[细胞生物学]细胞骨架

的核心形成位点开始，主要是中心体、
鞭毛和纤毛的基体等，提供了细胞内
微管组装的核心，称为微管组织中心。
27
MTOC
MTOC处微管蛋白以环状的γ球蛋 白复合体为模板核化，负端附着于 MTOC上开始生长，延长或缩短发 生在正端。
28
29
微管分布特点
-- 为真核细胞中重要的细胞骨架成分 -- 呈中空的管状，在不同的细胞中具有相同 的形态，大多数呈放射状分布； -- 微管的正极朝向外围，负极锚定到微管组织 中心 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
间可以相互转换。
70
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。
71
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。
72
三、微丝的组装
微管亚单位（原纤维） 纵向单列重复排列形 成
18
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
19
纤毛、鞭毛和基体
20
纤毛、鞭毛和基体
21
中心体
中心体：是动物细胞中决定微管形 成的一种细胞器，包括中心粒和中 心球；在细胞分裂间期，位于细胞 核的附近，在分裂期，位于细胞的 两极。
22
中心体
A.间期微管
B
B. 中期微管（纺 锤体）
23
中心粒
24
中心粒的形态结构
中心粒是中空的短圆柱状结构，成对存在且 相互垂直排列。
由九组三联管环列而成，倾斜排列。 中心粒周围充满电子密度高的基质，含有γ 微管蛋白。
25
26
MTOC
微管组织中心（microtubule organizing center, MTOC）：微管聚合从特异性
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）
73
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，ADPactin易于从微丝上解聚下来。
46
（三）细胞内物质的运输
神经元轴突内囊泡的运输
47
变色龙
48
（四) 构成纺锤体 母细胞在有丝分裂期，把染色体移 向两极,在最终分裂成两个子细胞的过程 中，纺锤丝的形成是由微管来完成。
49
50 （ 有丝分裂）中 期 （ 有丝分裂）早后期 （ 有丝分裂） 晚后期 （ 有丝分裂） 末 期
（五）参与细胞运动
13
微管复习题
1、微管在体外组装的过程? 2、解释微管踏车现象
3、微管在细胞内如何组装的？
4、简述微管的功能？
14
一、微管的主要构成成分
微管蛋白（tubulin）是微管组装的基本单 位， -微管蛋白和 -微管蛋白形成异二 聚体。-微管蛋白（-tubulin）和 -微 管蛋白（ -tubulin）以及少量微管结合 蛋白（microtubule associated protein, MAP）形成的柱状多聚体。
构成纤毛、鞭毛等细胞运动器官，参与 细胞运动；
51
（六）细胞吞噬与融合
巨噬细胞吞噬红细胞
红色箭头代表被吞噬红细胞的内质化； 蓝色箭头代表形成的吞噬体； 紫色星号代表微管组织中心
52
六、药物对微管的影响
长春新碱抑制纺锤丝形成，终止有丝分裂；
紫杉醇(taxol)：结合到β-微管蛋白上明显
增加微管的稳定性，抑制纺锤丝解聚，将细
32
-tubulin Polymerize Head to tail Proto- (×13) Microdimer fibers tubule -tubulin

2 1
3 4

5
＋
13


12 6 11 7
10
9 8
15
微管的主要构成成分
微管蛋白在进化上非常保守，但在不同物 种中的功能差别大 微管蛋白与GTP结合及水解
-微管蛋白结合一个GTP，不发生水解
-微管蛋白结合一个GTP, 发生水解，影
响微管的组装
16
α- 和β-微管蛋白二聚体结构模式图
17Βιβλιοθήκη Baidu
二、微管结构
所有二聚体的方向相 同， 微管蛋白朝向 正极，形成原纤维 （protofilament)
42
五、微管的功能
（一） 维持细胞形态 （二） 维持细胞器的空间定位分布 （三） 运输功能 （四) 构成纺锤体 （五） 参与细胞运动 （六） 细胞吞噬与融合
43
（一）维持细胞形态
44
秋水仙素处理细胞1小时后，细胞变圆；去除 秋水仙素的作用，细胞将会恢复原来的形态
45
（二）维持细胞器的空间定位分布
Chapter 8 cytoskeleton
细胞骨架
1
学习目的
1、掌握微管、微丝和中等纤维的结构 和组装 2、熟悉微管、微丝和中等纤维的功能 3、了解细胞骨架与医学的关系
2
学习内容
概 述
微 管
微 丝
中 等 纤 维
3
概
述
线粒体
细胞骨架(cytoskeleton)：是由位于细胞质、 细胞核的蛋白质纤维组成的网架系统。
30
三、微管组装
α和β微管蛋白 + GTP + Mg2+
适宜温度：37º C
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
1、Tau蛋白假说：认为过度磷酸化的Tau蛋白影响了神
经骨架微管蛋白的稳定性，从而导致神经原纤维缠结形 成，进而破坏了神经元及突触的正常功能，导致递质运 输减少，突触丧失。
60
2 、胆碱能学说 ：AD患者海马和新皮质及脑脊液中的
ACh的合成、释放、摄取等功能下降，胆碱乙酰转移 酶(ChTA)显著减少，乙酰胆碱酯酶(AChE)活性下降
微管的极性
1）构成微管壁的和 -微管蛋白异二 聚体方向一致，因此 多聚体具有极性。 2）两端的组装速度 不同。
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 其余部分从微管的 表面伸出，呈须状， 大部分沿着微管侧 面分布而不是在末 端
39
微管结合蛋白
驱动蛋白和动力蛋白
40
鞭毛（动力蛋白）
41
MAP主要功能
• 调节微管的特异性、提高稳定性 • 介导细胞内沿微管的物质运输 • 微管结合蛋白决定微管蛋白二聚体形成 胞质中的动态单微管 鞭毛轴丝中稳定的成组的微管
54
七、微管与医学
55
原发性纤毛运动障碍（PCD)
纤毛超微结构具有特异的、先天的遗传 缺陷导致的，为常染色体隐性基因遗传 病。
临床表现：鼻窦炎、支气管炎、内脏反 位、精子无运动。 病因：动位蛋白缺乏或异常
56
57
阿尔茨海默病（AD）
58
59
阿尔茨海默病（AD）
阿尔茨海默病是一种进行性发展的致死性神经退行性 疾病。 临床表现：认知和记忆功能不断恶化，日常生活能力 进行性减退，并有各种神经精神症状和行为障碍。 病因：
74
生长期（Growth phase)
2、ATP-actin浓度高时，微丝两端都加 ATP-actin， 正极-聚合快，负极-聚合慢，这样在正极ATPactin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 ）
－
cross section (13 protofibers)
2) 当GTP-微管蛋白在末端聚合后，GTP被水 解成GDP, 结合GDP的微管蛋白对微管末端的 亲和力小, 易于从末端解聚 3）当GTP-微管蛋白的聚合速度大于GTP的 水解 速度时，在微管末端形成一段GTP-微 管蛋 白，称为GTP-帽（GTP-cap)
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
68
exchange of ATP for ADP
ATP→ ADP + Pi 。The G-actin can exchange bound ADP for ATP.
69
肌动蛋白存在方式
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 G-actin与F-actin之 G-actin F-actin
维持细胞形态; 与细胞运动、物质 运输、信息传递、细胞分裂和细胞分 化等生命活动密切相关。 细胞骨架在形态结构上与其他细
胞器有明显的不同，其特点具有弥
散性、整体性和变动性。
9
第一节 微管 Microtubules
10
11
12
内容
一、微管的主要构成成分 二、微管结构 三、微管组装 四、微管结合蛋白 五、微管的功能 六、微管与药物 七、微管与医学
微管
细 胞 骨 中等纤维 架 微丝
核糖体
内质网
广义上包括细胞核骨架、细胞质骨架、 细胞膜骨架、细胞外基质
4
一、细胞骨架主要成分
在真核细胞中由微管(Microtubule, MT)、微丝(Microfilament, MF) 和 中等纤维(Intermediate filament,
IF)以及功能各异的结合蛋白质组成。
胞阻断在M期
53
微管蛋白异二聚体有两个秋水仙素结合位点： 高亲和和低亲和结合位点。
秋水仙素高浓度时，可结 合到游离的微管蛋白二聚 体两个结合位点，降低其 结合到微管末端的亲和力 而阻止微管聚合。 秋水仙素低浓度时，可结 合到游离的微管蛋白二聚 体高亲和力的位点上，二 聚体结合到微管两端，可 阻止其他二聚体的加入与 丢失。
3、β-淀粉样蛋白(β-amylod，Aβ)假说 ：Aβ蛋白AD患者 脑组织内老年斑的主要组成成分 ，Aβ的生成与清除失 衡是导致神经元变性和痴呆的起始事件 。寡聚体Aβ具 有神经毒性 。Down综合征患者因体内多一个β淀粉样 前体蛋白(amyloid precursor protein ，APP)基因， APP基因定位于21q21，在早年就出现Aβ沉积斑块， 也从侧面证明了该假说
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。
5
Three types of filaments: Microtubules Microfilaments Intermediate Filaments
6
二、细胞骨架主要成分分布特点
微管主要分布在核周围，并呈放射状向胞 质四周扩散；微丝主要分布于细胞膜内侧； 中等纤维分布于整个细胞。
7
8
三、细胞骨架的功能
61
绿色显示为轴突中脱磷酸化的tau蛋白
62
癌症
细胞生物学特征：运动发生异常，侵润
和转移，微丝、微管异常。
63
第 二 节 微丝 (Microfilament，MF)
64
65
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。
37nm
66
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
67
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
4)随着GTP-微管蛋白的消耗，其浓度下降， 使GTP-微管蛋白在末端聚合的速度下降， 当其聚合速度〈 GTP水解速度时，其GTP帽不断下降，以至最后消失，暴露出GDP微管蛋白,迅速解聚而缩短，表现出动 力学不稳定性。
组装和去组装之间存在临界浓度，（+)端组装， （-）端发生去组装。正极装配使微管延伸速 度等于负极去装配使微管缩短的速度，处于 动态平衡，形成一种“踏车现象”