第十章-2细胞骨架
第十章 细胞骨架
第十章细胞骨架(Cytoskeleton)第一节细胞质骨架一、细胞骨架：是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系，其概念有狭义与广义之分,1、狭义概念：指细胞质骨架，包括微丝、微管和中间纤维2、广义概念：包括细胞核骨架，细胞质骨架，细胞膜骨架和细胞外基质。
二、微丝(microfilament, MF)1、概念：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7nm的骨架纤维。
2、成分: 肌动蛋白(actin)是微丝的结构成分,外观呈哑铃状。
肌动蛋白的单体为球形分子，称为球形肌动蛋白G-actin(globular actin)，它的多聚体称为纤维形肌动蛋白F-actin (fibrous actin)。
3、装配：1）MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性,装配时呈头尾相接, 故微丝具有极性，既正极与负极之别。
2）MF的解聚：在含有ATP和Ca2+以及低浓度的Na+, K+等阳离子溶液中，趋向于解聚。
3）MF的装配：在Mg2+和高浓度的Na+, K+等溶液中，趋向于装配。
4）倒踏车现象：微丝装配过程中，表现出一端因加亚单位而延长，同时，另一端因亚单位的脱落而简短的现象。
&S226; Actin is a globular protein that polymerize helicaly forming actin filaments (or microfilaments), which like the other two components of the cellular cytoskeleton form a three-dimensional network inside an eukariotic cell. Actin filaments provide mechanical support for the cell, determine the cell shape, enable cell movements (through pseudopods); and participate in certain cell junctions, in cytoplasmic streaming and in contraction of the cell during cytokinesis. In muscle cells they play an essential role, along with myosin, in muscle contraction. In the cytosol, actin is predominantly bound to ATP, but can also bind to ADP. An A TP-actin complex polymerizes faster and dissociates slower than an ADP-actin complex. Actin is also one of the most highly conserved proteins, differing by no more than 5% in species as diverse as algae and humans.&S226; The globular Actin is known as G-actin, while the filamentous polymer composed of G-actin subunits (a microfilament), is called F-actin. The microfilaments are the thinest component of the cytoskeleton, measuring only 7nm in diameter. Much like the microtubules, actin filaments are polar, with the plus (+) end elongating approximately 10 times faster than the minus (-) end. (Known as the treadmill effect).4、微丝结合蛋白1）肌肉收缩系统中的有关蛋白：&O1569; 肌球蛋白&O1570; 原肌球蛋白&O1571; 肌钙蛋白2）非肌肉细胞中微丝结合蛋白&O1569; 肌球蛋白&O1570; 原肌球蛋白&O1571; α-辅肌动蛋白5、微丝结合蛋白将微丝组织成以下三种主要形式：1）Parallel bundle: MF同向平行排列，主要发现于微绒毛与丝状伪足。
第十章 细胞骨架(Cytoskeleton) 2(简)
第二节 微管及其功能
真核细胞中直径24～26nm的中空管状结构 ,其空间结 构与功能与微管结合蛋白有关。
一、化学组成 二、装配 三、微管结合蛋白 四、功能
一、化学组成
微
2
1
3
管 13
4
进化上高度保守，由同一祖先基因进化而来 横
断
12 11
5
6 7
10
面
98
微 管 蛋 白
微管蛋白 极性
(55KD 450aa) 异二聚体
驱动蛋白和胞质动力蛋白介导的细胞内膜泡和细胞器运输
（KIF，驱动蛋白超家族）
鞭毛和纤毛的摆动
纤毛Βιβλιοθήκη 鞭毛纤毛或鞭毛结构组成
纤毛动力蛋白的结构
外动力 蛋白
连 接 蛋 白
“9+2” 微管
内动力 蛋白
多亚基的ATP酶
纤毛/鞭毛运动的微管滑动学说
1234. 带动新结有力的合水A蛋的T解A白PT产结头P物合水部的于解与头动，相部力其邻与蛋释二B白放联微上的体管，能上的使量B另微头使一管部头个结与部位合相的点，邻角结促的度合进二复，A联原T开体。P始(水B微解管) 脱又A离一D。次P循+P环i(释。放)，同时动力蛋白头部构象变化角度改变， 牵引相邻B微管向纤毛顶部滑动。
两端速率相等时，微管长度不变。
GTP的作用
调节微管的组装
GTP- GTP – tubulin 促进组装；
GTP→GDP+Pi； GTP- GDP -tubulin 去组装
装配过程 请你仔细找一下微管的“接缝”！
原纤维核装配
侧面加宽并延长
稳定阶段
踏车行为
缩短
延长
微管的体内组装特点
第10章_细胞骨架
第10章_细胞骨架第一篇：第10章_细胞骨架第10章细胞骨架 cytoslceleton 本章内容首先简介细胞骨架的组分、分类、功能和研究细胞骨架的技术，第二介绍对胞质骨架即微丝，微管和中间纤维的超分子结构特征、装配动力学，生物学功能和发挥功能作用中的相关蛋白，以及主要由微丝和高度组织化形成的横纹肌收缩系统的精细结构和收缩机制，由微管和相关蛋白构成的纤毛，鞭毛的精细结构和运动机制有较清楚和明确的认识，并了解分子发动机的概念。
第一节细胞骨架细胞骨架指细胞中除了细胞器外的三维蛋白纤维网架体系。
一、组成和分布1.微管核周围,呈放射状向四周扩散2.微丝质膜内侧3.中等纤维分布在整个细胞中细胞骨架具有动态的特点，并非静止不变。
二、细胞骨架的功能1.细胞结构和形态支持2.胞内运输3.收缩和运动 4.空间区域组织三、细胞骨架的研究方法 1.荧光显微镜荧光抗体基因工程改造的带有荧光的蛋白，一种藻类中centrin的荧光抗体显影，centrin分布在鞭毛和基体中，红色为藻类光合作用自身发出的荧光。
2.电镜 3.电视显微镜分子发动机蛋白质在微管上的移动（见箭头相对于微管位置的移动）第二节细胞骨架的各个组分一、微管 Micorotubules(MTs)1.形态、化学组成和超分子结构MT是刚性的直径约20-25nm的圆管状结构，其长度因种类和功能等的不同而有很大的变化。
完整的MT经负染法显示，其壁是由一层串珠样的纵行的纤维丝包围形成的，从横截面上看，细丝共13条，这些串珠样的细丝被称为原纤丝Protofilaments。
原纤丝的化学组成是微管蛋白tubutin。
微管蛋白是球状分子，分α和β两种，分子量均大约为5.5KD，在一般生物细胞内，它们均以各一个分子结合成异二聚体的形式存在。
原纤丝就是由异二聚体首尾相连而成。
α和β都有一个GDP结合位点，α中的位点也结合GTP，称可交换位点（exchangable site，E site）。
第十章 细胞骨架
微管结合蛋白：是与微管结合的辅助蛋白，并与微管共存，
参与微管的装配。
微管的形状：中空的管状结构，内径15nm，厚5nm。
微管蛋白由α蛋白和β蛋白形成一个异源二聚体。
微管结合蛋白
微管的存在类型
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，A管由13根原纤 维，B管有10根原纤维，与A管共用3根原纤维，主要 分布于纤毛、鞭毛内。
后逐渐发现许多非肌细胞的myosin，目前已知的有15种类
型（myosin I-XV）。 Myosin II是构成肌纤维的主要成分之一。由两个重链 和4个轻链组成，重链形成一个双股α 螺旋，一半呈杆状， 另一半与轻链一起折叠成两个球形区域，位于分子一端， 球形的头部具有ATP酶活性
5.参与细胞、Ga2+、Na+、K+的浓 度及药物的影响。 影响微丝组装、去组装的主要药物有细胞松驰素B等。
微丝的主要功能
1.构成细胞的支架 微丝不能单独发挥作用，必须形成网络结构或成束
状结构才能发挥作用。
微绒毛
形态结构特征：是细胞表面的一种特化结构，其核
心是由20-30个同向平行的微丝组成束状结构其中有 微丝结合蛋白绒毛蛋白和毛缘蛋白。另外还有肌球 蛋白-1和钙调蛋白将微丝与绒毛处的质膜相连。正 是由于微丝及其结合蛋白的存在，才使得微绒毛的 形状得以维持。
肌动蛋白是一个由375个氨基酸组成的单链多肽，与一
分子的ATP相连。称为球形-肌动蛋白。微丝是由球形-肌 动蛋白形成的聚合体，也称纤维状-肌动蛋白。微丝的结 构也具有极性，有正负极之分。
微丝结合蛋白
微丝结合蛋白的种类较多，且功能复杂。目前在
细胞骨架(Cytoskeleton)
Insect cell expressing Insect cell expressing MAP2 tau From J. Chen et al. 1992. Nature 360: 674
微管功能
◆维持细胞形态
◆细胞内物质的运输 ◆细胞器的定位 ◆鞭毛(flagella)运动和纤毛(cilia)运动
细胞质骨架
●微丝(microfilament, MF)
●微 管（microtubules）
●中间纤维（intermediate filament,IF) ●细胞骨架结构与功能总结
Figure 10-2. The three types of protein filaments that form the cytoskeleton.
输过程与细胞骨架体系中的微管及其Motor protein有关。
· Motor proteins · 神经元轴突运输的类型及运输模式 · 色素颗粒的运输
Motor proteins
目前已鉴定的Motor proteins多达数十种。根据其
结合的骨架纤维以及运动方向和携带的转运物不同而分
为不同类型。胞质中微管motor protein分为两大类： 驱动蛋白(kinesin):通常朝微管的正极方向运动 动力蛋白(cytoplasmic dynein)：朝微管的负极运动 Kinesin与Dynein的分子结构 Kinesin与Dynein的运输方式
②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, 调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。 ③肌钙蛋白 (Troponin, Tn)为复合物，包括三个亚基：TnC(Ca2+敏感性蛋白) 能特异与Ca2+结合; TnT(与原肌球蛋白结合); TnI(抑制肌球蛋白ATPase活性)
细胞生物学-1第十章：细胞骨架与细胞运动
10. 细胞骨架与细胞运动细胞除了含有各种细胞器外, 在细胞质中还有一个三维的网络结构系统，这个系统被称为细胞骨架(图10-1)。
图10-1 细胞骨架系统10.1 细胞骨架(cytoskeleton)的组成和功能细胞除了具有遗传和代谢两个主要特性之外, 还有两个特性, 就是它的运动性和维持一定的形态。
细胞骨架是细胞运动的轨道,也是细胞形态的维持和变化的支架。
10.1.1 细胞骨架的组成和分布¦ 组成细胞骨架是细胞内以蛋白质纤维为主要成分的网络结构,由主要的三类蛋白纤丝(filamemt)构成，包括微管、微丝（肌动蛋白纤维）和中间纤维。
¦分布微管主要分布在核周围, 并呈放射状向胞质四周扩散。
微丝主要分布在细胞质膜的内侧。
而中间纤维则分布在整个细胞中(图10-2)。
12图10-2 细胞骨架的三类主要成分及其分布10.1.2 细胞骨架的功能什么是细胞骨架?在细胞内的主要功能是什么?细胞骨架对于维持细胞的形态结构及内部结构的有序性，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。
¦作为支架(scaffold),为维持细胞的形态提供支持结构，如红细胞质膜膜骨架结构维持。
¦在细胞内形成一个框架(framework)结构,为细胞内的各种细胞器提供附着位点。
细胞骨架是胞质溶胶的组织者，将细胞内的各种细胞器组成各种不同的体系和区域的网络结构。
¦为细胞器的运动和细胞内物质运输提供机械支持。
细胞骨架作为细胞内物质运输的轨道；在有丝分裂和减数分裂过程中染色体向两极的移动，以及含有神经细胞产生的神经递质的小泡向神经细胞末端的运输都要依靠细胞骨架的机械支持。
¦为细胞从一个位置向另一位置移动提供力。
一些细胞的运动结构, 如伪足的形成也是由细胞骨架提供机械支持。
纤毛和鞭毛等运动器官主要是由细胞骨架构成的。
¦为信使RNA提供锚定位点，促进mRNA翻译成多肽。
第十章 细胞骨架(Cytoskeleton)
成束蛋白：将相邻的微丝交联成平行排列
如：丝束蛋白、绒毛蛋白、 α-辅肌动蛋白。
凝胶形成蛋白：将微丝连接成网状
如：细丝蛋白
4、交联蛋白
A、成束蛋白将相邻的微丝交联成束状结构。丝束蛋白和绒毛蛋白等交联而成的微丝 束为紧密包装型，肌球蛋白不能进入，无收缩功能；B、由α-辅肌动蛋白交联形成 的微丝束相邻的纤维之间比较宽松，肌球蛋白可以进入与之相互作用，可收缩。 C、细丝蛋白将微丝交联成网状。
三、微丝主要结构成分—肌动蛋白的类型
哺乳动物和鸟类已分离到6种肌动蛋白：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。另两种为
β-肌动蛋白和γ-肌动蛋白，存在于所有肌细胞和非肌细胞中。
特点：同源性很高，常作为内参基因。但微小差异可能上的变化。
四、微丝特异性药物
◆细胞松弛素(cytochalasins)：可以切断微丝,并结合
马达结构域 2条重链
在心肌、骨骼肌、 平滑肌、收缩环、 张力纤维等产生 强大的收缩力。
内吞作用和吞噬泡运输 细胞内膜泡 和其他细胞 器的运输
部分肌球蛋白超家族成员的结构示意图
（二）肌球蛋白的结构
三个功能结构域：马达结构域、调控结构域和“货物” 结合的尾部结构域。 Ⅱ型肌球蛋白：在肌细胞中，组装成肌原纤维的粗丝， 在非肌细胞中，与收缩环的动态结构以及应力纤维的 活动相关。
（3）动力蛋白
特点：既有与微丝或微管结合的马达结构域，又有与
膜性细胞器或大分子复合物特异结合的“货物”结构
域，利用水解ATP所提供的能量有规则地沿微管或微丝
等细胞骨架纤维运动。
（一）肌球蛋白的种类
组装成粗肌丝的单位，肌球蛋白的头部和组成微丝的肌动蛋白 亚基之间的相互作用导致粗丝和细丝之间的滑动。
细胞生物学第十章_细胞骨架
微绒毛： MF同向平行排列
培养的成纤维细 胞中具有丰富的 应力纤维，并通 过粘着斑固定在 基质上。在体内 应力纤维使细胞 具有抗剪切力
当细胞受到外界 刺激时开始运动， 应力纤维发生变 化或消失
培养的上皮细胞中的应力纤维 （微丝红色、微管绿色）
MF反向平行排列
MF相互交错排 列
肌肉的组成
• 由肌原纤维组成，肌原纤维的粗肌丝主要成分是 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。
• 研究细胞的内部工作机制，窥视细胞如何分裂。通过这些观察，可以揭开癌症工作机 制和组织生长之谜。
二、微丝结合蛋白
• 已知的的微丝结合蛋白有100多种，如： • 1 ．核化蛋白：使游离actin核化，开始组装，Arp • 2．单体隐蔽蛋白：阻止游离actin向纤维添加，thymosin • 3．封端蛋白：使纤维稳定，Cap Z • 4．单体聚合蛋白：将结合的单体安装到纤维，profilin • 5．微丝解聚蛋白：cofilin • 6．交联蛋白：fimbrin • 7．纤维切断蛋白：gelsolin • 8．膜结合蛋白：vinculin
• 单体呈哑铃形，称G-actin；多聚体称F-actin。 • 结构高度保守，酵母和兔子actin有88%的同源性。 • 需要翻译后修饰，如N-端乙酰化或组氨酸残基的甲基化。
(二)微丝的装配
• 条件：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(延伸)。
• 属于马达蛋白，多数趋向微丝的（+）极。
• 肌球蛋白II构成粗肌丝。由2重链和4轻链组成，具有2 球形的头和1螺旋化的干，头部有ATP酶活性。
第10章细胞骨架(Cytoskeleton)
第十章细胞骨架（Cytoskeleton）教学目的： 1 掌握细胞骨架的概念2 掌握细胞骨架各成分性质、结构与功能3 了解细胞的各种运动形式教学重点：1 细胞骨架的狭义及广义概念2 细胞骨架各成分性质、结构与功能教学难点：细胞骨架各成分之间的关系讲授与讨论概述细胞骨架是真核细胞中的蛋白纤维网架体系，可以说是迄今为止，最新发现的一类细胞器，也是当前细胞生物学研究中最活跃的领域之一，并且这种研究正方兴未艾。
真正确认细胞中骨架系统的存在，则是在本世纪60年代，人们对制作电镜标本的固定剂和条件作了改动之后。
1963年，Slauterback使用戊二醛（代替锇酸）在室温（代替0℃）下固定标本，首先在水螅刺细胞中发现了细胞骨架成分之——微管，同年，Porter在植物细胞中也发现了微管的结构。
那么细胞骨架的概念如何呢？包括哪些内容呢？细胞骨架是真核细胞中的蛋白纤维网架体系。
早期狭义的范围主要指胞质骨架，现代广义的理解应为：细胞骨架（cell skeleton）细胞骨架的主要功能是（1）维持细胞形态多样性（2）行使细胞运动（3）保持细胞内结构的合理空间布局与有序性（4）细胞内物质的传递与运输（5）参与细胞内信号传导（6）作为多种蛋白、酶和细胞器的支持点（7）参与蛋白质合成（多聚体3，端锚定在骨架纤维上才启动）（8）核骨架、染色体骨架参与染色质和染色体的构建（9）核骨架为基因表达提供空间支架（10）细胞骨架参与细胞周期的调节，并与细胞分化和细胞衰老关系密切。
第一节细胞质骨架（Cytoskeleton）一、微丝（microfilament,MF）即肌动蛋白纤维（actin microfilament），是真核细胞中由肌动蛋白组成，直径约7nm的骨架纤维。
微丝在细胞中可以两种状态存在，一种是微丝互相平行排列成束，形成有规则的稳定结构，如肌细胞中形成粗丝和细丝。
另一种状态是网络状，在非肌细胞中这种状态较多。
（一）化学组成微丝是由总称为收缩蛋白（Contractile P）的物质组成，主要是肌动蛋白和微丝结合蛋白。
细胞骨架2
C.如果只有GDP存在，微管会持续缩短， 最终消失，因为结合有GDP的微管蛋白 二聚体相互之间的亲和力十分低，不可 能被稳定地添加到微管上去；
D.如果有GTP存在但它不能被水解，那 么微管将持续增长直到所有游离的微管 蛋白亚基被用完为止。BACK
微丝（microfilament,MF)
微丝是指真核细胞中由肌动蛋白（actin)组成， 直径为7nm的骨架纤维；
微丝也具有踏车行为，正端不断增加肌动蛋 白，负端不断丢失肌动蛋白，维持微丝的长 度不变。
细胞内小分子蛋白质调节肌动蛋白的聚合
各种类型细胞内肌动蛋白单体标准浓度为 50~200 μmol(约8mg/ml），与低的纯肌动蛋白 聚合临界浓度（低于1 μmol）相比高得惊人。
在细胞内存在特殊的蛋白，可与肌动蛋白分子 结合以抑制其聚合到微丝末端，这些特殊蛋白 称为肌动蛋白－单体－结合蛋白。
微管特异性药物
秋水仙素：能够和游离微管蛋白紧密结合， 阻止微管蛋白之间的聚合，但对已经聚合形 成微管后的微管蛋白分子，无法结合。
纺锤体会快速解体，细胞停滞在有丝分裂中 期 ，染色体无法分离成两组。说明纺锤体通 常维持在持续的微管蛋白亚基添加和脱离的 平衡中，当微管蛋白的添加被秋水仙素阻抑 时，微管蛋白仍然持续地从微管上脱离直到 纺锤体消失。
每一个肌动蛋白分子是一个375个氨基酸 组成的单链多肽，与一分子ATP紧密相 连。
微丝更细和柔顺，单丝比微管往往短很 多，在细胞内微丝不是呈单条独立行动， 而是形成横向连接的聚合物或形成束， 比单个微丝更强壮。
Bundles
Networks
Micrograph revealing bundles and networks of actin filaments in the cytosol of a spreading platelet
第十章-细胞骨架
非肌细胞前缘肌动蛋白的聚合和伪足的形成
（五）微绒毛(microvillus) 是肠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。 微丝束功能：支撑微绒毛，无收缩功能
微绒毛中的微丝和微丝结合蛋白
（六）胞质分裂环
胞质分裂环由大量反向平行排 列的微丝组成，其收缩机制是肌动 蛋白和肌球蛋白相对滑动。
2、Ca2+的释放：肌质网→肌浆
3、原肌球蛋白位移：暴露出肌动蛋白与肌球蛋白 结合位点 4、肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动：肌球蛋 白沿肌动蛋白丝滑动，水解ATP 5、Ca2+的回收 ：收缩停止
结合
分开
-端
+端
+端抬升
构象改变
Pi释放
-端 Ga2+
+端
第二节、微 管（Microtubules）及其功能
促进微管的装配，并使已形成的微管稳定。
三、微管组织中心(MTOC)
◆概念：在生理状态或实验处理时，能够起始微管的 成核作用并使之延伸的细胞结构称为微管组织中心 (microtubule organizing center, MTOC)。
◆常见微管组织中心：
肌肉可看作一种特别富含细胞骨架的效力 非常高的能量转换器，它直接将化学能转变为 机械能。
（一）肌纤维的结构
骨骼肌及肌纤维的结构
粗肌丝与细肌丝的分子结构
（二）肌肉收缩系统中的有关蛋白
①肌球蛋白(myosin) 头部具ATP酶活力,沿微丝从负极到 正极进行运动。 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。 ②原肌球蛋白(tropomyosin, Tm)由两条平行的多肽链形
细胞生物学第四版(细胞骨架1) (2)
二、微丝网络结构的调节与细胞运动
（一）非肌肉细胞内微丝的结合蛋白 （二）细胞皮层 （三）应力纤维 （四）细胞伪足的形成与细胞迁移 （五）微绒毛 （六）胞质分裂环
（一）非肌肉细胞内微丝的结合蛋白
• 大多数非肌细胞的微丝是一种动态结构，它们持续 地进行组装和去组装，这与细胞形态的持续变化和 细胞运动有密切的关系。 • 肌动蛋白结合蛋白（actin binding protein）：与肌 动蛋白单体或肌动蛋白丝结合的蛋白，对微丝的组 装、物理性质及其功能具有调控作用。
体内肌动蛋白的组装在2个水平上受到 微丝结合蛋白的调节：①可溶性肌动蛋白 的存在状态；②微丝结合蛋白的种类及其 存在状态。 细胞内微丝网络的组织形式和功能通 常取决于与其结合的微丝结合蛋白，而不 是微丝本身。 根据微丝结合蛋白作用方式的不同，可将 其分成如下几种类型：
1. 肌动蛋白单体结合蛋白：储存在细胞 内的肌动蛋白单体常与单体结合蛋白结合在 一起，只在存在需求信号时才加以利用。
肌动蛋白结合蛋白与微丝的组装 （图10-4）
微丝的成核与加帽（图10-5）
3. 加帽蛋白：与微丝的末端结合从而阻止微丝解 聚或过度组装的蛋白。在微丝的负极端常有Arp2/3复 合物或原肌球调节蛋白（tropomodulin）结合而稳定； 在微丝的正极端常有CapZ或凝溶胶蛋白（gelsolin） 结合而加帽。 4. 交联蛋白：决定微丝排列成束状还是网状。 成束蛋白将相邻的微丝交联成束状结构。成束蛋 白的2个肌动蛋白结合域之间的区域都是僵直的。丝束 蛋白（fimbrin）和绒毛蛋白（villin）等交联而成的 微丝束为紧密包装型，肌球蛋白不能进入，因而没有 收缩能力。α-辅肌动蛋白交联形成的微丝束相邻的纤 维之间比较宽松，肌球蛋白可以进入与微丝相互作用， 这种类型的微丝束是可收缩的。 成网的蛋白将微丝交联成网状或凝胶样结构。细 丝蛋白（filamin）和血影蛋白（spectrin）的2个肌 动蛋白结合域之间的区域都是柔软的，或者本身就是 弯曲的。
第十章 细胞骨架
线虫C. elegans细胞中， 微管从中心体处发射出来
四、微管的动力学性质(了解） 五、 微管结合蛋白对微管网络结构的调节
微管结合蛋白（microtubule associated protein, MAP） -通常都是单基因编码，具有一个或数个带正电荷的微管结合域，该结构域 与带负电荷的（微管蛋白的C端所形成的）微管表面相互作用，具有稳定微 管的作用。
粘附
释放
2.钙释放
翘起
力的产生
3. 原肌球蛋白位移
粘附
第二节 微管及其功能
一、微管的结构组成与极性
微管呈中空的管状结构，其外径为24nm，内径为15nm 几乎存在于所有真核细胞中，但大部分微管在细胞质内形成暂时性的结构 间期细胞内的微管、分裂期细胞的纺锤体微管 另一些微管形成相对稳定的“永久性”结构 纤毛内的轴丝微管、神经元突起内部的微管束结构
驱动蛋白沿微管运动的分子模型有两种： ① “步行”(hand over hand) 模型 ② “尺蠖”(inchworm) 爬行模型
引发驱动蛋白沿微管持续向前移动的原因： ① 在每个驱动蛋白分子中有两个马达结构域的化学机械循环是互相协调的 ② 驱动蛋白的马达结构域在ATP酶循环的大部分时间里都与微观紧密结合
（一）肌球蛋白的种类及结构
肌球蛋白是一种特殊的酶，它能通过ATP 的水解引起构象的变化沿微丝运动，把化 学能转变为机械能，因此被称为机械化学 酶。或者称为motor蛋白。这种运动 以肌球蛋白为马达
以微丝为运动轨道 以ATP为能量燃料
马达结构域 - 肌球蛋白超家族成员间最保守的部位。
四、肌细胞的收缩运动
（四）细胞伪足的形成与细胞迁移 细胞运动主要通过肌动蛋白的聚合及与其他细胞结构组分的相互作用实现的。
第十章-细胞骨架
5. 割断及解聚蛋白
➢ 凝溶胶蛋白在高Ca2+浓度下，能将较长的微丝切成片段， 使肌动蛋白由凝胶态向溶胶态转化；
➢ 长的微丝被切断产生游离小片段，可加速合成或降解； ➢ 丝切蛋白/肌动蛋白解聚因子能够与肌动蛋白单体或微丝
结合，加速解聚。
（二）细胞皮层
➢ 皮层：紧贴细胞质膜的胞质区域，并由微丝交联蛋白交联 成凝胶态三维网状结构。
松弛（B上）和收缩（C上）状态下，肌节中明暗带有规律的排列状态； 松弛（B下）和收缩（C下）状态下，粗肌丝和细肌丝的结构示意图； D 肌肉中粗肌丝横切图； E 肌肉中粗肌丝和细肌丝交汇处的电镜图，细肌丝围绕粗肌丝的六角形排列。
② 肌节的组成
粗肌丝
细肌丝
粗肌丝：肌球蛋白Ⅱ 肌节
细肌丝：肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白
④ 肌肉收缩的机制
粗
A. 肌纤维接受神经冲动
细 肌
B. 肌质网释放Ca2+
丝
相
C. 原肌球蛋白移位
对
滑
D. 粗细肌丝的相对滑动
动
示
E. Ca2+的回收
意
图
肌肉收缩过程图解 在初始状态，组成粗肌丝的肌球蛋白头部(马达 结构域)未结合ATP时，该肌球蛋白的头部与细肌 丝结合，并成僵直状态。 1-2 ATP结合到肌球蛋白头部导致与肌动蛋白纤 维的结合力下降，肌球蛋白与肌动蛋白分开； 3 ATP水解为ADP + Pi，水解产物仍与肌球蛋白 结合，获能的肌球蛋白头部发生旋转，向肌丝的 正极端抬升； 4 在Ca2+存在下，肌球蛋白头部与靠近肌丝正极 端的一个肌动蛋白亚基结合； 5 Pi释放，肌球蛋白颈部结构域构象改变，导致 肌球蛋白头部与细丝的角度发生变化，拉动细肌 丝导致细肌丝相对粗肌丝的滑动； 6 ADP释放，肌球蛋白的头部结构域与细肌丝之 间又回到僵直状态。
第十章细胞骨架PPT课件
4.微管组织中心
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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）。动物 细胞的MTOC为中心体。
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Ganglion cells from the rat retina in cell culture. Labeled with antibody to microtubuleassociated protein (MAP-2).
Photomicrograph of microtubule-associated protein 2 (MAP2) immunoreactive neurones in the cortex. Cellular immunoreactivity appears as a brown insoluble precipitate when developed by the ABC-HRP method. Counterstained with cresyl violet magnification X42020.
F-actin filaments
containing
tropomyosin,
an elongated protein
which binds actin helix
alo6ng
the
（三） 微丝 结合蛋白
微丝结合蛋白 （microfilamentassociated protein） 参与形成微丝纤维 高级结构，对肌动 蛋白纤维的动态装 配有调节作用。
microtubule
18
（一）成分 微管由两种类型的微管蛋白亚基，
即α微管蛋白和β微管蛋白组成。 微管几乎存在于从阿米巴到高等
细胞生物学-第10章-细胞骨架(翟中和第四版)
1963年，采用戊二醛常温固定后，才广泛的地观察到 种类细胞骨架的存在，并正式命名为一种细胞器。
• 细胞骨架由以下组分构成
– 微丝（microfilament） – 微管（microtubule） – 中间纤维（intemediate filament）
• 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）
微管，是由微管蛋白单体构成的 基本组件形成的中空的管状结构。 普遍存在于真核细胞中
中间纤维，又叫中间丝，粗细位 于微丝和肌球蛋白粗丝之间，普 遍存在于真核细胞中，是三种骨 架系统中结构最为复杂的一种
本章主要内容
微丝与细胞运动
微管及其功能 中间纤维 细胞骨架与疾病
第一节 微丝与细胞运动
• 微丝（microfilament, MF） • 球状肌动蛋白（G-actin）：肌动 蛋白单体 • 纤维状肌动蛋白（F-actin）：由 多个单体组装而成。 • 直径7 nm
肌球蛋白：依赖于微丝的分子马达
• 马达蛋白(motor protein) 可以分为3 类
– 沿微丝运动的肌球蛋白（myosin）
– 沿微管运动的驱动蛋白（kinesin）
应力纤维
于动态的组装和去组装过 伪足 程中，并通过这种方式实 收缩环 现其功能
（三）影响微丝组装的特异性药物
• 细胞松弛素（cytochalasin）
– 与微丝结合后将微丝切断，并结合在微丝末端阻抑肌 动蛋白在该部位的聚合，但对微丝解聚没有明显影响 – 破坏微丝网络结构，并阻止细胞的运动
• 鬼笔环肽（phalloidin）
型
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秋水仙素、长春花碱、紫杉酚可破坏微管
功能。
二 、微管的化学组成
1 微管蛋白：
Tubulin α
tubulin β
tubulin γ
存在于微管组织中 (MTOCs)即PCM，对微管 的形成和微管极性的确
定有重要作用 。
微管结合蛋白P211
微管相关蛋白MAP 微管聚合蛋白Tau
（二）踏车模型(treadmilling model)
在微管组装达到稳定态时，微
管正端持续加入新的二聚体与微
管负端持续减去已组装的二聚体 达到一种平衡，并且需要GTP水
解供给能量来维持这一平衡
稳定期
踏车现象
+
（一）微管组装的过程
1、成核期 2、延长期
3、稳定期
成核期
（一）微管的动力学特征
由α和β异二聚体构成的微管其两个
末端的结构和动力学特性不同
β亚单位暴露的一端(+)能较快生长。 α亚单位暴露的另一端(-)生长较慢。
在细胞内,微管的负端靠近中心体，位
于细胞中心，而正端则位于细胞质周 围。
（四）影响微管组装的因素
GTP浓度温度、Ca++浓度、pH、压力等，
秋水仙素和秋水仙胺能结合和稳定游离微
管蛋白，引起微管解聚。
长春花碱和长春新碱能结合微管蛋白异二
聚体，抑制它们的聚合作用。
紫杉醇能和微管紧密结合防止微管蛋白亚
基的解聚，加速微管的聚合作用。
五、微管的功能
1、 构成细胞的网
状支架，维持细 胞的形态，固定
与支持细胞器的
位置
2、参与细胞内物质运输
作 为 色 素 颗 粒 运 输 轨 道
分子马达蛋白：介导细胞内物质沿细胞骨架
运输的一类蛋白。有动力蛋白和驱动蛋白两 类。
驱动蛋白
动力蛋白
（1）驱动蛋白：是一类微管激活的ATP 酶可沿微管从负极向正极移动。 （2）动力蛋白：是一类微管激活的ATP 酶可沿微管从正极向负极移动。
已知约15种左右，分别与特定IF结合，如：
flanggrin、Plectin、Ankyrin
特点：具有细胞特异性
五. 中间纤维的功能
1
中间纤维对细胞核有固定作用 2 细胞内物质运输作用 3 参与细胞分裂活动 4 参与信息传递活动
胞质骨架三种组分的比较
微丝 单体 结合核苷酸 纤维直径 结构 球蛋白 ATP-G-actin ~7nm 双链螺旋 微管 αβ 球蛋白 2GTP/αβ 二聚体 ~22nm 13 根源纤丝组成空心管 状纤维 有 无 有 有 动力蛋白，驱动蛋白 秋水仙素，长春花碱，紫 杉酚 中间纤维 杆状蛋白 无 10nm 8 个 4 聚体或 4 个 8 聚体组成的空心 管状纤维 无 有 无 无 无
3、 参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成
鞭 毛 的 结 构
பைடு நூலகம்4、参与染色体的运动、调节细胞分裂
第三节 中间纤维
第三节 中间纤维
直径10nm左右，介于微丝和微管之间，故名。
IF是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑作用。
IF在细胞中围绕着细胞核分布，成束成网，并
扩展到细胞质膜，与质膜相连结
极性 组织特异性 蛋白库 踏车形为 动力结合蛋白 特异性药物
有 无 有 有 肌球蛋白 细胞松驰素 鬼笔环肽
试述细胞骨架的结构组成及其主要功能？
第十章
细胞骨架（2）
微丝，又叫肌动蛋白纤维， 是由肌动蛋白构成的两股 螺旋形成的细丝，普遍存 在于真核细胞中 微管，是由微管蛋白单体 构成的基本组件形成的中 空的管状结构。普遍存在 于真核细胞中
中间纤维，又叫中间丝， 粗细位于微丝和肌球蛋白 粗丝之间，普遍存在于真 核细胞中，是三种骨架系 统中结构最为复杂的一种
末端没有GTP帽;
没有GTP帽的末端不稳定性，使GTP二聚体不能加到
微管晶格中，致使微管迅速解聚，直到产生新的 GTP
帽，微管才由解聚相转变为聚合相;
有GTP帽的末端是稳定的，新的GTP二聚体可以加到
GTP帽晶格中，诱导多聚体构象改变，激活GTP水解，
加入的二聚体形成新的GTP帽，促使微管聚合。
主要功能：
①促进微管组装； ②增加微管稳定性； ③促进微管聚集成束。
三、微管的类型
1、单管（13） 细胞质中的主要存在形式 不稳定 2、二联管（A、B 23） 主要分布于纤毛和鞭毛 稳定 3、三联管（A、B、C 33） 主要分布于中心粒和鞭 毛、纤毛的基体中 稳定
单管
二联管 三联管
四、微管的组装与解聚
具有组织特异性，通常一种细胞含有一种 IF，
少数含2种以上。
二、结构与装配
（一）结构
由螺旋化杆状区，以及两端非螺旋化的球形头（N
端）尾（C端）部构成。
具有两个螺旋区，每个分为A、B两个亚区。
（二）IF的装配
①两个单体形成超螺旋二聚体；
②两个二聚体反向平行组装成四聚体；
-
踏 车
（三）非稳态动力学模式
处于组装的微管末端具有GTP帽，而处于解聚的微管
第二节 微管（microtubule）
一、微管的形态
中空圆筒状，外径25nm，内
15nm，大多数微管壁由13条
原纤维包围而成。每条原纤 维又由α、β微管蛋白首尾 相连。
特性
具有极性，
-极在中心粒，+极指向质膜；
+极的最外端是β，-极最外端是α球蛋白； 具有踏车行为； 多数微管通过动态组装/去组装实现功能；
③四聚体组成原纤维；
④8根原纤维组成IF。
装配特点：无极性，与温度和蛋白浓度无关，不
需要ATP、GTP或结合蛋白的辅助。
两个单体形成超 螺旋二聚体
两个二聚体反向平行 组装成四聚体
四聚体组成原纤维
四、IF的结合蛋白 IFAP
功能：
使中间纤维交联成束、成网， 把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上