细胞生物学细胞骨架
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细胞生物学 细胞骨架
► 横桥形成后，肌球蛋白头部分子构象变化 ► 两种肌丝间产生滑行 ► 滑行一次，移动10nm ► 滑行后，在肌球蛋白头部结合2个ATP（ATPase位
点） ► ATP水解，头部构像复原 ► 重复上述过程，肌肉收缩原理 ► 动物死亡后，ATP耗尽，处于收缩状态，肌肉僵硬
第二节 纤丝
►与微管相似，也存在装配和解聚 ►药物： ►细胞松弛素B（cytochalasin B，CB） ►鬼笔环肽（毒蕈产生）
►两头非螺旋的羧基末端和氨基末端可变，分 为：
►H亚区：同源区 ►V亚区：可变区 ►E亚区：末端区
3、中等纤维
►两个中等纤维蛋白分子通过－螺旋区结合， 形成双股超螺旋体（二聚体，二联体）
►中部杆状区：46～48nm ►杆状区内含两个螺旋区（螺旋1、螺旋2） ►螺旋1：1A、1B两亚区 ►螺旋2：2A、2B两亚区 ►由L1、L12、L2三个连接区相连
第一节 微管
►秋水仙素最常用 ►抑制和破坏微管机理： ►与-tubulin肽链中第201位Cys结合 ►导致二聚体不能形成，微管装配受阻，并引
起装配后微管的解聚
第一节 微管
（2）促进微管形成药物 ►GTP，为MT装配提供能量，与微管蛋白结合，
构象变化，有利于装配 ►紫杉酚 ►重水（D2O）
第一节 微管
第一节 微管
►温度
►二聚体 37˚C聚合 微管
0˚C解聚
►一般认为，20˚C以上才有利于微管的装配
第一节 微管
►MAP ►短臂与微管蛋白结合，促进微管蛋白聚合，
促进装配 ►对装配后的MT有稳定作用，增加MT对药物、
理化因子的抵抗能力 ►长臂上有磷酸化位点，磷酸化修饰后，可抑
制短臂对微管装配的促进以及稳定和保护作 用
点） ► ATP水解，头部构像复原 ► 重复上述过程，肌肉收缩原理 ► 动物死亡后，ATP耗尽，处于收缩状态，肌肉僵硬
第二节 纤丝
►与微管相似，也存在装配和解聚 ►药物： ►细胞松弛素B（cytochalasin B，CB） ►鬼笔环肽（毒蕈产生）
►两头非螺旋的羧基末端和氨基末端可变，分 为：
►H亚区：同源区 ►V亚区：可变区 ►E亚区：末端区
3、中等纤维
►两个中等纤维蛋白分子通过－螺旋区结合， 形成双股超螺旋体（二聚体，二联体）
►中部杆状区：46～48nm ►杆状区内含两个螺旋区（螺旋1、螺旋2） ►螺旋1：1A、1B两亚区 ►螺旋2：2A、2B两亚区 ►由L1、L12、L2三个连接区相连
第一节 微管
►秋水仙素最常用 ►抑制和破坏微管机理： ►与-tubulin肽链中第201位Cys结合 ►导致二聚体不能形成，微管装配受阻，并引
起装配后微管的解聚
第一节 微管
（2）促进微管形成药物 ►GTP，为MT装配提供能量，与微管蛋白结合，
构象变化，有利于装配 ►紫杉酚 ►重水（D2O）
第一节 微管
第一节 微管
►温度
►二聚体 37˚C聚合 微管
0˚C解聚
►一般认为，20˚C以上才有利于微管的装配
第一节 微管
►MAP ►短臂与微管蛋白结合，促进微管蛋白聚合，
促进装配 ►对装配后的MT有稳定作用，增加MT对药物、
理化因子的抵抗能力 ►长臂上有磷酸化位点，磷酸化修饰后，可抑
制短臂对微管装配的促进以及稳定和保护作 用
细胞生物学-细胞骨架
28
29
6 形成应力纤维（stress fiber）
应力纤维是由微丝与肌球蛋白-II组装的一种不稳定性收 缩束，结构类似肌原纤维，使细胞具有抗剪切力。
30
培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色）
31
7 参与肌肉收缩
基本结构:肌纤维是圆柱形的肌细胞(长度可达40mm, 宽为10100μm), 并且含有许多核(可多达100个核)。
性，既正极与负极之别。
微丝纤维的负染电镜照片
10
三、微丝的装配过程
微丝(F-actin)由G-actin聚合而成，单体具有极性，装配时 首尾相接。在适宜的条件下，肌动蛋白单体可自组装为纤维。 微丝的组装过程分三个步骤：即成核期、延长期、平衡期。
11
影响装配的因素
微丝的装配同样受肌动蛋白临界浓度的影响，还受一些 离子浓度的影响：在含有ATP和Mg2+, 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。
32
33
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。
34
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。
35
粗肌丝的构成---肌球蛋白（myosin）
12
踏车现象(treadmilling)
在微丝装配时,若G-肌动蛋白分子添加到F-肌动蛋白丝 上的速率正好等于G-肌动蛋白分子从F-肌动蛋白上失去的速 率时, 微丝净长度没有改变, 这种过程称为肌动蛋白的踏车 现象.
13
永久性微丝结构
在体内, 有些微丝是永久性结构, 如肌肉中的细丝及上皮 细胞微绒毛中的轴心微丝等。有些微丝是暂时性结构, 如 胞质分裂环中的微丝。
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6 形成应力纤维（stress fiber）
应力纤维是由微丝与肌球蛋白-II组装的一种不稳定性收 缩束，结构类似肌原纤维，使细胞具有抗剪切力。
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培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色）
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7 参与肌肉收缩
基本结构:肌纤维是圆柱形的肌细胞(长度可达40mm, 宽为10100μm), 并且含有许多核(可多达100个核)。
性，既正极与负极之别。
微丝纤维的负染电镜照片
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三、微丝的装配过程
微丝(F-actin)由G-actin聚合而成，单体具有极性，装配时 首尾相接。在适宜的条件下，肌动蛋白单体可自组装为纤维。 微丝的组装过程分三个步骤：即成核期、延长期、平衡期。
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影响装配的因素
微丝的装配同样受肌动蛋白临界浓度的影响，还受一些 离子浓度的影响：在含有ATP和Mg2+, 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。
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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: 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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粗肌丝的构成---肌球蛋白（myosin）
12
踏车现象(treadmilling)
在微丝装配时,若G-肌动蛋白分子添加到F-肌动蛋白丝 上的速率正好等于G-肌动蛋白分子从F-肌动蛋白上失去的速 率时, 微丝净长度没有改变, 这种过程称为肌动蛋白的踏车 现象.
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永久性微丝结构
在体内, 有些微丝是永久性结构, 如肌肉中的细丝及上皮 细胞微绒毛中的轴心微丝等。有些微丝是暂时性结构, 如 胞质分裂环中的微丝。
细胞生物学第十章_细胞骨架
微绒毛： MF同向平行排列
培养的成纤维细 胞中具有丰富的 应力纤维，并通 过粘着斑固定在 基质上。在体内 应力纤维使细胞 具有抗剪切力
当细胞受到外界 刺激时开始运动， 应力纤维发生变 化或消失
培养的上皮细胞中的应力纤维 （微丝红色、微管绿色）
MF反向平行排列
MF相互交错排 列
肌肉的组成
• 由肌原纤维组成，肌原纤维的粗肌丝主要成分是 肌球蛋白，细肌丝主要成分是肌动蛋白、原肌球 蛋白和肌钙蛋白。
• 研究细胞的内部工作机制，窥视细胞如何分裂。通过这些观察，可以揭开癌症工作机 制和组织生长之谜。
二、微丝结合蛋白
• 已知的的微丝结合蛋白有100多种，如： • 1 ．核化蛋白：使游离actin核化，开始组装，Arp • 2．单体隐蔽蛋白：阻止游离actin向纤维添加，thymosin • 3．封端蛋白：使纤维稳定，Cap Z • 4．单体聚合蛋白：将结合的单体安装到纤维，profilin • 5．微丝解聚蛋白：cofilin • 6．交联蛋白：fimbrin • 7．纤维切断蛋白：gelsolin • 8．膜结合蛋白：vinculin
• 单体呈哑铃形，称G-actin；多聚体称F-actin。 • 结构高度保守，酵母和兔子actin有88%的同源性。 • 需要翻译后修饰，如N-端乙酰化或组氨酸残基的甲基化。
(二)微丝的装配
• 条件：ATP、适宜温度、K+和Mg2+。
• 过 程 ： 2-3 个 actin 聚 集 成 核 心 （ 核 化 ） ； ATPactin分子向核心两端加合(延伸)。
• 属于马达蛋白，多数趋向微丝的（+）极。
• 肌球蛋白II构成粗肌丝。由2重链和4轻链组成，具有2 球形的头和1螺旋化的干，头部有ATP酶活性。
细胞生物学 第八章细胞骨架
二、微丝网络结构的调节与细胞运动
（二）细胞皮层 • 细胞皮层：紧贴细胞质膜下
富含微丝的区域，由微丝结 合蛋白交联成凝胶态的三维 网络结构。 • 其功能有： s 微丝与细胞质膜上的蛋白质 连接，从而限制膜蛋白的流 动性； s 为细胞质膜提供强度和韧性， 从而维持细胞的形状； s 细胞的多种运动如胞质环流、 吞噬等都与微丝的组装/去 组装转化有关。
由质膜及质膜下的轴心微丝束 构成。 • 微丝束的微丝呈同向平行排列， 即正极指向微绒毛顶端，负极 指向细胞内。 • 微绒毛的作用在于增加细胞的 吸收表面积，而其内部的轴心 微丝束起着支撑作用。
二、微丝动态结构的调节与细胞运动
（六）胞质分裂环 • 在有丝分裂末期，两个即
将分离的子细胞之间产生 一个对细胞质起收缩作用 的胞质分裂环（收缩 环）——由大量平行排列、 但极性相反的微丝组成。 • 收缩环的动力来源于肌球 蛋白在极性相反的微丝之 间的滑动。 • 随着收缩环的收缩，两个 子细胞被分开。
• 微管（microtubule，MT）： 指真核细胞中由微管蛋白组成 的、中空的管状骨架纤维，其 外径为24（25）nm，内径为 15nm。
• 细胞中的微管多数是暂时性的 结构：如间期细胞内的微管， 分裂期细胞的纺锤体微管等；
• 也有一些微管形成相对稳定的 “永久性”结构：如纤毛或鞭 毛中的轴丝微管、神经元突起 内的微管束。
§2 微管及其功能
一、微管的结构组分与极性
• 微管组装的基本结构单位是由 α-微管蛋白和β-微管蛋白结合 而成的异二聚体——α/β-微管 蛋白二聚体，是细胞内游离态 微管蛋白的主要存在形式。
• α-微管蛋白和β-微管蛋白上各有 一个GTP结合位点：
s α-微管蛋白：不可交换位点
细胞生物学第8章-细胞骨架
动力蛋白驱动蛋白驱动蛋白和动力蛋白的头部都具有atp水解酶的活性酶解atp的能量可供这两个蛋白质的头部做一次构象变换完成一套与微管的结合解离再结合的动作从而使蛋白质沿着微管移动
细胞骨架
本章内容提要
细胞质骨架 微管 微丝 中间丝
膜骨架 核骨架
细胞骨架（Cytoskeleton）指存在于真核细胞中的 蛋白纤维网架体系。
轴丝微管的排列方式主要有3中模式：
①9+2型：轴丝的外围是9组二联体微管，中 间是2根由中央鞘所包围的中央微管。
②9+0型：外围与9+2型相同，有9组二联体 微管，但缺乏中央微管。
③9+4型：罕见，轴丝中央含有4根单体微管。
9+0型一般为不动纤毛，9+2型大多为动纤毛。
纤毛和鞭毛运动的机制--“滑动微管模型”。 由于二联管之间的动力蛋白臂的动力蛋白介导了 两条微管的互相滑动，才使纤毛发生运动。
细胞骨架是高度动态的细胞结构体系，不仅是重要 的机械支撑、决定了细胞器和大分子空间定位，而 且参与了几乎所有形式的细胞运动。
细胞骨架直接负责细胞的大幅度运动，例如，细胞 沿物体表面爬行、肌肉细胞的收缩以及胚胎发育时 细胞形状的改变。
没有细胞骨架，伤口无法愈合，肌肉毫无用处， 精子也不能触及卵子。
Microtubules
Microfilamemts
Intermediate filaments
一、微管
微管几乎存在于所有的真核细胞内，是由微 管蛋白（tubulin）装配而成的中空的管状 结构。
它可以迅速地在细胞内某个位置去组装，并 在另一个位置再组装。
1.结构：
微管由微管蛋白亚基组装而成，每个亚基 是由α微管蛋白和β微管蛋白，通过非共价键 结合成的异二聚体，是微管装配的基本单位。
细胞骨架
本章内容提要
细胞质骨架 微管 微丝 中间丝
膜骨架 核骨架
细胞骨架（Cytoskeleton）指存在于真核细胞中的 蛋白纤维网架体系。
轴丝微管的排列方式主要有3中模式：
①9+2型：轴丝的外围是9组二联体微管，中 间是2根由中央鞘所包围的中央微管。
②9+0型：外围与9+2型相同，有9组二联体 微管，但缺乏中央微管。
③9+4型：罕见，轴丝中央含有4根单体微管。
9+0型一般为不动纤毛，9+2型大多为动纤毛。
纤毛和鞭毛运动的机制--“滑动微管模型”。 由于二联管之间的动力蛋白臂的动力蛋白介导了 两条微管的互相滑动，才使纤毛发生运动。
细胞骨架是高度动态的细胞结构体系，不仅是重要 的机械支撑、决定了细胞器和大分子空间定位，而 且参与了几乎所有形式的细胞运动。
细胞骨架直接负责细胞的大幅度运动，例如，细胞 沿物体表面爬行、肌肉细胞的收缩以及胚胎发育时 细胞形状的改变。
没有细胞骨架，伤口无法愈合，肌肉毫无用处， 精子也不能触及卵子。
Microtubules
Microfilamemts
Intermediate filaments
一、微管
微管几乎存在于所有的真核细胞内，是由微 管蛋白（tubulin）装配而成的中空的管状 结构。
它可以迅速地在细胞内某个位置去组装，并 在另一个位置再组装。
1.结构：
微管由微管蛋白亚基组装而成，每个亚基 是由α微管蛋白和β微管蛋白，通过非共价键 结合成的异二聚体，是微管装配的基本单位。
细胞生物学 第七章 细胞骨架
微管的功能
（一）构成细胞的支架，维持细胞形态；
微管的功能
（二） 参与细胞内物质运输；
马达蛋白（motor protein）
• 能沿着细胞骨架铺 就的“轨道”运动 的蛋白，靠水解 ATP提供能量，介 导细胞内物质沿细 胞骨架的运输。
•
•
肌球蛋白（myosin）—— 与微丝有关的运动
驱动蛋白（kinesin）和 动力蛋白（dynein） —— 与微管有关的运动
纤维 (intermediate filament) 。
组成：由许多不同的蛋白质亚基装配成纤维状结构。 特点：弥散性、整体性、变动性
微丝 （microfilament, MF）
微管 （microtubules, MT）
中间纤维 （intermediate filament, IF）
细胞骨架的功能
13条原纤维 （一段微管）
延长
• 极性装配:
异二聚体首尾相接，组装成的微管具有极性； α微管蛋白（-），β微管蛋白（+） 在（＋）极端发生装配使微管伸长
在（－）极端发生去组装使微管缩短 ----- 踏车行为
（二）微管的体内装配：
微管组织中心（ microtubule organizing center, MTOC ）：活细胞内微管组装时总是 以某部位为中心开始聚集，这个中心称为微 管组织中心,包括中心体、基体。为微管装配 提供始发区域，控制着细胞质中微管的数量、 位置及方向。
• 装配过程及极性规律同体外组装。
中心体
中心体 (centrosome) = 2个垂直的中心粒 + 周围物质 动物细胞内微管起始的主要位点。
中心粒结构
短筒状小体， 成对存在且相互垂直。
每个中心粒由9组三联体微 管斜向排列呈风车状包围 而成，为(9＋0)结构 微管组织中心（MTOC）， 参与有丝分裂。
细胞生物学细胞骨架
细胞生物学细胞骨架
五、微管的功能
主要功能： 与细胞运动、 细胞内细胞器的定位及其迁移、 细胞内的物质运输、 以及保持细胞形状有关。
细胞生物学细胞骨架
1．支持和维持细胞的形态
细胞生物学细胞骨架
2. 维持胞内膜性细胞器的空间定位分布 微管以中心体为中心向四周辐 射延伸，一直抵质膜下方。
细胞生物学细胞骨架
细胞生物学细胞骨架
细胞生物学细胞骨架
细胞生物学细胞骨架
3. 微管极性
使所有的微管均具有固定的极性， 微管的极性由本身的分子结构来决定，
β微管蛋白所处的一端为正(+)端， α微管蛋白所处的一端为负(-)端。
细胞生物学细胞骨架
微管生长具有极性： 微管的生长是通过向其远端(远离MTOC的一 端)不断添加微管蛋白异二聚体来实现的。
如果去掉MAP，微管则很易解聚。
细胞生物学细胞骨架
例如：神经细胞轴突中tau蛋白特别丰富，无MAP-2， 有利于保持微管束的存在。而树突和细胞本体中则 MAP-2集中。
神经细胞分化：轴突和树突的发生与MAP密切相关 抑制tau蛋白的合成—抑制轴突的发生， 树突的发生不受影响。 反之，如果使非神经细胞表达tau蛋白， 细胞也会长出轴突， 和神经细胞一样，微管成束排列， +端朝向突起远端
细胞生物学细胞骨架
三、微管的特性
自我 装配
细胞生物学细胞骨架
细胞生物学细胞骨架
2．微管组织中心(MTOC)
微管装配总是先由一定区域开始， 该区域称为微管组织中心(MTOC )
动物细胞：中心体是主要的微管组织中心， 如：小鼠卵母细胞中鉴别不出中心体
（发育早期的胚胎中出现中心体）
最新研究表明： 真正起MTOC作用的可能是中心粒周围的一些 蛋白质成分或与之相当的物质。
五、微管的功能
主要功能： 与细胞运动、 细胞内细胞器的定位及其迁移、 细胞内的物质运输、 以及保持细胞形状有关。
细胞生物学细胞骨架
1．支持和维持细胞的形态
细胞生物学细胞骨架
2. 维持胞内膜性细胞器的空间定位分布 微管以中心体为中心向四周辐 射延伸，一直抵质膜下方。
细胞生物学细胞骨架
细胞生物学细胞骨架
细胞生物学细胞骨架
细胞生物学细胞骨架
3. 微管极性
使所有的微管均具有固定的极性， 微管的极性由本身的分子结构来决定，
β微管蛋白所处的一端为正(+)端， α微管蛋白所处的一端为负(-)端。
细胞生物学细胞骨架
微管生长具有极性： 微管的生长是通过向其远端(远离MTOC的一 端)不断添加微管蛋白异二聚体来实现的。
如果去掉MAP，微管则很易解聚。
细胞生物学细胞骨架
例如：神经细胞轴突中tau蛋白特别丰富，无MAP-2， 有利于保持微管束的存在。而树突和细胞本体中则 MAP-2集中。
神经细胞分化：轴突和树突的发生与MAP密切相关 抑制tau蛋白的合成—抑制轴突的发生， 树突的发生不受影响。 反之，如果使非神经细胞表达tau蛋白， 细胞也会长出轴突， 和神经细胞一样，微管成束排列， +端朝向突起远端
细胞生物学细胞骨架
三、微管的特性
自我 装配
细胞生物学细胞骨架
细胞生物学细胞骨架
2．微管组织中心(MTOC)
微管装配总是先由一定区域开始， 该区域称为微管组织中心(MTOC )
动物细胞：中心体是主要的微管组织中心， 如：小鼠卵母细胞中鉴别不出中心体
（发育早期的胚胎中出现中心体）
最新研究表明： 真正起MTOC作用的可能是中心粒周围的一些 蛋白质成分或与之相当的物质。
细胞生物学_12细胞骨架
⒋8根原纤维构成圆柱状的IF。
特点：无极性；无 动态蛋白库；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。
中间纤维装配模型 A：两条中间纤维多肽链形成超螺旋二聚体； B：两个二聚体反向平行以半交叠方式构成四聚体； C：四聚体首尾相连形成原纤维；D：8根原纤维构 成圆柱状的10nm纤维
引起粗肌丝和细肌丝的相对滑动。
肌动蛋白的工作原理可概括如下： ①肌球蛋白结合ATP，引起头部与肌动蛋白纤维分离；
②ATP水解，引起头部与肌动蛋白弱结合；
③Pi释放，头部与肌动蛋白强结合，头部向M线方向弯 曲（微丝的负极），引起细肌丝向M线移动；
④ADP释放ATP结合上去，头部与肌动蛋白纤维分离。
肌肉收缩图解
顶体反应：在精卵结合时，微丝使顶体突出穿入卵子的胶 质里，融合后受精卵细胞表面积增大，形成微绒毛，微丝 参与形成微绒毛，有利于吸收营养。 其他功能：如细胞器运动、质膜的流动性、胞质环流均与 微丝的活动有关，抑制微丝的药物（细胞松弛素）可增强 膜的流动、破坏胞质环流。
第二节 微管及其功能
微管存在于所有真核细胞中由微管蛋白组装成的
在适宜的温度，存在ATP、K+、Mg2+离子的条件下， 肌动蛋白单体可自组装为纤维。 ATP-actin（结合ATP的肌动蛋白)对微丝纤维末端的 亲和力高，ADP-actin对纤维末端的亲和力低，容易脱落。 当溶液中ATP-actin浓度高时，微丝快速生长，在微丝纤 维的两端形成ATP-actin“帽子”，这样的微丝有较高的 稳定性。伴随着ATP水解，微丝结合的ATP就变成了ADP， 当ADP-actin暴露出来后，微丝就开始去组装而变短。
此外还包括许多微丝结合蛋白。 同样的肌动蛋白可以形成不同的亚细胞结构如
特点：无极性；无 动态蛋白库；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。
中间纤维装配模型 A：两条中间纤维多肽链形成超螺旋二聚体； B：两个二聚体反向平行以半交叠方式构成四聚体； C：四聚体首尾相连形成原纤维；D：8根原纤维构 成圆柱状的10nm纤维
引起粗肌丝和细肌丝的相对滑动。
肌动蛋白的工作原理可概括如下： ①肌球蛋白结合ATP，引起头部与肌动蛋白纤维分离；
②ATP水解，引起头部与肌动蛋白弱结合；
③Pi释放，头部与肌动蛋白强结合，头部向M线方向弯 曲（微丝的负极），引起细肌丝向M线移动；
④ADP释放ATP结合上去，头部与肌动蛋白纤维分离。
肌肉收缩图解
顶体反应：在精卵结合时，微丝使顶体突出穿入卵子的胶 质里，融合后受精卵细胞表面积增大，形成微绒毛，微丝 参与形成微绒毛，有利于吸收营养。 其他功能：如细胞器运动、质膜的流动性、胞质环流均与 微丝的活动有关，抑制微丝的药物（细胞松弛素）可增强 膜的流动、破坏胞质环流。
第二节 微管及其功能
微管存在于所有真核细胞中由微管蛋白组装成的
在适宜的温度，存在ATP、K+、Mg2+离子的条件下， 肌动蛋白单体可自组装为纤维。 ATP-actin（结合ATP的肌动蛋白)对微丝纤维末端的 亲和力高，ADP-actin对纤维末端的亲和力低，容易脱落。 当溶液中ATP-actin浓度高时，微丝快速生长，在微丝纤 维的两端形成ATP-actin“帽子”，这样的微丝有较高的 稳定性。伴随着ATP水解，微丝结合的ATP就变成了ADP， 当ADP-actin暴露出来后，微丝就开始去组装而变短。
此外还包括许多微丝结合蛋白。 同样的肌动蛋白可以形成不同的亚细胞结构如
细胞生物学细胞骨架
一、中间纤维的类型 ✓ 角蛋白丝：有19-22种多肽。 ✓ 结蛋白丝 ✓ 波形蛋白丝 ✓ 神经胶质丝 ✓ 神经丝
二、中间纤维的分子结构和组装 ❖形态：
❖ 中空管状纤维，长而不分支，直径约为10nm，介 于微管和微丝之间。
❖中间纤维（intermediate filament, IF）：又称 中等纤维，化学成分、种类复杂，结构独特，对 解聚微管（秋水仙素）和抑制微丝（细胞松弛素 B）的药物均不敏感，是广泛存在于真核细胞中 的第三种骨架成分。
❖ 微管蛋白GDP帽：微 管蛋白与GDP结合， 促进微管解聚、缩 短。
❖微管组织中心（microtubule organizing center, MTOC）：是微管组装的始发位置，微管的组装由此开 始。常见的MTOC：中心体、纤毛和鞭毛的基体。
❖ MTOC的作用：使微管生成和延长，控制细胞质中微管 形成的数量、位置和方向。
❖ 乳腺癌和非小细胞癌。肺癌、卵巢癌有效，对胰腺癌、胃癌、 头颈癌等也有效。
❖ 加强微管蛋白聚合作用和抑制微管解聚作用，导致形成稳定 的非功能性微管束，因而破坏肿瘤细胞的有丝分裂。
纤毛不动综合征：纤（鞭）毛中具有ATP酶活性的动力蛋白臂 缺陷或缺失，导致气管上皮纤毛和精子的鞭毛不能运动。
由于在自然条件下红豆杉生长速度缓慢，再生能力 差，所以很长时间以来，世界范围内还没有形成大规摸的 红豆杉原料林基地。1994年红豆杉被我国定为一级珍稀濒 危保护植物，同时被全世界42个有红豆杉的国家称为“国 宝”，联合国也明令禁止采伐，是名符其实的“植物大熊 猫”。
中心球
光镜结构
中心粒
1、中心粒的亚微结构
❖ 中心粒是成对的彼此相互垂直排列的圆筒状小体。 ❖ 横切面观，中心粒圆柱小体是由9束三联微管按一
细胞生物学第九讲细胞骨架
第九章细胞骨架真核细胞中由多种蛋白质纤维构成的复杂网架系统，称为细胞骨架cytoskeleton 。
广义的细胞骨架包含细胞核骨架(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，但往常狭义的仅指细胞质骨架。
当前以为细胞骨架主要功能：① 保持细胞整体形态和内部结构有序的空间散布；②与细胞运动、胞内物质运输、能量变换、信息传达、细胞分裂、基因表达及细胞分化等生命活动亲密有关。
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－肌动蛋白联络成的单链互相螺旋环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固的结构外，往常细胞中的微丝都是处在组装和解聚的动向之中，微丝装置拥有极性（即有正负极），并常表现出一端装置而另一端零落的踏车行为 treadmilling ，零落下来的单体进入细胞质中的肌动蛋白单体库。
对于微丝组装的适合条件是： ATP 、Mg 2+和高浓度的Na +、 K+离子；而解聚的条件是： Ca 2+和低浓度的 Na +、 K+离子。
微丝的形态是细而长，常常成束平行摆列，也有的构成疏散的网络。
在不一样种类细胞中，微丝还含有不一样种类的微丝联合蛋白，形成各自独到的结构或特定功能。
比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，由双股多肽链环绕成像“ 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）能临时性联合的部位（“ 横桥”），也是致使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）上的两种微丝联合蛋白，它们是以构象变化方式来调理细肌丝与粗肌丝（肌球蛋白头部）的联系。
细胞生物学 第九章 细胞骨架
中间纤维的成分与分布
IF成分比MF,MT复杂，具有组织特异性。 IF在形态上相似，而化学组成有明显的差别。
◆间纤维类型与分布
◆中间纤维蛋白的表达具有严格的组织特异性
中间纤维分类与分布
主要有6种主要类型: Ⅰ型角蛋白(酸性) Ⅱ型角蛋白(中性和碱性) Ⅲ型中间丝(波形蛋白，结蛋白，胶质纤维酸性蛋白， 外周蛋白，微管卷曲蛋白） Ⅳ（神经丝蛋白三亚基，α-介连蛋白） Ⅴ（核纤层蛋白A/C，核纤层蛋白B1；核纤层蛋白 B2) Ⅵ（巢蛋白,synemin,desmuslin) 其他
细胞内物质的运输
真核细胞内部是高度区域化的体系, 细胞中合成的 物质、一些细胞器等必须经过细胞内运输过程。这种运
输过程与细胞骨架体系中的微管及其Motor protein有关。
· Motor proteins · 神经元轴突运输的类型及运输模式 · 色素颗粒的运输
Motor proteins
目前已鉴定的Motor proteins多达数十种。根据其
中间纤维的功能
◆增强细胞抗机械压力的能力
◆角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持
◆结蛋白纤维是肌肉Z盘的重要结构组分，
对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用
◆神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用
◆参与传递细胞内机械的或分子的信息 ◆参与细胞分化
核纤层(Nuclear Lamina)
●核纤层分布与形态结构 ●成分——核纤层蛋白(Lamin) ●核纤层蛋白的分子结构及其与中间纤维蛋白的关系 ●核纤层蛋白在细胞分化中的表达 ●核纤层在细胞周期中的变化 ●功能
微管可装配成单管,二联管(纤毛和 鞭毛中),三联管(中心粒和基体中)。
装
◆装配方式
配
◆所有的微管都有确定的极性
细胞骨架(细胞生物学)
1.马达蛋白（motor protein）这是一类利用ATP水解产 生的能量驱动自身携带运载物沿着微管或肌动蛋白丝 运动的蛋白质。可分为三个不同的家族：
驱动蛋白（kinesin） 动力蛋白（dynein） 微管作为运行轨道 肌球蛋白（myosin） 肌动蛋白纤维作为运行轨道
驱动蛋白：介导沿微管的（-）极向（+）极的运输 动力蛋白：介导从微管的（+）极向（-）极的运输
极性装配 ： 装配快的一端（β微管蛋白）为（+）极， 装配慢的一端（α微管蛋白）为（-）极
微管的体外组装过程与踏车现象模式
（二）微管的体内装配 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，控制着细胞质中 微管的数量、位置及方向。 包括：中心体、纤毛和鞭毛的基体
细胞骨架立体结构模式图
广意的概念
细胞质骨架 细胞核骨架 细胞外基质
二、细胞骨架的功能
1.构成细胞内支撑和区域化的网架 2.参与细胞的运动和细胞内物质的运输 3.参与细胞的分裂活动 4.参与细胞内信息传递
细胞骨架功能示意图
第二节 微 管
一、微管的化学组成
α微管蛋白、 β微管蛋白 、γ-微管蛋白
（三）多种药物影响微丝组装
细胞松弛素（cytochalasin）抑制组装过程 鬼笔环肽：抑制微丝解聚，使微丝保持稳定状态
四、微丝的功能
（一）构成细胞的支架并维持细胞的形态 如，细胞皮层、应力纤维、微绒毛 等
A.微绒毛低温电镜图象; B.微绒毛结构示意图
（二）微丝参与细胞的运动 参与细胞的多种运动形式： 变形运动、胞质环流、 细胞的内吞和外吐等
按其功能可分为三大类： ①与F-肌动蛋白的聚合有关的蛋白； ②与微丝结构有关的蛋白； ③与微丝收缩有关的蛋白 ；
驱动蛋白（kinesin） 动力蛋白（dynein） 微管作为运行轨道 肌球蛋白（myosin） 肌动蛋白纤维作为运行轨道
驱动蛋白：介导沿微管的（-）极向（+）极的运输 动力蛋白：介导从微管的（+）极向（-）极的运输
极性装配 ： 装配快的一端（β微管蛋白）为（+）极， 装配慢的一端（α微管蛋白）为（-）极
微管的体外组装过程与踏车现象模式
（二）微管的体内装配 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，控制着细胞质中 微管的数量、位置及方向。 包括：中心体、纤毛和鞭毛的基体
细胞骨架立体结构模式图
广意的概念
细胞质骨架 细胞核骨架 细胞外基质
二、细胞骨架的功能
1.构成细胞内支撑和区域化的网架 2.参与细胞的运动和细胞内物质的运输 3.参与细胞的分裂活动 4.参与细胞内信息传递
细胞骨架功能示意图
第二节 微 管
一、微管的化学组成
α微管蛋白、 β微管蛋白 、γ-微管蛋白
（三）多种药物影响微丝组装
细胞松弛素（cytochalasin）抑制组装过程 鬼笔环肽：抑制微丝解聚，使微丝保持稳定状态
四、微丝的功能
（一）构成细胞的支架并维持细胞的形态 如，细胞皮层、应力纤维、微绒毛 等
A.微绒毛低温电镜图象; B.微绒毛结构示意图
（二）微丝参与细胞的运动 参与细胞的多种运动形式： 变形运动、胞质环流、 细胞的内吞和外吐等
按其功能可分为三大类： ①与F-肌动蛋白的聚合有关的蛋白； ②与微丝结构有关的蛋白； ③与微丝收缩有关的蛋白 ；
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影响微管装配的因素
• • • • • 微管蛋白的浓度 温度：<4。C解聚 ， >37。C促进组装 [Ca2+]：低则促进组装, 高则趋向解聚 压力： 高则趋向解聚 药物： 如秋水仙素、长春花碱等能使 微管解聚，紫杉酚能促进微管的组装并 稳定已组装的微管。
三、微管的功能:1.构成细胞的支架
深绿：微管 浅兰：内质网 黄色：高尔基体
第一节 微
1.形态结构：
1、微管的形态结构：微管 是细胞中由蛋白质组成的 外形笔直、中空且有一定 刚性和弹性的管状结构。
10-15nm 20--30 nm
管
一、微管的形态结构和化学组成
微管蛋白
微管蛋白(tubulin)：由α和β两个亚单位组成, 以异二聚体(heterodimer)的形式存在 。 α 亚单位 β 亚单位 GTP结合位点 GDP结合位点
上图：内质网抗体染色 下图：微管抗体染色
上图：高尔基抗体染色 下图：微管抗体染色
2.物质的快速运输与细胞器的转运
• 微管参与细胞器位 移与微管马达蛋白 （motor protein） 有关 • 微管马达蛋白：驱 动蛋白（kinesin)： 正向转运 • 动力蛋白(dynein) 反向转运
3. 构成纤毛、鞭毛和中心粒的主要骨架， 参与细胞运动
•细胞骨架的发现过程
最初人们认为细胞质中无有形结构，但许多 生命现象，如细胞运动、细胞形状的维持等，难 以得到解释。 1928年，人们提出了细胞骨架的原始概念。 1954年，在电镜下首次看到了细胞中的微管， 但在此时，电镜制片还只能用锇酸或高锰酸钾在 低温条件下来固定，在这样的条件下细胞骨架常 发生聚集现象，因而被破坏。 1963年，采用戊二醛常温固定后，才广泛的 地观察到种类细胞骨架的存在，并正式命名为一 种细胞器。
第九章
细
胞
骨
架
“人”有一定的形态是由 于有骨骼系统作为支架。
细胞为什么能维持一定的形态？ 细胞质：微管 微丝 中等纤维 细胞核：核骨架
上皮细胞（红色：微 丝；绿色：微管）
细胞骨架(cytoskeleton): 是指真核细胞中由微管、 微丝和中等纤维等蛋白质 成分构成的一个复合的网 架系统。
作用： • 维持细胞一定的形 状 • 网络各游离的细胞 器 • 与细胞的运动有关
本课小结：
• • • • • • 细胞骨架的概念、细胞骨架的功能 微丝、微管的形态结构特点及化学组成 微丝、微管的功能 微丝、微管的主要作用药物 中心粒的结构、组成和功能 纤毛和鞭毛结构的特点
2.中等纤维的类型 角蛋白：为表皮细胞特有，形成头发、指甲等 坚韧结构。 结蛋白：存在于肌肉细胞中，主要功能是使肌 纤维连在一起。 胶质原纤维酸性蛋白：存在于星形神经胶质细 胞和许旺细胞。起支撑作用。 波形纤维蛋白：存在于间充质细胞及中胚层来 源的细胞中。 神经纤丝蛋白：提供弹性使神经纤维易于伸展 和防止断裂。
微丝是由双股肌动蛋白 丝以右手螺旋排列成的 纤维，肌动蛋白单体间 以同样的方式结合，肌 动蛋白单体都有极性， 因此，微丝也有极性
2、微丝的分子组成：
肌动蛋白(actin)分子：球形，直径为2-3nm， 有三类单体，即、、，有极性。 单体存在于肌细胞中；和单体存在于非肌 细胞中。 肌动蛋白结合蛋白分子（微丝结合蛋白） 多以简单的方式与肌动蛋白结合，形成不同功能。 在非肌细胞中它们与肌动蛋白的结合方式不清。 在肌细胞中则形成有规律的结合，如：肌球蛋白 (myosin)、原肌球蛋白(tropornyosin)、肌钙蛋 白与肌动蛋白丝的结合。
动物和低等植物细胞中成对出现的细胞器—中心粒
• 电镜结构：一对 圆柱状 小体，彼此相互垂直排列； • 结构图示：9*3+0 • 功能： （1）组织形成鞭毛和纤毛 （2）参与细胞有丝分裂 （3）中心粒上的ATP酶为细 胞运动和染色体移动提供 能量
4. 参与染色体的运动，调节细胞分裂
去组装
组装
微管组装引起染色体移动
微管与微丝的比较
• 形态结构 化学组成 微 管 中空管状纤维 微管蛋白二聚体 微 丝 实心细纤维 肌动蛋白
组装
二聚体 微管
原纤维
G-肌动蛋白 F-肌动蛋白
功能
支架、细胞器运动、 支架、 细胞运 物质运输 动、肌肉收缩、
细胞分裂
三.中 等 纤 维.
1.结构：中空管状，纤维状 中等纤维蛋白分子结构的共同 特点是拥有一个约３１０个氨 基组成的α－螺旋杆状区，杆 状区两端分别是非螺旋的头部 （氨基端）和尾部（羧基端）
2. 一是组装的方向性, 二是生长速度的快慢 • 正端生长得快, 负端 则慢, 同样, 如果微管 去组装也是正端快负 端慢
4.踏车
• 微管的总长度不变， 但结合上的二聚体 从(+)端不断向(-) 端推移, 最后到达 负端。 • 踏车现象实际上是 一种动态稳定现象。
二.微管的组装和解聚
• 1.微管组织中心MTOC）:活 细胞内微管组装时总是以 某部位为中心开始聚集， 这个中心称为微管组织中 心,包括中心体、基体和着 丝粒等。
常见微管组织中心
间期细胞MTOC： 中心体 (动态微管) 分裂细胞MTOC：有丝分裂 纺锤体极(动态微管) 鞭毛纤毛MTOC：基体 (永久性结构)
G-actin 在正极 端装配，负极 去装配，叫踏 车。
4.影响微丝组装的因素
• 组装：鬼笔环肽、肌动蛋白单体 的浓度（临界浓度） • 解聚：细胞松弛素B
二、微丝的功能：1.参与肌肉收缩 2.支撑功能（微绒毛形态的维持）
3.微丝与细胞运动
变形虫的胞质运动 胞吞、胞吐作用等。 微丝参与细胞分裂
3.组装
多肽分子（２对超螺旋） 二聚体 四聚体 原丝
二根
原纤维
四根
中等纤维
4.中等纤维的功能
（1）信息传递的功能 (2)骨架功能 （3）增强细胞抗机械压力 的能力
小结 细胞骨架的分布
• 微管主要分布在核 周围, 并呈放射状 向胞质四周扩散。 • 微丝主要分布在细 胞质膜的内侧。 • 中间纤维则分布在 整个细胞中
α +β α β 二聚体 α β +…+α β 多聚体 13条原纤维 微管
原纤维
图示 微管蛋白组成微管
2. 化学组成 微管蛋白：占80% 微管结合蛋白：占20%
碱性的微管蛋白 结构域（与微管结合） 酸性的突出结构域 （ 与质膜、中间纤维 和其它细胞组 分 结合）
3.微管在细胞中存在的类型
• 单管:13根原纤维包绕而成 (胞质微管); • 二联管:纤毛和鞭毛的微管 • 三联管:中心粒微管 • 纤毛和鞭毛的基体
5.微管的动态不稳定性
• 决定微管正端 是GTP帽还是 GDP帽, 受两 种因素影响, 一是结合GTP 的游离微管蛋 白二聚体的浓 度, 二是GTP 帽中GTP水解 的速度。
影响微管稳定性的某些条件
影响微管稳定性的药物
秋水仙素 (图中红色所示）与 二聚体结合而抑制微管的聚 合。 紫杉酚能和微管紧密结合防止 微管蛋白亚基的解聚。由于 新的微管蛋白仍可加上去结 果微管只增长不缩短。 为行使正常的微管功能， 微管出于动态的装配和解 聚状态是重要的。
如：肌球蛋白常聚合为两极纤维
肌球蛋白在 肌细胞中含 量丰富，规 则排列，在 非肌细胞中 含量少，且 无序排列。 是微丝动力 蛋白。
肌细胞中的肌球蛋白有规律性的排列形成粗肌丝
原肌球蛋白和肌钙蛋白在横纹肌细肌丝中与肌动蛋白的结合
示
肌肉收缩的滑动模型
Z线(Z disk)是纤维网状结构
3.微丝的组装
• 纤毛与鞭毛的结构： （1）纤毛本体：细胞表 面突出部分，结构图示 92+2 （2）基体：质膜下圆 筒结构，来源于中心粒， 结构图示 93+0 （3）纤毛小根：有横纹， 具固定和收缩功能
纤毛本体横切面
• 结构组成： （1）二联体: A、B微管； （2）内外臂: 动力蛋白 构成（实为ATP酶） （3）中央微管和鞘 • 连接蛋白：二联体微管 的连桥及中央微管的横 桥之中。
第二节 微丝（Microfilament）
一、微丝的形态与组成
小肠上皮细胞横切图 小肠上皮细胞纵切图 （微绒毛的中轴是由微丝构成）
1、微丝的结构：微丝(microfilament)是由肌 动蛋白亚单位组成的实心螺旋状纤维，直径约 ５--７nm 。
肌动蛋白单位
图示
Actin 中央有ATP结 合位点，actin聚合时， ATP被水解成ADP， actin解聚时，ADP 又磷酸化成ATP