骨架
二、微丝网络动态结构的调节与细胞运动
（一）非细胞内微丝的结合蛋白 细胞内的微丝具有复杂的三维网络结构，有些微丝结构 稳定，如小肠微绒毛中的微丝；有的微丝结构是暂时性 的，如胞质分裂环是由微丝形成的收缩环，在功能需要 时才进行组装的。 在大多数非肌肉细胞中，微丝是一种动态结构，它们持 续地进行组装和去组装。微丝的这种动态不稳定性与细 胞形态的维持及细胞运动有密切的关系。 体内肌动蛋白的组装在两个水平上受到微丝结合蛋白的 调节：①可溶性肌动蛋白的存在状态。②微丝结合蛋白 的种类及其存在状态。细胞中由于微丝结合蛋白的种类 及存在状态上的差异而致使微丝网络的结构完全不同。
（三）影响微丝组装的特异性药物
1、细胞松弛素（cytochalasin）可切断微丝纤维，并结 合在微丝末端抑制肌动蛋白加合到微丝纤维上，特异性 的抑制微丝功能。 2、鬼笔环肽（phalloidin）与微丝能够特异性的结合， 使微丝纤维稳定而抑制其功能。荧光标记的鬼笔环肽可 特异性的显示微丝。 3、影响微丝装配动态性的药物对细胞都有毒害。微丝 功能的发挥依赖于微丝与肌动蛋白单体库间的动态平衡。 这种动态平衡受 actin 单体浓度和微丝结合蛋白的影响。
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细胞生物学—第九章 细胞骨架
（一）II型肌球蛋白 II型肌球蛋白
在骨路肌细胞内，多个II型肌球蛋白分子组装成肌原纤 维的粗肌丝。 II型肌球蛋白分子由2个重链和4个轻链组 成，重链分为头、颈、尾三部分，头部有ATP酶活性。 头部：具ATP酶活力，构成粗丝的横桥，是与肌动蛋 白分子结合的位置 。 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。主要起结构作用。
第九章-细胞骨架(cytoskeleton)
第九章-细胞骨架(cytoskeleton)细胞骨架(cytoskeleton)是一种支持细胞形态并参与细胞运动、细胞分裂等生命活动的网络结构。
细胞骨架由细胞内的微丝(filament)、中间纤维(intermediate filament)和微管(microtubule)三种不同类型的蛋白纤维组成。
本文将分别介绍这三种蛋白纤维及其生物学功能。
微丝(filament)微丝是由直径约为0.7纳米的轻链和重链蛋白依序排列而成的，其长度可达几微米到数十微米。
微丝参与了许多细胞的活动，如细胞的贴附和收缩、细胞的定向运动、细胞分裂时的细胞质分裂等。
微丝在细胞内分布广泛，在细胞膜下、学问边缘、细胞质中均可看到它们的存在。
微丝的结构在细胞内具有动态性，微丝的动态平衡是在微丝生长和微丝解聚之间达到的。
微丝的生长是指微丝单元向氨基末端添加新的单元，微丝解聚剂解聚是指微丝单元从氨基末端依次解离。
微丝结构的多样性，使其在不同的细胞和组织中具有不同的生理和生理功能，其功能包括：1.细胞形态维持2.细胞内运动3.细胞分裂4.细胞外运动中间纤维(intermediate filament)中间纤维是由多种蛋白质复合物组成的、直径约为10纳米的蛋白质纤维，是细胞骨架中最稳定的一种类型。
与微丝相比，在细胞内时间较长，主要定位于细胞内稳定形态和细胞间连接等功能。
中间纤维具有多样性的物种、组织和细胞类型，它们的功能也很多，常见的包括：1.细胞特异性标记物2.相关细胞黏着3.细胞内物质运输4.参与细胞质形态维持5.参与细胞分裂过程微管(microtubule)微管是细胞骨架中直径最大的一类蛋白纤维，直径约为25纳米。
由两种蛋白质复合物丝状蛋白(tubulin)组成，是由 alpha 和 beta 两种 tubulin 蛋白以β特定的方向相互堆叠形成。
微管是一个高度动态的结构，依据其在细胞间操纵某些重要的细胞内形态变化，对于微管动态的研究成为细胞骨架领域的一个重要方向。
第九章细胞骨架（Cytoskeleton）
第九章细胞骨架（Cytoskeleton）第一篇：第九章细胞骨架(Cytoskeleton)2012年翟中和版《细胞生物学》考研参考笔记————安雨（整理）第九章细胞骨架(Cytoskeleton)主要内容：第一节细胞质骨架第二节细胞核骨架第一节细胞质骨架一、细胞骨架：是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系，其概念有狭义与广义之分，1、狭义概念：指细胞质骨架，包括微丝、微管和中间纤维2、广义概念：包括细胞核骨架，细胞质骨架，细胞膜骨架和细胞外基质。
二、微丝(microfilament, MF)1、概念：又称肌动蛋白纤维(actin filament), 是指真核细胞中由肌动蛋白(actin)组成、直径为7nm的骨架纤维。
2、成分: 肌动蛋白(actin)是微丝的结构成分,外观呈哑铃状。
肌动蛋白的单体为球形分子，称为球形肌动蛋白G-actin(globular actin)，它的多聚体称为纤维形肌动蛋白F-actin(fibrous actin)。
3、装配：1）MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性,装配时呈头尾相接, 故微丝具有极性，既正极与负极之别。
2）MF的解聚：在含有ATP和Ca2+以及低浓度的Na+, K+等阳离子溶液中，趋向于解聚。
3）MF的装配：在Mg2+和高浓度的Na+, K+等溶液中，趋向于装配。
4）倒踏车现象：微丝装配过程中，表现出一端因加亚单位而延长，同时，另一端因亚单位的脱落而简短的现象。
Actin is a globular protein that polymerize helicaly forming actin filaments(or microfilaments), which like the other two components of the cellular cytoskeleton form a three-dimensional network inside an eukariotic cell.Actin filaments provide mechanical support for the cell, determine the cell shape, enable cell movements(through pseudopods);and participate in certain cell junctions, in cytoplasmic streaming and in contraction of the cell during cytokinesis.In muscle cells they play an essential role, along with myosin, in muscle contraction.In the cytosol, actin is predominantly bound to ATP, but can also bind to ADP.An ATP-actin complex polymerizes faster and dissociates slower than an ADP-actin complex.Actin is also one of the most highly conserved proteins, differing by no more than 5% in species as diverse as algae and humans.The globular Actin is known as G-actin, while the filamentous polymer composed of G-actin subunits(a microfilament), is called F-actin.The microfilaments are the thinest component of the cytoskeleton, measuring only 7nm in diameter.Much like the microtubules, actin filaments are polar, with the plus(+)end elongating approximately 10 times faster than the minus(-)end.(Known as the treadmill effect).4、微丝结合蛋白1）肌肉收缩系统中的有关蛋白：肌球蛋白原肌球蛋白肌钙蛋白2）非肌肉细胞中微丝结合蛋白:肌球蛋白原肌球蛋白α-辅肌动蛋白5、微丝结合蛋白将微丝组织成以下三种主要形式：1）Parallel bundle: MF同向平行排列，主要发现于微绒毛与丝状伪足。
第九章 细胞骨架
第九章细胞骨架细胞骨架：真核细胞中的蛋白质纤维网架体系。
具有弥散性、整体性、变动性。
广义：细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架和细胞外基质。
狭义：细胞质骨架由微丝、微管、中间丝组成，它们由相应的蛋白亚基组装而成。
功能：结构与支持、胞内运输、收缩与运动、空间组织。
第一节微丝与细胞运动微丝：肌动蛋白丝或纤维状肌动蛋白，直径7nm存在所有真核细胞中。
一、微丝的组成及其组装（一）结构与成分1.微丝的主要结构成分是肌动蛋白。
2.肌动蛋白的2种存在形式：①肌动蛋白单体（球状肌动蛋白，G-actin）：单个肽链折叠而成，蝶状，中央一个裂口，裂口内部有ATP结合位点和镁离子结合位点；②纤维状肌动蛋白。
3.肌动蛋白高度保守。
6种：4种为α-肌动蛋白，分别为横纹肌、心肌、血管平滑肌、肠道平滑肌，均组成细胞的收缩性结构；2种为ß-肌动蛋白（位于细胞边缘）和γ-肌动蛋白（与张力纤维有关）。
4.微丝直径7nm的扭链，双股螺旋。
每条丝由肌动蛋白单体头尾相连呈螺旋状排列，螺距36nm。
纤维内部，每个肌动蛋白单体都有4个单体，上下各一个，另外2个位于一侧。
肌动蛋白分子上的裂口使得该蛋白本身在结构上不对称，在整根微丝上每一个单体上的裂口都朝向同一端，使微丝具有极性。
裂口一端为负极，另一端是正极。
（二）组装及动力学特性1.只有结合ATP的肌动蛋白单体才能参与微丝的组装。
解聚：溶液中含有适当浓度的钙离子，钠离子、钾离子浓度很低时，微丝趋向于解聚成G-actin；组装：溶液中含有ATP、镁离子以及较高浓度的钠钾离子时，溶液中的G-actin组装成F-actin，即新的G-actin加到微丝末端，微丝延伸，通常是正极的组装速度较负极快。
溶液中携带ATP的G-actin处于临界浓度时，组装与去组装达到平衡。
2.过程：①成核反应：Arp2和Arp3等蛋白质相互作用，形成起始复合物，至少有2-3个肌动蛋白单体与起始复合物结合，形成一段可供肌动蛋白单体继续组装的寡聚体。
细胞生物学第九章细胞骨架
肌球蛋白（myosin）
组成粗肌丝的肌球蛋白是一类马达蛋白，目前已 知各类细胞中的此类马达蛋白有15种，其共同 特征是都具有一个包含微丝结合位点与ATP结合 位点的头部作为马达结构域。 根据分子结构成分的差异，肌球蛋白可以分为两 大类： 传统的肌球蛋白：Ⅱ型肌球蛋白（myosinⅡ） 非传统的肌球蛋白：Ⅱ型之外的其他14型肌 球蛋白，其中Ⅰ型与Ⅴ型肌球蛋白参与胞内 沿着微丝的膜泡运输。
2014年7月
9.3.1 微管的组成与装配
微管（microtubule，MT）是真核细胞中呈中 空管状结构的骨架纤维，内外径分别为15nm、 24nm，构成多种不同的细胞内结构。 微管的组成与结构
微管的装配： 装配条件：GTP、Mg2＋、37℃、无Ca2＋等。 装配过程 动态不稳定性 微管特异性药物 微管结合蛋白
2014年7月
肌肉的细微结构
骼纤肌 肌维节 肌肌 纤原 维纤 束维 骨肌
2014年7月
→ → → →
肌节
肌原纤维由许多肌节线性重复排列而成，所谓肌 节（sarcomere）指相邻两条Z线之间长约2～ 2.5μm的结构单位，是肌肉收缩的基本单位，其 主要结构包括：
A带（暗带）：为粗肌丝所在。
2014年7月
三种形式的微管结构
微管原纤 维可以组 装成三种 形式的微 管结构： 单管 二联 微管 三联 微管
2014年7月
微管的装配过程
由于细胞内部结构与蛋白的复杂性，目前关于微 管装配的资料主要源于体外试验，其过程可分为 三个阶段： 成核：微管蛋白亚基纵向聚合成短的丝状结 构→两端以及侧面增加二聚体，扩展成片状 →约13根原纤维，合拢成一段微管。 延伸：新的微管蛋白亚基不断组装到这段微 管两端，使之延长，或去组装缩短。 稳定：正极组装与负极去组装速度平衡，微 管长度稳定，即所谓踏车行为。
第九章细胞骨架
• 成分：肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和-辅 肌动蛋白。
• 介导细胞间或细胞与基质表面的粘着。 （细胞 贴壁与粘着斑的形成相关，在形成粘合斑的质膜 下，微丝紧密平行排列成束，形成应力纤维,具有 收缩功能。）
一、微丝
4、微丝的功能 • 5）参与胞质分裂 • 收缩环由大量反向平
上皮细胞中的中间纤维
细胞内的核纤层
• 1、中间纤维的装配
IF装配与MF,MT装配相比，有以下几个特点：
·IF装配的单体是纤维状蛋白(MF,MT的单 体呈球形)；
·反向平行的四聚体导致IF不具有极性； ·IF在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白 的辅助，在体内装配后，细胞中几乎不存在 IF单体(但IF的存在形式也可以受到细胞调节， 如核纤层的装配与解聚)。
• ③细胞皮层(cell cortex)中微丝排列形式，MF相互 交错排列。
一、微丝
4、微丝的功能
1）维持细胞形态，赋予细胞质膜机械强度。如 RBC膜骨架。
一、微丝
4、微丝的功能
2）细胞运动：成纤维细胞爬行与微丝装配和解 聚相关。
一、微丝
4、微丝的功能
• 3）微绒毛：是肠上皮细胞的指状突起，用以增加 肠上皮细胞表面积，以利于营养的快速吸收。
一、微丝
2、组装
MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋 白单体具有极性, 装配时呈头尾相接, 故微丝具有极 性，既正极与负极之别。
体外实验表明，MF正极与负极都能生长，生 长快的一端为正极，慢的一端为负极；去装配时， 负极比正极快。 过程：成核反应→纤维延长
MF的组装表现为踏车行为
踏车行为
肌钙蛋白
第9章细胞骨架-精品文档54页
◆维持细胞核的形态
第2部分 核骨架（nuclear skeleton）
• (一) 核基质
• 1、核骨架又称核基质（nuclear matrix） : 狭义的核基质是指细胞核内除 去核膜、核纤层、染色质、核仁和核孔 复合体以外的部分，由多种蛋白质构成 的核内网架结构.
• 广义的核骨架包括核基质、核纤层和核 孔复合体.
• 动态微管、稳定微管 • 中心粒、中心体、纤毛、鞭毛
5.微管的功能
• 5·1 构成真核细胞胞质的网状支架，维 持细胞的形态.
5·2 纤毛和鞭毛的基本结构。
纤毛运动中微管的滑动机制
• 5·3 参与细胞分裂
微管组织中心与中心体
5·4 参与细胞内的物质运输
一、微丝（microfilament）
• 4.3 细胞内物质转运及与膜的活动相关的 功能
a-细胞的运动.mov b-细胞运动.mov • 4.4 受精作用
授精.gif
三、中间纤维（intermediate filament）
•
2.中间纤维的化学组成
• 按组织来源和免疫原性分: • 2·1 角蛋白Keratin，上皮细胞 • 2·2 神经丝蛋白(neurofilament
13根原丝 一段小管 延长 • 微管的GTP帽与GDP帽：
微管的GTP帽有利于微管的延长
微管 GDP帽暴露后微管解聚
• 微管的极性: 正极与负极
• 踏车行为: 在一定条件下, 微管的正极发生聚合
而延长,负极发生解聚而缩短的现象.
4. 微管的类型：
• 单管、二联管（A、B）三联管（A、B、C）
换, b球蛋白结合的GTP可发生水解或交 换.
• 2.2 微管结合蛋白：微管相关蛋白MAPs 微管聚合蛋白Tau • 2.3 动力蛋白(kinesin, dynein)
第9章 第一节 细胞骨架-微丝
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•粗肌丝 豆芽状：两个椭圆形的头部，一根长杆状的尾 – 头部：ATP酶活性位点, actin结合位点； – 尾部：由两条重链相互盘绕形成一个双股 螺旋
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肌球蛋白的结构
• 3 个功能结构域
– 马达结构域：负责将 ATP 水解所释放的 化学能转变成机械能 – 调控结构域：轻链的 结合部位，发挥杠杆 作用
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粗肌丝: 组成肌节的肌球蛋白丝。 细肌丝: 组成肌节的肌动蛋白丝。
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骨骼肌收缩的基本结构单位——肌小节
肌小节的主要成分是肌原纤维，电镜下可见肌原纤维是由两种 类型的长纤维构成, 一种是细肌丝，直径为6nm；另一种是粗肌 丝，直径为15nm。
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粗肌丝的构成---
肌球蛋白(myosin)
肌动蛋白以单体和多聚体两种形式存在。单体的肌动蛋 白是由一条多肽链构成的球形分子, 又称球状肌动蛋白 (globular actin, G-actin), 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)。
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微丝的结构单位：肌动蛋白
负极
结构特点：单体由单个肽链 折叠而成。电镜下呈球状，
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(三) 影响微丝组装的特异性药物
细胞松弛素(cytochalasin）:它 是一组真菌的代谢产物，与 微丝结合后可以将微丝切断， 并结合在微丝末端阻止肌动 蛋白在在该部位的聚合。
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鬼笔环肽（phalloidin）:是一种由鬼笔鹅膏真菌(Amanita phalloides)产生的一种环肽，与微丝表面有较强的亲和力，但 不与肌动蛋白单体结合，能阻止微丝解聚，使其保持稳定状态。
p20 1
目前已知的唯一沿肌动蛋白进行运动的马达蛋白
第九章_细胞骨架习题及答案
第九章细胞骨架本章要点：本章阐述了细胞骨架的基本涵义、细胞中存在的几种骨架体系的结构、功能及生物学意义。
要求重点掌握细胞质骨架的结构及功能。
一、名词解释1、细胞骨架：细胞骨架(Cytoskeleton)是指存在于真核细胞质内的中的蛋白纤维网架体系。
包括狭义和广义的细胞骨架两种概念。
广义的细胞骨架包括：细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架和细胞外基质。
狭义的细胞骨架指细胞质骨架，包括微丝、微管和中间纤维。
2、应力纤维：应力纤维是真核细胞中广泛存在的微丝束结构，由大量平行排列的微丝组成，与细胞间或细胞与基质表面的粘着有密切关系，可能在细胞形态发生、细胞分化和组织的形成等方面具有重要作用。
3、微管：在真核细胞质中，由微管蛋白构成的，可形成纺锤体、中心体及细胞特化结构鞭毛和纤毛的结构。
4、微丝：在真核细胞的细胞质中，由肌动蛋白和肌球蛋白构成的，可在细胞形态的支持及细胞肌性收缩和非肌性运动等方面起重要作用的结构。
5、中间纤维：存在于真核细胞质中的，由蛋白质构成的，其直径介于微管和微丝之间，在支持细胞形态、参与物质运输等方面起重要作用的纤维状结构。
6、踏车现象：在一定条件下，细胞骨架在装配过程中，一端发生装配使微管或微丝延长，而另一端发生去装配而使微管或微丝缩短，实际上是正极的装配速度快于负极的装配速度，这种现象称为踏车现象。
7、微管组织中心（MTOC）：微管在生理状态及实验处理解聚后重新装配的发生处称为微管组织中心。
动物细胞的MTOC为中心体。
MTOC决定了细胞中微管的极性，微管的（-）极指向MTOC，（+）极背向MTOC。
8、胞质分裂环：在有丝分裂末期，两个即将分裂的子细胞之间产生一个收缩环。
收缩环是由大量平行排列的微丝组成，由分裂末期胞质中的肌动蛋白装配而成，随着收缩环的收缩，两个子细胞被分开。
胞质分裂后，收缩环即消失。
二、填空题1细胞质骨架__是一种复杂的蛋白质纤维网络状结构，能使真核细胞适应多种形状和协调的运动。
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特点： ①IF没有极性； ②四聚体是解聚的最小亚单位； ③装配与温度和蛋白浓度无关，不需要ATP、 GTP或结合蛋白的辅助。
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四、 中间纤维的功能
微管的组装与去组装：踏车现象
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非稳态动力学模型
二聚体微管蛋白与 GTP结合成GTP帽 ，被激活, 二聚体聚
合成微管 ------水 解GTP成GDP和磷 酸， GDP帽使微管 缩短。
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(四)作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩
骨骼肌收缩的基本结构单位——肌小节：
肌小节的主要成分是肌原纤维，电镜下可见肌 原纤维由粗肌丝和细肌丝组成。粗肌丝的成分是 肌球蛋白，细肌丝主要成分是肌动蛋白，并辅以 原肌球蛋白和肌钙蛋白，组成肌动蛋白丝。
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（2）中心体的功能：与染
色体的移动有关。
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（3）微管的体内装配
微管装配的起始点:γ微管蛋白环 形复合体，它可刺激微管核心形成 ，并包裹微管蛋白的负端防止微管
蛋白的渗入，而使负端稳定。微管
从此生长和延长。对微管的形成和 微管极性的确定有重要作用 。
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动粒微管 纺 锤 体 微 管
极微管
星体微管
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（五）参与细胞器的定位和分布
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（六）参与细胞内信号转导
作用：与骨架纤维间的连接有关。 ①促进微管组装。 ②增加微管稳定性。 ③促进微管聚集成束。
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4、微管的类型 单管 二联管（纤毛和鞭毛 的周围小管） 三联管（中心粒、纤 毛和鞭毛的MTOC）
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三、微管的体外装配过程
细胞骨架
Cytoskeleton
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细胞骨架:是真核细胞内蛋白质 组成的一个纤维网络系统，包 括微管、微丝、中间纤维。 广义的细胞骨架包括：细胞质 骨架、细胞核骨架、质膜骨架 和细胞外的基质。 细胞骨架为真核细胞所特有， 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、信号转导中发挥重要 作用。
一、微管的形态 中空圆筒状，外径25nm， 内15nm，大多数微管壁
由13条原纤维包围而成。
每条原纤维又由α 、β 微管蛋白首尾相连。
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二 、微管的化学组成
1 微管蛋白： Tubulin a和Tubulin b α和β形成的异二聚体是微管装配的基本单位，含有GTP、二价阳离 子、长春花碱及秋水仙素的结合位点。
肌肉收缩的原理 肌肉的收缩是由于粗肌丝（肌球蛋白）与细肌 丝之间相互滑动的结果。
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(五）参与细胞内的物质运输
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第三节、中间丝（intermediate filament）
一、中间丝形态：
中间纤维是一种空心纤维结构，
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2、微管的极性： b微管蛋白异二聚体决定 微管具有极性。
+极生长速度快，-极生长 速度慢，也就是说微管蛋白 在+极的添加速度高于-极。
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3、 微管结合蛋白： 微管相关蛋白MAPs 微管聚合蛋白Tau
二、微丝的组装
1. 微丝组装的过程
①成核， 2-3个actin聚集成一核心。 ②延伸(elongation) ，G-actin分子向核心两端 加合。 ③稳定状态(steady state)，G-actin达到临界浓 度（CC约为0.1μmol/L）时会出现踏车现象。
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（三）参与细胞分裂 在有丝分裂的末期，细胞膜沿赤道面向内收缩 ，这一过程主要是在由微丝组成的收缩环的作用下完 成的。
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在有丝分裂的末期，细胞膜沿赤道面向内收缩，这一 过程主要是在由微丝组成的收缩环的作用下完成的。
Hela细胞角蛋白纤维
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三、中间丝的结构
中间纤维的共同结构为一a 螺旋的杆状区和两侧非螺旋的头部
区（氨基区）和尾部区（羧基区）
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中间丝肽链结构的特点： 中间区螺旋结构都比较保守，都被3个间隔区隔开，形 成4个螺旋区。 但N端和C端都是高度可变的。中间丝的多样性也是由 此产生。
踏车现象：溶液中G-肌动蛋白的浓度处于临
界浓度时，微丝可以表现出一端因加亚单位
而延长，而另一端因亚单位脱落而减短的现
象称为“踏车现象”
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动态平衡，F-肌动蛋白丝的净长度没有变.
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三、微丝结合蛋白
种类要比微管结合蛋白的种类多，且功能因
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2Hale Waihona Puke 化学组成（1 ）肌动蛋白（actin）：
球形单体 G-肌动蛋白由两
个亚基组成。
具有ATP结合位点，水解
酶活性。
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纤维状多聚体:F-肌动蛋白.
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1、驱动蛋白介导的运输-由负极向正极运输
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2、动力蛋白介导的运输-由正极向负极运输
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微管动力蛋白
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踏车理论
在一定条件下，微管一端装配使微管延长，另
一端去装配微管缩短，当一端装配速度和另一 端解聚速度相同时，微管的长度保持稳定，这
种现象称为踏车现象。
即产生一种明显的由微管蛋白多聚体正端向负端
流动的波。
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六、微管的功能
（一）支持和维持细胞形态 微管不能收缩，有一定的强度，是支撑和维 持细胞形状的主要物质。
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（二）参与细胞内物质运输
细胞内的许多物质的运输都是在微管的帮助下完成的 ，一些细胞的移动也与微管有关。 微管参与物质运输主要是由马达蛋白来完成，它可分 两大类： 动力蛋白 驱动蛋白 两类蛋白都具有ATP酶的活性，并都有将物质沿微管 滑动的功能。
成核期： ß 二聚体两端延长成一根原纤维，侧面 结合成片状，加宽至13根原纤维时，卷曲
合拢成中空管状。
聚合期（延长期）：新的二聚体加到微管正端，微管
延长。
稳定期：游离微管蛋白达临界浓度，组装、去组装速 度相等 。
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①原纤维装配 ②片状结构的形成 ③微管的延伸 ④出现GDP或GTP 帽及踏车现象
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第一节 微管（microtubule）
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微管与疾病
如：临床发现一种男性不育症，是由于患者精
子轴索中缺少动力蛋白臂.
遗传性支气管炎，其原因是由于支气管纤毛轴
索中缺乏动力蛋白臂不能运动，丧失了清除异
物的能力。
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（四）在细胞分裂中形成纺锤体
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五、影响微管组装的因素
1、微管蛋白的浓度; 2、pH值，pH =6.9 3、温度是主要条件，37 C聚合；0 C解聚 4、GTP是微管合成时的供能物质。 5、离子：去Ca2+存Mg2+。 6、特异性的药物 紫杉花醇、重水—抑制微管解聚。 秋水仙碱—阻断微管蛋白组装微管，破坏纺锤体 结构。
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2、IF的装配
过程： ①两个单体形成超螺旋二聚体，组成中间纤维的 主干； ②两个二聚体反向平行组装成四聚体； ③四聚体组成原纤维； ④8根原纤维组成中间纤维。
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