第八章 细胞骨架蛋白
第八章 细胞骨架
名词：细胞骨架微丝微管中间纤维微管组织中心踏车现象肌节细胞迁移原肌球蛋白肌钙蛋白分子发动机微管结合蛋白中心体三联管triplet思考题：1.简述微丝的功能及装配的三个基本过程2.简述微管的功能及装配特点。
3.简述中间纤维的功能及装配过程。
4.影响微丝、微管装配的药物主要有哪些？如何影响？5.纤毛和鞭毛的结构组成和特点是什么?6.简述肌肉收缩的机理。
7.通过细胞骨架一章的学习，你对生命体的自组装原则有何认识? 名词：1、细胞骨架:是细胞内以蛋白质纤维为主要成分的网络结构，广义上包括：核骨架、细胞质骨架、膜骨架和细胞外基质；狭义上指：微管、微丝和中间纤维。
细胞骨架对于维持细胞的形态结构以及在细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递和细胞分化等一系列方面起重要作用。
2、微丝：主要分布在细胞质膜的内侧，由肌动蛋白组成的、直径为7~9nm的纤维，是双股肌动蛋白丝以螺旋的形式组成的纤维，两股肌动蛋白丝是同方向的；是一种极性分子，具有两个不同的末端，一个是（+）端，一个是（—）端。
3、微管：主要分布在核周围，并呈放射状向胞质四周扩散，是细胞骨架的系统中的主要成分；直径为24~26nm的中空圆柱体，外径平均为24nm，内径为14nm；长度变化不定；微管壁大约厚5nm，微管通常是直的，但有时也呈弧形。
细胞内微管呈网状和束状分布，并能与其他蛋白质共同组装成纺锤体、基体、中心粒、纤毛、鞭毛、轴突、神经管等结构。
4、中间纤维：分布在整个细胞中；其直径介于微管、微丝之间，约为10nm；由长的、杆状的蛋白质装配的，三种里面中间纤维最为复杂。
5、微管组织中心：存在于细胞质中决定微管在生理状态或实验处理解聚后重新装配的结构，多数情况下是一种中心体，但是某些表皮细胞和新受精的卵细胞有很多微管组织中心。
其主要作用是帮助大多数细胞质微管装配过程中的成核反应。
6、踏车现象，是微管组装后处于动态平衡的一种现象，微管的两端都可以加上αβ二聚体，但在（+）端，由于结合GTP帽结构存在，同二聚体的亲和力高，所以，新结合上去的比释放出来的快。
第八章 细胞骨架
• γ 管蛋白：位于中心体周围的基质中，环形
结构，结构稳定，为 αβ 微管蛋白二聚体起 始装配位点，所以又叫成核位点。
1）中心体(centrosome)结构
2）中心体复制周期
3）γ 管蛋白
2. 基体 (basal body)
· 位于鞭毛和纤毛根部的类似结构称为基体 （basal body ）
丝排以骨骼肌为例)
• 肌小节的组成
• 肌肉收缩系统中的有关蛋白
• 肌肉收缩的滑动模型 • 由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程
肌 肉 的 细 微 结 构
肌小节的组成
肌肉收缩系统中的有关蛋白
• 肌球蛋白(myosin)—所有 actin-dependent motor proteins 都属于
MyosinⅡ：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。 • 原肌球蛋白 (tropomyosin, Tm) 由两条平行的多肽链形成 α-螺旋 构型，位于肌动蛋白螺旋沟内，结合于细丝, 调节肌动蛋白与肌
• (+) 极的最外端是 β 球蛋白，(-) 极的最外端是 α 球蛋白。
• 微管和微丝一样具有踏车行为。
• 微管形成的有些结构是比较稳定，是由于微管结合蛋白的作用 和酶修饰的原因。如轴突、纤毛、鞭毛。 • 大多数微管处于动态组装和去组装状态（如纺锤体）。 • 秋水仙素、长春花碱抑制微管装配。 • 紫杉酚能促进微管的装配, 并使已形成的微管稳定。
2.微丝
• 结构：由肌动蛋白单体聚合形成双螺旋
（二）微丝的组装及动力学特性
◆MF 是由 G-actin 单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有
细胞生物学 第八章细胞骨架
二、微丝网络结构的调节与细胞运动
（二）细胞皮层 • 细胞皮层：紧贴细胞质膜下
富含微丝的区域，由微丝结 合蛋白交联成凝胶态的三维 网络结构。 • 其功能有： s 微丝与细胞质膜上的蛋白质 连接，从而限制膜蛋白的流 动性； s 为细胞质膜提供强度和韧性， 从而维持细胞的形状； s 细胞的多种运动如胞质环流、 吞噬等都与微丝的组装/去 组装转化有关。
由质膜及质膜下的轴心微丝束 构成。 • 微丝束的微丝呈同向平行排列， 即正极指向微绒毛顶端，负极 指向细胞内。 • 微绒毛的作用在于增加细胞的 吸收表面积，而其内部的轴心 微丝束起着支撑作用。
二、微丝动态结构的调节与细胞运动
（六）胞质分裂环 • 在有丝分裂末期，两个即
将分离的子细胞之间产生 一个对细胞质起收缩作用 的胞质分裂环（收缩 环）——由大量平行排列、 但极性相反的微丝组成。 • 收缩环的动力来源于肌球 蛋白在极性相反的微丝之 间的滑动。 • 随着收缩环的收缩，两个 子细胞被分开。
• 微管（microtubule，MT）： 指真核细胞中由微管蛋白组成 的、中空的管状骨架纤维，其 外径为24（25）nm，内径为 15nm。
• 细胞中的微管多数是暂时性的 结构：如间期细胞内的微管， 分裂期细胞的纺锤体微管等；
• 也有一些微管形成相对稳定的 “永久性”结构：如纤毛或鞭 毛中的轴丝微管、神经元突起 内的微管束。
§2 微管及其功能
一、微管的结构组分与极性
• 微管组装的基本结构单位是由 α-微管蛋白和β-微管蛋白结合 而成的异二聚体——α/β-微管 蛋白二聚体，是细胞内游离态 微管蛋白的主要存在形式。
• α-微管蛋白和β-微管蛋白上各有 一个GTP结合位点：
s α-微管蛋白：不可交换位点
细胞生物学第8章-细胞骨架
细胞骨架
本章内容提要
细胞质骨架 微管 微丝 中间丝
膜骨架 核骨架
细胞骨架（Cytoskeleton）指存在于真核细胞中的 蛋白纤维网架体系。
轴丝微管的排列方式主要有3中模式：
①9+2型：轴丝的外围是9组二联体微管，中 间是2根由中央鞘所包围的中央微管。
②9+0型：外围与9+2型相同，有9组二联体 微管，但缺乏中央微管。
③9+4型：罕见，轴丝中央含有4根单体微管。
9+0型一般为不动纤毛，9+2型大多为动纤毛。
纤毛和鞭毛运动的机制--“滑动微管模型”。 由于二联管之间的动力蛋白臂的动力蛋白介导了 两条微管的互相滑动，才使纤毛发生运动。
细胞骨架是高度动态的细胞结构体系，不仅是重要 的机械支撑、决定了细胞器和大分子空间定位，而 且参与了几乎所有形式的细胞运动。
细胞骨架直接负责细胞的大幅度运动，例如，细胞 沿物体表面爬行、肌肉细胞的收缩以及胚胎发育时 细胞形状的改变。
没有细胞骨架，伤口无法愈合，肌肉毫无用处， 精子也不能触及卵子。
Microtubules
Microfilamemts
Intermediate filaments
一、微管
微管几乎存在于所有的真核细胞内，是由微 管蛋白（tubulin）装配而成的中空的管状 结构。
它可以迅速地在细胞内某个位置去组装，并 在另一个位置再组装。
1.结构：
微管由微管蛋白亚基组装而成，每个亚基 是由α微管蛋白和β微管蛋白，通过非共价键 结合成的异二聚体，是微管装配的基本单位。
第八章细胞骨架
3、分别有哪些因素影响微管、微丝的组装和去组 装？
图7-22 细胞质动力蛋白的结构与运输作用
图7-23 轴突运输
图7-24 色素颗粒的运输
纤毛与鞭毛的运动
❖ 纤毛和鞭毛都是某些细胞表面的特化结构, 具有运动功能。 ❖ 鞭毛和纤毛均由基体和鞭杆两部分构成，鞭毛中的微管为
9+2结构，即由9个二联微管和一对中央微管构成，其中二 联微管由AB两个管组成，A管由13条原纤维组成，B管由 10条原纤维组成 。 ❖ 纤毛和鞭毛的运动是依靠动力蛋白（dynein）水解ATP， 使相邻的二联微管相互滑动。
中间纤维的结构
图7-27 中间纤维的装配模型
三、中间纤维的功能
❖为细胞提供机械强度支持 ❖参与细胞连接 ❖中间纤维维持细胞核膜稳定
单体 结合核苷酸
表7-1 胞质骨架三种组分的比较
微丝
微管
球蛋白
αβ球蛋白
ATP
GTP
中间纤维 杆状蛋白 无
纤维直径 结构
极性 组织特异性
7nm 双链螺旋
有 无
25nm 13根原纤维组成中 空管状纤维 有
微丝是由肌动蛋白组成的直径约7nm的骨架纤维，又称肌动 蛋白纤维。
一、微丝成分
二、微丝的装配
三、微丝的动态性质
四、微丝特异性药物
五、微丝结合蛋白
六、微丝的功能
一、微丝成分
❖ 肌动蛋白（actin）是微丝的结构成分 ，呈哑铃形。 ❖ 肌动蛋白有3种异构体即α、β和γ，其中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， β和γ分布于肌细胞和非肌细胞中。 ❖ 肌动蛋白的单体称为G-actin，它们形成的多聚体称为Factin。 ❖ 微丝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。
细胞骨架蛋白
细胞骨架蛋白肌动蛋白与微管蛋白都是细胞骨架的主要成份,它们在真核细胞的细胞质中广泛分布。
这些蛋白在原核生物细胞中并不存在，但在它们细胞中存在微管蛋白的类似物FtsZ与肌动蛋白的类似物MreB。
这两种蛋白在原核生物细胞中起到类似于肌动蛋白与微管蛋白在真核细胞中的作用。
FtsZ蛋白在微生物细胞以及一些真核生物的细胞器的分裂中起到关键的作用。
MreB蛋白在维持微生物细胞形状以及在细胞分裂中质粒的分配起到核心作用。
本文献是一篇综述，通过查阅文献对微生物中的细胞骨架蛋白的生化性能作了系统的阐述。
FtsZ蛋白是微管蛋白的先祖，对微生物细胞分裂起到重要作用。
原核生物细胞的分裂与其它高等细胞的分裂有所不同，由于其细胞外面包裹着坚硬的细胞壁，使其细胞分裂要复杂一些。
在原核生物细胞分裂时，FtsZ蛋白会率先到达细胞要分裂的位置，然后自我组装形成Z环。
Z环会结合GTP，GTP水解形成GDP并释放能量，此时Z环利用能量捕获细胞质中所需蛋白质进而形成细胞壁，从而完成细胞分裂。
最近Stricker等人采用电镀刺激分裂时的微生物细胞，并用荧光实验定位FtsZ蛋白，发现Z环的活性处于一个动态平衡状态中，大约只有30%的FtsZ蛋白存在于Z环中，其余的FtsZ蛋白都游离于细胞质中，Z环中的FtsZ蛋白与游离的FtsZ蛋白两者之间不停地进行快速地蛋白交换。
其交换时间只有1分钟。
到目前为止关于FtsZ蛋白还有两方面的关键问题有待解决，分别是①是什么信号分别启动了Z环的形成与决定了细胞分裂的位置。
②纵组装到压缩的分子机制是什么？Z环是一种动态平衡的结构，它停地进行FtsZ蛋白的组装以维持其活性，但其在捕获形成细胞壁的蛋白时会隨这些蛋白进行压缩，这个现象的分子机制还未弄清。
MreB蛋白起到维持细胞形状的作用，第一个MreB蛋白的基因是在大肠杆菌中发现的。
与它同时发现的还有MreC与MreD蛋白基因，它们三者之间是相邻的。
这三种基因突变会导致大肠杆菌形状的改变，由棒状变成球状。
第八章 细胞骨架蛋白
第二节
中 间 丝
一、中间丝的结构 二、组成中间丝的蛋白间丝的功能
中间丝：各种中间丝（IF）的结构构非常相似，直 径10nm,处于微管和微丝之间，故名中间丝 （或10nm纤丝）。
一、中间丝的结构
IF的蛋白质分子量和等电点不同，分成几类： 细胞角蛋白（cytokeratin） 结蛋白（desmin） 波形蛋白（vimentin）
细胞骨架的功能：
维持细胞一定的形状； 参与动物细胞的运动（如巨噬细胞、白细胞通过 阿米巴样的作用在组织中迁移与骨架的聚合 和解聚相关。细胞分裂、收缩、细胞的纤毛 活动都与细胞骨架有关。 细胞内部成分的转运（如神经轴突的生长，达 500cm或更长。细胞分裂时，染色质向细胞的 转移）
Expression of Transgene DsRed in Primary Neuron Cell after 16h Culture , DIV 8, ×40
这类蛋白质能够通过加帽（capping）、单 体结合（monomer-sequestering）和解聚来控 制肌动蛋白的聚合，有以下几类：
1 .加帽蛋白（capping proerin）
可选择性阻断F-肌动蛋白微丝的一端.如倒刺端加 帽蛋白会造成微丝缩短，而尖端加帽蛋白会造成微丝 的延长。
这种作用会使细胞骨架重排，对细胞生命活动， 特别是那些高运动性细胞有很重要的意义。
原肌球蛋白结合亚基tnt钙结合亚基tnc和抑制亚基tni当肌质内钙离子浓度升高时ca便与tnc结合构象改变同时牵动tni使其与f肌动蛋白脱离接触使整个分子构象的变化而暴露出肌动蛋白单体上的肌球蛋白结合位点
第八章 细胞骨架蛋白
一、蛋白质与中间丝的功能 二、肌动蛋白微丝及功能
三、蛋白质与微管系统
第八章细胞骨架系统
第七章细胞骨架
真核细胞的一个重要特点是具有能动性，即能做各类主动的运动，如细胞形态的改变、细胞内物质的运输、细胞器的移动、染色体的分离和细胞割裂等。
这些细胞运动的有序性和方向性令人们意识到细胞内必然存在着负责支撑和运动的成份。
早在1928年，Koltzoff就推测细胞中存在着有组织的纤维结构，组成细胞的骨架以维持细胞的形状。
直到1963年，电镜技术中采纳戊二醛常温固定后才第一次在细胞中观看到微管结构，令人们真正熟悉到细胞内这种骨架成份的存在，并命名为细胞骨架（cytoskeleton）。
初期发觉的细胞骨架主若是存在于细胞质内的微管、微丝和中间丝，称为细胞质骨架；最近几年来又发觉细胞核内也存在着细胞骨架，要紧包括核基质、核纤层和染色体骨架等，称为细胞核骨架。
细胞骨架不同于一样意义上的“骨骼”，它不仅给予细胞以必然的形状，而且是一种高度有序的结构，能在细胞活动中不断重组，在细胞的各类运动、细胞的物质运输、能量和信息传递、基因表达和细胞割裂中起着重要作用。
第一节细胞质骨架
细胞质骨架是由三类蛋白质纤维组成的网状结构系统，包括微管（microtubule）、微丝（microfilament）和中间丝（intermediate filament）。
每一类纤维由不同的蛋白质亚基形成，三类骨架成份既分散地散布于细胞中，又彼此联系形成一个完整的骨架体系。
细胞骨架体系是一种高度动态结构，可随着生理条件的改变不断进行组装和去组装，并受各类结合蛋白的调剂和细胞内外各类因素的调控。
【PPT课件】第八章 细胞骨架
纤毛、鞭毛和基体
基体
结构比较
Centriole： “9+0” pattern
cilia and flagella： “9+2” pattern
28
例：神经元轴突运输的类型及运输模式
色素颗粒的运输
微管的结构异常与疾病
24
在早老性痴呆患者（阿尔茨海默病）的脑神经元
内，tau蛋白的过磷酸化使其很容易从微管上解离
下来形成神经原纤维缠结。
25
微管依赖性马达蛋白 （motor protein）
驱动蛋白（kinesin）
通过结合和水解ATP， 向着微管（+）极运输 小泡。
动力蛋白（ dynein ）
深绿：微管 浅兰：内质网 黄色：高尔基体
上图：内质网抗体染色 下图：微管抗体染色
上图：高尔基抗体染色 下图：微管抗体染色
containing -tubulin
The centrosome is the major MTOC of animal cells
影响微管组装的特异性药物
秋水仙素(colchicine) 阻断微管蛋白组 装成微管，可破坏纺锤体结构。
紫杉醇(taxol)、重水(D2O)能促进微管
的装配,并使已形成的微管稳定。但这
第八章
细胞骨架
（Cytoskeleton）
红色荧光显示微丝、绿色显示微管、蓝色显示细胞核
概 述
细胞骨架（Cytoskeleton） 是真核细胞中的蛋白质纤维网架体 系，它对于维持细胞的形状、细胞的运 动、细胞内的物质运输、染色体的分离 和细胞的分裂起着重要的作用。
细胞骨架由以下组分构成
第八章细胞骨架
Microtubule-associated protein, MAP 微管相关蛋白
聚合速度等于解聚速度 （游离管蛋白达到临 界浓度）
nuleation elongation Steady state
13 15
1972年——Weisenberg——小鼠——分离微管蛋白——体外组装
+
-
微管在体内的装配和去组装在时间和空间
上是高度有序的
细胞中MTOC的常见部位：中心体、纤毛和鞭毛基体 等具有微管组织中心的功能。
The Orientation of Microtubules in a Cell
影响微管组装的特异性药物
秋水仙素(colchicine) 阻断微管蛋白 组装成微管，可破坏纺锤体结构。 紫杉醇(taxol)、重水(D2O)能促进微管 的装配,并使已形成的微管稳定。但这 种稳定对细胞有害。 注：为行使正常的微管功能,微管处于动 态的装配和解聚是其功能正常发挥的 基础。
成核期 — 微丝组装的限速过程 生长期 — 肌动蛋白在核心两端聚合
正端快，负端慢
平衡期 — 聚合速度与解离速度达到平衡
动态调节：
踏车模型（treadmilling model）
（三）微丝的功能
（1）构成细胞的支架，维持细胞的形态
微绒毛 应力纤维
（2）参与细胞分裂
细胞分裂中形成收缩环（内含肌动蛋白 纤维和肌球蛋白纤维）
广义的细胞骨架还包括
核骨架（nucleoskeleton） 核纤层（nuclear lamina） 细胞外基质（extracellular matrix）
形成贯穿于细胞核、细胞质、细胞外的一体 化网络结构。
第一节 细胞骨架的基本结构与功能 一、微管（microtubule）
细胞骨架蛋白的动态调节与信号传导机制
细胞骨架蛋白的动态调节与信号传导机制细胞是生命的基本单位，也是组织和器官的基础。
细胞骨架是维持细胞形态、定向细胞运动、控制细胞内物质运输和支撑细胞生存的重要组成部分。
细胞骨架主要由微观的细胞质纤维组成，包括微管、中间纤维和微丝。
这些细胞骨架蛋白不仅仅是静态的结构，它们也能够根据不同的细胞需求动态地重组和调节。
本文将重点探讨细胞骨架蛋白的动态调节机制和与信号传导的关联。
一、微观结构和动态调节机制1. 微管微管是细胞骨架的重要组成部分，具有重要的细胞生理过程。
微管由α、β-微管蛋白组成。
α-微管蛋白是微管的不稳定端，β-微管蛋白是微管的稳定端。
微管的动态调节主要是通过微管动力学模型进行的。
微管动力学模型主要由两个基本元素组成，一个是动力学方程，另一个是微管的细胞骨架蛋白控制因子。
动力学方程是描述微管组装和分解的定量热力学方程，微管的细胞骨架蛋白控制因子是微管组装和分解的过程中影响微管稳定性和动态行为的蛋白质。
代表性的微管动力学模型是Adachi和Ishida提出的模型。
2. 中间纤维中间纤维是由多种中间纤维蛋白组成的弹性网，它具有很强的耐力和耐磨性。
中间纤维的动态调节机制比较简单，主要是靠蛋白酶降解和再合成来调节。
中间纤维的蛋白酶主要有卡波普蛋白酶、肌球蛋白酶等。
3. 微丝微丝是由肌动蛋白、肌球蛋白等蛋白质组成的，可以调节细胞的运动和形态。
微丝的动态调节机制主要是通过肌动蛋白细胞骨架蛋白的调节完成的。
肌动蛋白与ATP结合时形成Acto-M-ATP复合体，是肌动蛋白的一种稳态。
肌球蛋白是一种肌动蛋白蛋白质，它是活化肌动蛋白的一种关键因子。
肌球蛋白与Ca2+形成CA2+ -Mg2+-肌球蛋白复合物，在此复合物的作用下，Ca2+依靠肌球蛋白中心板（C端）的结合，激动C-末端肌动蛋白的ATP酶活性，产生能量，从而形成Acto-M-ADP复合体。
二、细胞骨架蛋白的信号传导机制细胞骨架蛋白与信号传导之间存在着密切的关联，不同信号通路可以通过调节细胞骨架蛋白的组装和分解来影响细胞骨架的形态和功能。
《细胞骨架蛋白》课件
尾部
与细胞骨架蛋白相连，参 与细胞运动和信号转导。
肌球蛋白的功能
肌肉收缩
01
在肌肉收缩过程中，肌球蛋白通过与横纹肌细丝的相
互作用，将化学能转化为机械能，实现肌肉的收缩。
细胞运动
02 非肌肉肌球蛋白参与细胞运动，如细胞迁移、形态变
化等。
信号转导
03
肌球蛋白的尾部与细胞骨架蛋白相连，参与信号转导
，调节细胞生长、分化等生理过程。
细胞骨架蛋白的种类
微管蛋白
构成微管的主要成分，具有极性，可 分为α和β两种亚型。
微丝蛋白
中间纤维蛋白
构成中间纤维的主要成分，根据其免 疫学特性和氨基酸序列分为不同的类 型，如角蛋白、波形蛋白和结蛋白等 。
构成微丝的主要成分，包括肌动蛋白 和肌球蛋白等。
细胞骨架蛋白的功能
维持细胞形态
参与细胞运动
细胞骨架蛋白通过形成网状结构，支撑和 维持细胞的形态和结构。
《细胞骨架蛋白》ppt课件
目录
CONTENTS
• 细胞骨架蛋白概述 • 微管蛋白 • 肌球蛋白 • 细胞骨架蛋白与疾病的关系 • 细胞骨架蛋白的研究进展
01 细胞骨架蛋白概述
CHAPTER
细胞骨架蛋白的定义
01
细胞骨架蛋白是指构成细胞骨架 的蛋白质，包括微管、微丝和中 间纤维等。
02
细胞骨架蛋白是细胞内重要的结 构成分，对维持细胞形态、运动 、分裂和物质运输等具有重要作 用。
03 肌球蛋白
CHAPTER
肌球蛋白的种类
骨骼肌肌球蛋白
存在于肌肉组织中，是肌肉收缩 的主要力量来源。
非肌肉肌球蛋白
存在于非肌肉细胞中，如心肌、 平滑肌等，参与细胞运动和信号 转导。
细胞骨架蛋白的结构和生物学功能
细胞骨架蛋白的结构和生物学功能细胞骨架蛋白是一类重要的蛋白质，它们在生命体中扮演着连接细胞外界与内部结构的关键作用。
细胞骨架蛋白可以形成各种结构，如微管、中间丝和微丝，这些结构能够维持细胞细长的形态、促进细胞运动以及细胞分裂等过程。
细胞骨架蛋白分为三种类型：微丝、中间丝和微管。
微丝由球形的肌动蛋白结构单体组成，能够形成螺旋状的有机分子链。
中间丝由纤维组成，可以支撑细胞形态，治疗结构搭建和运动功能。
微管由直径很小的管状分子组成，放射状地延伸到细胞内各个方向，参与细胞分裂和细胞介导运输等生物学过程。
微管是细胞骨架蛋白中的一种重要类型。
它们由α-和β- 微管蛋白亚基组成，形成一个由直径为25纳米的管状分子组成的结构。
微管在细胞内可以承担着重要的生物学功能，例如细胞骨架的维持、细胞内运输和纤毛等等。
微管的组装和解构是由微管蛋白的动态本性调控的。
正常情况下，微管蛋白会形成许多细长的管状结构，但是在细胞受到刺激后，微管蛋白会被破坏，导致蛋白骨架的崩解。
这些调控过程与许多疾病的发展、细胞的生长和分裂以及细胞死亡等过程密切相关。
在实际的生物学过程中，微管的运动与分布是由微管特定的细胞运输蛋白质介导的。
其中，运输蛋白质在微管的极性末端——“加头”和“减头”，通过一系列的结合和释放事件来实现细胞内物质的可靠转运。
这种组合发生在哪个位置、何时进行、以及以什么速度进行，都很重要。
除了在细胞分裂和细胞运输方面发挥重要作用外，微管也是研究神经退行性疾病的一个热门话题。
神经细胞是一种较为特殊的细胞，其长度超过了1米，细胞内向运输了很多神经递质、营养物质等物质。
而这些物质的运输离不开微管以及与微管相关的运输蛋白。
因此，微管与运输蛋白的研究不仅能够提供更好的神经细胞运输管理策略，也有助于神经退行性疾病的预防与治疗。
总之，微管是一种十分重要的细胞骨架蛋白，它能够促进细胞的运动、分裂、形态维持。
对于微管的研究，不仅有助于预防或治疗多种疾病，还有促进细胞生物学的深入理解，更好地揭示生命的奥秘。
细胞骨架蛋白的生化性质和功能特性
细胞骨架蛋白的生化性质和功能特性细胞骨架蛋白是一类能够支持细胞形态和机能维持的蛋白质。
它们不仅可以构成细胞骨架，支撑细胞形态和细胞运动，还可以参与细胞内许多信号转导和代谢过程。
细胞骨架蛋白的特殊性质及其所参与的多样的生命活动，成为细胞学研究领域中的热门话题。
一、细胞骨架蛋白的生化性质细胞骨架蛋白主要分为三类，分别是微丝蛋白、中间丝蛋白和微管蛋白。
这些细胞骨架蛋白的共同特点是，它们具有高度保守的氨基酸序列和结构域，而且它们与其他蛋白质，尤其是肌肉蛋白质的同源性较低。
微丝蛋白是由约42kD的单体蛋白聚合而成的细胞骨架蛋白，是组成细胞肌动蛋白的重要成分之一。
微丝蛋白单体分为ATP结合状态和ADP结合状态，ATP结合状态的微丝蛋白单体可以聚合成暴露高度可变的微丝。
微丝蛋白的重要性体现在组成肌动蛋白肌纤维或微丝束，使细胞在运动和改变形态时具有较大的稳定性。
微丝蛋白还可与一些小分子类别结合，并参与许多信号传导过程。
中间丝蛋白是多肽聚合的细胞骨架蛋白，由约54kD质量的单体聚合而成，特别适用于本体和对称性的细胞。
中间丝蛋白的特点是在其氨基酸序列中有许多富含碱性氨基酸的区域，使其具有一些独特的生物学特性。
中间丝蛋白聚合物可构成粗质细胞骨架，支撑细胞形态和稳定细胞捏缩。
中间丝蛋白还可以参与细胞内代谢和信号传递过程。
微管蛋白是由可聚合的蛋白丝编织而成的细胞骨架蛋白。
微管蛋白结构稳定，供血和代谢活力较低的细胞中微管的数量和稳定性较高。
微管蛋白是运输细胞器的重要组成部分，并通过对微管的有序剪接来调控细胞内的生物学过程。
二、细胞骨架蛋白的功能特性1. 支持细胞形态和机能维持细胞骨架蛋白以不同的方式支持细胞形态和机能的维持。
微丝、中间丝和微管在不同的类型的细胞中起着不同的作用。
举例来说，微丝在肌肉细胞中起支持细胞形态的作用，而在蘑菇细胞中起支持有丝分裂的作用。
而中间丝则将细胞动力学与信号转导联系在一起，它不仅对细胞的机械响应起功能支持，还可以作为整合细胞信号的细胞骨架重要组成成分。
细胞骨架蛋白的弹性和韧性
细胞骨架蛋白的弹性和韧性细胞是生命体系的基本单位，它们经常通过形态改变来适应不同的环境和物理障碍。
这种形态改变依赖于细胞骨架的稳定性和可塑性。
细胞骨架由许多蛋白质组成，其中最重要的是微丝、微管和中间丝。
这些蛋白质给细胞提供了结构支撑，并安排细胞内各种各样的膜和物质。
细胞骨架的弹性是指细胞可以通过形态变化来适应环境变化。
细胞骨架的韧性是指细胞可以承受高度变形而不破裂。
为了实现此目标，微丝和中间丝具有极高的弹性和韧性，而微管则比它们更加坚韧。
在细胞骨架中，微丝是最重要的部分之一。
它们是由波形蛋白和马头蛋白等组成的聚合物。
微丝具有一定的弹性和韧性，这使得它们可以承受细胞内外的许多力。
例如，微丝支持细胞分裂时细胞子体的形态变化，以及细胞吞噬其他生物时的形态变化。
不仅如此，微丝还支持细胞运动和运动。
细胞内的几乎所有运动都与微丝有关，不管是单个细胞向各方向扩张，还是白细胞穿过狭窄的血管间隙。
无论身体内发生什么样的变化，微丝都能够适应。
另一方面，中间丝也具有强大的弹性和韧性。
它们是由多种细胞骨架蛋白如角蛋白、神经丝蛋白等组成的聚合物。
这些蛋白质的高度交联形成了不易断裂的骨架结构，称为中间丝。
中间丝不仅支持细胞形态变化，还支持许多生物体的结构和发育，如心脏、肌肉和神经系统。
此外，中间丝还保护细胞内部的器官，并帮助它们保持正确的位置。
相比之下，微管具有更高的强度和韧性。
它们由α/β- 巨噬球蛋白组成，这种聚合物是由两种蛋白质链组成，形成了类似于管的结构。
微管在许多细胞运动过程中扮演着重要角色，例如纺锤体的形成、细胞分裂及许多形态变化。
与微丝和中间丝不同，微管的生长和消失是一个动态的过程。
这个过程由许多蛋白质控制，其中最重要的是蛋白(NPFs) family，因为它们介导了微管从钝端生长的速率和方向性。
因此，微管是细胞骨架中最具可塑性的结构之一。
总体来看，细胞骨架的弹性和韧性是细胞适应力变化的重要基础。
尽管微丝、中间丝和微管之间存在一些区别，但它们都起着维持细胞稳定性和可塑性的重要作用。
细胞骨架蛋白α
细胞骨架蛋白a -Tubulin在细胞周期中的动态分析细胞周期包括间期和分裂期, 间期时遗传物质进行复制, 而分裂期时遗传物质进行平均分配。
也有些细胞经过多次分裂之后, 处于停止分裂的静止期,称为GO期,细胞周期开始于这个时相。
染色体的分配是通过由中心体和微管以及其他的动力蛋白组成的纺锤体实现的, 纺锤体将高度螺旋化的染色体牵引向细胞的两级。
中心体由两个中心粒组成, 而中心粒包括由微管组成的三联体。
微管是一种’具有极性的细胞骨架,由微管蛋白a / B -tubulin 二聚体组成的长管状细胞器结构，ca-tubulin 和B -tubulin 具有高度同源性,a -tubulin 是组成微管的基础之一。
本课题使用三类不同来源和类型的细胞分别对应于生物体内存在的细胞周期相关可能的三种情况对本课题的兴趣基因和蛋白ea-tubulin 在细胞周期中的分布模式进行探讨和研究。
第一类细胞来自小鼠早期胚胎, 其具有典型的全部细胞周期的各时相。
胚胎细胞具有极强的有丝分裂能力,并且通常认为不具有进入GO时相的特性,我们选1-细胞期,2-细胞期,4-细胞期和8-细胞期的小鼠胚胎为实验材料,探究在无GO 时相下细胞周期中a -tubulin 的功能;第二类细胞是小鼠巨噬细胞株Raw264.7, 它既有分化能力, 也保持有丝分裂特性。
以M2期的巨噬细胞为对象对比探讨在保持分裂能力以及进入一定分化状态下的周期时相中a -tubulin 的动态变化和经尼古丁处理的高度分化动态状态的可能改变。
第三类细胞是取自小鼠腹腔的已经分化完全的巨噬细胞, 其仅处于G0 时相, 以此为材料研究a -tubulin 在小鼠原代巨噬细胞中即相对稳定的静止于细胞周期中的GO时相状态下的功能，并且将此原代细胞与上述同时具有有丝分裂和一定的定向分化的细胞Raw264.7相互对比,探究极端分化中我们兴趣蛋白的表现异同。
本课题中使用的腹腔巨噬细胞被认为是哺乳动物体内免疫系统的第一防线, 具有很高的运动能力和对异物的吞噬能力, 具有分化顶端的特性, 而该特性与作为细胞骨架蛋白的a -tubulin 的重要关系目前尚不清晰，该方面ca-tubulin 的相关分子机制在众多的医学生物学问题上意义重大。
细胞骨架蛋白
细胞骨架蛋白人类基因组（genome）含有3万-5万个可单拷贝的结构基因，但在一个细胞生长的特定条件下，往往只有少数基因表达。
有些基因几乎普遍地在所有细胞活跃地处于表达状态，并保证其表达产物的功能。
如多数酵解酶类蛋白、钙调节蛋白。
此外，多数细胞均有其细胞骨架的特定组分，或产生特定代谢的酶。
这些蛋白在各细胞中表现出它的组织特异性（tissue-speificprotein），当有关细胞损害过程中，它们在血循环中可以出现，可以反应该细胞的特异损害。
这一事实被利用于监测某组织是否进行性损害的一种非损伤性的手段，并正在发展中。
有几种方法可以检测出特殊蛋白的组织特异性，如果该蛋白本身就是酶，可以直接测定酶的活性。
例如肌酸激酶在骨骼肌中含量很高，但它们并不存在于肝内。
血清中该酶的活性可以反应肌肉的损害，特别是骨骼肌的病变――肌萎缩症，或心肌损害。
如果该蛋白并非具有酶活性，但可以表现一定的抗原性，可用于制备相应的抗体，用相应的免疫学方法来检测。
新的组织特异性蛋白质也可以通过高分辨率的双相电泳色谱而定位，可以比较不同的组织，而检出特殊器官中特异性蛋白的存在。
一个真核细胞的胞质部分（往往指细胞在去除其亚细胞的结构组分――包括线粒体和内质网及核微粒等成分后，残留下的可溶性部分），往往尚含有20%-30%高浓度蛋白质溶液，各个蛋白质之间具有弱的相互作用力。
这些蛋白质可导致细胞内水形成两个部分，即水化的结合水分子与蛋白分子表面结合以及自由水。
这些细胞质中的由蛋白丝组成的非膜相结构统称为细胞骨架（cytoskeleton），根据目前的研究，按纤维直径的大小又可将其分为微管（microtube,直径约24nm）、微丝（mi crofilament，直径约5-8nm）、中间纤维或称中间丝（intermediatefilament，直径约7-12nm）以及比微丝更细且不规则的纤维网，称为微梁格（microtrabecularl atticesystem，直径<6nm）。
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reticulum, 6.Golgi apparatus, 7.Cytoskeleton, 8.Smooth endoplasmic
reticulum, 9.Mitochondrion,10.Vacuole,11.Cytoplasm,12.Lysosome,13.Centriole
细胞骨架相关蛋白：肌动蛋白微丝、中间丝、微管曾纤
control
A
B
C
微管、微丝和波形蛋白表达的免疫细胞化学图
猕猴成纤维细胞的激光扫描共聚焦显微镜图(400×) (A)绿色染微管，红色染细胞核；(B)绿色染微丝，红色染细 胞核；(C)绿色染波形蛋白，红色染细胞核。
广义的细胞骨架还包括
核骨架（nucleoskeleton） 核纤层（nuclear lamina） 细胞外基质（extracellular matrix）
角蛋白分子通常形成异多聚体，即由
一个Ⅰ型（酸性的）二聚体和一个Ⅱ型 （中性/碱性）二聚体组成异四聚体。 角蛋白有形成束特性。
（二）同多聚体Ⅲ型IF
在各种非表皮细胞内形成中间丝，它们的 氨基酸序列有很高同源性。包括以下几种： 1.波形蛋白 2.结蛋白
3.胶质原纤维酸性蛋白（GFAP）
4.外周蛋白（peripherin）
中间丝的结构
中间丝结构装配 和排列尚有争议。
IF单体
二聚体
双极性四聚体
（中间丝中为平行四聚体）
原丝
（双股结构）
中间丝
(四条原纤维)
二、中间丝的蛋白质及其分类
根据氨基酸序列的相似性，将胞质的IF蛋
白分成：角蛋白、同多聚体Ⅲ型IF、神经丝蛋
白、核纤层蛋白。 植物与非脊椎动物细胞也有IF，结构基本 相似，了解还不充分。
二、肌动蛋白微丝的聚合
肌动蛋白纤维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。
微丝纤维的负染电镜照片
微丝纤维结构模型
肌动蛋白微丝的聚合过程
肌动蛋白纤维装配过程: 肌动蛋白纤维的装配分三 步进行，并且是三个连续的过程
肌动蛋白可聚合形成不同直径的长纤维,此外,还
有大量具有较大直径和分支结构的纤维出现。
胶质原纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic
protein,GFAP）
核纤层蛋白（lamin）等。 有些细胞IF很多，如上皮细胞，有的细胞完全没。
IF蛋白的分子特征
分子中有一个中间结构域，93%氨基酸可形成α螺旋 构型，称为杆状结构域（rod domain），N端有Mr15kD 头部，C端为Mr5000-10000的尾部。 杆状结构域有一组7氨基酸重复序列，它们形成卷曲 螺旋（coiled coil），杆状结构域长度比较恒定（约 310个氨基酸残基） 。 两端为非螺旋区，尾部耐受胰凝乳蛋白酶的水解， 头部有许多β折叠结构，可被胰凝乳蛋白酶水解。 各种IF的头部和尾部的氨基酸数目和序列变化较大， IF分子量差异主要与头部和尾部长度相关。
为钙结合蛋白，但不具有EF手结构，所以与钙调
蛋白不属于同一类。
常见有胶溶蛋白（gelsolin）。胶溶蛋白既具有
⑤促进解聚，包括切短； ⑥通过酶学作用修饰聚合体的亚单位； ⑦结合在纤丝的周边而加固纤丝； ⑧将纤丝交联成束或网络；
⑨有时形成纤丝突起，与其他类型纤丝、膜系统相互 作用，通过结构间的张力，形成交联桥，产生运动。
第二节
中 间 丝
一、中间丝的结构 二、组成中间丝的蛋白质及其分类
三、中间丝相关蛋白
四、中间丝的功能
尖端加帽蛋白：β辅肌动蛋白（β-actinin）,Mr类
似肌动蛋白。
倒刺端加帽蛋白：简称HAI，Mr约20kD，可能是Mr为
150kD-200kD蛋白质的水解产物。
肌动蛋白丝两端生长
用加帽蛋白封住负端, 微丝继续快速加长, 但是用加帽蛋白封住正端, F-肌动蛋白加长的速率 非常慢。
2 .F-肌动蛋白切割蛋白
丝样结构，纤丝在纯化时均有许多蛋白质共同被纯 化，这些蛋白质称为相关蛋白（associated proteins）。
肌动蛋白：在动植物细胞中含量相当丰富，常常是细胞
质的主要蛋白。首先从肌肉中发现，约占肌细胞蛋
白质含量的40%，其他类型的细胞含量较少，一般
为1-5mg/ml。
二、纤丝系统的功能
纤丝的功能有很多共同之处，归纳如下： ①形成网络决定细胞的形状； ②加固细胞成分； ③纤维收缩（反平行纤丝滑行）如肌肉收缩；
中间丝差别很少。
（四）核纤层蛋白（Ⅴ型IF）
核纤层蛋白是内核表面分离到的一种蛋白质，能
形成不溶解的多聚体系统。
这种蛋白质非常类似角蛋白，其甘氨酸和丝氨酸
含量都很高。
上皮细胞角蛋白的抗体能与其产生交叉反应。两 者之间的最大不同是核纤层蛋白在杆状结构域中间1B 部分插入一个42个残基形成的额外α螺旋，C端含入
Expression of Transgene DsRed in Primary Neuron Cell after 16h Culture , DIV 8, ×40
Glia-immunochemistry
pDsRed + Glia
pDsRed-Express-N1
细胞骨架的主要功能
结构支持 胞转 收缩运动 空间构成
第三节
肌动蛋白微丝系统
肌动蛋白微丝主要成分是肌动蛋白，肌动
蛋白是含量最多的细胞骨架蛋白，各种生物中
其氨基酸顺序高度保守，单体聚合成微丝后，
结构也几乎完全相同。
但是不同单体产生的微丝在稳定性和与其 他蛋白质（如肌球蛋白）相互作用方面可能有 细微的差别。
培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色） （来自/）
1. 波形蛋白（vimentin）
间质细ห้องสมุดไป่ตู้（如成纤维细胞）中的主要结构蛋
白，C端尾部特异地结合于细胞核外膜，N端头
部结合细胞膜，故在细胞核和细胞膜之间形成
联接。
波形蛋白有蛋白激酶C和蛋白激酶A磷化位点， 通过磷酸化与去磷酸化，细胞可改变不溶解的 中间丝网络。
2. 结蛋白
结蛋白（desmin）是肌肉细胞的主要IF 蛋白，在平滑肌中含量特别丰富。 在平滑肌细胞中，结蛋白中间丝形成一 个相互连接的网络，连接胞质的致密体 （dense bodies，相当于横纹肌的Z-盘）和 细胞膜的致密体斑块（dense plaques）。 在横纹肌中，结蛋白靠近两个细胞的细 胞膜连接 ，也存在于Z-盘。
竞争性的。
（一）钙结合蛋白
许多肌动蛋白相关蛋白（AAP）与肌动蛋白的
结合受Ca2+ 控制，分子中有高度专一的Ca2+结合
部位。
如小白蛋白（parvalvumin），是一种钙结合
蛋白，分子中具有EF手结构，这种结构在钙浓度 为10-6mol/L时能与钙结合，许多钙结合蛋白都 有类似结构。
（二）控制聚合的蛋白质
（来自 G. Karp 2002）
细胞骨架系统处于动态平衡并时常发生
变化。其结构的装配和解聚速度相当快。
细胞骨架成分，尤其是相关蛋白仍在 不断发现。结构与功能细节仍不清楚。 胞骨架成分基因突变会引起某些疾病。
第一节
概论
一、细胞骨架的概念 二、纤丝系统的功能 三、相关蛋白的功能
一、细胞骨架的概念
原子力显微镜(atomic force microscope , AFM)图
肌动蛋白丝的Y形分支及其调控
三、肌动蛋白相关蛋白
纯化的肌动蛋白的性质会因为加入肌动蛋 白 相 关 蛋 白 （ actin-associated proteins,
AAP）而改变.
已分离到许多AAP，多数细胞含有10多种 这类蛋白，它们与肌动蛋白的相互作用通常是
第八章 细胞骨架蛋白
一、蛋白质与中间丝的功能 二、肌动蛋白微丝及功能
三、蛋白质与微管系统
细胞骨架蛋白：细胞质中由蛋白丝组成的非膜相 结构统的蛋白质称为细胞骨架蛋白.
细胞骨架系统：微丝系统、微管系统和中间丝系
统所组成。
这三个系统由许多性质不同的蛋白质所构
成，但是它们的三维结构、装配和解聚、 以及功能方面却有明显的共同之处。
当细胞膜被非离子型表面活性剂破坏时，大 部分胞质流失，这一部分称胞液（cytosol）。
残余不溶解部分还常保持细胞外形，因此在
细胞中具决定细胞形态作用，故称为细胞骨架 （cytoskeleton）。
Diagram of a typical animal cell.
1.Nucleolus, 2.Nucleus, 3.Ribosome, 4.Cell membrane, 5.Rough endoplasmic
（一）角蛋白（IF多肽Ⅰ型和Ⅱ型的异多聚体） 角蛋白家族是IF蛋白中存在最多的一类。 最 易 观 察 到 的 是 硬 角 蛋 白 ， 分 布在 毛 发 、
（趾）甲、角和蹄等，这些组织的形成是由于整
个细胞的固化而不是将硬角蛋白分泌到表面。 角蛋白或软角蛋白在上皮细胞胞质中达80%。
角蛋白种类很多，例如皮肤细胞至少30种。
一、肌动蛋白单体结构域
肌动蛋白单体Mr为43kD，由两个结构域 组成，两个结构域之间的连接部很短，具 有柔韧性。
肌动蛋白单体的ATP结合部位在两个结 构域的连接点，肌动蛋白单体可与其他分 子作用，包括：肌球蛋白、原肌球蛋白、 肌动蛋白抑制蛋白（profilin）或肌动蛋 白蚕食蛋白（depactin）等。
④杆体收缩（平行纤丝滑行），如纤毛和鞭毛活动； ⑤导向转运的轨道，例如神经细胞中沿微管转运各 种物质或颗粒； ⑥沿纤丝传导信息。
三、相关蛋白的功能
相关蛋白通过以下方式控制纤丝聚合： ①与单位（单体）结合,防止单体聚合； ②启动聚合过程； ③当聚合达到一定长度后封闭纤丝的尾端（加帽）；