细胞骨架-细胞生物学

细胞骨架（Cytoskeleton）：指存在于真核细胞内的蛋白质纤维网络结构系统
狭义细胞骨架：细胞质骨架
广义细胞骨架：细胞质骨架、核骨架、细胞膜骨架、胞外基质
细胞质骨架：
►微管（microtubule）
►纤丝（filament）：微丝、中等纤维（中间丝）、粗丝
微管（microtubule，MT）
1、形态结构
►细胞骨架中，最早发现，最粗的一种结构
►存在于所有真核细胞中
►管状结构
►大多单管、有时二联管、三联管
2、化学组成
（1）微管蛋白（tubulin）
两种：α－微管蛋白、β－微管蛋白
►α-tubulin和β-tubulin聚合，形成异二聚体
►异二聚体：高8nm，直径4－5nm，微管的结构亚单位
►异二聚体进一步结合，形成原纤维（原丝结构）
►13条原纤维，形成一根微管
（2）微管连接蛋白（microtubule associated protein，MAP）
也称微管附属蛋白、微管关联蛋白
呈倒L 形“臂状”突起
►长臂垂直伸出，使微管与微管及微管与其它细胞器或结构相作用短臂与微管蛋白结合，稳定、促进微管蛋白聚合作用
3、微管的装配
微管是一种能进行自我装配的细胞器
聚合
微管蛋白微管
微管的装配是一个高度有序的过程，受许多因素的影响
微管组织中心（MTOC）
微管在生理状态或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) ：
►纤毛（鞭毛）的基体
►纺锤体两极的中心粒
►染色体的着丝点
温度
37℃聚合
二聚体微管
0℃解聚
一般认为，20˚C以上才有利于微管的装配
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Ca2+浓度
Ca2+ >10μM
微管微管蛋白（二聚体）
Ca2+<10μM
►通过CaM，激活蛋白激酶，MAP长臂磷酸化，解除短臂对微管的保护作用
►MT研究中，用EGTA：乙二醇双（β－氨基乙醚）四乙酸
药物
（1）抑制微管形成药物
►许多是植物中提取的代谢产物（生物碱）
►秋水仙素（colchicine）
►秋水仙胺（秋水仙素类似物，colcemid）
►长春花碱
►鬼臼素
秋水仙素最常用
抑制和破坏微管机理：
►与β-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
（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）
微管是一种动态结构：
►有极性（βα→βα即头→尾）
►头（＋极），尾（－极）
►＋极装配：βα二聚体与GTP结合（有利于装配）
►－极去装配：βα二聚体不与GTP结合
►一头装配，一头去装配，这种交替变换过程称踏车现象（tread milling）
►装配速度>去装配速度，MT延长，反之，MT消失
4、微管的功能
（1）维持细胞形态：刚性，支架
（2）细胞内运输：分泌小泡运输、色素颗粒运输
（3）细胞运动——鞭毛和纤毛
►鞭毛和纤毛是运动细胞器
►自然界许多细胞的运动是靠鞭毛和纤毛进行的
►如原生动物：鞭毛虫、纤毛虫；单细胞藻类；动物精子；呼吸道、食道上皮细胞表面纤毛
（4）细胞分裂
微管参与形成有丝分裂器
有丝分裂器包括：
►纺锤体
►中心粒
►染色体
纺锤体：
由纺锤丝组成
►纺锤丝由微管组成（4～6根微管/纺锤丝）
►一端与染色体着丝粒相连，一端与中心粒相连（着丝粒、中心粒均为MTOC）
►在纺锤丝牵引下，染色体移动
中心粒：
►位于纺锤体两端
►成对出现，相互垂直
►9组三联管
►MTOC
纤丝（filament）
包括：
►微丝：6～7nm
►中间丝：10nm（中间纤维，中等纤维，大小处于中间）
►粗丝：15nm
1、微丝（microfilament，MF）
►又称肌动蛋白纤维（actin filament），肌细胞中的微丝，称细肌丝
►由肌动蛋白（actin）组成
►肌动蛋白：一条多肽链组成，MW 43kd，球形分子
2、粗丝
►肌细胞中，称粗肌丝或肌球蛋白丝
►由肌球蛋白（myosin）组成
►每个肌球蛋白分子由6条多肽链组成
肌肉运动
►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A TP（A TPase位点）
►A TP水解，头部构像复原
►肌肉收缩
►动物死亡后，A TP耗尽，处于收缩状态，肌肉僵硬
在体内，有些微丝是永久性的结构，如肌细胞中的细肌丝等
►在大多数非肌细胞中，微丝是一种动态结构
►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）
微丝功能：
（1）肌肉收缩
（2）胞质环流：丽藻、轮藻，叶绿体运动（用CB 处理，停止，洗去CB，恢复）（3）细胞移动：变形虫，肌动蛋白与肌球蛋白相互作用（非肌肉细胞中，肌球蛋白不聚集成粗丝）
（4）维持细胞形态
♦与微管一起，支架
♦应力纤维（stress fiber），微丝束
♦肠上皮微绒毛
（5）细胞分裂
♦纺锤体中有微丝
♦胞质分裂环
3、中等纤维（intermediate filament，IF）
中间纤维、10nm丝
按组织来源和免疫原性的不同，分5类：
（1）角蛋白纤维（上皮细胞）
（2）波形纤维（间质细胞、中胚层来源细胞）
（3）结蛋白纤维（肌细胞）
（4）神经元纤维（神经元细胞）
（5）神经胶质纤维（神经胶质细胞）
中等纤维由中等纤维蛋白聚合而成
结构：
♦羧基末端和氨基末端－非螺旋
♦中部α－螺旋区
♦α－螺旋区310个氨基酸
功能：
由于没有特异性药物，影响功能研究
（1）支架，细胞形态
（2）细胞运动、铺展、胞内颗粒运动
（3）形成桥粒等结构
（4）信息传递
IF与肿瘤诊断：
IF的分布具有组织细胞特异性
即不同的组织细胞中，IF种类不同，以此鉴定组织细胞类型
扩散的癌细胞来源？
波形纤维：黑色素瘤、淋巴瘤
结蛋白纤维：横纹肌、平滑肌瘤
神经纤维：神经母细胞瘤、嗜铬细胞瘤等
核骨架（nucleoskeleton），也称核基质（nuclear matrix）
成份：
♦核骨架蛋白
♦核骨架结合蛋白
♦几十种
功能：
♦DNA复制
♦RNA转录和加工
♦病毒复制和装配
♦染色体构建。