细胞骨架(细胞生物学)
细胞生物学之细胞骨架
细胞骨架之微丝一．细胞骨架概念及分类细胞骨架（cytoskeleton)是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系.广义上包括细胞质骨架,细胞核骨架,细胞膜骨架,细胞外基质;狭义上指细胞质骨架包括：微丝,微管,中间纤维.细胞骨架存在于各类真核细胞中，但直到1963年，采用戊二醛常温固定方法，在细胞中发现微管后，才逐渐认识到细胞骨架的存在。
细胞骨架不仅对维持细胞的形态、保持细胞内部结构的有序性起重要作用，而且还与细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递、细胞分裂、免疫行为、细胞分化等生命活动密切相关。
破坏纤维或干扰相关蛋白都会严重影响信号传导、细胞生长和代谢，而且可能直接影响疾病的病理生理过程.微丝核基质细胞质骨架微管细胞核骨架染色体骨架中等纤维核纤层二．微丝微丝(microfilament，MF)，又称肌动蛋白纤维(actin filament)，或纤维型肌动蛋白，是指真核细胞中由肌动蛋白(actin)组成，直径为7 nm的骨架纤维。
㈠成分肌动蛋白(actin)是微丝的结构成分，肌动蛋白单体外观呈哑铃状。
肌动蛋白在真核细胞进化过程中高度保守。
不同来源的肌动蛋白其氨基酸顺序差别很小，仅差4~6个氨基酸。
在哺乳动物细胞中至少分离出6种肌动蛋白，按其等电点的不同，可集中分为α、β、γ三类。
α肌动蛋白包括3种亚型：骨骼肌型肌动蛋白、心肌型肌动蛋白、血管型肌动蛋白。
β肌动蛋白为胞质型肌动蛋白，主要存在于非肌肉细胞。
γ肌动蛋白有两种亚型：胞质肌动蛋白（主要存在于非骨骼肌）、肠型肌动蛋白（内脏平滑肌）同一种细胞中可以有2种或2种以上的肌动蛋白亚型存在,且不能互相替代,这种现象可能与不同亚型有不同功能和不同调节机制有关。
㈡微丝的组装是由肌动蛋白亚单位（globular actin, G-actin）组成螺旋状纤维（filamentous actin, F-action)的过程。
每37nm拧成一圈（14个球形肌动蛋白分子线形聚合的长度），每个肌动蛋白分子是接近球形的，它具有极性。
细胞骨架-细胞生物学
细胞骨架（Cytoskeleton）：指存在于真核细胞内的蛋白质纤维网络结构系统狭义细胞骨架：细胞质骨架广义细胞骨架：细胞质骨架、核骨架、细胞膜骨架、胞外基质细胞质骨架：►微管（microtubule）►纤丝（filament）：微丝、中等纤维（中间丝）、粗丝微管（microtubule，MT）1、形态结构►细胞骨架中，最早发现，最粗的一种结构►存在于所有真核细胞中►管状结构►大多单管、有时二联管、三联管2、化学组成（1）微管蛋白（tubulin）两种：α－微管蛋白、β－微管蛋白►α-tubulin和β-tubulin聚合，形成异二聚体►异二聚体：高8nm，直径4－5nm，微管的结构亚单位►异二聚体进一步结合，形成原纤维（原丝结构）►13条原纤维，形成一根微管（2）微管连接蛋白（microtubule associated protein，MAP）也称微管附属蛋白、微管关联蛋白呈倒L 形“臂状”突起►长臂垂直伸出，使微管与微管及微管与其它细胞器或结构相作用短臂与微管蛋白结合，稳定、促进微管蛋白聚合作用3、微管的装配微管是一种能进行自我装配的细胞器聚合微管蛋白微管微管的装配是一个高度有序的过程，受许多因素的影响微管组织中心（MTOC）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(microtubule organizing center，MTOC) ：►纤毛（鞭毛）的基体►纺锤体两极的中心粒►染色体的着丝点温度37℃聚合二聚体微管0℃解聚一般认为，20˚C以上才有利于微管的装配MAP►短臂与微管蛋白结合，促进微管蛋白聚合，促进装配►对装配后的MT有稳定作用，增加MT对药物、理化因子的抵抗能力►长臂上有磷酸化位点，磷酸化修饰后，可抑制短臂对微管装配的促进以及稳定和保护作用Ca2+浓度Ca2+ >10μM微管微管蛋白（二聚体）Ca2+<10μM►通过CaM，激活蛋白激酶，MAP长臂磷酸化，解除短臂对微管的保护作用►MT研究中，用EGTA：乙二醇双（β－氨基乙醚）四乙酸药物（1）抑制微管形成药物►许多是植物中提取的代谢产物（生物碱）►秋水仙素（colchicine）►秋水仙胺（秋水仙素类似物，colcemid）►长春花碱►鬼臼素秋水仙素最常用抑制和破坏微管机理：►与β-tubulin肽链中第201位Cys结合►导致二聚体不能形成，微管装配受阻，并引起装配后微管的解聚（2）促进微管形成药物►GTP，为MT装配提供能量，与微管蛋白结合，构象变化，有利于装配►紫杉酚►重水（D2O）微管是一种动态结构：►有极性（βα→βα即头→尾）►头（＋极），尾（－极）►＋极装配：βα二聚体与GTP结合（有利于装配）►－极去装配：βα二聚体不与GTP结合►一头装配，一头去装配，这种交替变换过程称踏车现象（tread milling）►装配速度>去装配速度，MT延长，反之，MT消失4、微管的功能（1）维持细胞形态：刚性，支架（2）细胞内运输：分泌小泡运输、色素颗粒运输（3）细胞运动——鞭毛和纤毛►鞭毛和纤毛是运动细胞器►自然界许多细胞的运动是靠鞭毛和纤毛进行的►如原生动物：鞭毛虫、纤毛虫；单细胞藻类；动物精子；呼吸道、食道上皮细胞表面纤毛（4）细胞分裂微管参与形成有丝分裂器有丝分裂器包括：►纺锤体►中心粒►染色体纺锤体：由纺锤丝组成►纺锤丝由微管组成（4～6根微管/纺锤丝）►一端与染色体着丝粒相连，一端与中心粒相连（着丝粒、中心粒均为MTOC）►在纺锤丝牵引下，染色体移动中心粒：►位于纺锤体两端►成对出现，相互垂直►9组三联管►MTOC纤丝（filament）包括：►微丝：6～7nm►中间丝：10nm（中间纤维，中等纤维，大小处于中间）►粗丝：15nm1、微丝（microfilament，MF）►又称肌动蛋白纤维（actin filament），肌细胞中的微丝，称细肌丝►由肌动蛋白（actin）组成►肌动蛋白：一条多肽链组成，MW 43kd，球形分子2、粗丝►肌细胞中，称粗肌丝或肌球蛋白丝►由肌球蛋白（myosin）组成►每个肌球蛋白分子由6条多肽链组成肌肉运动►横桥形成后，肌球蛋白头部分子构象变化►两种肌丝间产生滑行►滑行一次，移动10nm►滑行后，在肌球蛋白头部结合2个A TP（A TPase位点）►A TP水解，头部构像复原►肌肉收缩►动物死亡后，A TP耗尽，处于收缩状态，肌肉僵硬在体内，有些微丝是永久性的结构，如肌细胞中的细肌丝等►在大多数非肌细胞中，微丝是一种动态结构►与微管相似，也存在装配和解聚药物：►细胞松弛素B（cytochalasin B，CB）►鬼笔环肽（毒蕈产生）微丝功能：（1）肌肉收缩（2）胞质环流：丽藻、轮藻，叶绿体运动（用CB 处理，停止，洗去CB，恢复）（3）细胞移动：变形虫，肌动蛋白与肌球蛋白相互作用（非肌肉细胞中，肌球蛋白不聚集成粗丝）（4）维持细胞形态♦与微管一起，支架♦应力纤维（stress fiber），微丝束♦肠上皮微绒毛（5）细胞分裂♦纺锤体中有微丝♦胞质分裂环3、中等纤维（intermediate filament，IF）中间纤维、10nm丝按组织来源和免疫原性的不同，分5类：（1）角蛋白纤维（上皮细胞）（2）波形纤维（间质细胞、中胚层来源细胞）（3）结蛋白纤维（肌细胞）（4）神经元纤维（神经元细胞）（5）神经胶质纤维（神经胶质细胞）中等纤维由中等纤维蛋白聚合而成结构：♦羧基末端和氨基末端－非螺旋♦中部α－螺旋区♦α－螺旋区310个氨基酸功能：由于没有特异性药物，影响功能研究（1）支架，细胞形态（2）细胞运动、铺展、胞内颗粒运动（3）形成桥粒等结构（4）信息传递IF与肿瘤诊断：IF的分布具有组织细胞特异性即不同的组织细胞中，IF种类不同，以此鉴定组织细胞类型扩散的癌细胞来源？波形纤维：黑色素瘤、淋巴瘤结蛋白纤维：横纹肌、平滑肌瘤神经纤维：神经母细胞瘤、嗜铬细胞瘤等核骨架（nucleoskeleton），也称核基质（nuclear matrix）成份：♦核骨架蛋白♦核骨架结合蛋白♦几十种功能：♦DNA复制♦RNA转录和加工♦病毒复制和装配♦染色体构建。
细胞生物学细胞骨架
四、微管的功能
1、构成网状支架，维持细胞形态。
2、微管参与中心粒、纤毛、和鞭毛的形成
（1）纤毛和鞭毛的结构
结构：顶部、杆部和基体。
顶部：结构式： 9×1+2 杆部 杆部：结构式： 9×2+2 顶部
基体：结构式： 9×3+0
基体
二联体微管
中央鞘（内鞘） 中央微管
B
A
B A
B A B A
外 臂
动力蛋白
• 微管是构成有丝分裂器的主要成分。 • 染色体的分裂和位移与微管马达蛋白有关。
6.参与细胞内信号转导
有丝分裂，微管形成纺锤体，牵引染色体到两极
微管的功能
1、构成细胞的网状支架维持细胞形态
2、参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成 3、参与细胞内的物质运输 4、维持细胞内细胞器的定位与分布
5、微管参与染色体的运动，调节细胞分裂
1、中心体、纤毛基体 具有γ 微管球蛋白， 称微管组织中心 （MTOC）。 2、MTOC处微管蛋白以环 状的 γ 微管球蛋白复合 体为模板核化、组装出 （-）极，然后生长。
MT are nucleated by a protein complex containing -tubulin
The centrosome is the major MTOC of animal cells
（二）微管的体外组装
二聚体→双环、螺环→单根原纤维→成片状→ 13根原纤维→微管
微管组装的踏车模型
+
10.第十章 细胞骨架 细胞生物学
●微管结合蛋白(MAP)
●微管功能 ★
一、微管结构与组成
（一）微管的成分
αβ微管蛋白二聚体是细胞质游离态微管蛋白的
主要存在形式，也是微管组装的基本结构单位。
在二聚体上有鸟嘌呤核苷酸的两个结合位点；
一个秋水仙素的结合位点；一个长春花碱的结合位
点；二价阳Байду номын сангаас子结合位点。
两种微管蛋白形成的二聚体： α－微管蛋白有一个GTP结合位点（不可交换位点， N位点）， β－微管蛋白也有一个GTP结合位点（可交换位点，E位点）。
• ATP肌动蛋白浓度高时：在末端聚合的速度大，聚集形 成ATP帽 (ATPcap)； • ATP肌动蛋白浓度低时：聚合速度下降，但ATP水解的 速度不变，故ATP帽不断缩小，最后暴露出ADP肌动蛋 白，其对末端亲和力小，不断从末端解离，使纤维缩短。
因此，就每一根微丝来说，长度一般不是固定不变
的，而是呈动力学不稳定状态。
第十章 细 胞 骨 架
细胞骨架（广义）
细胞外基质骨架
细胞膜骨架 细胞质基质骨架（狭义）
核骨架
细胞质基质骨架（狭义）
微管 微丝 中间纤维
细胞骨架（狭义）=细胞质骨架
细胞骨架：是指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系。
细胞质基质骨架：A微丝、B中间纤维、C微管
5-8nm
用途：处理细胞后，显示细胞中的微丝；同时也可破坏微丝的网络结构，
阻止细胞运动。
四、 微丝结合蛋白
同微丝结合的蛋白,可协同微丝形成多 种不同的亚细胞结构如应力纤维、肌肉肌
原纤维、精子顶端的刺突。
微丝结合蛋白
◆ 肌肉收缩系统中的主要结合蛋白有：肌球蛋白、
原肌球蛋白、肌钙蛋白。 ◆ 非肌肉细胞系统中的主要结合蛋白有：
[细胞生物学]细胞骨架
![[细胞生物学]细胞骨架](https://img.taocdn.com/s3/m/5be8a12ba8956bec0975e37e.png)
胞质微管组织中心是中心粒 鞭毛和纤毛的微管组织中心是基体 --微管为一种动态的结构，具有组装和去组装
30
三、微管组装
α和β微管蛋白 + GTP + Mg2+ 适宜温度：37ºC
31
体外微管的组装
过程如下：分成成核、延伸过程。
1) 首先一些二聚体形成短的原纤维，通过在 两端和侧面增加二聚体而使之扩展成片状带， 当片状带加至13根原纤维时即合拢成一段微 管，然后二聚体再不断聚合到两端上使之延 伸
74
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。
75
动态平衡（ steady state ）
37
四、微管结合蛋白(Microtubule associated proteins, MAPs)
定义 一类可与微管结合并与微管蛋白共同组成微
管系统的蛋白。
绿色显示为轴突中脱磷 酸化的tau蛋白。 橘黄色显示为胞体和树 突中的MAP-2蛋白
38
微管结合蛋白（MAPs）
至少有12种稳定微 管的MAP。 一部分嵌入微管
72
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)
细胞生物学,细胞骨架
二、微丝的功能：1.参与肌肉收缩 2.支撑功能（微绒毛形态的维持）
3.微丝与细胞的变形运动
变形虫的胞质运动 胞吞、胞吐作用等。
• • • • •
①微丝纤维生长，使细胞表面突出，形成片足； ②在片足与基质接触的位置形成粘着斑； ③在肌球蛋白的作用下微丝纤维滑动，使细胞主体前移； ④解除细胞后方的粘和点。如此不断循环，细胞向前移动。 阿米巴原虫、白细胞、成纤维细胞都能以这种方式运动。
2.微管的组装和解聚
1.组装
3.微管的极性
• 一是组装的方向性, 二是生长速度的快慢 • 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
4.踏车
• 微管的总长度不变， 但结合上的二聚体 从(+)端不断向(-) 端推移, 最后到达 负端。 • 踏车现象实际上是 一种动态稳定现象。
α +β α β 二聚体 α β +…+α β 多聚体 13条原纤维 微管
原纤维
微管结合蛋白
microtubule associated proteins MAPs
• MAP分子至少包含一个结合微管 的结构域和一个向外突出的结构 域。突出部位伸到微管外与其它
细胞组分（如微管束、中间纤维
、质膜）结合。 • 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。
• 4. 胞质分裂；
• 5. 顶体反应； • 6. 其他功能：抑制微丝的药物（细胞松弛素）可增强 膜的流动、破坏胞质环流。
微管与微丝的比较
• 形态结构 化学组成 微 管 中空管状纤维 微管蛋白二聚体 微 丝 实心细纤维 肌动蛋白
细胞生物学-细胞骨架
29
6 形成应力纤维（stress fiber）
应力纤维是由微丝与肌球蛋白-II组装的一种不稳定性收 缩束，结构类似肌原纤维，使细胞具有抗剪切力。
30
培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色）
31
7 参与肌肉收缩
基本结构:肌纤维是圆柱形的肌细胞(长度可达40mm, 宽为10100μm), 并且含有许多核(可多达100个核)。
性，既正极与负极之别。
微丝纤维的负染电镜照片
10
三、微丝的装配过程
微丝(F-actin)由G-actin聚合而成，单体具有极性，装配时 首尾相接。在适宜的条件下，肌动蛋白单体可自组装为纤维。 微丝的组装过程分三个步骤：即成核期、延长期、平衡期。
11
影响装配的因素
微丝的装配同样受肌动蛋白临界浓度的影响，还受一些 离子浓度的影响：在含有ATP和Mg2+, 以及很低的Na+、K+ 等阳离子的溶液中,微丝趋向于解聚成G-肌动蛋白。
32
33
骨骼肌收缩的基本结构单位——肌小节
肌小节的主要成分是肌原纤维，电镜下可见肌原纤维是由两种 类型的长纤维构成, 一种是细肌丝，直径为6nm；另一种是粗 肌丝，直径为15nm。
34
粗肌丝: 组成肌节的肌球蛋白丝。 细肌丝: 组成肌节的肌动蛋白丝。
35
粗肌丝的构成---肌球蛋白（myosin）
12
踏车现象(treadmilling)
在微丝装配时,若G-肌动蛋白分子添加到F-肌动蛋白丝 上的速率正好等于G-肌动蛋白分子从F-肌动蛋白上失去的速 率时, 微丝净长度没有改变, 这种过程称为肌动蛋白的踏车 现象.
13
永久性微丝结构
在体内, 有些微丝是永久性结构, 如肌肉中的细丝及上皮 细胞微绒毛中的轴心微丝等。有些微丝是暂时性结构, 如 胞质分裂环中的微丝。
细胞骨架(细胞生物学)
细胞骨架立体结构模式图
广意的概念
细胞质骨架 细胞核骨架 细胞外基质
二、细胞骨架的功能
1.构成细胞内支撑和区域化的网架 2.参与细胞的运动和细胞内物质的运输 3.参与细胞的分裂活动 4.参与细胞内信息传递
细胞骨架功能示意图
第二节 微 管
一、微管的化学组成
α微管蛋白、 β微管蛋白 、γ-微管蛋白
（五）微丝参与肌肉收缩
肌肉组织
骨骼肌 • 肌原纤维 • 肌节 • 粗肌丝、细肌丝
肌肉收缩是粗肌丝和细肌丝相互滑动的结果
5.3 肌肉收缩
（六）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。
（七）微丝参与细胞内信息传递 细胞外的某些信号分子与细胞膜上的受体结合，可触 发膜下肌动蛋白的结构变化，从而启动细胞内激酶变 化的信号转导过程。 主要参与Rho蛋白家族有关的信号转导
3.微管的三种存在形式
单管微管由13根原丝组成，是胞质微管的主要存在形式 二联管主要分布在纤毛和鞭毛的杆状部分 三联管主要分布在中心粒及纤毛和鞭毛的基体中
二、微管相关蛋白
(microtubule- associated protein，MAP)
这是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性，参与微管的装配，是维持微 管结构和功能的必需成份。
胞质动力蛋白与膜泡的附着
细胞中微管介导的物质运输
（三）维持细胞内细胞器的空间定位和分布
参与内质网、高尔基复合体 、纺锤体的定位及分 裂期染色体位移
、 （四）微管参与细胞运动
细胞的变形运动、纤毛、鞭毛运动
纤毛和鞭毛#43;0
中心粒 横切面上，其圆柱状小体的壁有9组三联管斜向排列呈风车状。
（一）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
《细胞生物学》细胞骨架护理课件
通过基因敲除或敲低技术，可以研究特定基因对微管的影 响，进一步了解微管的生理功能和调节机制。
微丝护理
03
微丝的组成
微丝是由肌动蛋白（Actin）聚 合形成的纤维状结构，是细胞骨
架的重要组成部分。
微丝具有极性，一端为正极，另 一端为负极，通常正极位于细胞
膜表面。
微丝可以形成多种结构，如应力 纤维、薄片状结构等，参与细胞 形态维持、运动、分裂等活动。
蛋白质合成的质量和效率，同时对异常中间纤维蛋白进行质量控制和降
解。
05
细胞骨架护理的应
用
医学领域的应用
诊断疾病
细胞骨架的异常变化可以 作为疾病诊断的标志物， 如癌症、神经退行性疾病 等。
药物筛选
利用细胞骨架作为靶点， 筛选能够影响细胞骨架的 药物，为新药研发提供思 路。
疾病治疗
通过调控细胞骨架，可以 治疗一些与细胞骨架相关 的疾病，如癌症和神经退 行性疾病。
04
中间纤维的组成
01
中间纤维是由蛋白质组成的细长 纤维，具有高度有序的结构。
02
中间纤维由多个蛋白质亚基以螺 旋形或管状形式聚合而成，具有 不同的亚基排列方式和聚合度。
中间纤维的特性
中间纤维具有高度的稳定性和抗拉伸性，能够承受细胞内外 的机械压力。
中间纤维在细胞中起到重要的支撑作用，维持细胞的形态和 结构的完整性。
中间纤维护理的方法
01
保持适宜的细胞内环境
中间纤维的稳定性受到细胞内环境的影响，如pH、离子浓度等，因此
需要维持适宜的细胞内环境。
02
避免机械损伤
中间纤维在细胞中起到支撑作用，因此需要避免机械损伤，如避免细胞
受到过度拉伸或压缩。
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。
细胞生物学 第七章 细胞骨架
微管的功能
（一）构成细胞的支架，维持细胞形态；
微管的功能
（二） 参与细胞内物质运输；
马达蛋白（motor protein）
• 能沿着细胞骨架铺 就的“轨道”运动 的蛋白，靠水解 ATP提供能量，介 导细胞内物质沿细 胞骨架的运输。
•
•
肌球蛋白（myosin）—— 与微丝有关的运动
驱动蛋白（kinesin）和 动力蛋白（dynein） —— 与微管有关的运动
纤维 (intermediate filament) 。
组成：由许多不同的蛋白质亚基装配成纤维状结构。 特点：弥散性、整体性、变动性
微丝 （microfilament, MF）
微管 （microtubules, MT）
中间纤维 （intermediate filament, IF）
细胞骨架的功能
13条原纤维 （一段微管）
延长
• 极性装配:
异二聚体首尾相接，组装成的微管具有极性； α微管蛋白（-），β微管蛋白（+） 在（＋）极端发生装配使微管伸长
在（－）极端发生去组装使微管缩短 ----- 踏车行为
（二）微管的体内装配：
微管组织中心（ microtubule organizing center, MTOC ）：活细胞内微管组装时总是 以某部位为中心开始聚集，这个中心称为微 管组织中心,包括中心体、基体。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。
• 装配过程及极性规律同体外组装。
中心体
中心体 (centrosome) = 2个垂直的中心粒 + 周围物质 动物细胞内微管起始的主要位点。
中心粒结构
短筒状小体， 成对存在且相互垂直。
每个中心粒由9组三联体微 管斜向排列呈风车状包围 而成，为(9＋0)结构 微管组织中心（MTOC）， 参与有丝分裂。
细胞生物学第九讲细胞骨架
第九章细胞骨架真核细胞中由多种蛋白质纤维构成的复杂网架系统，称为细胞骨架cytoskeleton 。
广义的细胞骨架包含细胞核骨架(核内骨架、核纤层及染色体骨架)、细胞质骨架 (微丝、微管、中间纤维 )、细胞膜骨架及细胞外基质，但往常狭义的仅指细胞质骨架。
当前以为细胞骨架主要功能：① 保持细胞整体形态和内部结构有序的空间散布；②与细胞运动、胞内物质运输、能量变换、信息传达、细胞分裂、基因表达及细胞分化等生命活动亲密有关。
一、微丝 microfilament(一)组分与性质微丝的主要成分是肌动蛋白actin ，是在真核细胞中的直径为 7nm 的骨架纤维，肌动蛋白的单体是球型（ G－肌动蛋白），两股由 G－肌动蛋白联络成的单链互相螺旋环绕形成纤维型肌动蛋白（ F—肌动蛋白）。
从球型→ 纤维型的变化是自组装的，除肌肉细胞的细肌丝中的微丝以及肠上皮细胞微绒毛中的微丝是稳固的结构外，往常细胞中的微丝都是处在组装和解聚的动向之中，微丝装置拥有极性（即有正负极），并常表现出一端装置而另一端零落的踏车行为 treadmilling ，零落下来的单体进入细胞质中的肌动蛋白单体库。
对于微丝组装的适合条件是： ATP 、Mg 2+和高浓度的Na +、 K+离子；而解聚的条件是： Ca 2+和低浓度的 Na +、 K+离子。
微丝的形态是细而长，常常成束平行摆列，也有的构成疏散的网络。
在不一样种类细胞中，微丝还含有不一样种类的微丝联合蛋白，形成各自独到的结构或特定功能。
比如肌细胞中的就有肌球蛋白myosin 、原肌球蛋白和肌钙蛋白等。
肌球蛋白约占肌肉中蛋白总量的一半，由双股多肽链环绕成像“ 豆芽” 状的纤维。
再由多条肌球蛋白成束构成肌原纤维中的粗肌丝，其上外露的“豆芽”头部具 ATP 酶活性，是粗肌丝与细肌丝（肌动蛋白纤维）能临时性联合的部位（“ 横桥”），也是致使细肌丝与粗肌丝之间相对滑动的支点。
而原肌球蛋白和肌钙蛋白则是特异性附着在细肌丝（即F—肌动蛋白纤维）上的两种微丝联合蛋白，它们是以构象变化方式来调理细肌丝与粗肌丝（肌球蛋白头部）的联系。
细胞生物学 第九章 细胞骨架
中间纤维的成分与分布
IF成分比MF,MT复杂，具有组织特异性。 IF在形态上相似，而化学组成有明显的差别。
◆间纤维类型与分布
◆中间纤维蛋白的表达具有严格的组织特异性
中间纤维分类与分布
主要有6种主要类型: Ⅰ型角蛋白(酸性) Ⅱ型角蛋白(中性和碱性) Ⅲ型中间丝(波形蛋白，结蛋白，胶质纤维酸性蛋白， 外周蛋白，微管卷曲蛋白） Ⅳ（神经丝蛋白三亚基，α-介连蛋白） Ⅴ（核纤层蛋白A/C，核纤层蛋白B1；核纤层蛋白 B2) Ⅵ（巢蛋白,synemin,desmuslin) 其他
细胞内物质的运输
真核细胞内部是高度区域化的体系, 细胞中合成的 物质、一些细胞器等必须经过细胞内运输过程。这种运
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
中间纤维的功能
◆增强细胞抗机械压力的能力
◆角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持
◆结蛋白纤维是肌肉Z盘的重要结构组分，
对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用
◆神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用
◆参与传递细胞内机械的或分子的信息 ◆参与细胞分化
核纤层(Nuclear Lamina)
●核纤层分布与形态结构 ●成分——核纤层蛋白(Lamin) ●核纤层蛋白的分子结构及其与中间纤维蛋白的关系 ●核纤层蛋白在细胞分化中的表达 ●核纤层在细胞周期中的变化 ●功能
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)。
装
◆装配方式
配
◆所有的微管都有确定的极性
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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， 微管长度相对恒定；
（一）微管的体外组装 组装条件 ： 微管蛋白异二聚体达到临界浓度、有Mg2+存在， （无Ca2+）、pH6.9、37℃、异二聚体即组装成 微管，同时需要由GTP提供能量。 极性装配 ： 装配快的一端（β微管蛋白）为（+）极， 装配慢的一端（α微管蛋白）为（-）极
肌球蛋白（myosin） 肌动蛋白纤维作为运行轨道
驱动蛋白：介导沿微管的（-）极向（+）极的运输 动力蛋白：介导从微管的（+）极向（-）极的运输
胞质动力蛋白与膜泡的附着
细胞中微管介导的物质运输
（三）维持细胞内细胞器的空间定位和分布
参与内质网、高尔基复合体 、纺锤体的定位及分
裂期染色体位移 、 （四）微管参与细胞运动 细胞的变形运动、纤毛、鞭毛运动
微丝 (microfilament) 5～7nm
中间丝 (intermediate）10nm
细胞骨架立体结构模式图
细胞质骨架
广意的概念
细胞核骨架 细胞外基质
二、细胞骨架的功能
1.构成细胞内支撑和区域化的网架 2.参与细胞的运动和细胞内物质的运输 3.参与细胞的分裂活动 4.参与细胞内信息传递
细胞骨架功能示意图
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。
3.微管的三种存在形式
单管微管由13根原丝组成，是胞质微管的主要存在形式
二联管主要分布在纤毛和鞭毛的杆状部分
三联管主要分布在中心粒及纤毛和鞭毛的基体中
二、微管相关蛋白
（四）作用于微管的特异性药物 秋水仙素：抑制微管的组装 紫衫酚：阻止微管的去组装，增强微管稳定性
秋水仙素与紫衫酚的分子结构来自四、微管的功能（一）构成细胞的支架并维持细胞的形态
微管围绕细胞核向外呈 放射状分布，维持细胞 的形态
（二）参与细胞内物质的运输
微管为细胞内物质的运输提供轨道,通过马达蛋白完成 物质运输任务. 1.马达蛋白（motor protein）这是一类利用ATP水解产 生的能量驱动自身携带运载物沿着微管或肌动蛋白丝 运动的蛋白质。可分为三个不同的家族： 驱动蛋白（kinesin） 动力蛋白（dynein） 微管作为运行轨道
微管的体外组装过程与踏车现象模式
（二）微管的体内装配
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 微管在中心体部位的成核模型
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;
（三）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
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：
当GTP微管蛋白异二聚体添加到微管正极（+）组装速度大于GTP的水解速度 时,形成GTP帽,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，并迅速脱落,使微管缩短，导致微管结 构上的不稳定，
酸性区域 碱性结合区
微管相关蛋白MAP-2
2. 微管相关蛋白的功能 （1）调节微管装配
（2）增加微管的稳定性和强度
（3）在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒
（4）作为细胞外信号的靶位点参与信号转导
三、微管的组装和极性
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；
二、肌动蛋白结合蛋白(actin-binding protein）
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、能改变其特性的蛋白 。
按其功能可分为三大类：
①与F-肌动蛋白的聚合有关的蛋白；
第二节
一、微管的化学组成
微
管
α 微管蛋白、 β 微管蛋白 、γ -微管蛋白
1. α和 β微管蛋白
常以α β微管蛋白异二聚体形式存在
α-微管蛋白
β-微管蛋白
在α微管蛋白和β微管蛋白上各有一个GTP结合位点、
Mg2+、Ca2+结合位点和多个药物的结合位点
a.微管结构模式图 b.微管横切面 C.电镜图象
一、微丝的结构与肌动蛋白
G- 肌动蛋白 （G-actin）纯化的肌动蛋白单体由单条 肽链折叠而成，外观呈哑铃形，内部有ATP（或ADP） 结合位点和一个二价阳离子Mg2+（或Ca2）结合位点。 F- 肌动蛋白： 每条微丝由2条平行的肌动蛋白单链 以右手螺旋方式相互盘绕而成 ，具有极性
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
第七章 细胞骨架
内容
第一节 概述 第二节 微 管
第三节 微 丝
第四节 中间丝
第五节 细胞骨架与疾病
第一节 概 述
一、细胞骨架的概念
细胞骨架(cytoskeleton) 是指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 。 微管（microtubule）25nm 细胞骨架
纤毛和鞭毛的结构
细胞膜包绕一根轴丝
结构图式： 9X3+0
中心粒
横切面上，其圆柱状小体的壁有9组三联管斜向排列呈风车状。
纤毛和鞭毛动力微管的滑动模型
（五）微管参与染色体的运动，调节细胞分裂
（六）微管参与细胞内信号传递 如hedgehog、JNK、Wnt、ERK及PAK蛋白激酶 信号通路。
第三节 微丝
(microtubule- associated protein，MAP)
这是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性，参与微管的装配，是维持微
管结构和功能的必需成份。 1．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 各种MAP的活性主要通过蛋白激酶和磷酸酶控制