细胞生物学 细胞骨架微丝
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G-actin与F-actin之
间可以相互转换。
16
二、微丝的结构
两条肌动蛋白单链盘绕而成的双螺旋结构， 直径约7nm，螺距为37nm。
17
肌动蛋白与微丝均有极性
➢ 肌动蛋白分子具有极性，有氨基和羧基的暴露一端为正端 （plus end），另一端则为负端（minus end）。
➢ 装配时呈头尾相连，故微丝也有极性。
44
一. 中间纤维的分子结构
平行且对齐
反向平行四聚体 （原丝） 进一步组装
横切面上中间
纤维有32个蛋
白单体
45
二、中间纤维的类型
纤维类型
角蛋白纤维
蛋白亚基
角蛋白，19-22种多肽
细胞定位 组织来源
细胞质
上皮细胞
波形纤维 结蛋白纤维 神经元纤维
波形纤维蛋白， 一种多肽
结蛋白， 一种多肽 神经元纤维蛋白，三种多肽
带状桥粒、微绒毛
31
（二）与细胞移动有关
如胞质环流 阿米巴运动， 变皱运动
32
Filopodium Lamellipodium
Tail
培养的成纤维细胞扫描电镜照片 箭头示运动方向
33
（三）胞质分裂
胞质分裂的结构 模式图
34
（四）参与肌肉收缩
35
（五）参与受精作用
36
（六）参与物质运输
37
38
六、药物对微丝的影响
➢ 细胞松弛素B（ Cytochalasins B）：破坏微 丝，结合在微丝末端阻抑肌动蛋白聚合。
➢ 鬼笔环肽（Phalloidin）：抑制解聚，与微丝 有强亲合力，使肌动蛋白纤维稳定。
第三节 中间纤维 (intermediate filament)
40
中间纤维在胞质中形成一 网状支架，赋予细胞强大 的机械强度，维持细胞 的形态坚固和功能，对 细胞的生命活动有重要 意义。
5
Nucleus Microfilaments peroxisome
6
微管组装的基本单位——微管蛋白
7
单管：微管管壁由 13条原纤维包围 而成。
纤毛、鞭毛
中心粒、基体
8
9
微管体外组装——“踏车现象”
第二节 微丝 (Microfilament，MF)
11
微丝组成
微丝（Microfilament，MF），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，呈双股螺旋状，直径为7nm的骨 架纤维，主要分布在细胞质膜内侧。
55
(三)中间纤维与DNA复制有关
核纤层蛋白在其它蛋白的协助下,与染色体结合,结 合点可能是核基质粘附点,DNБайду номын сангаас复制位点和端粒
单体 结合核苷酸 纤维直径 结构
极性 结合蛋白 特异性药物
功能
MF
MT
IF
肌动蛋白
-微管蛋白
杆状蛋白
ATP
GTP
7nm
25nm
10nm
双股螺旋实心纤维 13根原纤维构成的 32个单体构成的多
1
Nucleus microtubules microfilaments
2
Nucleus Microfilaments intermediate filaments
3
Nucleus Microfilaments mitochondria
4
Nucleus Microfilaments Golgi complex
3、ATP-actin浓度下降到一定的临界值，在 正极聚合速度下降，仍在延长。而在负极聚 合速度更慢，小于水解成ADP-actin的速度， ADP-actin暴露，负极解聚，并且负极解聚 速度等于正极聚合速度，微丝长度不变。
22
踏车现象(Treadmilling)
当添加到正极的肌动蛋白分子速率=从负极上 失去的速率，此过程称为肌动蛋白踏车现象 (Treadmilling)
细胞质 细胞质 细胞质
间质细胞和中胚 层来源的细胞 肌细胞
神经元
神经胶质纤维 核纤层
胶质纤维酸性蛋白， 一种多肽
核纤层蛋白（lamina、、 ），
细胞质 细胞核
神经胶质细胞 大部分细胞
46
胶质纤维酸性蛋白（glia fibrillary acidic protein，GFAP）
47
三、中间纤维的组装和稳定性
为肌动蛋白和其他蛋白（特别是Rho家族的 小GTP结合蛋白和其他信号蛋白）的衔接 子蛋白，如WASP和VASP
29
五、微丝的功能
（一）维持细胞形态 （二）与细胞运动有关 （三）胞质分裂 （四）参与肌肉收缩 （五）参与受精作用 （六）参与物质运输
30
（一）维持细胞形态
细胞皮层（cell cortex） 细胞膜下由微丝和各种 微丝结合蛋白组成的网 状结构。具有很高的动 态性，与肌动蛋白一起 为细胞膜提供强度和韧 度，维持细胞的形态。
与肌动蛋白纤维的倒刺端或突出端结合，抑制亚 单位聚合和解聚 （三）切断肌动蛋白纤维的蛋白 （四）肌动蛋白纤维交联蛋白
交联蛋白有两个肌动蛋白结合位点，能连接纤维 并稳定其组装。
（五）侧面蛋白 侧面结合蛋白稳定肌动纤维，并调节和肌球
蛋白的相互作用
（六）衔接子蛋白（adapter protein) 动物和真菌细胞利用多结构域的蛋白质作
14
exchange of ATP for ADP
ATP→ ADP + Pi 。The G-actin can exchange bound ADP for ATP.
15
肌动蛋白存在方式
G-actin F-actin
游离状态—球状肌动蛋 白（globular actin, G-actin)
微丝中—纤维状肌动 蛋白（filamentous actin, F-actin)，由 球状肌动蛋白组成
37nm
12
微丝 (Microfilament，MF)
一、组成成分——肌动蛋白 二、微丝结构与组装 三、微丝结合蛋白 四、微丝的功能 五、药物对微丝的影响
13
一、肌动蛋白 (actin)
➢ 为微丝的基本组成成分 ➢分类：α-、β-和γ-肌动 蛋白 ➢ 真核细胞中含量最丰富， 不同物种中最为保守的蛋 白质之一 ➢在裂口处有一个ATP结 合位点
➢ 二聚体再以反向平行的方式组装成四聚体(tetromer)， 决定了中等纤维无极性。四聚体是中等纤维的基本结 构单位，首尾相接形成原纤维。
➢ 8根原纤维相互缠围拢，形成中等纤维。 ➢ 因此在中等纤维的横断面可见32个蛋白单体。
49
中间纤维的稳定性
➢ IF的化学组成非常稳定，可以抵抗极端 温度、高盐和去垢剂的溶解作用 ➢IF蛋白亚单位的磷酸化会对多聚体的组 装和动态变化产生很大的影响
two tetramers packed together
helical array of tetramers, made up of
8 protofilaments or 16 heterodimers
48
中等纤维的组装
➢ 各型IF的蛋白分子，先以平行且相互对齐的方式形成 双股超螺旋二聚体(coiled-coil dimer)
52
(一) 中间纤维提供细胞的机械强度作用 在细胞内的网状结构 维持细胞器的空间定位 增强细胞的机械强度
53
(二)中间纤维维持细胞和组织完整性的作用
中间纤维结构破坏,细胞连接破裂
54
(二)中间纤维维持细胞 和组织完整性的作用
遗传性疾病单纯性大泡性表皮松懈症:表达有缺陷的 细胞角质蛋白,轻微挤压使基底细胞破坏,出现水疱
空心管纤维
股螺旋实心纤维
有 肌球蛋白
细胞松弛素 鬼笔环肽
有
无
动力蛋白驱动蛋白
秋水仙素 长春新碱 紫杉醇
复习题
• 细胞骨架的概念、功能。 • 微管、微丝和中等纤维的形态结
构和化学组成。 • 微管、微丝和中间纤维的装配特
点。
58
23
去组装——微丝缩短
ATP-actin浓度较低时，在正极聚合速度小于水 解速度，此时ATP-actin帽子不存在了，ADPactin在正端暴露，正极也快速解聚，微丝缩短。
24
体内组装的特点
--ATP-actin:对纤维末端的亲和力高，使纤维延长； --当ATP水解为ADP+Pi， ATP-actin→ADP-actin --ADP-actin对纤维末端的亲和力低，易脱落，使纤维缩短。 ATP帽:--ATP-actin浓度与其聚合速度成正比，当ATPactin浓度高时, 形成一连串的ATP-actin，被称为ATP帽； 后部为ADP-actin。 ADP-actin从F-actin脱落后，其 ADP可被ATP置换，重新参加聚合。 体内装配时，微丝呈现出动态不稳定性，主要取决于游离的Gactin单体浓度与F-actin结合的ATP水解速度之间的关系。
25
微管
微丝组装中的ATP的作用
A.AT达P-因ac蛋tin白高：浓度时ATP-cap形成
B.ATP-actin低浓度时ATP-cap消失
26
四、微丝结合蛋白
微丝结合蛋白影响微丝的形态、功能、组装和去组装，
还能控制与其他细胞器的链接
27
（一）肌动蛋白单体结合蛋白
控制细胞内未聚合的肌动蛋白数量，同时也控制 着结合到肌动蛋白上的核苷转换 （二）肌动蛋白纤维加帽蛋白
20
生长期（Growth phase)
2、ATP-actin浓度高时，微丝两端都加 ATPactin，正极-聚合快，负极-聚合慢，这样在正极 ATP-actin聚合的速度大于水解成ADP-actin的 速度，形成ATP帽。负极-聚合慢，不形成ATP 帽。这样微丝延长。
21
动态平衡（ steady state ）
18
三、微丝的组装
装配过程:成核(nucleation)、延伸(elongation) 、 稳定状态(steady state)。 1、成核期（Nucleation phase)
– 限速过程，又称延迟期。 二聚体（不稳定） 三聚体（核心形成）
19
ATP-actin 和ADP-actin
ATP-actin易于聚合，ATP-actin浓度与其聚合速 度成正比，聚合到微丝上后水解为ADP-actin， ADP-actin易于从微丝上解聚下来。
磷酸化增加神经纤维蛋白的稳定性
50
四、中间纤维在特殊细胞中的表达
不同类型的中间纤维严格地分布在不同 类型的细胞中,可以根据中间纤维的种类 区分: 癌: 细胞角质蛋白; 肌肉瘤: 结蛋白； 非肌肉瘤：波形纤维蛋白； 神经胶质瘤：神经胶质纤维酸性蛋白；
51
五、中间纤维的分布和功能
(一) 中间纤维提供细胞的机械强度作用 (二). 中间纤维维持细胞和组织完整性的作用 (三). 中间纤维与DNA复制有关
中间纤维的结构模式图
41
上皮中的角质纤维
42
中间纤维
一、中间纤维的分子结构 二、中间纤维的类型 三、中间纤维的组装和动态 四、中间纤维在特异性细胞中的表达 五、中间纤维的分布和功能
43
一、中间纤维的分子结构
两端是高度可 变的非螺旋头部 和尾部
杆状结构域，由310个 卷曲螺旋残基组成。由3 个非螺旋区隔开
间可以相互转换。
16
二、微丝的结构
两条肌动蛋白单链盘绕而成的双螺旋结构， 直径约7nm，螺距为37nm。
17
肌动蛋白与微丝均有极性
➢ 肌动蛋白分子具有极性，有氨基和羧基的暴露一端为正端 （plus end），另一端则为负端（minus end）。
➢ 装配时呈头尾相连，故微丝也有极性。
44
一. 中间纤维的分子结构
平行且对齐
反向平行四聚体 （原丝） 进一步组装
横切面上中间
纤维有32个蛋
白单体
45
二、中间纤维的类型
纤维类型
角蛋白纤维
蛋白亚基
角蛋白，19-22种多肽
细胞定位 组织来源
细胞质
上皮细胞
波形纤维 结蛋白纤维 神经元纤维
波形纤维蛋白， 一种多肽
结蛋白， 一种多肽 神经元纤维蛋白，三种多肽
带状桥粒、微绒毛
31
（二）与细胞移动有关
如胞质环流 阿米巴运动， 变皱运动
32
Filopodium Lamellipodium
Tail
培养的成纤维细胞扫描电镜照片 箭头示运动方向
33
（三）胞质分裂
胞质分裂的结构 模式图
34
（四）参与肌肉收缩
35
（五）参与受精作用
36
（六）参与物质运输
37
38
六、药物对微丝的影响
➢ 细胞松弛素B（ Cytochalasins B）：破坏微 丝，结合在微丝末端阻抑肌动蛋白聚合。
➢ 鬼笔环肽（Phalloidin）：抑制解聚，与微丝 有强亲合力，使肌动蛋白纤维稳定。
第三节 中间纤维 (intermediate filament)
40
中间纤维在胞质中形成一 网状支架，赋予细胞强大 的机械强度，维持细胞 的形态坚固和功能，对 细胞的生命活动有重要 意义。
5
Nucleus Microfilaments peroxisome
6
微管组装的基本单位——微管蛋白
7
单管：微管管壁由 13条原纤维包围 而成。
纤毛、鞭毛
中心粒、基体
8
9
微管体外组装——“踏车现象”
第二节 微丝 (Microfilament，MF)
11
微丝组成
微丝（Microfilament，MF），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，呈双股螺旋状，直径为7nm的骨 架纤维，主要分布在细胞质膜内侧。
55
(三)中间纤维与DNA复制有关
核纤层蛋白在其它蛋白的协助下,与染色体结合,结 合点可能是核基质粘附点,DNБайду номын сангаас复制位点和端粒
单体 结合核苷酸 纤维直径 结构
极性 结合蛋白 特异性药物
功能
MF
MT
IF
肌动蛋白
-微管蛋白
杆状蛋白
ATP
GTP
7nm
25nm
10nm
双股螺旋实心纤维 13根原纤维构成的 32个单体构成的多
1
Nucleus microtubules microfilaments
2
Nucleus Microfilaments intermediate filaments
3
Nucleus Microfilaments mitochondria
4
Nucleus Microfilaments Golgi complex
3、ATP-actin浓度下降到一定的临界值，在 正极聚合速度下降，仍在延长。而在负极聚 合速度更慢，小于水解成ADP-actin的速度， ADP-actin暴露，负极解聚，并且负极解聚 速度等于正极聚合速度，微丝长度不变。
22
踏车现象(Treadmilling)
当添加到正极的肌动蛋白分子速率=从负极上 失去的速率，此过程称为肌动蛋白踏车现象 (Treadmilling)
细胞质 细胞质 细胞质
间质细胞和中胚 层来源的细胞 肌细胞
神经元
神经胶质纤维 核纤层
胶质纤维酸性蛋白， 一种多肽
核纤层蛋白（lamina、、 ），
细胞质 细胞核
神经胶质细胞 大部分细胞
46
胶质纤维酸性蛋白（glia fibrillary acidic protein，GFAP）
47
三、中间纤维的组装和稳定性
为肌动蛋白和其他蛋白（特别是Rho家族的 小GTP结合蛋白和其他信号蛋白）的衔接 子蛋白，如WASP和VASP
29
五、微丝的功能
（一）维持细胞形态 （二）与细胞运动有关 （三）胞质分裂 （四）参与肌肉收缩 （五）参与受精作用 （六）参与物质运输
30
（一）维持细胞形态
细胞皮层（cell cortex） 细胞膜下由微丝和各种 微丝结合蛋白组成的网 状结构。具有很高的动 态性，与肌动蛋白一起 为细胞膜提供强度和韧 度，维持细胞的形态。
与肌动蛋白纤维的倒刺端或突出端结合，抑制亚 单位聚合和解聚 （三）切断肌动蛋白纤维的蛋白 （四）肌动蛋白纤维交联蛋白
交联蛋白有两个肌动蛋白结合位点，能连接纤维 并稳定其组装。
（五）侧面蛋白 侧面结合蛋白稳定肌动纤维，并调节和肌球
蛋白的相互作用
（六）衔接子蛋白（adapter protein) 动物和真菌细胞利用多结构域的蛋白质作
14
exchange of ATP for ADP
ATP→ ADP + Pi 。The G-actin can exchange bound ADP for ATP.
15
肌动蛋白存在方式
G-actin F-actin
游离状态—球状肌动蛋 白（globular actin, G-actin)
微丝中—纤维状肌动 蛋白（filamentous actin, F-actin)，由 球状肌动蛋白组成
37nm
12
微丝 (Microfilament，MF)
一、组成成分——肌动蛋白 二、微丝结构与组装 三、微丝结合蛋白 四、微丝的功能 五、药物对微丝的影响
13
一、肌动蛋白 (actin)
➢ 为微丝的基本组成成分 ➢分类：α-、β-和γ-肌动 蛋白 ➢ 真核细胞中含量最丰富， 不同物种中最为保守的蛋 白质之一 ➢在裂口处有一个ATP结 合位点
➢ 二聚体再以反向平行的方式组装成四聚体(tetromer)， 决定了中等纤维无极性。四聚体是中等纤维的基本结 构单位，首尾相接形成原纤维。
➢ 8根原纤维相互缠围拢，形成中等纤维。 ➢ 因此在中等纤维的横断面可见32个蛋白单体。
49
中间纤维的稳定性
➢ IF的化学组成非常稳定，可以抵抗极端 温度、高盐和去垢剂的溶解作用 ➢IF蛋白亚单位的磷酸化会对多聚体的组 装和动态变化产生很大的影响
two tetramers packed together
helical array of tetramers, made up of
8 protofilaments or 16 heterodimers
48
中等纤维的组装
➢ 各型IF的蛋白分子，先以平行且相互对齐的方式形成 双股超螺旋二聚体(coiled-coil dimer)
52
(一) 中间纤维提供细胞的机械强度作用 在细胞内的网状结构 维持细胞器的空间定位 增强细胞的机械强度
53
(二)中间纤维维持细胞和组织完整性的作用
中间纤维结构破坏,细胞连接破裂
54
(二)中间纤维维持细胞 和组织完整性的作用
遗传性疾病单纯性大泡性表皮松懈症:表达有缺陷的 细胞角质蛋白,轻微挤压使基底细胞破坏,出现水疱
空心管纤维
股螺旋实心纤维
有 肌球蛋白
细胞松弛素 鬼笔环肽
有
无
动力蛋白驱动蛋白
秋水仙素 长春新碱 紫杉醇
复习题
• 细胞骨架的概念、功能。 • 微管、微丝和中等纤维的形态结
构和化学组成。 • 微管、微丝和中间纤维的装配特
点。
58
23
去组装——微丝缩短
ATP-actin浓度较低时，在正极聚合速度小于水 解速度，此时ATP-actin帽子不存在了，ADPactin在正端暴露，正极也快速解聚，微丝缩短。
24
体内组装的特点
--ATP-actin:对纤维末端的亲和力高，使纤维延长； --当ATP水解为ADP+Pi， ATP-actin→ADP-actin --ADP-actin对纤维末端的亲和力低，易脱落，使纤维缩短。 ATP帽:--ATP-actin浓度与其聚合速度成正比，当ATPactin浓度高时, 形成一连串的ATP-actin，被称为ATP帽； 后部为ADP-actin。 ADP-actin从F-actin脱落后，其 ADP可被ATP置换，重新参加聚合。 体内装配时，微丝呈现出动态不稳定性，主要取决于游离的Gactin单体浓度与F-actin结合的ATP水解速度之间的关系。
25
微管
微丝组装中的ATP的作用
A.AT达P-因ac蛋tin白高：浓度时ATP-cap形成
B.ATP-actin低浓度时ATP-cap消失
26
四、微丝结合蛋白
微丝结合蛋白影响微丝的形态、功能、组装和去组装，
还能控制与其他细胞器的链接
27
（一）肌动蛋白单体结合蛋白
控制细胞内未聚合的肌动蛋白数量，同时也控制 着结合到肌动蛋白上的核苷转换 （二）肌动蛋白纤维加帽蛋白
20
生长期（Growth phase)
2、ATP-actin浓度高时，微丝两端都加 ATPactin，正极-聚合快，负极-聚合慢，这样在正极 ATP-actin聚合的速度大于水解成ADP-actin的 速度，形成ATP帽。负极-聚合慢，不形成ATP 帽。这样微丝延长。
21
动态平衡（ steady state ）
18
三、微丝的组装
装配过程:成核(nucleation)、延伸(elongation) 、 稳定状态(steady state)。 1、成核期（Nucleation phase)
– 限速过程，又称延迟期。 二聚体（不稳定） 三聚体（核心形成）
19
ATP-actin 和ADP-actin
ATP-actin易于聚合，ATP-actin浓度与其聚合速 度成正比，聚合到微丝上后水解为ADP-actin， ADP-actin易于从微丝上解聚下来。
磷酸化增加神经纤维蛋白的稳定性
50
四、中间纤维在特殊细胞中的表达
不同类型的中间纤维严格地分布在不同 类型的细胞中,可以根据中间纤维的种类 区分: 癌: 细胞角质蛋白; 肌肉瘤: 结蛋白； 非肌肉瘤：波形纤维蛋白； 神经胶质瘤：神经胶质纤维酸性蛋白；
51
五、中间纤维的分布和功能
(一) 中间纤维提供细胞的机械强度作用 (二). 中间纤维维持细胞和组织完整性的作用 (三). 中间纤维与DNA复制有关
中间纤维的结构模式图
41
上皮中的角质纤维
42
中间纤维
一、中间纤维的分子结构 二、中间纤维的类型 三、中间纤维的组装和动态 四、中间纤维在特异性细胞中的表达 五、中间纤维的分布和功能
43
一、中间纤维的分子结构
两端是高度可 变的非螺旋头部 和尾部
杆状结构域，由310个 卷曲螺旋残基组成。由3 个非螺旋区隔开