第七章 细胞骨架(细胞生物学)

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
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；
课堂思考讨论题
• 组装过程中“踏车现象” • 极性 • 如何理解细胞骨架的动态不稳定性？这一 现象与细胞生命活动过程有什么关系？
第四节 中间丝
中间丝的直径为10nm，由不同的蛋白质分子组成。 结构稳定，大多数情况下，形成布满在细胞质中的网络
一、中间丝的类型
中间丝的蛋白质分子复杂，不同来源的组织细胞表达 不同类型的中间丝蛋白 ，是三类骨架纤维中化学成分
（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，
支持和定位、相邻细胞之间、细胞与基膜之间连接
结构的形成，
（二）为细胞提供机械强度支持
（三）参与细胞的分化 1.不同类型的IF严格地分布在不同类型的细胞中， 具有组织细胞的特异性。
2.发育不同阶段的细胞，会表达不同类型的中间纤维， 是细胞分化的标志。
（四）参与细胞内信息传递 中间纤维与DNA复制、转录和 mRNA的运输有 关，胞质mRNA锚定于中间纤维，可能对其在细 胞内的定位及是否翻译起重要作用。
是一类在结构和功能上与中间丝有密切联系，但其本身
不是中间丝结构组分的蛋白。使中间丝之间交联成束、
成网，并把中间丝交联到质膜或其他骨架成分上。
目前已知约15种，（见教材中间丝结合蛋白表） IFAP共同特征：①具有中间丝类型特异性；②表达 有细胞专一性；③不同的IFAP可存在于同一个细胞 中与不同的中间丝组织状态相联系；④在细胞中某 些IFAP的表达与细胞的功能和发育状态有关。
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
★ 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 肌动蛋白 ATP ~7nm 双链螺旋 微管 αβ 微管蛋白 GTP ~25nm 13 根原纤维组成空心管 状纤维 有 无 有 有 动力蛋白，驱动蛋白 秋水仙素，长春花碱， 紫杉醇 中间纤维 中间纤维蛋白 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 无
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
二、细胞骨架与神经系统疾病
如帕金森病、 阿尔茨海默病 、肌萎缩性侧索硬化 症 、幼稚性脊柱肌肉萎缩症 等都与神经丝蛋白的 异常表达与异常修饰有关。
三、细胞骨架与遗传性疾病
人类不动纤毛综合征、遗传性皮肤病单纯性大疱性 表皮松解症等。
思考题
1.细胞骨架三种组分比较。 2. 在细胞骨架的研究中，特异性工具药起了什么作用？
★ 2. 八聚体的组装遵循半分子长度交错的原则。
3. 中间纤维的体外组装不需要核苷酸或结合蛋白的辅助。
4. 在体内，绝大部分中间纤维蛋白已装配成中间纤维，几乎不存在相 应的可溶性蛋白，而微管或微丝组装时只有30%的蛋白质分子处于组 装状态。
五、中间丝的功能
（一）参与构成细胞完整的支撑网架系统 构成细胞完整的支撑网架系统，还与细胞核的形态
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
第五节 细胞骨架异常与疾病
一、 细胞骨架与肿瘤
1.肿瘤细胞内细胞骨架结构的破坏和解聚，无序紊 乱排列造成细胞形态异常有关。 2.根据中间丝分布具有组织特异性的特点，用作临床 肿瘤病理诊断工具 。
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
（三）微丝参与细胞内物质运输
肌球蛋白（myosin）的马达蛋白家族它们以微丝作 为运输轨道参与物质运输活动。
滑动机制
Motor protein 3
（四）微丝参与细胞质的分裂 胞质分裂通过质膜下由微丝束形成的收缩环完成
（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
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
成核因子通过成核作用来加速肌动蛋白的聚合
（二）微丝的体内组装的调节 微丝体内组装受一系列肌动蛋白结合蛋白的调节 微丝成核蛋白
微丝装配的成核作用及微丝网络的形成 A.纤丝状肌动蛋白纤维的成核作用； B.微丝成网过程
（三）多种药物影响微丝组装
细胞松弛素（cytochalasin）抑制组装过程
鬼笔环肽：抑制微丝解聚，使微丝保持稳定状态
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;
最复杂的一种，分为6种主要类型（见教材中间丝蛋白
的主要类型表）
二、中间丝蛋白的分子结构
中间纤维蛋白是长的线性蛋白， 由头部、杆状区和尾 部三部分组成，各种中间丝蛋白之间的区别主要取决 于头、尾部的长度和氨基酸顺序
三、中间丝结合蛋白
(intermediate filament associated protein，IFAP)
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；
②与微丝结构有关的蛋白；
③与微丝收缩有关的蛋白 ；
肌动蛋白结合蛋白功能示意图
与微丝收缩相关的蛋白
3. 细胞的结构与功能密切相关，以细胞骨架在细胞周
期活动过程中的作用为例说明之。 4. 何谓马达蛋白?简述马达蛋白的三个不同家族成员的 物质运输特点。
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
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
四、微管的功能
（一）构成细胞的支架并维持细胞的形态