第10章_细胞骨架

第10章细胞骨架 cytoslceleton

本章内容首先简介细胞骨架的组分、分类、功能和研究细胞骨架的技术，第二介绍对胞质骨架即微丝，微管和中间纤维的超分子结构特征、装配动力学，生物学功能和发挥功能作用中的相关蛋白，以及主要由微丝和高度组织化形成的横纹肌收缩系统的精细结构和收缩机制，由微管和相关蛋白构成的纤毛，鞭毛的精细结构和运动机制有较清楚和明确的认识，并了解分子发动机的概念。

第一节细胞骨架

细胞骨架指细胞中除了细胞器外的三维蛋白纤维网架体系。

一、组成和分布

1.微管核周围,呈放射状向四周扩散

2.微丝质膜内侧

3.中等纤维分布在整个细胞中

细胞骨架具有动态的特点，并非静止不变。

二、细胞骨架的功能

1.细胞结构和形态支持

2.胞内运输

3.收缩和运动

4.空间区域组织

三、细胞骨架的研究方法

1.荧光显微镜

荧光抗体

基因工程改造的带有荧光的蛋白，一种藻类中centrin的荧光抗体显影，centrin分布在鞭毛和基体中，红色为藻类光合作用自身发出的荧光。2. 电镜

3. 电视显微镜

分子发动机蛋白质在微管上的移动（见箭头相对于微管位置的移动）

第二节细胞骨架的各个组分

一、微管 Micorotubules(MTs)

1. 形态、化学组成和超分子结构

MT是刚性的直径约20-25nm的圆管状结构，其长度因种类和功能等的不同而有很大的变化。完整的MT经负染法显示，其壁是由一层串珠样的纵行的纤维丝包围形成的，从横截面上看，细丝共13条，这些串珠样的细丝被称为原纤丝 Protofilaments。原纤丝的化学组成是微管蛋白tubutin。微管蛋白是球状分子，分α和β两种，分子量均大约为5.5KD，在一般生物细胞内，它们均以各一个分子结合成异二聚体的形式存在。原纤丝就是由异二聚体首尾相连而成。α和β都有一个GDP结合位点，α中的位点也结合GTP，称可交换位点（exchangable site， E site）。

2. 微管的类型

MTs 分单体、双联体、三联体（singlet，doublet 和triplet）三类。以单根形式存在的MT就称单微管；以两根在同一平面内并贴存在的叫二联体微管；而以每三根在同一平面内并贴存在的就称三联体MT。二联体MT的两根微管被依次命名为A管和B管，三联体的则依次命名为A，B，C管。除并贴存在外，二联体和三联体MT还有一个特殊点是：其中只有A管的管壁是完整的，有13根原纤丝，而B、C管的管壁不完整，各只有11条原纤丝，横截面上呈“C”形成，特称“C”形微管，它们正是以其“C”形的缺口部相继与前一个MT并贴。单体可动态不稳定MT，双体和三联体微管为稳定的MT。

在细胞内，单微管广泛分布于胞质内，并且可因功能需要而随时可被解聚或重新组装，一般不形成永久性结构。二联体微管只分布于鞭毛和纤毛，三联MT只存在中心粒和纤鞭毛基粒，在这里它们形成永久性结构。

各类MTs的外表面，一般都还附着些性质不同的或长或短的突起物。构成这些突起物的蛋白质被称为MT associated Proteins。在这些MAPs中，有些，如从大脑神经细胞分离出的MAP1 和MAP2两类高分子是（ HMW）蛋白和Tan蛋白，其作用主要把MTs之间，MTs与细胞的其他结构之间彼此连接起来，形成整体的网络，同时它们对MT的组装和稳定也具促进作用。另外一些，如dynein 和Kinesin （驱动蛋白）等，对MTs发挥其他方面的功能具重要作用。

3．微管的组装和解聚 On assembly and depolymerigation of MTs.

1)微管组织中心

2)微管的组装过程

3)微管的极性

4)微管的动态不稳定性

5)影响微管组装和去组装的因素

新MT的组装，其起始均只发生在细胞内的一定部位，这些部位被称为微管组织中心MT organigation center(MTOC)。微管组织中心的主要作用是帮助细胞质微管装配过程中的成核反应，微管从此处开始生长，使细胞质微管的装配受统一的功能位点控制。动物细胞的中心粒就是人们熟知的MTOC。

中心粒的结构：中心粒 (centrosome)是动物细胞中决定微管形成的细胞器。

基体：是纤毛和鞭毛的MTOC，只含有一个而非一对中心粒。

在这里，微管组装包括成粒和延长，首先是微管蛋白异二聚体首先相连接，形成一些有一定长度且呈螺纹式环卷的原纤丝。之后这些原纤丝伸直，并在一平面内平行并贴排列成一薄片，如原纤丝数目达到13，则薄片便卷成微管结构。这整个起始过程被称之为MT组装中的成核作用（nucleation）。

核化作用一旦完成，MT的进一步生长性组装便开始。MT的生长性组装与F-actin的组装十分类似。

MT同样分（+）端和（-）端，两端都可添加上Tubutin异二聚体，加添同样是可逆的，（+）添加得快，达到一定状态后同样有“treadi nilling”现象，当加添的总速度小于解聚的总速度时，MT也是趋向缩短乃至消失等等。所不同的是，细胞中的MT无论它处于生长状态，平衡状态还是缩短状态，其（-）端处于MTOC中心环内的此端不解聚。

GTP浓度

MT的组装，稳定和解聚同样还受多种因素的影响和调节。

（1）GTP及其水解：在GTP浓度足够（高于临界浓度）的条件下，异二聚体的β和α亚基都各结合有一个GTP，这样的异二聚体Tubutin能有效地加添到MT末端，而一旦加上去，其β结合的GTP便可以被异二聚体自身的ATPase活性水解，使β亚基成为ADP结合型（α的不变），则此二聚体又可从MT末端解离下来，下来之后ADP便被ATP替换下来。由于GTP被水解的速度慢于二聚体加添的速度，MT末端便可形成“GTP”帽，所以MT表现为不断生长。反之如GTP不足，相应的，β亚基ATP结合型二聚体量不足，于是即便在MT的（+）端也不能形成“GTP”帽， MT便趋于解聚和缩短。

（2） MTOC的类型：由中心体驱动组装的MT。（-）端一直埋于中心体内，这样MT不从（-）端解聚，只从（+）端解聚。

（3）Ca2+、Mg2+和温度：Ca2+阻止组装， Mg2+促进组装，低温引起解聚。

（4）MAPs中心体基质中的γtubutin促进核化。基粒表面的MAPs具使MT稳定和加速组装的作用。

（5）特异性药物

微管结合蛋白(microtubule associated protein, MAP)