细胞骨架(细胞生物学)

（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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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，
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
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；
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
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
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
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
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;
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
（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
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
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；
(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
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