细胞概念图：第2节：微管及其功能
细胞生物学微管微丝
微管在细胞中的三种存在形式
单管：由13根原纤维组 成，是细胞质中常见的 形式，其结构不稳定， 易受环境因素而降解。 二联管：由A，B两根 单管组成，主要分布于 纤毛、鞭毛内。 三联管：由A，B，C三 根单管组成，主要分布 于中心粒及鞭毛和纤毛 的基体中。
A
A
B
A B C
微管的极性
在同一根微管的13条原纤维中, 所有αβ二聚体的取向都是相 同的, 所以微管的两端是不等价的, 这就是微管的极性。极 性的另一层涵义是两端的组装速度是不同的, 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.
通过结合和水解ATP，导致颈部发生构象改变，使两 个头部交替与微管结合，从而沿微管向着微管（+）极 “行走” 。据估计哺乳动物中类似于kinesin的蛋白超过 50余种。
• Dynein发现于1963年，由两条相同的重链和一些种类繁多 的轻链以及结合蛋白构成。作用：在细胞分裂中推动染色体 的分离、驱动鞭毛的运动、向着微管（-）极运输小泡。
影响微管组装的特异性药物
秋水仙素(colchicine)
秋水仙素是一种生物碱, 秋水仙素和微管蛋白二聚体复合 物加到微管的正负两端, 可阻止其它微管蛋白二聚体的加 入或丢失。
紫杉醇(taxol)是红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢
产物,能促进微管的装配,并使已形成的微管稳定。
四、微管的主要功能 1 、支持和维持细胞的形态
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。微管组装的起始点 位于细胞核的附近， 在细胞有丝分裂时 位于细胞的两级。
The centrosome is the major MTOC of animal cells
MTOCs为微管提供了生长的起点，靠近MTOCs的一端由 于生长慢而称之为负端, 远离MTOCs一端的微管生长速度 快, 称为正端。
细胞的结构和功能(共27张ppt)
减数分裂的意义
是生物进行有性生殖的基础，通过染色体的 减半和重新组合，增加了遗传的多样性和变
异性，有利于生物适应复杂多变的环境。
08
细胞生长、分化与凋亡
细胞生长过程及影响因素
细胞生长过程
包括细胞体积增大、细胞质增加、细胞核复制等阶段。
影响因素
生长因子、营养状况、细胞密度、激素水平等。
细胞分化现象和机制
功能
叶绿体的功能是进行光合作用。光合作用是叶绿素吸收光能，使之转变为化学能 ，同时利用二氧化碳和水制造有机物并释放氧的过程。其中包括很多复杂的步骤 ，一般分为光反应和暗反应两大阶段。
其他细胞器简介
核糖体
核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒，主要由RNA（rRNA）和蛋白质构成，其唯一功能是 按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链，所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。
02
细胞学说建立
19世纪，施莱登和施旺提出细胞学说，揭示了生物体结构的统一性。
03
细胞研究历程
随着科学技术的不断发展，人们对细胞的研究逐渐深入，从形态结构到
生理功能、从分子水平到细胞群体水平，不断揭示细胞的奥秘。
02
细胞膜结构与功能
细胞膜组成成分
脂质
细胞膜的主要成分是脂质，包括磷脂、胆固醇等。磷脂双 分子层构成了细胞膜的基本骨架。
一些物质在细胞膜上特定蛋白质的协助下 ，可以顺浓度梯度进行跨膜运输，如葡萄 糖进入红细胞等。
主动运输
胞吞和胞吐
细胞通过消耗能量的方式，将物质逆浓度 梯度进行跨膜运输，如钠离子、钾离子等 离子物质的运输。
对于一些大分子物质或颗粒性物质，细胞 通过胞吞或胞吐的方式进行跨膜运输。
细胞膜功能总结
细胞的基本形态结构与功能-PPT演示文稿
6
细胞学说（cell theory）
19 世纪初，两位德国生物学家施莱登和施旺正式明确提 出： 细胞是植物体和动物体的基本结构单位。 标志着细胞学说的诞生。 （1）所有的动物和植物都是由细胞构成的； （2）所有的细胞是由细胞分裂或细胞融合而来的； （3）细胞通过分裂形成组织。
细胞学说被认为是19世纪自然科学的三大发现之一。
7
The cell theory, in its modern form, includes the following three principles: ❖All organisms are composed of one or more cells, and the life processes of metabolism and heredity occur within these cells. ❖Cells are the smallest living things, the basic units of
2
3.1细胞概述
❖细胞的发现及细胞学说 ❖原核细胞和真核细胞 ❖细胞的基本概念 ❖细胞的大小及其分析
3
细胞的发现及细胞学说 细胞(cell)的发现
1665年 虎克(R. Hooke) 1674年 列文.虎克（ Leeuwenhoek）观察到完整的活细 胞 1838年 施莱登（Schleiden，M. J.）指出细胞是一切植 物结构的基本单位 1839年 施旺(Schwann, T.)指出动物和植物结构的基本单 位都是细胞
单细胞
多细胞
细胞壁
主要成分是肽聚糖
植物细胞壁为纤维素和 果胶
微管及其功能PPT课件
• 通常持有α微管蛋白的负极端组装较慢，而 持有β微管蛋白的正极端组装较快。微管的 组装同样与其底物（携带GDP αβ二聚体） 的浓度有关（微管两端具GTP帽，微管将 继续装配，具GDP帽则解聚）
• 当一端组装的速度和另一端解聚的速度相 同时，微管的长度保持稳定，即所谓的踏 车行为
• 细胞内微管的组装和去组装在时间和空间 上是高度有序的
• 分子马达：能利用水解ATP将化学能转变为 机械能，有规则的沿微管运输货物
• 分子马达主要有驱动蛋白和胞质动力蛋白
驱动蛋白及其功能
• 它能运载膜性细胞器沿着微管向轴突末梢 移动
• 通常由2条重链（KHC）和2条轻链（KLC） 组成
驱动蛋白沿微管运动的分子机制
• 驱动蛋白马达结构有两个重要的功能位点： 1、ATP结合位点2、微管结合位点
末期：发生逆向转变
作用于微管的特异性药物
• 1、一此药物如秋水仙素和紫杉醇等可以影 响细胞内微管的组装和去组装。①秋水仙 素，它阻断微管蛋白装配成微管； ②紫杉 酚能促进微管装配，并使已形成的微管稳 定。
• 2、微管组装和去组装的动态行为还与温度 有关。温度高于20℃时微管蛋白亚基可以 组装成微管，而当温度较低时微管会发生 去组装，但冷稳定微管不会去组装 。
甚至在同一根微管的末端，其组装和去组装可以反复进行。
每4、个带微有管水蛋解白产亚物基动都力是蛋由白2头个部非与常相B管似上的另球一状位蛋点白结（合α微，管开蛋始白又和一β次微循管环蛋白结合而成的导二聚体，这种αβ-微管蛋白二聚体是细胞质内 游间离期态 细微胞管：蛋细白胞的质主微要管存与在微形管式亚，蛋也白是库微处管于组相装对的平基衡本状结态构；单位（P280，LR2，W1）。 组3、装微到管这管段壁微是管由的α两β-端微，管使蛋之白延二长聚体纵向排列而成的原纤丝构成，13根原纤丝合拢后构成微管的管壁（P328，LR11，W1） 。 4五、、带微有管水结解合产蛋物白动对力微蛋管白网头络部结与构B的管调上节另一位点结合，开始又一次循环 有2、时从整低根等微的管单解细聚胞后真又核从生中物心到体高的等同哺一乳个动微物管，蛋微白管的蛋环白状在模生板物上进从化新过组程装可。能是最稳定的蛋白分子之一（P281，L7，W1） 。 3作、用每于个微中管心的粒特含异有性9药组物等间三联体微管（13根原纤丝的微管A，10根原纤丝的微管B，10根原纤丝的微管C） 。 基体和其他微管组织中心
简述微管的主要结构及功能
简述微管的主要结构及功能
微管是细胞中的一种细胞器，是细胞骨架的重要组成部分，主要由蛋白质组成
的管型结构。
微管在细胞内大量存在，主要参与细胞的分裂、形态维持、细胞运动、细胞器的定位和运输等多种生命活动，是细胞中最基础、最重要的结构之一。
微管的主要结构包括微管蛋白、微管网络和中心粒等三部分。
微管蛋白主要包
括α-和β-微管蛋白，它们是微管的主要组分，分别位于微管的内侧和外侧。
微
管网络是由微管交错排列而成的，主要参与细胞内各种物质的输送。
中心粒则位于微管的开始端，负责微管的组装和定位。
微管的功能十分多样，其中最为重要的功能是参与细胞的分裂过程。
在有丝分
裂中，微管通过纺锤体的形成和收缩，带动染色体的运动，从而实现染色体的均分分离。
此外，微管还参与细胞形态维持和细胞运动。
细胞骨架具有支撑细胞形态的作用，而微管又是骨架的重要组成部分，因此微管也具有支撑细胞形态的重要作用。
在细胞运动中，微管通过参与细胞骨架的重塑，推动细胞体的移动。
此外，微管还参与细胞器的定位和运输，如纤毛、鞭毛等结构的形成和运动都与微管有关。
总之，微管作为细胞骨架的重要组成部分，是细胞内运输和分裂等多种生命活
动的重要基础。
对于细胞结构和生命活动的理解，微管的研究具有重要的意义。
高中生物细胞结构功能图精编版
直径
DNA与蛋白 线粒体等细
20-30微米 质结合成染 胞器
色体
植物细胞壁 成分为纤维 素和果胶
原 较小、 核 直径 细 0.1--2微 胞米
无核膜、 只有核糖体 DNA上不含蛋 没有其他的 白质、没有 细胞器
染色体
细菌细胞壁 成分为肽聚 糖
如分泌蛋白 （胰岛素、消化 酶和抗体等）的 形成和核糖体、 内质网、高尔基 体和线粒体有关。
⑸能够产生水 的细胞器有 线粒体、叶绿体粒体、叶绿体
；
⑺参与抗体合成 过程的细胞结构有 细内胞质核网、、核高糖尔体基、体线粒体；、
⑻与动物细胞分裂 相关的细胞器有 核糖体、线粒体、中心体；
⑼与植物细胞分裂 相关的细胞器有核糖体、线粒体、高尔基。体
⑽动植物细胞都有，但是功能却不同细胞器是 高尔基体。 ⑾成熟的红细胞没有 细胞核 ，所以不能进行 有丝 分 裂，红细胞只能 无氧 呼吸； ⑿某些低等的植物细胞也含有 中心体 ； ⒀白菜的叶肉细胞中有，而根细胞中则没有的细胞器 是 叶绿体 ； ⒁大的液泡只出现在 成熟的 植物细胞中，而分生组织细 胞中则没有； ⒂厌氧呼吸的真核生物细胞中没有 线粒体 ，所以只能进 行无氧呼吸。
植 物 细 胞 亚 显 微 结 构 模 式 图
动 物 细 胞 亚 显 微 结 构 模 式 图
一、知识精讲
1．显微、亚显微图像的判断 图像中
??①表示出细胞器的结构，则为电子显微镜下的亚显微结构图 ?②未表示出细胞器的结构，则为普通光学显微镜下的显微 ?? 结构图
2．真核细胞、原核细胞图像的判断
细胞质基质
细胞核
细胞骨架2 微管及其功能
微管的功能
1. 支架作用;
微管的功能
2. 细胞内运输；
是胞内物质运输的路轨。 涉及两大类马达蛋白：驱动蛋白kinesin，动力蛋白dyenin，均 需ATP供能。
微管的功能
3. 形成纺锤体, 在细胞分裂中牵引染色体到达 分裂极;
微管的功能
4. 纤毛(cilia)与鞭毛(flagella)的运动
细胞内依赖于微管的物质运输
细胞内依赖于微管的物质运输
Kinesin发现于1985 年。 是由两条轻链和两
条重链构成的四聚 体，能向着微管（+） 极运输小泡 。
细胞内依赖于微管的物质运输
• Dynein发现于1963年， 因与鞭毛和纤毛的运动 有关而得名。
• 由两条相同的重链和一 些种类繁多的轻链以及 结合蛋白构成。
微管组织中心 microtubule organizing center, MTOCs
是微管进行组装的区域，都具有微管蛋白， 如：中心体、纤毛和鞭毛的基体。
微管组织中心--中心体(centrosome)
• 中心体由两个相互垂直的 中心粒构成。周围是一些 无定形物质，叫做外中心 粒物质（PCM）。
微管的组成及其组装
• 微管是由13条原 纤维构成的中空 管状结构，直径 22~25nm。
微管的极性
• Tubulin二聚体的 排列具有极性， 即β亚基在上，α 亚基在下，相邻 原纤维之间的连 接也是同型亚基 相连，即α−α,β−β。 • Tubulin 聚合的一 端为+极，解聚的 一端为-极 。
③四聚体组成原纤维；
④8根原纤维组成中间纤维。
• 特点： IF没有极性；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。
细胞骨架的形态结构特点与功能ppt课件
一.形态与化学组成与形态结构 2.化学组成
微丝结合蛋白的种类要比微管结合蛋白的种类多，且功能 复杂。目前在肌肉细胞和非肌细胞中已经分离出了100多种不 同类型的微丝结合蛋白。 ㈠单体隔离蛋白 ㈡交联蛋白 ㈢末端阻断蛋白 ㈣纤维切割蛋白 ㈤肌动蛋白纤维去聚合蛋白 ㈥膜结合蛋白
3.封端蛋白
连接蛋白
的形状得以维持。
㈡参与细胞的运动 细胞整体的移动和位置改变主要是在微丝的作用下 完成的，如变形虫、巨噬细胞和白细胞以及器官发 生时的胚胎细胞等。
㈡参与细胞的运动
㈢参与细胞分裂 在有丝分裂的末期，细胞膜沿赤道面向内收缩，这一 过程主要是在由微丝组成的收缩环的作用下完成的。
㈣参与肌肉收缩
㈣参与肌肉收缩
微 管 (microtubules)
二、微管的形态结构
微管的形状： 13条原纤维组成中空的管状结构，内 径15nm，厚5nm,直径24~26nm。
微 管 的 存 在 二联管 形 式
单管
胞质中分散或成束
主要分布于纤毛、鞭 毛杆
三联管
主要分布于中心粒及鞭 毛和纤毛的基体中
第一节
微 管 (microtubules)
概念 细胞骨架是指真核细胞质 中的蛋白质纤维网架体系。 它对于维持细胞的形状、 细胞内物质的运输、染色 体的分离和细胞分裂等起 着重要的作用。包括微管、 微丝、中间纤维。
细胞骨架的发现过程
1928年，人们提出了细胞骨架的概念。
1954年，在电镜下首次看到了细胞中的微管， 但 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被 破坏。
成核期与微管不同，微丝的成核作用是发生在 质膜上，这一过程还受到细胞外部信号的调节。微 丝组装的动力来自于ATP。
微管新兴作用
微管(microtuble)由α，β两种类型的 微管蛋白亚基组成，两种蛋白形成微管 蛋白二聚体，是微管装配的基本单位。 微管是由微管蛋白二聚体组成的长管状 细胞器结构，微管壁由13个原纤维排列 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）。
微管的功能： 微管起细胞内物质运输的路轨作用， 破坏微管会抑制细胞内的物质运输。 1、支架作用
虽然肌动蛋白细胞骨架对运动是很重 要的，但是它的中断不损害在早期分泌 途径的短距离的膜流。例如，ER /高尔 基体蛋白交换可以发生在没有肌动蛋白 的情况下，这发生在用肌动蛋白破坏剂 处理细胞时的独立途径。具体地，在荧 光蛋白的光漂白后高尔基本地化的蛋白 融合，研究基于运输抑制剂布雷菲德菌 素A处理显示内质网对高尔基体膜的再吸 收。类似的结果在微管破坏剂存在下也 得到。
分泌细胞器进行成分和形状的重构
植物细胞的分泌途径是由功能相同、形态不同、高度动 态的细胞器构成的，他们不仅最重要的部分是能动的，其膜 和腔成分也经过了不断的重塑。膜蛋白质在内质网合成 （ER）随后被运送到高尔基体修饰和传递，包括跨高尔基 网络（TGN），液泡前体，液泡和质膜。 ，全名为 trans Golgi network，即反面高尔基体管网状结构。 TGN逆行流膜蛋白的内吞抵消这些成分的顺行性运动，维持 TGN位于高尔基体反面的最外层，与反面的扁平膜囊相连，另一侧伸入反 细胞稳态，并允许细胞与外界沟通。膜的运动，可能通过囊 面的细胞质中，形态呈网状，并有囊泡与之相连。 泡，小管或直接连接，通过顺行和逆行路线，耦合细胞器之 功能是参与蛋白质的分类与包装，最后从高尔基体中输出，某些晚期的蛋白质 间腔的物质交换。尽管细胞器间成分流动，但在整个细胞的 修饰也发生在 TGN中。也有人认为TGN在蛋白质与脂质的转运过程中还起到" 生命中分泌途径维持动态稳定。 瓣膜 "的作用，保证这些物质单方向转运
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千里之行 始于足下
1
微管
组成蛋白(右图)
α-微管蛋白、β-微管蛋白
微管组装的结构单位
二者结合形成αβ-微管蛋白二聚体(图)
α-微管蛋白有一个GTP 结合位点，GTP 不水解，称为不可交换位点（负极）β-微管蛋白
有一个GTP 结合位点，GTP 可水解，称为可交换位点（正极）
γ-微管蛋白位于中心体外周物质(PCM)，用于诱导微管的成核与组装
微管组装过程(右下图)
二聚体→原纤丝一个二聚体的β亚基不断加聚到另一个二聚体的α亚基13根原纤丝→片层
相邻原纤丝错位1nm ，13根形成一个平行四边形
片层→成核片层弯曲缝合成微管→组装、去组装踏车行为
当一端组装的速度和另一端解聚的速度相同时，微管的长度保持不变，即踏车行为
组装与去组装取决于二聚体的浓度是否高于临界浓度
微管结合蛋白/药物
stathmin(微管去稳定蛋白)
机体中二聚体的浓度远高于临界浓度，需要与其结合妨碍组装
二者结合受本身磷酸化调控
stathmin 磷酸化失去活性stahmin 去磷酸化恢复活性
秋水仙素秋水仙素可与二聚体结合而加载到微管负极端，妨碍微管继续组装紫杉醇
与微管结合后阻止微管去组装
细胞内微管起源
胞体起源于→中心体
中心粒
中心粒外周物质γ-微管蛋白
γ-微管蛋白与二聚体α-微管蛋白结合(负极)，微管沿正极组装
纤毛、鞭毛起源于基体
千里之行 始于足下
2
微管的功能
对网格结构的调节
微管结合蛋白(右图)
MAP →1,2,3,4
tau 蛋白
MAP2、tau
C 端具有微管结合域(带正电荷)，可与微管表面(带负电荷)结合，稳定微管(右图)
对细胞结构的组织作用
细胞器在细胞内具有特定的空间分布，线粒体的运输等依赖的是微管的作用
表现(解聚微管后)
内质网回缩到细胞核周围高尔基体解体成小膜泡细胞分裂停止
依赖于微管的物质运输驱动蛋白(左图)
第三种分子马
达
组成
马达结构域两个重要功能
ATP 结合位点
微管结合位点
位于N 端→负极向正极移动位于C 端→正极向负极移动
杆状区
轻链(尾部)货物结合域
沿微管运动的分子机制
下图①
动力蛋白(右下图)
独特之处已知马达蛋白中最大、速度最快
细胞质动力蛋白与胞内体/溶酶体、高尔基体及其他一些膜泡运输，动粒和有丝分裂纺锤体的定位，染色体分离等密切相关轴丝动力蛋白下页讲述
纤毛与鞭毛的摆动
(下面简述)
纺锤体和染色体运动
参与的蛋白
细胞质动力蛋白
结合着丝粒，驱动着丝粒沿微管移动
驱动蛋白13
位于着丝粒，作用于微管正极端，促进微管解聚驱动蛋白5作用于交错重叠的微管，介导驱动纺锤体距离的加长
下图②
3 千里之行始于足下
千里之行 始于足下
4
5 千里之行始于足下
图① 图②
6
千里之行始于足下
千里之行 始于足下 7
①驱动蛋白沿微管移动的分子机制：
当驱动蛋白沿微管行走时，两个马达结构域中位于前面的那个(L)与ATP 结合，
导致驱动蛋白发生构象变化，该马达结构域(L)与微管紧密结合，并使后面的马达结
构域(T)向前移动(带ADP)，越过L ，至微管正极一侧，与微管的结合位点结合(此时移)
动了16nm)，该马达结构域随即释放ADP ，同时现在位于后面的马达结构水解ATP ，
使驱动蛋白二聚体恢复到原来开始时的状态
鞭毛的摆动
纤毛的结构
9+2
大多为动纤毛
9+0
缺乏中央微管，大多为不动纤毛，与感受器有关纤毛的组装(发生)
4阶段(右图)
高尔基体膜泡包裹成熟的母中心粒的顶端，形成中心粒膜泡(CV)
CV 随着新的膜泡融合逐渐变大，成为次级中心粒膜泡(SCV)，与此同
时母中心粒延伸并获取成为基体的零件，初生轴丝开始显现母中心粒锚定在细胞质膜的纤毛组装位点，SCV 与质膜融合形成杯状结构
在"鞭毛内运输复合物"介导下，原生鞭毛延长
千里之行始于足下
8 图④
千里之行 始于足下 9
中间丝
简介
围绕细胞核开始组装，并延伸到细胞质膜与膜蛋白相连
形成核纤层，与分裂期细胞核膜消失重组有关体外合成无需ATP 、GTP ，无踏车行为并不是所有真核细胞都具有中间丝
基因组家族庞大，赋予不同细胞特殊的细胞骨架，被认为是区分细胞类型的身份证组装
结构单位
四聚体(下图)
过程
中间丝蛋白分子(二聚体)→四聚体→中间丝(图解⑤)
影响组装的因素中间丝蛋白亚基的磷酸化与去磷酸化
磷酸化→网络解体
去磷酸化→重新组装
核纤层
核纤层结构(图⑥)
作用
支持核膜、连接核膜与染色质分裂前期→核纤层解聚、核膜瓦解
（磷酸化）
核纤层蛋白A 弥散在细胞
千里之行 始于足下
10
11 千里之行始于足下
12 千里之行始于足下。