第九章细胞骨架

Microfilament Assembly
成核反应：即形成至少2-3个肌蛋白单体组成的寡聚体，然后开始多聚体的组装。
ATP
ATP
ATP
ADP
成核
延伸
稳定
在体外组装过程中，ATP-肌动蛋白的浓度处于临界浓 度时，ATP-肌动蛋白在(+)端添加，而从(-)端分离，总 长度不变，称为踏车行为。
（二） 微丝的组装及动力学特性

条件： ATP （只有结合 ATP 的 G-actin) 、 Mg2+ 、较
高浓度的Na+、K+ 。

过程： 2-3 个 actin 聚集成核心（成核）； ATP-actin
分子向核心两端加合（延长）。

极性：由于两端结构差异， ATP-actin 加到 (+) 极的 速度要比加到(-)极的速度快5-10倍。 踏车行为：在体外组装过程，单体可同时在(+)端添 加延长，在(-)端去组装而缩短。
一、 IF的分类
角蛋白纤维 波形蛋白纤维
Ⅰ型角蛋白（酸性）
Ⅱ型角蛋白（中、碱）
（一）来源
结蛋白纤维
（二）结构 Ⅲ型（波形、结蛋白、
胶质纤维酸性蛋白）
Ⅳ型（神经元纤维蛋
白）
Ⅴ型（核纤层蛋白A/C， 核纤层蛋白B1、B2
胶质纤维酸性蛋白 神经元纤维蛋白
（一）结构

二、结构与装配
中间丝蛋白分子由螺旋化杆状区，以及两端非螺旋化的球形头（ N 端）尾
5、参与胞质分裂
有丝分裂末期，两个即将 11 分离的子细胞间产生收缩 环，收缩环由平行排列， 极性方向相反的微丝和 myosin II组成。随着收 缩环的收缩，两个子细胞 的胞质分离，
Contractile ring: For cytokinesis
沟
第二节 微管及其功能
微管在胞质中形成网络结构，作为运输路轨并起支撑作用。微管 是由微管蛋白组成的管状结构，对低温、高压和秋水仙素敏感。

中心体由两个相互垂直的中心粒构成。周围是无定形 物质，叫做外中心粒物质（PCM）。

中心粒由9组3联微管构成，具有召集PCM的作用。 MTOC处微管蛋白以PCM处的环状γ微管蛋白复合体 为模板核化、 γ微管蛋白只与二聚体中的α微管蛋白结 合，因此先组装出（-）极，然后开始生长。
中心体(centrosome) No centrioles in Plant and fungi

侧面层的组装：在两端以及侧面增加二聚体而扩展成片状， 当加宽到大致13根原纤丝时，合拢成微管；

微管的延伸(elongation)：新的微管二聚体不断地组装到这段 微管的两端，使之延长。
微管组装的特点

具有极性，(+)极增长速度快，(-)极增长速度慢，体外合
成微管具有踏车行为。

(+)极的最外端是β微管蛋白，(-)极是α微管蛋白。
五、 微管的功能
（1） 维持细胞形态、与细胞器的分布以及细胞的 形态发生与维持有关。
微管在运输细胞器中的作用
（2）细胞内物质运输 细胞内存在着依赖微管的膜泡运输，是 耗能的定向运输。 在微管和膜泡之间有一类既能与微管结 合，又可以与膜泡特异性结合的分子马达。
和沿微管的膜泡运输有关的分子马达： 驱动蛋白(kinesin):通常朝微管的正极方向运动 动力蛋白(cytoplasmic dynein)：朝微管的负极
2、特点： IF没有极性；无动态蛋白库；装配与温度和蛋白浓
度无关；不需要ATP、GTP或结合蛋白的辅助。
二聚体
四聚体
– Z线：细肌丝一端游离，一端附于Z线 。
肌节
肌肉收缩系统中的有关蛋白
（1）粗肌丝：肌球蛋白（myosin）

属于马达蛋白（P274） ，趋向微丝的（+）极。 已知15类（myosin I-XV）。
Myosin II构成粗肌丝。由2个重链和4个轻链组成，外观具有两个球
形的头和一个螺旋化的干，头部有ATP酶活性。
的 GDP 可交换为 GTP，称可交换位点（E位点）P281。
Microtubule, MT
24cm
微管的类型
单管
细胞质微管和纺 锤体微管
二联管
鞭毛和纤毛的轴丝微 管
三联管
基体和中心体微管
二、微管的组装和去组装P283
1、装配过程

原纤丝：α微管蛋白和β微管蛋白形成异二聚体，头尾相接形
成短的丝状结构，即所谓的成核反应（nucleation)；

Myosin V结构类似myosin II，但重链有球形尾部。
Myosin I 由一个重链和两个轻链组成。
Myosin I、II、V都存在于非肌细胞中，II型参与形成应力纤维和胞质 收缩环，I、V型结合在膜上与膜泡运输有关 。
（2）原肌球蛋白（tropomyosin，Tm）

每个Tm的长度相当于7个肌动蛋白，呈长杆状。组成两条 平行纤维，位于肌动蛋白双螺旋的沟中，主要作用是加强 和稳定肌动蛋白丝，抑制肌动蛋白与肌球蛋白结合。
如抑制蛋白（profilin）等。
末端阻断蛋白
Байду номын сангаас交联蛋白
单体隐蔽蛋白
成束蛋白
去聚合蛋白
膜结合蛋白
纤维切割蛋白
微丝结合蛋白 微丝结合蛋白将微丝组织成以下三种主要形式

Parallel bundle平行束: MF同向平行排列，主要发现于微
绒毛与伪足。

Contractile bundle收缩束: MF反向平行排列，主要发现 于应力纤维和胞质分裂收缩环。
（3）鞭毛(flagella)运动和纤毛(cilia)运动
纤毛与鞭毛是真核细胞表面具有运动功能的特化 结构，鞭毛比纤毛长，但是数量比纤毛少。
结构：
由轴丝和基体两部分构成。
轴丝微管为9+2结构
基体的微管组成为9+0结构（三联体微管）。
运动原理：动力蛋白臂的dynein结合ATP水解作功，使
可形成稳定结构，如轴突、纤毛、鞭毛。是微管结合蛋 白的作用和酶修饰的原因。 大多数微管处于动态组装和去组装状态（如纺锤体）。

影响微管组装的因素
• GTP浓度、压力、温度、离子浓度、微管 蛋白临界浓度、药物
1. 紫杉醇: 与微管结合，阻止解聚，加速聚合； 2. 秋水仙素：结合游离微管蛋白，结合有秋水
（C端）部构成。杆状区高度保守，由螺旋1和螺旋2构成，每个螺旋区还分 为A、B两个亚区。
角蛋白 波形纤维蛋白
（二）IF的装配
1、过程： – ①两个单体形成超螺旋二聚体（角蛋白为异二聚体）； – ②两个二聚体反向平行组装成四聚体。 – ③四聚体首尾连接成原纤维； – ④8根原纤维组成中间纤维，横切面具有32个单体 。
-
+
（三）影响微丝组装的特异性药物

细胞松弛素（cytochalasin）：可切断微丝纤维， 并结合在微丝末端抑制肌动蛋白加合到微丝纤维上， 破坏网络，阻止细胞运动。

鬼笔环肽（phalloidin）：与微丝表面能够特异性 的结合，使微丝纤维稳定而抑制其功能。荧光标记 的鬼笔环肽可特异性的显示微丝。
仙素的微管蛋白亚基组装到末端后，阻止聚合；
3. 长春花碱：结合微管蛋白异二聚体，阻止聚合。
三、微管组织中心
定义：在活细胞内，能够起始微管的成核作
用，并使之延伸的细胞结构称为微管组织中
心（microtubule organizing center, MTOC）
如：中心体、鞭毛和纤毛基体。
中心体（9组三联体微管）
运动
• 驱动蛋白： 四聚体结构 马达结构域是该家族的共有元件 多数成员的马达结构域在重链的N端，介导 的物质运输方向是微管的负极端到正极端。
• 胞质动力蛋白： 已知的分子量最大、移动最快的马达分子。 由2－3条重链，多条轻链构成。 马达结构域在重链C端，介导沿微管的从正 极向负极的膜泡运输，并与有丝分裂纺锤体动 态结构相关。
（四）微丝结合蛋白
微丝网络的组织形式及功能通常取决于与之相结合的微
丝结合蛋白，而不是微丝本身。
两个水平的调节： 1. 可溶性肌动蛋白的存在状态； 2. 微丝结合蛋白的种类及其 存在状态。

actin单体结合蛋白 这些小分子蛋白与actin单体结合，阻止其添加到微丝末 端，当细胞需要单体时才释放，主要用于actin装配的调节，
成核位点
四、微管结合蛋白（microtubuleassociated proteins, MAPs） • MAPs通常由单基因编码，目前的研究发现 MAP大多在神经细胞中表达。 • 研究的较为清楚的是MAP2和tau。 • 在结构上，具有微管结合域（稳定微管的作 用），其他部分则突出于微管表面。
相邻的二联微管相互滑动。
（4）纺锤体与染色体运动
纺锤体是一种微管构成的动态结构，其作用是在分裂细胞中 牵引染色体到达分裂极。
双极驱动蛋白
马达蛋白介导的纺锤体的行为
第三节 中间丝
中间丝／中间纤维是10nm纤维，因其直径介 于微丝和微管之间, 故被命名。 IF几乎分布于所有动物细胞，但不是所有真 核细胞必需的结构成分P300。 组成成分比MT、MF复杂得多。
（3）肌钙蛋白（troponin，Tn）

含三个亚基，肌钙蛋白 C 特异地与钙结合，肌钙蛋白 T 与 原肌球蛋白有高度亲和力，肌钙蛋白 I 抑制肌球蛋白的 ATP酶活性，主要作用是调节肌肉收缩。
细肌丝
由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程
·动作电位的产生 ·Ca2+的释放 ·原肌球蛋白位移 ·肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动 · Ca2+的回收
Maintain cell’s shape and enforce PM
2、微绒毛(microvillus)
是肠上皮细胞的指状突起，用以增加肠上皮细胞表 面积，以利于营养的快速吸收。微丝束维持微绒毛的 形态，起到支撑作用。
成束蛋白
3、细胞运动
参与细胞质运动和细胞运动；例如伪足的形成与迁移运动。
片状伪足
微绒毛的微丝束
应力纤维
伪足的微丝束
胞质分裂环
（一）结构与成分


肌动蛋白是微丝的主要结构成分。
actin 单体外观呈碟状结构，称球形肌动蛋白 Gactin；多聚体称为纤维形肌动蛋白 F-actin。 actin 在进化上高度保守，酵母和兔子肌肉的肌动蛋 白有 88% 的同源性。


极性：具有裂口的一端为负极，而另一端为正极。

Gel-like network（凝胶状三维网络结构）: 细胞皮层(cell cortex)中微丝排列形式，MF相互交错排列。
（五）微丝功能
1.
2. 3. 4. 5.
维持细胞形态，赋予质膜机械强度
微绒毛
细胞运动
肌肉收缩 参与胞质分裂
1、维持细胞形态，赋予质膜机械强度
微丝集中分布于质膜下，和其结合蛋白形成凝胶状三维网络结 构，该区域通常称为细胞皮层，有利于维持细胞形状和赋予 质膜机械强度。
A fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucleus (green) and microtubules (red)
一、分子结构
1. 微管是由13条原纤维构成的中空管状结构，外径24nm，内径 为15nm。 2. 每一条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成, 3. 微管蛋白二聚体由结构相似的α和β微管蛋白构成。 α微管蛋白结合的 GTP 从不发生水解或交换，称不可交换位 点（N位点）。 β微管蛋白也是一种 G 蛋白，结合的 GTP 可发生水解，结合
特点： 是存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系， 是一种高度动态的结构体系。
第一节 微丝与细胞运动
微丝(microfilament， MF)
又称肌动蛋白丝(actin filament)或纤维状肌动蛋白 （fibrous actin，F-actin), 是指真核细胞中由肌动蛋白
(actin)组成 ，直径约为7nm的骨架纤维。
第九章
细胞骨架
第一节 微丝与细胞运动 第二节 微管及其功能 第三节 中间丝（组织特异性）
定义
细胞骨架（狭义）:
由微丝(microfilament )、微管(microtubule) 和中间丝(intemediate filament)组成的蛋白网络 结构，具有为细胞提供结构支架、维持细胞形态、 负责细胞内物质和细胞器转运和细胞运动等功能。
4. 肌肉收缩(muscle contraction)
肌肉组成
•
肌节→肌原纤维→ 肌纤维（肌细胞）P277
•
肌肉收缩的基本单位是肌节（sarcomere）。肌节
是相邻两Z线间的单位。主要结构有：
– A带（暗带）：为粗肌丝、细肌丝所在。 – H区：A带中央色浅部份，此处只有粗肌丝。 – I带（明带）：只含细肌丝部分。