细胞骨架与细胞运动

性，参与微管的装配，是维持微管结构和功能的必需成份。
酸性区域 ： 与其他骨架结合 碱性结合区： 与微管结合
一、微管的结构
a．微管相关蛋白的种类和特点 •MAP-1、MAP-2、Tau 主要存在于神经元中； •MAP-4广泛存在于各种细胞中，具有保守性 ； •MAP的活性-主要通过蛋白激酶和磷酸酶控制。 b ．微管相关蛋白的功能 •调节微管装配 •增加微管的稳定性和强度 •在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒 •作为细胞外信号的靶位点参与信号转导
三、微丝的功能
5、参与肌肉的收缩
三、微丝的功能
6、微丝参与受精作用 精子头端启动微丝组装，形成顶体刺突完成受精。
Figure 21-2 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
三、微丝的功能
7、微丝参与细胞内信息传递
A.微绒毛低温电镜图象;
B.微绒毛结构示意图
1、构成细胞的支架并维持细胞的形态
三、微丝的功能
激动蛋白 结合蛋白 细丝蛋白
应力纤维（stress fiber）：结构类似肌原纤维，使 细胞具有抗剪切力。
三、微丝的功能
2、微丝以多种形式参与细胞的运动。 参与细胞的多种运动形式： 变形运动、胞质环流、
细胞的内吞和外吐等 细胞变形运动 ：
蛋白 。100多种 按功能分为三大类： ①与F-肌动蛋白的聚合有关的蛋白
②与微丝结构有关的蛋白
③与微丝收缩有关的蛋白
一、微丝的结构 2.微丝的组织与行为由肌动蛋白结合蛋白严格调控
肌动蛋白结合蛋白功能示意图
二、微丝的装配

条件：G-激动蛋白浓度、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。
启动肌动蛋白的成核聚合。
• 作用：保护正极，formin二聚体结合在快速生长的正
端，在延伸过程中不受加帽蛋白的影响直接与抑制蛋
白的结合提高延伸速度。
二、微丝的装配
2.微丝的体内组装的调节 ③cofilin /ADF蛋白家族与肌动蛋白纤维的解聚 •增加肌动蛋白单体从纤维末端的解离速度； •剪切肌动蛋白纤维，使之片段化。 ④多种药物影响微丝组装
三、微丝的功能
5.微丝参与肌肉收缩
粗肌丝由肌球蛋白组成， 细 肌丝由三种蛋白组成，
肌肉收缩是粗肌丝和细肌丝相 互滑动的结果
三、微丝的功能
5、参与肌肉的收缩
肌钙蛋白复合物 原肌球蛋白
细肌丝的分子结构示意图
Figure 16-78a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
•细胞松弛素（cytochalasin）可切断微丝纤维，并结合在微 丝末端抑制肌动蛋白加合到微丝纤维上。
•鬼笔环肽（phalloidin）与微丝能够特异性的结合，使微丝
纤维稳定而抑制其功能。荧光标记的鬼笔环肽可特异性的显
示微丝。
三、微丝的功能
1、构成细胞的支架并维持细胞的形态（例如：细胞皮层、
应力纤维、微绒毛 等）
一、微丝的结构
1.微丝是肌动蛋白亚单位构成的纤维状结构
肌动蛋白和微丝的结构模式图
A. G-肌动蛋白三维结构; B. F-肌动蛋白分子模型; C. F-肌动蛋白电镜照片
一、微丝的结构 2.微丝的组织与行为由肌动蛋白结合蛋白严格调控 肌动蛋白结合蛋白是细胞内存在的一大类能与肌
动蛋白单体或肌动蛋白纤维结合的、能改变其特性的
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。

肌肉收缩的基本单位是肌小节（sarcomere）。
肌小节是相邻两Z线间的单位。主要结构有：

A带（暗带）：为粗肌丝所在。


H区：A带中央色浅部份，此处只有粗肌丝。
I带（明带）：只含细肌丝部分。 Z线：细肌丝一端游离，一端附于Z线 。
第二节 微丝（microfilament，MF）
细胞的肌肉
小肠上皮细胞横切图 （微绒毛的中轴是由微丝构成）
小肠上皮细胞纵切图
一、微丝的结构
1.微丝是肌动蛋白亚单位构成的纤维状结构 定义：主要由肌动蛋白构成(actin filament)，是由两 条线性排列的肌动蛋白链形成的螺旋，形状如双线 捻成的绳子，直径为5-7nm。
三、微丝的功能
3、微丝作为运输轨道参与细胞内的物质运输 肌球蛋白（myosin）的马达蛋白家族以微丝作 为运输轨道参与物质运输活动。
Ⅱ型肌球蛋白分子结构
三、微丝的功能
4、微丝参与细胞质的分裂
胞质分裂通过质膜下由微丝束形成的收缩环完成
三、微丝的功能
5、参与肌肉的收缩

肌肉由肌原纤维组成，肌原纤维的粗肌丝主要成
二、微管的组装
微管在中心体上的聚合
A.中心体的无定形蛋白基质中含有γ微管蛋白环,它是微管生长 的起始部位;B.中心体上的γ微管蛋白环;C.中心体与附着其上的 微管,负端被包围在中心体中,正端游离在细胞质中;
二、微管的组装
3.微管组装的动态调节---非稳态动力学模型
该模型认为，微管组装过程不停地在增长和缩短两
微丝装配的成核作用及微丝网络的形成 A.纤丝状肌动蛋白纤维的成核作用； B.微丝成网过程
二、微丝的装配
2.微丝的体内组装的调节
②成核蛋白formin ：启动细胞内不分支微丝的形成，
• 共有15种，共同特征是都含有FH1和FH2同源结构域 ，
FH1结构域可与抑制蛋白（profilin）结合，FH2结构域
Introduction
The three types of protein
Microbubules
Microfilamemts
Intermediate filaments
第一节 微管（Microtubule，MT）
定义： 由微管蛋白和微管结合蛋白组成的中空圆柱状
结构，在不同细胞类型中有相似结构。参与形成纤毛、 鞭毛、基体、中心体、纺锤体等特定结构。
三、微管的功能
驱动蛋白：介Hale Waihona Puke Baidu沿微管的（-）极向（+）极的运输 动力蛋白：介导从微管的（+）极向（-）极的运输
三、微管的功能
3.形成纺锤体，调节细胞分裂。 4. 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
-
+
微丝装配过程中ATP的水解
二、微丝的装配
2.微丝的体内组装的调节 微丝体内组装受一系列肌动蛋白结合蛋白的调节
①Arp2/3复合物：促使形成微丝网络结构，由Arp2、 Arp3和其他5种附属蛋白组成，具有与微管成核时 γ-TuRC相似的作用，是微丝组装的起始复合物。
二、微丝的装配
2.微丝的体内组装的调节
二、微管的组装 4.作用于微管的特异性药物 秋水仙素：与β管蛋白结合，抑制微管的组装，细胞在 分裂中期停止分裂 紫衫醇：阻止微管的去组装，增强微管稳定性，细胞在 分裂中期停止分裂
秋水仙素与紫衫醇的分子结构
三、微管的功能
1.细胞内的网状支架，支持和维持细胞的形态
•神经元细胞的轴突 •RBC双凹盘形
6.维持细胞内细胞器的定位和空间分布
微管 结构：微管蛋白 (二聚体) 结合蛋白：MAP1, MAP2, tau, MAP4 GTP水解 组装：成核期— 寡聚体(限速期） 临界浓度 聚合期— 聚合﹥解聚 稳定期— 聚合 = 解聚 功能：维持细胞形态 参与细胞运动 纤 毛 二联管 9+2 鞭 毛 基 体 —三联管 9+0 中心粒 参与物质运输 微管依赖马达蛋白 调节细胞分裂 动力微管、极微管 细胞器的定位与空间分布 细胞内信号转导
微管围绕细胞核向外呈放射 状分布，维持细胞的形态
神经细胞轴突的骨架结构
三、微管的功能
2. 细胞内物质运输 • 是胞内物质运输的路轨。
• 涉及2类马达蛋白：驱动蛋白kinesin、动力蛋白 dyenin，需ATP供能。
负 端
正 端
胞质动力蛋白与膜泡的附着
三、微管的功能
2. 细胞内物质运输
细胞中微管介导的物质运输
二、微管的组装
成核期 聚合期 稳定期
二、微管的组装
1.微管的体外组装受多种因素影响
a.组装过程分三个时期：成核期、聚合期和稳定期 成核期：先由α和β微管蛋白聚合成一个短的寡
聚体结构，即核心形成；
聚合期：微管蛋白聚合速度大于解聚速度，微管 延长； 稳定期：游离微管蛋白浓度下降，达到临界浓 度，微管的组装与去组装速度相等，
二、微管的组装
1.微管的体外组装受多种因素影响
微管的体外组装过程与踏车现象模式图
二、微管的组装
2.微管的体内装配受到严格的时间和空间控制
微管组织中心（microtubule organizing center,MTOC）
在空间上为微管装配提供始发区域，控制着细胞质中
微管的数量、位置及方向。
包括：中心体、纤毛和鞭毛的基体
一、微管的结构
微管三种类型横断面示意图 单管:胞质微管，不稳定 影响因素：低温、 Ca2+、秋水仙素 二联管:纤毛和鞭毛的杆状部分，稳定 三联管:中心粒及纤毛和鞭毛的基体中，稳定
一、微管的结构
3.微管相关蛋白 （microtubule associated proteins， MAP）
一类以恒定比例与微管结合的蛋白，决定不同类型微管的独特属
臂，并向鞭毛中央发出一条辐；基体的微管组成为
9+0的三联管构成。
三、微管的功能
4. 形成鞭毛和纤毛
三、微管的功能
4. 形成鞭毛和纤毛
纤毛和鞭毛动力微管的滑动模型
三、微管的功能
5.微管参与细胞内信号传递 Hedgehog信号通路 JNK信号通路 Wnt信号通路 ERK信号通路
PAK蛋白激酶信号通路
①肌动蛋白的聚合形成伪足 ②伪足与基质之间行成新的 锚定点； ③以附着点为支点向前移动
（肌动蛋白纤维的解聚）。
三、微丝的功能
2、微丝以多种形式参与细胞的运动。
三、微丝的功能
2、微丝以多种形式参与细胞的运动。
白细胞追踪细菌的过程 箭头：细菌
Figure 16-4 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
种状态中转变，表现动态不稳定性。 •微管在体外组装时，游离微管蛋白的浓度和GTP水 解成GDP的速度决定微管的稳定性。 •微管在体内组装时，除上面因素外还受其他多种因素 调节，如微管相关蛋白、与细胞其它结构结合等。
当GTP微管蛋白异二聚体添加到微管正极（+）组装速度 大于GDP的水解速度时,形成GTP帽(稳定),微管延长; 当 GTP的微管蛋白聚合速度小于GTP的水解速度， GTP帽 不断缩小暴露出GDP微管蛋白（结合不紧密），并迅速 脱落,使微管缩短，导致微管结构上的不稳定。

极性：ATP-actin加到(+)极的速度要比加到(-)极的
速度快5-10倍。

踏车行为：单体可同时在(+)端添加，在(-)端分离。
二、微丝的装配
1.微丝的体外组装过程分三个阶段：
①成核期
② 延长期
③稳定期
成核因子通过成核作用来加速肌动蛋白的聚合
二、微丝的装配
1.微丝的体外组装过程分三个阶段：
第六章 细胞骨架与细胞运动
Cytoskeleton and Cell Movement
细胞生物学系
孙娇
2012.10.15
细胞骨架立体结构模式图
Introduction
细胞骨架概念：
狭义：在真核细胞中与保持细胞形态结构和细胞运动 有关的纤维网络，包括微管、微丝和中间丝。
广义：细胞质骨架、核骨架、膜骨架、细胞外基质。 发现： 电镜样品，锇酸和高锰酸钾低温固定，细胞骨架破坏。 1963年使用戊二醛常温固定，可观察到三维网络结 构。 功能： 支架作用、物质运输、细胞器位移、细胞运动、细胞 信息传递、基因表达、蛋白质合成、细胞分裂分化
微管长度相对恒定。
二、微管的组装
1.微管的体外组装受多种因素影响
b.极性装配 ：


装配快的一端（β微管蛋白）为（+）极，
装配慢或去组装的一端（α微管蛋白）为 （-）极
c.踏车现象：微管的一端发生GTP和微管蛋 白的添加，是微管不断延长；另一端具有 GDP的微管蛋白发生解聚而使微管缩短， 组装和去组装达到平衡
功能： 膜性细胞器的定位、物质运输、细胞运动、细
胞分裂等。
一、微管的结构
1.微管是由微管蛋白组成的不分支的中空小管
A.微管结构模式图 B.微管横切面 C.电镜图像
一、微管的结构
2.γ微管蛋白环状复合物（γ-TuRC）
由γ微管蛋白和一些其他相关蛋白构成，是微管的一种
高效的集结结构，在中心体中是微管装配的起始结构。