细胞骨架作用机理

有丝分裂时，微管形成纺锤体， 有丝分裂时，微管形成纺锤体，牵引染色体到达分裂极
• 1. 形成纺锤体 。
• 2. 形成鞭毛和纤毛 • 结构：由基体和鞭杆两部分构成；鞭毛中的微管 为9+2结构；二联微管A管由13条原纤维组成，B 管由10条原纤维组成；A管向相邻B管伸出两条动 力蛋白臂，并向鞭毛中央发出一条辐；基体的微 管组成为9+0。 • 运动原理：动力蛋白臂的dynein水解ATP作功，使 相邻的二联微管相互滑动。
3.种类： 种类： • I型：MAP1；分布于神经细胞的轴突和树突中
，在其他非神经细胞中也有。
• II型：MAP2，存在于树突 MAP4，存在于神经细胞核非神经细胞 Tau，存在于轴突和树突 • MAPs可与其它细胞组分（如微管束、中间 纤维、质膜）结合。 4.功能 功能： 4.功能：
①促进微管组装。②增加微管稳定性。③促进微管 聚集成束。
• (2)GDP-微管蛋白与微管末端亲和性 微管蛋白
GTP微管蛋白
小—微管蛋白解聚。 微管蛋白解聚。 (3)当GTP(3)当GTP-微管蛋白的组装速度大 于GTP的水解速度时，形成一GTP GTP的水解速度时，形成一GTP 帽,微管延长。
GDP微管蛋白
GTP微管蛋白
• (4) 随着GTP-微管蛋 随着GTP GTP白浓度下降， 白浓度下降，不稳定 性。
GDP微管蛋白
• The function of GTP-tubulin cap
• GTP hydrolysis is not required for microtubule assembly，WHY？
（三）微管的体内组装
1. 细胞内微管组装的特点：随细胞周期和 生理 状况处于动态变化之中，频率高于体外。 2. γ-微管蛋白环形复合体存在微管组织中 心。
Cyto skeleton
概
述
• 细胞骨架 细胞骨架：真核细胞中的蛋白纤维立体网架 体系。 狭义：指细胞质骨架：微丝microfilament、微管 狭义 microtubule、中间丝intemediate filament 广义：核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架、 广义 细胞外基质 • 特点 特点：弥散性、整体性、变动性 • 功能 功能：维持细胞形态，保持细胞内部结构的 有序性细胞运动、物质运输、能量转换、信 息传递、细胞分裂、基因表达、细胞分化
（四）影响微管组装的因素
1.促进微管组装的因素： 微管蛋白浓度高于Cc、 1.促进微管组装的因素： 微管蛋白浓度高于Cc、 促进微管组装的因素
存在时，微管组装； 37℃、 GTP和Mg2+存在时，微管组装； 37℃ GTP和
2.抑制微管组装的因素：微管蛋白浓度低于Cc ， 2.抑制微管组装的因素：微管蛋白浓度低于Cc
The centrosome is the major MTOC of animal cells
• 中心体由两个相互垂直的中心粒构成。周围是无 定形物质，叫做外中心粒物质（PCM）。 • 中心粒由9组3联微管构成，具有召集PCM的作用。 • MTOC处微管蛋白以环状的γ球蛋白复合体为模板 核化、先组装出（-）极，然后开始生长。 • 提纯的微管，在微酸性环境，适宜温度，存在GTP、 Mg2+和去除Ca2+的条件下能自发的组装成11条原 纤维的微管。
1.动力蛋白（cytoplasmic dynein ） 1.动力蛋白（ 动力蛋白 2.驱动蛋白(kinesin) 2.驱动蛋白 驱动蛋白( 3.肌球蛋白（myosin) 将物质沿微丝运输 3.肌球蛋白（ 肌球蛋白
将物质沿微管运输
1.驱动蛋白kinesin超家族： 1.驱动蛋白 驱动蛋白kinesin超家族 超家族：
多亚基蛋白 动力蛋白
驱动蛋白
△由微管的正端向负端运动 △动力蛋白通过可溶的多亚基蛋白复合体与被运输物结合
• Dynein发现于1963年。 • 由两条相同的重链和 种类繁多的轻链以及 结合蛋白构成。 • 作用：推动染色体的 分离、驱动鞭毛的运 动、向着微管（-）极 运输小泡。
驱动蛋白
+
动力蛋白
沿微管运输的马达蛋白
线粒体 细 胞 骨 中间纤维 微丝
微丝确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩。 微丝确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩。 微管确定膜性细胞器的位置和作为运输导轨。 微管确定膜性细胞器的位置和作为运输导轨。 中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。 中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。
微管
核糖体
内质网
The three types of protein
结构：两个球形的头部：具有ATP活性，水解ATP产 结构：两个球形的头部：具有ATP活性，水解ATP产 生能量，与微管结合；尾部与被转运分子结合。 方向性：由微管的负端向正端 方向性：由微管的负端向正端 ，蛋白的运动是一步一 步地进行的。
2.微管动力蛋白（cytoplasmic dynein）超家族 2.微管动力蛋白（cytoplasmic dynein）超家族
• 每条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成。二聚体由结 构相似的α和β球蛋白构成，均可结合GTP。 • α球蛋白结合的GTP从不发生水解或交换。 • β球蛋白也是一种G蛋白，结合的GTP可发生水解，结合的 GDP可交换为GTP。
二、微管相关蛋白microtubule associated proteins,MAPs 1.概念： 1.概念： 概念 2.MAP由两个区域组成： 2.MAP由两个区域组成： 由两个区域组成 (1)碱性的微管结合结 (1)碱性的微管结合结 构域 (2)酸性的突出结构域 (2)酸性的突出结构域
一、分子结构
•形态结构：是由微管蛋白二聚体装配成的长管状细胞器结 形态结构： 形态结构
构，大小均匀一致，外径25nm，内径15nm，微管壁由13 条原纤维螺旋盘绕一周构成。
微管有单管、二联管和三联管三种存在形式。 微管有单管、二联管和三联管三种存在形式。
Singlet Double Triplet
A
A
B
B
In cilia and flagella
C
In centrioles and basal bodies
二、微管的化学组成 • 化学组成 化学组成：微管蛋白和微管相关蛋白。 • （一）微管蛋白tubulin
• α微管蛋白和β微管蛋白(球形酸性蛋白)是装 配成微管的基本亚单位。 • 三级结构相似，能紧密联结在一起形成异二聚 体，在进化上高度保守。
第一节 微管microtubule,MT
微管普遍存在于真核细胞的胞质中，分布于核周围， 呈放射状向四周扩散。在胞质中形成网络结构，作 为运输路轨并起支撑作用。微管是由微管蛋白组成 的管状结构，对低温、高压和秋水仙素敏感。
A fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucleus (yellow) and microtubules (red)
微管的组装与去组装速度相等。 微管的组装与去组装速度相等。
（一）微管组织中心是微管装配的起始点 1、微管组织中心 、
microtubule organizing center, MTOCs
• 是微管进行组装的区 域，都具有γ微管球蛋 白 ，如：中心体、鞭 毛基体。
MT are nucleated by a protein complex containing γ-tubulin
维持细胞的形态 固定与支持细胞器的位置
红色 显示 微丝 绿色 显示 微管
（二）、微管参与细胞内物质运输
在细胞内，微管作为内物质运输的轨道。 在细胞内，微管作为内物质运输的轨道。 具体功能由马达蛋白 具体功能由马达蛋白（ motor protein ） ： 马达蛋白（ 主要分为三类: 主要分为三类:
三、微管的装配
微管的组装分三个时期：
成核期（延迟期）： 成核期（延迟期）：α和β微管蛋白聚合成短
的寡聚体，核心形成。 的寡聚体，核心形成。
聚合期（延长期）： 聚合期（延长期）：微管蛋白聚合速度大于
解聚速度，为微管延长。 解聚速度，为微管延长。
稳定期（平衡期）：微管蛋白浓度达到临界浓度， 稳定期（平衡期）：微管蛋白浓度达到临界浓度，
intermediate filaments，IF
Keratin filaments of epithelial cells are tightly anchored to the plasmamembranes at desmosmes and hemidesmosomes
Microtubules
Microfilamemts
Intermediate filaments
Low-magnification image of epithelial cells Cytoskeleton of a cultured epithelial cell. stained to show actin (in red), microtubules Microtubules are shown in green, actin is (in green) and DNA (in blue). Note the four shown in red and DNA is in blue. Image by rounded cells undergoing cell division. Steve Rogers. (Fluorescence Microscope)
（三）微管维持细胞器的定位和分布 线粒体的分布与微管相伴随。 线粒体的分布与微管相伴随。 游离核糖体附着于微管和微丝的交叉点上。 游离核糖体附着于微管和微丝的交叉点上。 （四）微管参与染色体的运动，调节细胞分 裂 • 微管是构成有丝分裂器的主要成分。染色体 微管是构成有丝分裂器的主要成分。 的分裂和位移与微管马达蛋白有关。 微管马达蛋白有关 的分裂和位移与微管马达蛋白有关。
低于4 低于4℃、高Ca2 + ，微管解聚；
3.药物： 3.药物：
紫杉醇：促进微管的组装。 紫杉醇：促进微管的组装。 秋水仙素、长春花碱：抑制微管的组装。 秋水仙素、长春花碱：抑制微管的组装。
• Antimitosis drugs
五、微管的功能
（一）、微管构成细胞内的网状支架，支持和维持细 ）、微管构成细胞内的网状支架， 微管构成细胞内的网状支架 胞的形态。 胞的形态。 微管具有一定的 强度，能够抗压 强度，能够抗压 和抗弯曲， 和抗弯曲，给细胞 提供机械支持力。 提供机械支持力。
光镜下黄色荧光显示微管
光镜下的微管
电镜下的微管
真核细胞中微管 所处的三种位置 。
• 特点和功能 特点和功能：
• 存在于所有真核细胞的细胞质中；是真核细胞特有 的保守性结构；出现于细胞周期特定时刻或某一特 定发育过程。 • 在不同细胞有相同形态。 • 是一种动态结构，通过其亚单位的装配和去装配能 适应细胞的变化。 • 呈网状或束状分布,与其他蛋白装配成纺锤体、中 心粒、鞭毛、纤毛、轴突和神经管等结构，参与细 胞形态的维持，细胞内运动和细胞分裂。
• 具有极性，(+)极生长速度快，(-)极生长速度慢。 • (+)极的最外端是β球蛋白，(-)极是α球蛋白。 • 可形成稳定结构，如轴突、纤毛、鞭毛。是微管 结合蛋白的作用和酶修饰的原因。 • 大多数微管处于动态组装和去组装状态（如纺锤 体），具有踏车行为。 • 秋水仙素、长春花碱抑制微管装配。 紫杉酚能促 进微管的装配, 并使已形成的微管稳定。
二联体微管
中央鞘（内鞘） 中央微管
纤 毛 质膜 部 轴丝 杆
A B
B
A
B A
B A B A
外 臂
动力蛋白
内 臂 辐 条
C1
C2
A B A B A B
B A
辐条头 管间连接丝
Байду номын сангаас
9X2+2 B
A
第三节 中间纤维
• 直径10nm左右，介于微丝和微管之间，故名。 • IF是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑作用。 • IF在细胞中围绕着细胞核分布，成束成网，并扩 展到细胞质膜，与质膜相连结。
（二）微管的体外组装
• 1. 微管的组装： 微管的组装： • 条件：微管蛋白浓度、GTP、 37℃、pH6.9。 条件：微管蛋白浓度、GTP、 37℃ pH6.9。
微管的装配过程
2. 微管组装 动态不稳定性模型 微管组装—动态不稳定性模型
• (1)GTP-微管蛋白与微管末端亲和性 微管蛋白
大—微管蛋白聚集。 微管蛋白聚集。