细胞生物学细胞骨架
细胞生物学之细胞骨架
细胞骨架之微丝一．细胞骨架概念及分类细胞骨架（cytoskeleton)是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系.广义上包括细胞质骨架,细胞核骨架,细胞膜骨架,细胞外基质;狭义上指细胞质骨架包括：微丝,微管,中间纤维.细胞骨架存在于各类真核细胞中，但直到1963年，采用戊二醛常温固定方法，在细胞中发现微管后，才逐渐认识到细胞骨架的存在。
细胞骨架不仅对维持细胞的形态、保持细胞内部结构的有序性起重要作用，而且还与细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递、细胞分裂、免疫行为、细胞分化等生命活动密切相关。
破坏纤维或干扰相关蛋白都会严重影响信号传导、细胞生长和代谢，而且可能直接影响疾病的病理生理过程.微丝核基质细胞质骨架微管细胞核骨架染色体骨架中等纤维核纤层二．微丝微丝(microfilament，MF)，又称肌动蛋白纤维(actin filament)，或纤维型肌动蛋白，是指真核细胞中由肌动蛋白(actin)组成，直径为7 nm的骨架纤维。
㈠成分肌动蛋白(actin)是微丝的结构成分，肌动蛋白单体外观呈哑铃状。
肌动蛋白在真核细胞进化过程中高度保守。
不同来源的肌动蛋白其氨基酸顺序差别很小，仅差4~6个氨基酸。
在哺乳动物细胞中至少分离出6种肌动蛋白，按其等电点的不同，可集中分为α、β、γ三类。
α肌动蛋白包括3种亚型：骨骼肌型肌动蛋白、心肌型肌动蛋白、血管型肌动蛋白。
β肌动蛋白为胞质型肌动蛋白，主要存在于非肌肉细胞。
γ肌动蛋白有两种亚型：胞质肌动蛋白（主要存在于非骨骼肌）、肠型肌动蛋白（内脏平滑肌）同一种细胞中可以有2种或2种以上的肌动蛋白亚型存在,且不能互相替代,这种现象可能与不同亚型有不同功能和不同调节机制有关。
㈡微丝的组装是由肌动蛋白亚单位（globular actin, G-actin）组成螺旋状纤维（filamentous actin, F-action)的过程。
每37nm拧成一圈（14个球形肌动蛋白分子线形聚合的长度），每个肌动蛋白分子是接近球形的，它具有极性。
细胞生物学教程第九章细胞骨架
+
Treadmilling
细胞中大多数微丝结构处于动态的组装和去组装过程中，并通过这种方式实现其功能。 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，特异性的抑制微丝功能。 鬼笔环肽（phalloidin）与微丝能够特异性的结合，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。
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。 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。
第二节 微管 Microtubule, MT
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。
A fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucleus (yellow) and microtubules (red)
The Orientation of Microtubules in a Cell
PART ONE
五、微管的功能
支架作用
细胞内运输 是胞内物质运输的路轨。 涉及两大类马达蛋白：驱动蛋白kinesin，动力蛋白dyenin，均需ATP供能。 Kinesin发现于1985年，是由两条轻链和两条重链构成的四聚体 ，能向着微管（+）极运输小泡 。
胶质原纤维酸性蛋白glial fibrillary acidic protein 存在于星形神经胶质细胞和许旺细胞。起支撑作用。 波形纤维蛋白vimentin 存在于间充质细胞及中胚层来源的细胞中。 神经纤丝蛋白neurofilament protein 是由三种分子量不同的多肽组成的异聚体，功能是提供弹性使神经纤维易于伸展和防止断裂。
细胞骨架-细胞生物学
细胞骨架（Cytoskeleton）：指存在于真核细胞内的蛋白质纤维网络结构系统狭义细胞骨架：细胞质骨架广义细胞骨架：细胞质骨架、核骨架、细胞膜骨架、胞外基质细胞质骨架：►微管（microtubule）►纤丝（filament）：微丝、中等纤维（中间丝）、粗丝微管（microtubule，MT）1、形态结构►细胞骨架中，最早发现，最粗的一种结构►存在于所有真核细胞中►管状结构►大多单管、有时二联管、三联管2、化学组成（1）微管蛋白（tubulin）两种：α－微管蛋白、β－微管蛋白►α-tubulin和β-tubulin聚合，形成异二聚体►异二聚体：高8nm，直径4－5nm，微管的结构亚单位►异二聚体进一步结合，形成原纤维（原丝结构）►13条原纤维，形成一根微管（2）微管连接蛋白（microtubule associated protein，MAP）也称微管附属蛋白、微管关联蛋白呈倒L 形“臂状”突起►长臂垂直伸出，使微管与微管及微管与其它细胞器或结构相作用短臂与微管蛋白结合，稳定、促进微管蛋白聚合作用3、微管的装配微管是一种能进行自我装配的细胞器聚合微管蛋白微管微管的装配是一个高度有序的过程，受许多因素的影响微管组织中心（MTOC）微管在生理状态或实验处理解聚后重新装配的发生处称为微管组织中心(microtubule organizing center，MTOC) ：►纤毛（鞭毛）的基体►纺锤体两极的中心粒►染色体的着丝点温度37℃聚合二聚体微管0℃解聚一般认为，20˚C以上才有利于微管的装配MAP►短臂与微管蛋白结合，促进微管蛋白聚合，促进装配►对装配后的MT有稳定作用，增加MT对药物、理化因子的抵抗能力►长臂上有磷酸化位点，磷酸化修饰后，可抑制短臂对微管装配的促进以及稳定和保护作用Ca2+浓度Ca2+ >10μM微管微管蛋白（二聚体）Ca2+<10μM►通过CaM，激活蛋白激酶，MAP长臂磷酸化，解除短臂对微管的保护作用►MT研究中，用EGTA：乙二醇双（β－氨基乙醚）四乙酸药物（1）抑制微管形成药物►许多是植物中提取的代谢产物（生物碱）►秋水仙素（colchicine）►秋水仙胺（秋水仙素类似物，colcemid）►长春花碱►鬼臼素秋水仙素最常用抑制和破坏微管机理：►与β-tubulin肽链中第201位Cys结合►导致二聚体不能形成，微管装配受阻，并引起装配后微管的解聚（2）促进微管形成药物►GTP，为MT装配提供能量，与微管蛋白结合，构象变化，有利于装配►紫杉酚►重水（D2O）微管是一种动态结构：►有极性（βα→βα即头→尾）►头（＋极），尾（－极）►＋极装配：βα二聚体与GTP结合（有利于装配）►－极去装配：βα二聚体不与GTP结合►一头装配，一头去装配，这种交替变换过程称踏车现象（tread milling）►装配速度>去装配速度，MT延长，反之，MT消失4、微管的功能（1）维持细胞形态：刚性，支架（2）细胞内运输：分泌小泡运输、色素颗粒运输（3）细胞运动——鞭毛和纤毛►鞭毛和纤毛是运动细胞器►自然界许多细胞的运动是靠鞭毛和纤毛进行的►如原生动物：鞭毛虫、纤毛虫；单细胞藻类；动物精子；呼吸道、食道上皮细胞表面纤毛（4）细胞分裂微管参与形成有丝分裂器有丝分裂器包括：►纺锤体►中心粒►染色体纺锤体：由纺锤丝组成►纺锤丝由微管组成（4～6根微管/纺锤丝）►一端与染色体着丝粒相连，一端与中心粒相连（着丝粒、中心粒均为MTOC）►在纺锤丝牵引下，染色体移动中心粒：►位于纺锤体两端►成对出现，相互垂直►9组三联管►MTOC纤丝（filament）包括：►微丝：6～7nm►中间丝：10nm（中间纤维，中等纤维，大小处于中间）►粗丝：15nm1、微丝（microfilament，MF）►又称肌动蛋白纤维（actin filament），肌细胞中的微丝，称细肌丝►由肌动蛋白（actin）组成►肌动蛋白：一条多肽链组成，MW 43kd，球形分子2、粗丝►肌细胞中，称粗肌丝或肌球蛋白丝►由肌球蛋白（myosin）组成►每个肌球蛋白分子由6条多肽链组成肌肉运动►横桥形成后，肌球蛋白头部分子构象变化►两种肌丝间产生滑行►滑行一次，移动10nm►滑行后，在肌球蛋白头部结合2个A TP（A TPase位点）►A TP水解，头部构像复原►肌肉收缩►动物死亡后，A TP耗尽，处于收缩状态，肌肉僵硬在体内，有些微丝是永久性的结构，如肌细胞中的细肌丝等►在大多数非肌细胞中，微丝是一种动态结构►与微管相似，也存在装配和解聚药物：►细胞松弛素B（cytochalasin B，CB）►鬼笔环肽（毒蕈产生）微丝功能：（1）肌肉收缩（2）胞质环流：丽藻、轮藻，叶绿体运动（用CB 处理，停止，洗去CB，恢复）（3）细胞移动：变形虫，肌动蛋白与肌球蛋白相互作用（非肌肉细胞中，肌球蛋白不聚集成粗丝）（4）维持细胞形态♦与微管一起，支架♦应力纤维（stress fiber），微丝束♦肠上皮微绒毛（5）细胞分裂♦纺锤体中有微丝♦胞质分裂环3、中等纤维（intermediate filament，IF）中间纤维、10nm丝按组织来源和免疫原性的不同，分5类：（1）角蛋白纤维（上皮细胞）（2）波形纤维（间质细胞、中胚层来源细胞）（3）结蛋白纤维（肌细胞）（4）神经元纤维（神经元细胞）（5）神经胶质纤维（神经胶质细胞）中等纤维由中等纤维蛋白聚合而成结构：♦羧基末端和氨基末端－非螺旋♦中部α－螺旋区♦α－螺旋区310个氨基酸功能：由于没有特异性药物，影响功能研究（1）支架，细胞形态（2）细胞运动、铺展、胞内颗粒运动（3）形成桥粒等结构（4）信息传递IF与肿瘤诊断：IF的分布具有组织细胞特异性即不同的组织细胞中，IF种类不同，以此鉴定组织细胞类型扩散的癌细胞来源？波形纤维：黑色素瘤、淋巴瘤结蛋白纤维：横纹肌、平滑肌瘤神经纤维：神经母细胞瘤、嗜铬细胞瘤等核骨架（nucleoskeleton），也称核基质（nuclear matrix）成份：♦核骨架蛋白♦核骨架结合蛋白♦几十种功能：♦DNA复制♦RNA转录和加工♦病毒复制和装配♦染色体构建。
10.第十章 细胞骨架 细胞生物学
●微管结合蛋白(MAP)
●微管功能 ★
一、微管结构与组成
（一）微管的成分
αβ微管蛋白二聚体是细胞质游离态微管蛋白的
主要存在形式，也是微管组装的基本结构单位。
在二聚体上有鸟嘌呤核苷酸的两个结合位点；
一个秋水仙素的结合位点；一个长春花碱的结合位
点；二价阳Байду номын сангаас子结合位点。
两种微管蛋白形成的二聚体： α－微管蛋白有一个GTP结合位点（不可交换位点， N位点）， β－微管蛋白也有一个GTP结合位点（可交换位点，E位点）。
• ATP肌动蛋白浓度高时：在末端聚合的速度大，聚集形 成ATP帽 (ATPcap)； • ATP肌动蛋白浓度低时：聚合速度下降，但ATP水解的 速度不变，故ATP帽不断缩小，最后暴露出ADP肌动蛋 白，其对末端亲和力小，不断从末端解离，使纤维缩短。
因此，就每一根微丝来说，长度一般不是固定不变
的，而是呈动力学不稳定状态。
第十章 细 胞 骨 架
细胞骨架（广义）
细胞外基质骨架
细胞膜骨架 细胞质基质骨架（狭义）
核骨架
细胞质基质骨架（狭义）
微管 微丝 中间纤维
细胞骨架（狭义）=细胞质骨架
细胞骨架：是指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系。
细胞质基质骨架：A微丝、B中间纤维、C微管
5-8nm
用途：处理细胞后，显示细胞中的微丝；同时也可破坏微丝的网络结构，
阻止细胞运动。
四、 微丝结合蛋白
同微丝结合的蛋白,可协同微丝形成多 种不同的亚细胞结构如应力纤维、肌肉肌
原纤维、精子顶端的刺突。
微丝结合蛋白
◆ 肌肉收缩系统中的主要结合蛋白有：肌球蛋白、
原肌球蛋白、肌钙蛋白。 ◆ 非肌肉细胞系统中的主要结合蛋白有：
细胞生物学-细胞骨架
29
6 形成应力纤维（stress fiber）
应力纤维是由微丝与肌球蛋白-II组装的一种不稳定性收 缩束，结构类似肌原纤维，使细胞具有抗剪切力。
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培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色）
31
7 参与肌肉收缩
基本结构:肌纤维是圆柱形的肌细胞(长度可达40mm, 宽为10100μm), 并且含有许多核(可多达100个核)。
性，既正极与负极之别。
微丝纤维的负染电镜照片
10
三、微丝的装配过程
微丝(F-actin)由G-actin聚合而成，单体具有极性，装配时 首尾相接。在适宜的条件下，肌动蛋白单体可自组装为纤维。 微丝的组装过程分三个步骤：即成核期、延长期、平衡期。
11
影响装配的因素
微丝的装配同样受肌动蛋白临界浓度的影响，还受一些 离子浓度的影响：在含有ATP和Mg2+, 以及很低的Na+、K+ 等阳离子的溶液中,微丝趋向于解聚成G-肌动蛋白。
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骨骼肌收缩的基本结构单位——肌小节
肌小节的主要成分是肌原纤维，电镜下可见肌原纤维是由两种 类型的长纤维构成, 一种是细肌丝，直径为6nm；另一种是粗 肌丝，直径为15nm。
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粗肌丝: 组成肌节的肌球蛋白丝。 细肌丝: 组成肌节的肌动蛋白丝。
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粗肌丝的构成---肌球蛋白（myosin）
12
踏车现象(treadmilling)
在微丝装配时,若G-肌动蛋白分子添加到F-肌动蛋白丝 上的速率正好等于G-肌动蛋白分子从F-肌动蛋白上失去的速 率时, 微丝净长度没有改变, 这种过程称为肌动蛋白的踏车 现象.
13
永久性微丝结构
在体内, 有些微丝是永久性结构, 如肌肉中的细丝及上皮 细胞微绒毛中的轴心微丝等。有些微丝是暂时性结构, 如 胞质分裂环中的微丝。
细胞骨架(细胞生物学)
细胞骨架立体结构模式图
广意的概念
细胞质骨架 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
第二节 微 管
一、微管的化学组成
α微管蛋白、 β微管蛋白 、γ-微管蛋白
（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
肌肉收缩是粗肌丝和细肌丝相互滑动的结果
5.3 肌肉收缩
（六）微丝参与受精作用 精子头端启动微丝组装，形成顶体刺突完成受精。
（七）微丝参与细胞内信息传递 细胞外的某些信号分子与细胞膜上的受体结合，可触 发膜下肌动蛋白的结构变化，从而启动细胞内激酶变 化的信号转导过程。 主要参与Rho蛋白家族有关的信号转导
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
(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。
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
纤毛和鞭毛#43;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。
（一）微丝的体外组装过程分三个阶段： ①成核期 ②延长期 ③稳定期
《细胞生物学》细胞骨架护理课件
通过基因敲除或敲低技术，可以研究特定基因对微管的影 响，进一步了解微管的生理功能和调节机制。
微丝护理
03
微丝的组成
微丝是由肌动蛋白（Actin）聚 合形成的纤维状结构，是细胞骨
架的重要组成部分。
微丝具有极性，一端为正极，另 一端为负极，通常正极位于细胞
膜表面。
微丝可以形成多种结构，如应力 纤维、薄片状结构等，参与细胞 形态维持、运动、分裂等活动。
蛋白质合成的质量和效率，同时对异常中间纤维蛋白进行质量控制和降
解。
05
细胞骨架护理的应
用
医学领域的应用
诊断疾病
细胞骨架的异常变化可以 作为疾病诊断的标志物， 如癌症、神经退行性疾病 等。
药物筛选
利用细胞骨架作为靶点， 筛选能够影响细胞骨架的 药物，为新药研发提供思 路。
疾病治疗
通过调控细胞骨架，可以 治疗一些与细胞骨架相关 的疾病，如癌症和神经退 行性疾病。
04
中间纤维的组成
01
中间纤维是由蛋白质组成的细长 纤维，具有高度有序的结构。
02
中间纤维由多个蛋白质亚基以螺 旋形或管状形式聚合而成，具有 不同的亚基排列方式和聚合度。
中间纤维的特性
中间纤维具有高度的稳定性和抗拉伸性，能够承受细胞内外 的机械压力。
中间纤维在细胞中起到重要的支撑作用，维持细胞的形态和 结构的完整性。
中间纤维护理的方法
01
保持适宜的细胞内环境
中间纤维的稳定性受到细胞内环境的影响，如pH、离子浓度等，因此
需要维持适宜的细胞内环境。
02
避免机械损伤
中间纤维在细胞中起到支撑作用，因此需要避免机械损伤，如避免细胞
受到过度拉伸或压缩。
细胞生物学第8章-细胞骨架
细胞骨架
本章内容提要
细胞质骨架 微管 微丝 中间丝
膜骨架 核骨架
细胞骨架（Cytoskeleton）指存在于真核细胞中的 蛋白纤维网架体系。
轴丝微管的排列方式主要有3中模式：
①9+2型：轴丝的外围是9组二联体微管，中 间是2根由中央鞘所包围的中央微管。
②9+0型：外围与9+2型相同，有9组二联体 微管，但缺乏中央微管。
③9+4型：罕见，轴丝中央含有4根单体微管。
9+0型一般为不动纤毛，9+2型大多为动纤毛。
纤毛和鞭毛运动的机制--“滑动微管模型”。 由于二联管之间的动力蛋白臂的动力蛋白介导了 两条微管的互相滑动，才使纤毛发生运动。
细胞骨架是高度动态的细胞结构体系，不仅是重要 的机械支撑、决定了细胞器和大分子空间定位，而 且参与了几乎所有形式的细胞运动。
细胞骨架直接负责细胞的大幅度运动，例如，细胞 沿物体表面爬行、肌肉细胞的收缩以及胚胎发育时 细胞形状的改变。
没有细胞骨架，伤口无法愈合，肌肉毫无用处， 精子也不能触及卵子。
Microtubules
Microfilamemts
Intermediate filaments
一、微管
微管几乎存在于所有的真核细胞内，是由微 管蛋白（tubulin）装配而成的中空的管状 结构。
它可以迅速地在细胞内某个位置去组装，并 在另一个位置再组装。
1.结构：
微管由微管蛋白亚基组装而成，每个亚基 是由α微管蛋白和β微管蛋白，通过非共价键 结合成的异二聚体，是微管装配的基本单位。
细胞骨架名词解释细胞生物学
细胞骨架名词解释细胞生物学1. 什么是细胞骨架？说到细胞骨架，大家可能会想，这玩意儿听起来好像是细胞的“钢筋混凝土”吧？没错，细胞骨架就像是细胞里的“支柱”，帮忙维持细胞的形状、结构，甚至还负责细胞内部的运输工作呢！想象一下，一个城市的交通网络，如果没有那些马路、桥梁，交通肯定会乱成一锅粥。
细胞骨架就是细胞内部的这种“交通网络”，没它可不行啊。
2. 细胞骨架的成分2.1 微管细胞骨架里有三种主要的成分，其中微管就像是那些高楼大厦，挺拔而坚固。
微管主要由一种叫“微管蛋白”的小家伙构成，像是细胞的“电梯”，负责运输各种小物件。
细胞内的“货物”从这里出发，经过微管，送到需要的地方，就像快递小哥送快递一样，效率杠杠的！不过，如果微管出问题，细胞的运输系统就会瘫痪，真是一团糟。
2.2 中间纤维再来说说中间纤维，它们的存在就像是细胞的“护身符”。
这些纤维比微管稍微柔韧一些，像是细胞的“支架”，帮忙抵御外界的压力。
想象一下，如果没有它们，细胞就像在风中摇摆的小树，根本不靠谱！中间纤维让细胞更有韧性，稳稳地扎根在组织中，不容易被外界的冲击弄得七零八落。
2.3 微丝最后是微丝，这家伙简直就是细胞的“多面手”。
微丝主要由一种叫“肌动蛋白”的蛋白质组成，负责细胞的运动。
可以说，微丝就是细胞的“腿”，让细胞能够移动、收缩，甚至在需要的时候发起“进攻”！想象一下，细胞如同一位灵活的武林高手，微丝就是它的“内力”，让它在各种挑战中游刃有余。
3. 细胞骨架的功能细胞骨架的功能可真不少，简直就是细胞的“万事通”！3.1 维持形状首先，细胞骨架帮助细胞保持形状。
没有了细胞骨架，细胞就像一颗没有铅笔的橡皮球，软绵绵的，没个谱！而且，细胞形状的变化还可以影响细胞的功能，比如白细胞的变化让它们更容易“追捕”细菌，真是一举两得。
3.2 运输和运动其次，细胞骨架还承担了运输和运动的重任。
细胞里那些小小的“器官”，比如线粒体、内质网等，都要依靠微管来搬运，真是“车水马龙”啊。
细胞生物学细胞骨架与细胞运动
微管组织中心（microtubule organizing center, MTOCs）
阿尔茨海默氏病——大量损伤的神经元纤维（微管蛋白聚集缺陷 信号传递紊乱）
三．细胞骨架与遗传性疾病
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感谢各位的观看
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中间纤维增强细胞的强度
汇报人姓名
（五）参与染色体的运动，调节细胞分裂
参与细胞内信号传导
第二节 微 丝 microfilament , MF
存在方式: 球状肌动蛋白（globular actin, G-actin） 纤维状肌动蛋白（filamentous actin, F- actin）
形态结构：中空圆柱状结构，13根原纤维围成一周， α和β微管蛋白首尾相接，具有极性。
有三种存在形式： 单管、二联管和三联管。
三．微管结合蛋白：（microtubule-associated protein, MAP） 结合在微管表面的辅助蛋白 结构区域 功能： 碱性的微管结合区域 加速微管成核作用； 酸性的突出区域 与其他骨架纤维联系 主要类型： MAP-1（轴突和树突中） MAP-2（胞体和树突中） tau （只存在 于轴突中） MAP-4（大多数细胞中）
参与细胞连接 参与细胞内的信息传递与物质运输 维持细胞核膜稳定，与DNA的复制有关 与细胞的分化
胞质骨架三种组分的比较*
（二）微管和微丝与肿瘤化疗
长春新碱、秋水仙素（与纺锤体微管蛋白结合）— 抑制细胞增殖
细胞生物学细胞骨架
一、中间纤维的类型 ✓ 角蛋白丝：有19-22种多肽。 ✓ 结蛋白丝 ✓ 波形蛋白丝 ✓ 神经胶质丝 ✓ 神经丝
二、中间纤维的分子结构和组装 ❖形态：
❖ 中空管状纤维，长而不分支，直径约为10nm，介 于微管和微丝之间。
❖中间纤维（intermediate filament, IF）：又称 中等纤维，化学成分、种类复杂，结构独特，对 解聚微管（秋水仙素）和抑制微丝（细胞松弛素 B）的药物均不敏感，是广泛存在于真核细胞中 的第三种骨架成分。
❖ 微管蛋白GDP帽：微 管蛋白与GDP结合， 促进微管解聚、缩 短。
❖微管组织中心（microtubule organizing center, MTOC）：是微管组装的始发位置，微管的组装由此开 始。常见的MTOC：中心体、纤毛和鞭毛的基体。
❖ MTOC的作用：使微管生成和延长，控制细胞质中微管 形成的数量、位置和方向。
❖ 乳腺癌和非小细胞癌。肺癌、卵巢癌有效，对胰腺癌、胃癌、 头颈癌等也有效。
❖ 加强微管蛋白聚合作用和抑制微管解聚作用，导致形成稳定 的非功能性微管束，因而破坏肿瘤细胞的有丝分裂。
纤毛不动综合征：纤（鞭）毛中具有ATP酶活性的动力蛋白臂 缺陷或缺失，导致气管上皮纤毛和精子的鞭毛不能运动。
由于在自然条件下红豆杉生长速度缓慢，再生能力 差，所以很长时间以来，世界范围内还没有形成大规摸的 红豆杉原料林基地。1994年红豆杉被我国定为一级珍稀濒 危保护植物，同时被全世界42个有红豆杉的国家称为“国 宝”，联合国也明令禁止采伐，是名符其实的“植物大熊 猫”。
中心球
光镜结构
中心粒
1、中心粒的亚微结构
❖ 中心粒是成对的彼此相互垂直排列的圆筒状小体。 ❖ 横切面观，中心粒圆柱小体是由9束三联微管按一
细胞生物学第九讲细胞骨架
第九章细胞骨架真核细胞中由多种蛋白质纤维构成的复杂网架系统，称为细胞骨架cytoskeleton 。
广义的细胞骨架包含细胞核骨架(核内骨架、核纤层及染色体骨架)、细胞质骨架 (微丝、微管、中间纤维 )、细胞膜骨架及细胞外基质，但往常狭义的仅指细胞质骨架。
当前以为细胞骨架主要功能：① 保持细胞整体形态和内部结构有序的空间散布；②与细胞运动、胞内物质运输、能量变换、信息传达、细胞分裂、基因表达及细胞分化等生命活动亲密有关。
一、微丝 microfilament(一)组分与性质微丝的主要成分是肌动蛋白actin ，是在真核细胞中的直径为 7nm 的骨架纤维，肌动蛋白的单体是球型（ G－肌动蛋白），两股由 G－肌动蛋白联络成的单链互相螺旋环绕形成纤维型肌动蛋白（ F—肌动蛋白）。
从球型→ 纤维型的变化是自组装的，除肌肉细胞的细肌丝中的微丝以及肠上皮细胞微绒毛中的微丝是稳固的结构外，往常细胞中的微丝都是处在组装和解聚的动向之中，微丝装置拥有极性（即有正负极），并常表现出一端装置而另一端零落的踏车行为 treadmilling ，零落下来的单体进入细胞质中的肌动蛋白单体库。
对于微丝组装的适合条件是： ATP 、Mg 2+和高浓度的Na +、 K+离子；而解聚的条件是： Ca 2+和低浓度的 Na +、 K+离子。
微丝的形态是细而长，常常成束平行摆列，也有的构成疏散的网络。
在不一样种类细胞中，微丝还含有不一样种类的微丝联合蛋白，形成各自独到的结构或特定功能。
比如肌细胞中的就有肌球蛋白myosin 、原肌球蛋白和肌钙蛋白等。
肌球蛋白约占肌肉中蛋白总量的一半，由双股多肽链环绕成像“ 豆芽” 状的纤维。
再由多条肌球蛋白成束构成肌原纤维中的粗肌丝，其上外露的“豆芽”头部具 ATP 酶活性，是粗肌丝与细肌丝（肌动蛋白纤维）能临时性联合的部位（“ 横桥”），也是致使细肌丝与粗肌丝之间相对滑动的支点。
而原肌球蛋白和肌钙蛋白则是特异性附着在细肌丝（即F—肌动蛋白纤维）上的两种微丝联合蛋白，它们是以构象变化方式来调理细肌丝与粗肌丝（肌球蛋白头部）的联系。
细胞生物学 第九章 细胞骨架
中间纤维的成分与分布
IF成分比MF,MT复杂，具有组织特异性。 IF在形态上相似，而化学组成有明显的差别。
◆间纤维类型与分布
◆中间纤维蛋白的表达具有严格的组织特异性
中间纤维分类与分布
主要有6种主要类型: Ⅰ型角蛋白(酸性) Ⅱ型角蛋白(中性和碱性) Ⅲ型中间丝(波形蛋白，结蛋白，胶质纤维酸性蛋白， 外周蛋白，微管卷曲蛋白） Ⅳ（神经丝蛋白三亚基，α-介连蛋白） Ⅴ（核纤层蛋白A/C，核纤层蛋白B1；核纤层蛋白 B2) Ⅵ（巢蛋白,synemin,desmuslin) 其他
细胞内物质的运输
真核细胞内部是高度区域化的体系, 细胞中合成的 物质、一些细胞器等必须经过细胞内运输过程。这种运
输过程与细胞骨架体系中的微管及其Motor protein有关。
· Motor proteins · 神经元轴突运输的类型及运输模式 · 色素颗粒的运输
Motor proteins
目前已鉴定的Motor proteins多达数十种。根据其
中间纤维的功能
◆增强细胞抗机械压力的能力
◆角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持
◆结蛋白纤维是肌肉Z盘的重要结构组分，
对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用
◆神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用
◆参与传递细胞内机械的或分子的信息 ◆参与细胞分化
核纤层(Nuclear Lamina)
●核纤层分布与形态结构 ●成分——核纤层蛋白(Lamin) ●核纤层蛋白的分子结构及其与中间纤维蛋白的关系 ●核纤层蛋白在细胞分化中的表达 ●核纤层在细胞周期中的变化 ●功能
微管可装配成单管,二联管(纤毛和 鞭毛中),三联管(中心粒和基体中)。
装
◆装配方式
配
◆所有的微管都有确定的极性
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引言
概述
细胞骨架(Cytoskeleton)的概念
是指真核细胞中由蛋白纤维构成的，与保持细胞形态结 构和细胞运动相关的网架结构体系。
细胞骨架的功能
维持细胞形态；保持细胞内结构的有序性；与细胞运动、 物质运输、能量转换、信息传递、细胞分裂、基因表达、细 胞分化等生命活动密切相关。
概述
真核细胞中的蛋白 纤维网架体系
在装配过程中，正极装配较负极快5～10倍。
1.3.1.2 过程
微丝
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）
生长期(Growth phase) – 正端快，为负端的10倍。
平衡期(Equilibrium phase) –聚合速度=解聚速度。
动物细胞中主要的微丝结合蛋白及功能
微丝
类型
功能
调节蛋白
1. 原肌球蛋白
2. 钙调蛋白 连接蛋白
与肌动蛋白相连，调节肌动蛋白与肌球蛋白的结合。 与Ca2+结合，活化肌球蛋白轻链激酶
1. α-辅肌动蛋白 2. 纽带蛋白
参与微丝与质膜的结合 肌动蛋白纤维端点与细胞膜之间结合的中介
交联蛋白 1. 毛缘蛋白 2. 细丝蛋白 3. 血影蛋白 4. 锚定蛋白
4. 具有动态不稳定性，并在某一时刻表现为 踏车现象。
1.3.2 微丝的体内组装
1. 组装受到微丝结合蛋白的影响 2. 动态不稳定性与细胞功能相适应
微丝
动物细胞中主要的微丝结合蛋白及功能
微丝
微丝成核蛋白参与微丝的聚合
微丝
• 微丝成核蛋白 （nucleating protein）
– Arp2/3复合物：促使形成微丝网络结构，由Arp2、 Arp3和其他5种附属蛋白组成，是微丝组装的起始 复合物。
1.4.3 参与细胞运动
变形运动 (amoiboid motion) 细胞移动 (migration) 细胞的吞噬运动 (phagocytosis) 精子与卵子细胞融合时的顶体运动 血小板的变形运动 细胞膜收缩环运动（参与细胞质分裂） 肌肉细胞的收缩
微丝
Cell locomotion
细胞运动过程中力的产生
心粒等结构 z 微管为一种动态的结构，具有组装和去组装的
功能。
微管
2.2 分子组成
微管
微管蛋白：有α、β、γ 三种 组成
微管结合蛋白
2.3.1 微管蛋白（Tubulin）
微管
微管蛋白由α、β、γ 三种组成。
α、β-微管蛋白是微管的主要结构分子；
γ-微管蛋白不是构成微管主要结构成分，但它 是微管执行功能必不可少的成分。
微丝
微丝
30 seconds 5 minutes
细胞松弛素 导致微丝解聚
造成微绒毛形成茬状物，细 胞整体形态树枝状化
1.4.1 肌肉收缩
微丝
肌肉细胞利用肌动蛋白和肌球蛋白产生有 力的单向运动。 肌肉可以看作是一种特定的富含细胞骨架 的高效能量转换装置。
化学能转变为机械能
鬼笔环肽 (phalloidin) 与微丝侧面结合，防止微丝解聚。
微丝
微丝
The sliding-filament model of contraction in striated muscle.
1.4.2 维持细胞形态
微丝
细胞皮质（cell cortex）细胞膜下由微丝和各种 微丝结合蛋白交错排列组成的网状结构。具有很 高的动态性，为细胞膜提供强度和韧度，维持细 胞的形态。
2. 封端蛋白
结合于微丝(+)端，阻止G-actin加上或脱落
微丝成核蛋白参与微丝的聚合
微丝
• 微丝成核蛋白(nucleating protein)
– 成核蛋白(formin)：启动细胞内不分支微丝的形 成，共有15种；
– 共同特征: 都含有FH1和FH2同源结构域
– 当新成核的微丝纤维生长时，formin二聚体 保持结合在快速生长的正端，保护正极在延 伸过程中不受加帽蛋白的影响，并通过直接 与抑制蛋白（profilin）的结合提高延伸速度。
α、β微管蛋白
α、β微管蛋白二者形成异二聚体。
微管
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
¾ 细胞内游离态微管蛋白的主要存在形式； ¾ 微管组装的基本结构单位。
α -tubulin β -tubulin
γ 微管蛋白
微管
位于微管组织中心，对微管形成及确定微管极性 起重要作用。本身不参与微管的形成。
2.3.2 微管结合蛋白(Microtubule associated proteins, MAPs)
微丝
肌动蛋白单体是 一种具有ATP结 合位点的球形蛋 白质
1.3.1 微丝的体外组装
微丝
1.3.1.1 条件
• 一定的盐浓度（主要是Mg2+），一定的 G-actin浓度，ATP，pH>7.0 。
Mg2+、高Na+、高K+
G-actin
F-actin
Ca2+、低Na+、低K+
1.3.1.2 过程
微丝
主要参与Rho蛋白家族有关的信号转导
微丝 微管(P143) 中间纤维 细胞骨架与疾病
2.1 概述
微管
微管：microtubule，MT
z 由微管蛋白（tubulin）装配而成 z 呈中空的不分支的管状结构，在不同的细胞中具有
相同的形态，呈网状或束状分布 z 能与其它蛋白共同组装成纺锤体、鞭毛和纤毛、中
微丝
肌束 肌原纤维
微丝
肌丝
肌小节
肌细胞
粗肌丝
微丝
细肌丝
肌小节结构示意图
细肌丝
肌动蛋白 actin 原肌球蛋白 tropomyosin 肌钙蛋白 troponin
微丝
粗肌丝
肌球蛋白(myosin)
微丝
• 形态：由轻链和重链组成。 豆芽状：两个椭圆形的头部，一根长杆状的
尾 – 头部：ATP酶活性位点, actin结合位点；
1.4.5 参与物质运输和信息传递
微丝
内质网沿细胞皮质的运动 神经细胞来源的囊泡可以沿微丝运动
但动物细胞中微丝较短 介导的运动的广度较小
微丝
小结
1. 微丝的定义 2. 微丝的化学组成 3. 微丝的组装 4. 微丝的生物学功能
微丝
参与信息传递
微丝
细胞外的某些信号分子与细胞膜上的受体结 合，可触发膜下肌动蛋白的结构变化，从而启 动细胞内激酶变化的信号转导过程。
假说二： 通过微丝的装配将质膜向前推进
微丝
微丝
细胞运动过程中力的产生
假说一： 通过微丝的装配将质膜向前推进
微丝
微丝
微丝
精子与卵子融合时的顶体运动过程结构模式图
Platelets change shape during blood clotting
1.4.4 参与细胞分裂
微丝
收缩环由大量反向平行排列的微丝组成，其收缩 机制是肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动。
ATP帽
肌动蛋白存在方式:
G-actin F-actin
微丝
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)
1.3.1.2 过程
微丝
1.3.1.3 踏车现象（treadmilling）
正极的肌动蛋 白聚合速率等 于负极的解聚 速率时，踏车 现象出现
微管结合蛋白与疾病
Tau蛋白与神经退行性变 （Alzheimer’ disease, AD）
黄手环行动
微管
微管结合蛋白与疾病
Tau蛋白与神经退行性变
微管
2.3 微管的类型
微管
不稳定：单管。管壁由13条原纤维包围而成，长 短不一。微管外径为25nm，内径为 15nm。
稳定：二、三联管。见于特化的细胞结构，如鞭 毛、纤毛、中心粒、基体等。
微管
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。
主要功能：调节微管装配；增加微管的稳定性 和强度；影响微管的结构和功能；在细胞内沿微 管转运囊泡和颗粒；作为细胞外信号的靶位点参 与信号转导。
α、β微管蛋白
微管
结合位点
GTP或GDP 秋水仙素 长春碱 紫杉醇 二价阳离子
为细胞内组分的运动提供 动力，使它们能够沿着肌动蛋 白纤维和微管朝向两极运动的 一种蛋白质。
目前已鉴定的马达蛋白多 达数十种。根据其结合的骨架 纤维以及运动方向和携带的转 运物不同而分为不同类型。
The coupling of ATP hydrolysis to movement of myosin along an actin filament.
–尾部：由两条链相互盘绕形成一个双股 螺旋
微丝 由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程
1. 动作电位的产生 2. Ca2+的释放 3. 原肌球蛋白位移 4. 肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动 5. Ca2+的回收
肌球蛋白(myosin)
微丝
目前已知的唯一沿肌动蛋白进行运动的马达蛋白
马达蛋白 Motor proteins
特异性药物
微丝
1. 细胞松弛素(cytochalasins)：可以结合在微 丝正极,阻抑肌动蛋白聚合, 导致微丝解聚。
2. 鬼笔环肽(philloidin)：只与F-actin结合以稳定 微丝防止微丝的解聚。
1.4 微丝的生物学功能
1. 肌肉收缩 2. 维持细胞形态 3. 细胞运动 4. 参与细胞分裂 5. 参与物质运输
微丝
微丝成核蛋白参与微丝的解聚