第十章 细胞骨架(Cytoskeleton) 2(简)
合集下载
第十章 细胞骨架(Cytoskeleton) 2(简)
僵直？
第二节 微管及其功能
真核细胞中直径24～26nm的中空管状结构 ,其空间结 构与功能与微管结合蛋白有关。
一、化学组成 二、装配 三、微管结合蛋白 四、功能
一、化学组成
微
2
1
3
管 13
4
进化上高度保守，由同一祖先基因进化而来 横
断
12 11
5
6 7
10
面
98
微 管 蛋 白
微管蛋白 极性
(55KD 450aa) 异二聚体
驱动蛋白和胞质动力蛋白介导的细胞内膜泡和细胞器运输
（KIF，驱动蛋白超家族）
鞭毛和纤毛的摆动
纤毛Βιβλιοθήκη 鞭毛纤毛或鞭毛结构组成
纤毛动力蛋白的结构
外动力 蛋白
连 接 蛋 白
“9+2” 微管
内动力 蛋白
多亚基的ATP酶
纤毛/鞭毛运动的微管滑动学说
1234. 带动新结有力的合水A蛋的T解A白PT产结头P物合水部的于解与头动，相部力其邻与蛋释二B白放联微上的体管，能上的使量B另微头使一管部头个结与部位合相的点，邻角结促的度合进二复，A联原T开体。P始(水B微解管) 脱又A离一D。次P循+P环i(释。放)，同时动力蛋白头部构象变化角度改变， 牵引相邻B微管向纤毛顶部滑动。
两端速率相等时，微管长度不变。
GTP的作用
调节微管的组装
GTP- GTP – tubulin 促进组装；
GTP→GDP+Pi； GTP- GDP -tubulin 去组装
装配过程 请你仔细找一下微管的“接缝”！
原纤维核装配
侧面加宽并延长
稳定阶段
踏车行为
缩短
延长
微管的体内组装特点
第二节 微管及其功能
真核细胞中直径24～26nm的中空管状结构 ,其空间结 构与功能与微管结合蛋白有关。
一、化学组成 二、装配 三、微管结合蛋白 四、功能
一、化学组成
微
2
1
3
管 13
4
进化上高度保守，由同一祖先基因进化而来 横
断
12 11
5
6 7
10
面
98
微 管 蛋 白
微管蛋白 极性
(55KD 450aa) 异二聚体
驱动蛋白和胞质动力蛋白介导的细胞内膜泡和细胞器运输
（KIF，驱动蛋白超家族）
鞭毛和纤毛的摆动
纤毛Βιβλιοθήκη 鞭毛纤毛或鞭毛结构组成
纤毛动力蛋白的结构
外动力 蛋白
连 接 蛋 白
“9+2” 微管
内动力 蛋白
多亚基的ATP酶
纤毛/鞭毛运动的微管滑动学说
1234. 带动新结有力的合水A蛋的T解A白PT产结头P物合水部的于解与头动，相部力其邻与蛋释二B白放联微上的体管，能上的使量B另微头使一管部头个结与部位合相的点，邻角结促的度合进二复，A联原T开体。P始(水B微解管) 脱又A离一D。次P循+P环i(释。放)，同时动力蛋白头部构象变化角度改变， 牵引相邻B微管向纤毛顶部滑动。
两端速率相等时，微管长度不变。
GTP的作用
调节微管的组装
GTP- GTP – tubulin 促进组装；
GTP→GDP+Pi； GTP- GDP -tubulin 去组装
装配过程 请你仔细找一下微管的“接缝”！
原纤维核装配
侧面加宽并延长
稳定阶段
踏车行为
缩短
延长
微管的体内组装特点
细胞骨架—《细胞生物学》笔记
细胞骨架—《细胞生物学》笔记●第一节细胞骨架的基本概念●(一)基本概念●细胞骨架（cytoskeleton）一般指真核细胞细胞质内由蛋白质组成的复杂纤维状网架结构体系，包括:微丝(microfilament, MF)、微管(microtubule, MT)及中间纤维(intermediate filament, IF)。
广义的细胞骨架还包括细胞核的核骨架和细胞质膜的膜骨架。
●(二)功能●细胞骨架是高度动态的结构体系，对细胞的结构和功能发挥组织作用,并进一步影响细胞的形态、运动,胞内物质运输及周围的细胞和环境。
(除支持作用和运动功能外，与胞内物质运输、能量转换、信息传递、细胞分裂、基因表达、细胞分化、甚至分子空间结构的改变等生命活动密切相关。
)●第二节微丝与细胞运动●一、微丝的组成及其组装●(一)组成●微丝又称肌动蛋白丝（actin filament）或纤维状肌动蛋白(fibrous actin，F-actin），是指真核细胞中由肌动蛋白（actin）聚合而成的，直径为7nm的纤维状结构，其组装/去组装(微丝网格结构的动态变化)与多种细胞生命活动密切相关。
●(二)结构与成分●1.主要结构成分:肌动蛋白actin●(1)结构●由一条多肽链构成的球形蛋白质,是组成微丝的基本蛋白质，分子量约43 kDa，序列高度保守；不同亚型的肌动蛋白（isotype）常有组织和发育阶段表达的特异性。
●(2)三维结构●该分子上有一条裂缝，将其分成两半，其底部有两段肽链相连，呈蝶状(具有裂缝的一端为负极(-)，另一端为正极(+))。
在裂缝内部有一个核苷酸(ATP或ATP)结合位点和一个二价阳离子(Mg²⁺或Ga²⁺)结合位点。
●(3)存在形式●①肌动蛋白单体(又称球状肌动蛋白，G-action);●②肌动蛋白多聚体(F-action)。
●(4)类型●①α-肌动蛋白●横纹肌、心肌、血管平滑肌和肠道平滑肌所特有。
第十章 细胞骨架(Cytoskeleton)
成束蛋白：将相邻的微丝交联成平行排列
如：丝束蛋白、绒毛蛋白、 α-辅肌动蛋白。
凝胶形成蛋白：将微丝连接成网状
如：细丝蛋白
4、交联蛋白
A、成束蛋白将相邻的微丝交联成束状结构。丝束蛋白和绒毛蛋白等交联而成的微丝 束为紧密包装型，肌球蛋白不能进入，无收缩功能；B、由α-辅肌动蛋白交联形成 的微丝束相邻的纤维之间比较宽松，肌球蛋白可以进入与之相互作用，可收缩。 C、细丝蛋白将微丝交联成网状。
三、微丝主要结构成分—肌动蛋白的类型
哺乳动物和鸟类已分离到6种肌动蛋白：4种α-肌动蛋白，分别
为横纹肌、心肌、血管平滑肌和肠道平滑肌所特有。另两种为
β-肌动蛋白和γ-肌动蛋白，存在于所有肌细胞和非肌细胞中。
特点：同源性很高，常作为内参基因。但微小差异可能上的变化。
四、微丝特异性药物
◆细胞松弛素(cytochalasins)：可以切断微丝,并结合
马达结构域 2条重链
在心肌、骨骼肌、 平滑肌、收缩环、 张力纤维等产生 强大的收缩力。
内吞作用和吞噬泡运输 细胞内膜泡 和其他细胞 器的运输
部分肌球蛋白超家族成员的结构示意图
（二）肌球蛋白的结构
三个功能结构域：马达结构域、调控结构域和“货物” 结合的尾部结构域。 Ⅱ型肌球蛋白：在肌细胞中，组装成肌原纤维的粗丝， 在非肌细胞中，与收缩环的动态结构以及应力纤维的 活动相关。
（3）动力蛋白
特点：既有与微丝或微管结合的马达结构域，又有与
膜性细胞器或大分子复合物特异结合的“货物”结构
域，利用水解ATP所提供的能量有规则地沿微管或微丝
等细胞骨架纤维运动。
（一）肌球蛋白的种类
组装成粗肌丝的单位，肌球蛋白的头部和组成微丝的肌动蛋白 亚基之间的相互作用导致粗丝和细丝之间的滑动。
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。
细胞骨架（cytoskeleton）
细胞骨架（cytoskeleton）第一篇：细胞骨架(cytoskeleton)核基质概论细胞核骨架是存在于真核细胞核内的以蛋白成分为主的纤维网架体系。
目前对核骨架的概念有两种理解，狭义的核骨架仅指核内基质(inner nuclear matrix，inner nuclearskeleton)，即细胞核内除核膜、核纤层、染色质、核仁和核孔复合体以外的以纤维蛋白成分为主的纤维网架体系；广义的核骨架包括核基质、核纤层和核孔复合体。
长期以来，对细胞核的研究主要集中于染色质，核仁和核膜，尤其是注重对DNA、RNA、组蛋白和核酸酶的研究。
核骨架曾长期被人们所忽视，直到70年代中期，Berezney和Coffey等(1974)才首次将核骨架(nuclear matrix)作为细胞核内独立的结构体系进行研究，用非离子去垢剂、核酸酶与高盐缓冲液对大鼠肝细胞进行处理，当核膜、染色质与核仁被抽提后，发现核内仍存留有一个以纤维蛋白成分为主的网架结构。
此后，真核细胞中核骨架的客观存在相继为其他实验室所证实，并发现核骨架与DNA复制、RNA转录和加工、染色体组装及病毒复制等一些重要的生命活动有关(图9-26)。
(一)形态结构近年来，核骨架的研究取得很大进展，成为细胞生物学研究的一个新的生长点。
细胞核内物质密度较大，且有大量染色质纤维，直接在原位研究核骨架的形态结构及成分相当困难。
在核骨架研究中，一般首先分离核骨架，然后研究其结构成分及功能。
最早是Coffey等用非离子去垢剂、核酸酶与高盐缓冲液(2mol／L NaCl)处理细胞核，分离核骨架。
值得一提的是Penman等建立的细胞分级抽提方法。
先用非离子去垢剂处理细胞，溶解膜结构系统，胞质中可溶性成分随之流失，主要存留细胞骨架体系。
再用Tween 40和脱氧胆酸钠处理，胞质中的微管、微丝与一些蛋白结构被溶去，胞质中只有中间纤维网能完好存留。
然后用核酸酶与0.25mol／L硫酸铵处理，染色质中DNA、RNA和组蛋白被抽提，最终核内呈现一个精细发达的核骨架网络，结合非树脂包埋-去包埋剂电镜制样方法，可清晰地显示核骨架-核纤层-中间纤维结构体系。
细胞骨架2
C.如果只有GDP存在，微管会持续缩短， 最终消失，因为结合有GDP的微管蛋白 二聚体相互之间的亲和力十分低，不可 能被稳定地添加到微管上去；
D.如果有GTP存在但它不能被水解，那 么微管将持续增长直到所有游离的微管 蛋白亚基被用完为止。BACK
微丝（microfilament,MF)
微丝是指真核细胞中由肌动蛋白（actin)组成， 直径为7nm的骨架纤维；
微丝也具有踏车行为，正端不断增加肌动蛋 白，负端不断丢失肌动蛋白，维持微丝的长 度不变。
细胞内小分子蛋白质调节肌动蛋白的聚合
各种类型细胞内肌动蛋白单体标准浓度为 50~200 μmol(约8mg/ml），与低的纯肌动蛋白 聚合临界浓度（低于1 μmol）相比高得惊人。
在细胞内存在特殊的蛋白，可与肌动蛋白分子 结合以抑制其聚合到微丝末端，这些特殊蛋白 称为肌动蛋白－单体－结合蛋白。
微管特异性药物
秋水仙素：能够和游离微管蛋白紧密结合， 阻止微管蛋白之间的聚合，但对已经聚合形 成微管后的微管蛋白分子，无法结合。
纺锤体会快速解体，细胞停滞在有丝分裂中 期 ，染色体无法分离成两组。说明纺锤体通 常维持在持续的微管蛋白亚基添加和脱离的 平衡中，当微管蛋白的添加被秋水仙素阻抑 时，微管蛋白仍然持续地从微管上脱离直到 纺锤体消失。
每一个肌动蛋白分子是一个375个氨基酸 组成的单链多肽，与一分子ATP紧密相 连。
微丝更细和柔顺，单丝比微管往往短很 多，在细胞内微丝不是呈单条独立行动， 而是形成横向连接的聚合物或形成束， 比单个微丝更强壮。
Bundles
Networks
Micrograph revealing bundles and networks of actin filaments in the cytosol of a spreading platelet
第十讲 细胞骨架
因此，就每一根微丝来说，长度一般不是固定不变 的，呈动力学不稳定状态。
11
12
溶液中ATP-肌动蛋白的浓度也影响组装的速度。 当处于临界浓度时，ATP-actin可继续在+端添加、 而在-端分离，且二者速度速度相等，新聚合上 的肌动蛋白单体从正极向负极作踏车式移动，此 即踏车模型 (treadmilling model)。
46
微管的极性： →→形成原纤维丝具极性，由原纤维丝 形成的微管也具极性；
微管装配是一个动态不稳定过程：即微管装配与 去装配是一个交替变换的现象； ·动力学不稳定性产生的原因：微管两端具GTP帽 (取决于微管蛋白浓度),微管将继续组装,反之,具 GDP帽则解聚。
47
48
长春碱类和秋水仙素类药物是通过阻滞微管蛋白聚 合，使有丝分裂不能进行从而破坏肿瘤细胞增殖。 紫杉醇及紫杉特尔的作用则是促进微管蛋白聚合作 用和抑制微管解聚，它们的作用位点与前述二类药不 同，主要作用于β-微管蛋白的N-末端31位氨基酸和 217-231氨基酸残基上，使具有可逆变化的微管不能解 聚，阻止丝状分裂，最后导致癌细胞死亡。紫杉醇源 于短叶紫杉的树皮。药理学研究表明，紫杉醇可明显 减少G1期的细胞群体，而增加G2期和M 期的细胞群。 紫杉醇对卵巢癌、乳腺癌及非小细胞肺癌等有突出的 疗效，被誉为近15年来最好的抗肿瘤新药。紫杉特尔 化学结构上属紫杉类药物，作用机制同紫杉醇，其稳 定微管作用比紫杉醇大2 倍，是现有药物中治疗转移 性乳腺癌和非小细胞肺癌最有效的药物之一。 49
第十讲 细胞骨架（cytoskeleton）
1
细胞骨架 (cytoskeleton)
• 概念： 一般是指真核细胞质内的蛋白纤维网架系统。 广义的细胞骨架: 细胞质骨架、细胞核骨架及 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 （肌动蛋白丝）、微管及中间纤维（中间丝）; • 功能： 维持细胞形态、保持细胞内部结构的有序性， 还与细胞运动、物质运输、能量转换、信息传 递、细胞分裂、免疫行为、细胞分化等生命活 动密切相关。
细胞生物学10 细胞骨架ppt
微管——形态、结构与组成
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)，在细胞中呈网状或束状分布，并能与其 他蛋白共同装配成纺锤体、基粒、中心粒、鞭毛、纤 毛、轴突、神经管等结构，
参与细胞形态的维持、 细胞运动和细胞分裂
微管存在于所有真核 细胞中(极少数例外， 如红细胞)，而所有原 核细胞中都没有微管
连接成束或成网的程度
微丝——特异性药物
细胞松弛素(cytochalasins)，可以切断微丝，
并结合在微丝正极阻抑肌动蛋白聚合，破坏微 丝的三维网络，但不明显导致微丝解聚 鬼笔环肽(philloidin)与微丝侧面结合，防止 MF解聚
微丝的特异性药物
(1) 细胞松弛素(cytochalasins)
动态结构的微丝：在多数非肌肉细胞中，微丝是 一种动态结构，持续进行装配和解聚，与细胞形 态维持及细胞运动有关。
微绒毛 胞质分 裂环
永久性结构
暂时性结构
• MF动态变化与细胞生理功能变化相适应
• 在体内，有些微丝是永久性的结构，如肌肉中的细丝、肠 上皮细胞微绒毛中的轴心微丝等；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 有些微丝是暂时性的结构，如胞质分裂环中的微丝
微丝的装配
“-”极 “+”极
G-肌动蛋白
F-肌动蛋白(微丝)的右手螺旋结构
“+”极 肌动蛋白 单 体
“-”极
微丝装配的踏车现象
微丝——装配
体内装配时，MF呈现出动态不稳定性，主
要取决于纤维形肌动蛋白 (F-actin)结合的
ATP水解速度与游离的球形肌动蛋白(G-
actin) 单体浓度之间的关系，还有微丝横向
第十章-细胞骨架
非肌细胞前缘肌动蛋白的聚合和伪足的形成
（五）微绒毛(microvillus) 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。 微丝束功能：支撑微绒毛，无收缩功能
微绒毛中的微丝和微丝结合蛋白
（六）胞质分裂环
胞质分裂环由大量反向平行排 列的微丝组成，其收缩机制是肌动 蛋白和肌球蛋白相对滑动。
2、Ca2+的释放：肌质网→肌浆
3、原肌球蛋白位移：暴露出肌动蛋白与肌球蛋白 结合位点 4、肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动：肌球蛋 白沿肌动蛋白丝滑动，水解ATP 5、Ca2+的回收 ：收缩停止
结合
分开
-端
+端
+端抬升
构象改变
Pi释放
-端 Ga2+
+端
第二节、微 管（Microtubules）及其功能
促进微管的装配，并使已形成的微管稳定。
三、微管组织中心(MTOC)
◆概念：在生理状态或实验处理时，能够起始微管的 成核作用并使之延伸的细胞结构称为微管组织中心 (microtubule organizing center, MTOC)。
◆常见微管组织中心：
肌肉可看作一种特别富含细胞骨架的效力 非常高的能量转换器，它直接将化学能转变为 机械能。
（一）肌纤维的结构
骨骼肌及肌纤维的结构
粗肌丝与细肌丝的分子结构
（二）肌肉收缩系统中的有关蛋白
①肌球蛋白(myosin) 头部具ATP酶活力,沿微丝从负极到 正极进行运动。 主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构域(具有 ATPase活性)和尾部链,多个Myosin尾部相互缠绕，形成 myosin filament,即粗肌丝。 ②原肌球蛋白(tropomyosin, Tm)由两条平行的多肽链形
细胞生物学-细胞骨架
肌球蛋白Ⅱ能够 通过杆状尾部聚 合在一起，形成 寡聚的肌球蛋白 纤维，头部位于 两端，中间有一 个裸露的带, 这 种结构参与肌肉 收缩。
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。
肌动蛋白
肌钙蛋白
原肌球蛋白是由两 条平行的多肽链扭 成螺旋，每个Tm的 长度相当于7个肌动 蛋白，呈长杆状。
细胞骨架
细胞核骨架(nuclear skeleton)
cell skeleton
细胞膜骨架(membrane skeleton)
细胞外骨架(exocytoskeleton)
细胞骨架在细 胞中的分布
肌动蛋白纤维主要分布在细胞质膜的内侧。 微管主要分布在核周围, 并呈放射状向胞质四周扩散。 中间纤维则分布在整个细胞中。
踏车现象 (treadmilli
ng)
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.
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。
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。
培养的上皮细胞中的 应力纤维（微丝红色、 微管绿色）
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)。
细胞骨架是细胞内 以蛋白质纤维为主 要成分的网络结构, 由主要的三类蛋白 纤维构成，包括微 管、肌动蛋白纤维 和中间纤维。
第十章 细胞骨架
线虫C. elegans细胞中， 微管从中心体处发射出来
四、微管的动力学性质(了解） 五、 微管结合蛋白对微管网络结构的调节
微管结合蛋白（microtubule associated protein, MAP） -通常都是单基因编码，具有一个或数个带正电荷的微管结合域，该结构域 与带负电荷的（微管蛋白的C端所形成的）微管表面相互作用，具有稳定微 管的作用。
粘附
释放
2.钙释放
翘起
力的产生
3. 原肌球蛋白位移
粘附
第二节 微管及其功能
一、微管的结构组成与极性
微管呈中空的管状结构，其外径为24nm，内径为15nm 几乎存在于所有真核细胞中，但大部分微管在细胞质内形成暂时性的结构 间期细胞内的微管、分裂期细胞的纺锤体微管 另一些微管形成相对稳定的“永久性”结构 纤毛内的轴丝微管、神经元突起内部的微管束结构
驱动蛋白沿微管运动的分子模型有两种： ① “步行”(hand over hand) 模型 ② “尺蠖”(inchworm) 爬行模型
引发驱动蛋白沿微管持续向前移动的原因： ① 在每个驱动蛋白分子中有两个马达结构域的化学机械循环是互相协调的 ② 驱动蛋白的马达结构域在ATP酶循环的大部分时间里都与微观紧密结合
（一）肌球蛋白的种类及结构
肌球蛋白是一种特殊的酶，它能通过ATP 的水解引起构象的变化沿微丝运动，把化 学能转变为机械能，因此被称为机械化学 酶。或者称为motor蛋白。这种运动 以肌球蛋白为马达
以微丝为运动轨道 以ATP为能量燃料
马达结构域 - 肌球蛋白超家族成员间最保守的部位。
四、肌细胞的收缩运动
（四）细胞伪足的形成与细胞迁移 细胞运动主要通过肌动蛋白的聚合及与其他细胞结构组分的相互作用实现的。
细胞生物学第四版(细胞骨架1) (2)资料
肌动蛋白结合蛋白与微丝的组装 （图10-4）
微丝的成核与加帽（图10-5）
3. 加帽蛋白：与微丝的末端结合从而阻止微丝解 聚或过度组装的蛋白。在微丝的负极端常有Arp2/3复 合物或原肌球调节蛋白（tropomodulin）结合而稳定； 在微丝的正极端常有CapZ或凝溶胶蛋白（gelsolin） 结合而加帽。 4. 交联蛋白：决定微丝排列成束状还是网状。 成束蛋白将相邻的微丝交联成束状结构。成束蛋 白的2个肌动蛋白结合域之间的区域都是僵直的。丝束 蛋白（fimbrin）和绒毛蛋白（villin）等交联而成的 微丝束为紧密包装型，肌球蛋白不能进入，因而没有 收缩能力。α-辅肌动蛋白交联形成的微丝束相邻的纤 维之间比较宽松，肌球蛋白可以进入与微丝相互作用， 这种类型的微丝束是可收缩的。 成网的蛋白将微丝交联成网状或凝胶样结构。细 丝蛋白（filamin）和血影蛋白（spectrin）的2个肌 动蛋白结合域之间的区域都是柔软的，或者本身就是 弯曲的。
临界浓度（Cc）：当纤维正极组装的速度与 负极解聚的速度相同即纤维的长度保持不变 时，组装体系中肌动蛋白单体的浓度称为临 界浓度。 踏车行为（treadmilling）：在体外组装过 程中有时可以见到微丝正极由于肌动蛋白亚 基的不断组装（添加）而延长，负极则由于 肌动蛋白亚基去组装（解聚）而缩短，这种 现象称为踏车行为。
体内肌动蛋白的组装在2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。 细胞内微丝网络的组织形式和功能通 常取决于与其结合的微丝结合蛋白，而不 是微丝本身。 根据微丝结合蛋白作用方式的不同，可将 其分成如下几种类型：
1. 肌动蛋白单体结合蛋白：储存在细胞 内的肌动蛋白单体常与单体结合蛋白结合在 一起，只在存在需求信号时才加以利用。
生物细胞骨架
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。
第一节 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 。
第十章 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：
成核期：球状肌动蛋白开始聚合， 生长期：两端速度不同 平衡期：正端延长速度等于负端
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
极到正极进行运动。 ·Myosin 主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构
域(具有ATPase活性)和尾部链,多个Myosin尾部相互缠 绕，形成myosin filament,即粗肌丝。
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。
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。
第一节 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 。
第十章 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：
成核期：球状肌动蛋白开始聚合， 生长期：两端速度不同 平衡期：正端延长速度等于负端
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
极到正极进行运动。 ·Myosin 主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构
域(具有ATPase活性)和尾部链,多个Myosin尾部相互缠 绕，形成myosin filament,即粗肌丝。
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。
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。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5-9nm
微 管 蛋 白
极性 微管蛋白 (55KD 450aa) 异二聚体 （ ） 微管蛋白 (55KD 455aa)
2
2个GTP结合位点。 阳离子结合位点(Mg2+) 结合蛋白结合位点。
首尾相连 （
(负→正)
）
原纤维
1 13 12 11 10 7 9 8 3 4 5 6
（13）
Tm
TnT
原肌球蛋白
肌球蛋白 头 部
滑动模型
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，头部弯曲（力产生）， 引起细肌丝移动； ④ADP释放，回复下一次新循环 起点。
滑动假说
+
与ATP结合
-
思考：怎样解释动物死后肌肉
钙的释放
肌质网Ca2+通道释放Ca2+到肌浆中 .
肌肉收缩过程中肌钙蛋白分子的调节作用
TnT TnC TnI
肌球蛋白 头部 肌钙 蛋白
TnT
原肌球蛋白
Tm
肌
肌 动 蛋
TnI
Tm TnI TnC
细肌丝中原肌球蛋白、肌钙蛋白 2+ Ca 与肌动蛋白的相互关系 动
蛋 白
肌球蛋白 结合位点
Tm TnC
白
牵引相邻B微管向纤毛顶部滑动。
A B
相邻二联体微管的滑动弯曲模型
思考：分析慢性支气管炎和鼻窦炎患者的发病原因可能是什么？
马达蛋白介导的纺锤体的行为
A：有丝分裂中期 B：中期纺锤体结构 C：动粒结微管与 染色体之间的连接 D：极微管之间的驱动蛋白相互作用
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编
细胞生物学（第4版）
第十章 细胞骨架
本章主要内容
第一节 微丝及其功能 第二节 微管及其功能 第三节 中间丝及其功能
第一节 微丝及其功能
直径约7nm的实心纤维，其空间结构与功能与微丝结合蛋白有关
一、化学组成
二、装配 三、微丝结合蛋白 四、功能
四、微丝的功能
1.维持细胞形态
微管
A
B
A
B
C
单管（细胞质 微管、纺锤体 微管）
二联管(鞭 毛和纤毛)
三联管(中 心体和基 体）
二、装 配
微管蛋白库
微管动态性[1].flv
◆装配条件：一定的\ 微管蛋白浓度，GTP，37℃，Mg
◆装配过程 ：三个阶段
2+
◆装配特性
1、极性 装配方向：头尾相接
僵直？
第二节
微管及其功能
真核细胞中直径24～26nm的中空管状结构 ,其空间结 构与功能与微管结合蛋白有关。 一、化学组成 二、装配 三、微管结合蛋白 四、功能
微 管 进化上高度保守，由同一祖先基因进化而来 横 断 面
一、化学组成
24-26nm
1
13 12 11 10 7 9 8 2
3
4 5 6
形成细胞皮层、应力纤维、支持微绒毛
2.细胞运动
形成伪足等
3.参与细胞分裂
形成收缩环
4.肌肉收缩(muscle contraction)
肌肉收缩(muscle contraction)
肌细胞可看作一种特别富含细胞骨架的高效的能量转 换器。它直接将化学能转变为机械能。 肌肉→肌纤维束→肌纤维（肌细胞）→肌原纤维→粗、细肌丝 ◆肌肉收缩的结构单位 肌原纤维
外中心粒物质 （PCM）
在所有的动物细胞中, 中心体是主要的MTOC，但 并非所有的MTOC都有中心 体 !!
γ微管蛋白环状复合体
(13个γ微管蛋白）
启动微管蛋白的装配
决定微管的方向
微管组装的动态不稳定性
暂时性结构
影响微管动态性的药物
秋水仙素 抑制微管组装 紫杉醇 抑制微管解聚 长春花碱 促进微管解聚
肌原纤维的分子结构
◆肌肉收缩的功能单元 ◆肌肉收缩的机制
粗肌丝
细肌丝
肌小节
肌肉收缩机制
动作电位的产生
肌膜去极化经T小管传至肌质网.
·肌质网释放Ca2+ ·解除原肌球蛋白的抑制作用
肌钙蛋白的Tn-C亚基与Ca2+结合
肌钙蛋白构型改变
原肌球蛋白位移
·肌动蛋白丝（细肌丝）与肌球蛋白丝（粗肌丝）的相对滑动 · Ca2+的回收 ：肌质网膜上钙泵进行主动运输
原纤维核装配
请你仔细找一下微管的“接缝”！
侧面加宽并延长 稳定阶段
踏车行为
缩短
延长
微管的体内组装特点
1. 有启动微管装配的微管组织中心（MTOC)
2. 有微管结合蛋白参与，调节微管网络结构 的稳定性和功能。
3. 单管具有动态不稳定性，并与细胞功能相 适应。
间期和分裂期细胞中微管大都持续进行组装和解聚 影响微管装配动态性的药物抑制细胞分裂，诱导细胞凋亡
微管组织中心 (MTOC)
在生理状态或实验处理微管 解聚后，促成微管蛋白重新 装配成微管的起始位置。
MTOC控制微管的数量、分 布及其方向 。
中心体(centrosome) 基体(basal body) 中心粒和基粒均具有自 我复制性质 。
中心体(centrosome)
9组3联微管
由两个相互垂直的中 心粒构成。周围是一些无 定形物质（PCM）。 位于 PCM 中的环形 γ微管蛋白复合体为αβ微 管蛋白二聚体提供起始 装配位点。
均可作为化疗药物使用
MAP2和tau蛋白诱导产生的微管束
tau蛋白横桥
四、微管功能
培养的动物细胞中的微管
维持细胞形态 细胞内物质的运输 鞭毛(flagella) 和纤毛(cilia)运动
纺锤体与染色体运动
形成中心粒
2、细胞内物质运输
胞内膜泡运输
合成部位
行使功能的部位
微管：提供轨道； 指导运输方向 运输动力：马达蛋白(motor ）
装配速度：+端快，-端慢
2、踏车行为： 在一定条件下，微管的正端因发生装配而不
断延长，而负端因发生解聚而不断缩短。当 两端速率相等时，微管长装 GTP- GTP – tubulin 促进组装； GTP→GDP+Pi；
GTP- GDP -tubulin
去组装
装配过程
（KIF，驱动蛋白超家族）
鞭毛和纤毛的摆动
鞭毛 纤毛
纤毛动力蛋白的结构
纤毛或鞭毛结构组成
外动力 蛋白 连 接 蛋 白
内动力 蛋白
“9+2” 微管 多亚基的ATP酶
纤毛/鞭毛运动的微管滑动学说
1. 动力蛋白头部与相邻二联体上 B微管结合，促进ATP(水解 ) 2. 带有水解产物的头部与 新的ATP 结合于动力蛋白上，使头部与相邻的二联体 B微管 3. 结合的 ATP 水解，其释放的能量使头部的角度复原。 4. B微管的另一个位点结合，开始 脱离。 ADP+Pi( 释放)，同时动力蛋白头部构象变化角度改变， 又一次循 环。
♪ 神经细胞中的轴突运输 ♪ 非神经细胞内的膜泡运输 ♪色素细胞的色素颗粒的运输
♪细胞器的空间定位
驱动蛋白
马达蛋白 胞质动力蛋白
向着微管（+）极运输小泡 在细胞分裂中推动 向着微管（-）极运输小泡 染色体的分离
驱动蛋白
动力蛋白
神经元的轴突运输
与微管相关 顺向运输 逆向运输
驱动蛋白和胞质动力蛋白介导的细胞内膜泡和细胞器运输