第九章 细胞骨架

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α、β微管蛋白性质相似，所构成的异二聚体上有 GTP或GDP 、Mg2+和Ca2+、秋水仙素等的结合位点。
微管组织中心
-----微管装配的起始点

概念：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（microtubule organizing center，MTOC）。 MTOC的主要作用:
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肌动蛋白的踏车行为
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（3）影响微丝组装的因素
1.促进组装：含ATP、Mg2+、高Na+、K+ 2.促进解聚：含Ca2+、低Na+、K+ 3.药物：
细胞松弛素B：特异的破坏微丝的组装；
鬼笔环肽：稳定微丝，促进微丝聚合。
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四、微丝的功能
（一）构成细胞的支架，维持细胞形态
微绒毛(microvilli) 是肠
第九章 细胞骨架 （Cytoskeleton）
许聪 细胞生物学教研室
细胞骨架：(cytoskeleton)
是指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系。 功能：维持细胞形态，细胞运动、物质 运输、细胞分裂等生命活动。
⑴ 狭义：指细胞质骨架，由微管、微丝和 中间纤维组成。 ⑵ 广义：包括细胞质骨架、细胞核骨架和 细胞外基质。
概念：附着在微管上，参与 微管组装、增加微管稳定性 的蛋白质。 MAP由两个区域组成： (1)碱性的微管结合结构域 作用：加速微管成核 (2)酸性的突出结构域 作用：与其他骨架纤维联系
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种类： MAP-1 MAP-2 Tau MAP-4 功能：
主要存在神经元细胞中
主要存在神经元和非神经元细胞中
⑴ 促进微管组装; ⑵ 增加微管稳定性; ⑶ 促进微管聚集成束。
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电镜下示细胞骨架
微丝（红色荧光）
微管(黄色荧光）
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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。
A fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucleus (yellow) and microtubules (red)
（三）参与中心粒、纤毛、和鞭毛的形成
1.纤毛(cilia)和鞭毛(flagella) 杆部： 9×2+2结构 具ATP酶活性
基体： 9×3结构
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二联体微管
中央鞘（内鞘） 中央微管
B
A
B A
B A B A
外 臂
动力蛋白
质膜 轴丝
纤 毛 杆 部
内 臂
辐 条
A B A B
C1
C2
B A A B A B

踏车现象（ Tread milling ）
+ αβ异二聚体添加到 新生MT后，β亚基的 GTP逐渐被水解成GDP。 所以在一定条件下， （＋）具有GTP帽， MT趋于装配而延长； （－）具有GDP帽， MT趋于解聚而缩短。 表现为Tread milling。



①α-微管蛋白和β-微管蛋白形成8nm的αβ二聚体,αβ二聚 体先形成环状核心(ring)； ②两端、侧面增加二聚体而扩展为螺旋带,αβ二聚体平行于 长轴重复排列形成原纤维(protofilament)； ③当螺旋带加宽至13根原纤维时,即合拢形成一段微管。新的二 聚体添加到MT的两端使之延长。
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C C B A A C B
C B B A A
C B A
C A B
A A B B AB C C C
中心粒
（9 X 3 + 0）
（四）维持细胞器的定位和分布
红色 显示 微丝
绿色 显示 微管
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（五）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。

有丝分裂时，微管重组形成纺锤体，牵引染色体到达分裂极。






踏 车


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非稳态动力学模型
(Dynamic instability model)
1）GTP-微管蛋白与微管末端亲和性大。 2）GDP-微管蛋白与微管末端亲和性小。 3）GTP-微管蛋白的组装速度大于GTP的 水解速度时，形成一GTP帽，微管延长。 4）组装速度小于GTP水解速度时，GTP帽缩小、消失，暴露出GDP-微管蛋白， 微管不稳定、解聚。
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。
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应力纤维（stress fiber）

真核细胞中广泛存在的由微丝束构成的 较为稳定的纤维状结构，位于细胞内紧 邻质膜下方。


内含肌动蛋白纤维和肌球蛋白纤维 有收缩功能，与细胞运动有关 维持细胞的扁平铺展和特异形状 赋予细胞韧性和强度

是帮助微管装配过程中的成核反应，使微管
从MTOC开始生长。
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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) ◆鞭毛纤毛细胞MTOC： 基体(永久性结构)
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二、微管相关蛋白
（microtubule associated protein，MAP）
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各种微丝结合蛋白
末端阻断蛋白 交联蛋白
单体隔离蛋白
去聚合蛋白
膜结合蛋白
纤维切割蛋白
四. 微丝的组装


条件：ATP，盐浓度，K+ Mg++ 过程（三个阶段）： 成核期 — 球状肌动蛋白聚合成核心 延长期 — 肌动蛋白在核心两端聚合 正端快，负端慢 稳定期 — 聚合速度与解离速度达到平衡
（六）参与细胞内信号转导
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第二节 微 丝 （microfilament，MF）
微丝又称肌动蛋白纤维(actin filament), 是
指真核细胞中由肌动蛋白(actin)组成、直径为57nm的骨架纤维。比微管细，更具有弹性，细胞中的 微丝可成束、成网或纤维状存在于细胞质。
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电镜下显示微丝
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（二）体内组装
微管在体内的组装和去组装在时间和空间上是 高度有序的。 间期：细胞质微管与微管亚蛋白库处于相对平衡 状态； 分裂期：胞质微管组装和去组装动态受细胞周期 的调控 前期：胞质微管网络中的微管去组装，游离的 微管蛋白亚单位装配为纺锤体； 末期：发生逆向转变
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γ-微管蛋白 所有微管组织中心都具有γ-微管蛋白，可聚合成环状复合体， 像模板一样参与微管蛋白的核化，帮助α和β-微管蛋白聚合为微管 纤维。 γ-微管蛋白作用： 可刺激微管核心形成；并包裹微管负端，阻止微管蛋白的渗入， 使负端稳定；还可影响微管从中心粒上释放。
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微丝组装的动态调节
（1）踏车模型 当G-肌动蛋白达到一定浓度时，微丝出现一端因 添加G-肌动蛋白单体而延长，另一端因单体的解 离而缩短，肌动蛋白丝的净长度不变。
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（2）非稳态动力模型
该模型认为ATP是调节微丝组装的主要因素。 ATP-肌动蛋白：对纤维状肌动蛋白末端的亲和 力高，使微丝蛋白纤维延长。 ADP-肌动蛋白：对纤维状末端的亲和力低，易 脱落，使微丝蛋白纤维缩短。
一、微丝的组成与形态

基本单位是肌动蛋白（actin） 肌动蛋白类型：

α分布于各种肌肉细胞中 β和γ分布于肌细胞和非肌细胞中

微丝的形态：
是由两条线性排列的肌动蛋白链形成的螺旋， 状如双线捻成的绳子
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二、肌动蛋白和微丝的结构
（1）肌动蛋白（actin） * 由375个氨基酸组成的， 有ATP或ADP，Ca2+、Mg2+的结 合位点 * 极性结构 正端（＋）；负端（－） *存在形式 球状肌动蛋白（G-actin) 纤丝状肌动蛋白(F-actin)
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光镜下荧光显示微管
电镜下的微管
一、微管的结构与组成
形态结构：
• 13条原纤维围成中空、 管状结构。 • 外径约25nm、壁厚约 5nm、内径约15nm。 • 微管具有极性: 增长速度快为+极, 生长缓慢为-极。
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种类
单管 二联管 三联管
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单管：由13根原纤维螺旋排列围成，常分散于细胞 质中或成束分布。大部分细胞质微管是单管 微管，它在低温、Ca2+和秋水仙素作用下容 易解聚，属于不稳定微管。 二联管：由A、B两根单管组成，构成纤毛和鞭毛 的杆状部分，是运动类型的微管，它对低 温、Ca2+和秋水仙素都比较稳定。
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1.驱动蛋白

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运动。
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2.动力蛋白
多亚基蛋白 动力蛋白
驱动蛋白
△动力蛋白通过可溶的多亚基蛋白复合体与被运输物结合 △由微管的正端向负端运动
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驱动蛋白
+
动力蛋白
沿微管运输的马达蛋白
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三、微管的组装 （一）体外组装

成核期（nucleation phase）
微管蛋白聚合成短的寡聚体（核心） 片状 微管 聚合期（polymerization phase） 聚合速度大于解聚速度 稳定期（steady phase） 聚合速度等于解聚速度（游离微管蛋白达到 临界浓度）