第九章 细胞骨架(cytoskeleton)

类型
异二聚体上有秋水仙素和长春花碱的结合位点
（三）微管相关蛋白（MAP） 各种微管均由α、β微管蛋白异聚体组装，其结构与功能的差异主要取决 于MAP的不同，包括MAP1、MAP2、MAP4、tan蛋白 （1）t蛋白：存在于神经的轴突中，具有热稳定性，加速聚俣，稳定微 慢； （2）MAP：相对分子质量为270X103，杆状，对热敏感，存在于神经轴 定树突； （3）MAP2：存在于神经树突出，在徽管间及徽管子中间纤维同形成横 桥，使微管成束，与CAMP依赖性蛋白激酶高度亲和，二者结合，MAP2→ 磷酸化→抑制微管装配 （4）MAP4相对分子质量200X103 ，广泛存在于各种细胞中，具高度热 稳定性； （5）微管附属结构：纤毛、鞭毛中的动务蛋白臂，纤毛动力蛋白臂由9 条多肽链构成，具ATP酶活性，是马达蛋白，为纤毛鞭毛的运动提供动 力。 （四）微管的特性 1、自我装配 装配受微管浓度、PH值和温度影响←体外装配条件 （1）α、β微管有很强亲和力，二聚体存在，达到一定浓度→装配 （2）PH 6、9
associated protein）
→在结构和功能上与中间纤维有密切联系，但其本身不是IF结构组分的
Pr
确定IFAP的标准
（1）在cell内与中间纤维共分布；
（2）抗高盐与非离子去垢剂抽提；
（3）与IF经历相同的解聚与重组周期；
（4）在体外能与IF结合。
大约有15种（迄今为止）（P260白素）
IFAP特性
害。
（六）微管的功能
1、维持细胞的形态
细胞的形态是由微管及其他细胞骨架成分维持。
如：脊椎动物的细胞呈双面凸的椭圆形，这种形状是靠质膜下的微管来
维持的，如用秋水仙素处理→细胞变圆。
另外，微管在纤毛、鞭毛、轴突的形成和维持中也有重要作用。
2、细胞内运输
（1）神经元轴突运输
两种蛋白：a、驱动蛋白：利用ATP向（+）极运输小泡
（1）具有IF类型特异性
（2）IFAP的表达有细胞专一性
（3）不同的IFAP可能存在于同一细胞中，与不同的IF组织状态相联系
（4）某些IFAP的表达与缰胞的功能和发育状态有关
功能：大多IFAP的功能尚不清楚
（5）中间纤维的组织及动态变化
（6）IF与细胞分化
｝研究中（自学）
（7）IF在生物进化中的起源
a——辅肌动蛋白
200KD 粘着两条肌动Pr丝，横连成束
组蛋白：116KD——另外使actin同质膜相联
其它蛋白还有：
titin
mebulin
dystrophin
（伴肌动蛋白）
（肌营养不良蛋白）
细肌丝的分子结构（图9-4）
→Fig 10-4
2、非肌细胞中的MFC结合蛋白
肌球Pr 原肌球Pr a——辅肌动Pr 未发现肌钙Pr
H band 原肌球蛋白（tropomyosin Tm） 5-10% 64KD 长40nm 两条多肽链形成â-螺旋 肌动蛋白：Tm=7:1结合细肌丝 肌钙蛋白：（troponin Tn） 80KD
3个亚基
CapI:
32KD
｝ 2个亚基存在于2线
(封端蛋白) 36KD
结合于actin的（+）报，防止ac+in解聚
Pr复合物（ATP→ADP+Pr）（肌球蛋白头部与缰胞丝的结合部位）
肌球蛋白头部去磷酸化→向M倾向拉动细肌丝
→头部构象变化→向M方向倾斜→肌动蛋白丝被移动→ATP复合物→头部
离开actin→F-循环（10nm/ATP 50-100次/s ）→冲动结束→肌质网透
性降低→钙泵回收Ca2+→Ca2+同内表面隐钙蛋白相结合→收缩结束
不同的MF含有不同的MF结合蛋白→独特结构 1、肌肉收缩中的有关蛋白 肌球蛋白：（myosin）：450KD
——4条多肽链
——分子结构
HMM
分子结合 360KD LMM
HMM-S1 头部20nm ATPase 活性，构成组份的横桥与肌动蛋白
HMM-S2 尾部130nm φ=2nm 150KD
分子排列方式：平行交错排列→粗肌体 尾一尾相对 4000 个分子/粗肌体
例：死后僵直，即因ATP耗尽之故
肌肉收缩中ATP的来源
ADP+磷酸肌酸 磷酸肌酸酶
ATP+肌酸
耗尽后→反馈调节→呼吸速率→糖酵解
肌酸使肌肉酸痛，饮用功能型饮料（包含碱性电解质）可
中和
2、微绒毛
3、应力纤维
——是真核细胞中广泛存在的微丝束结构
MF平行排列组成（同肌原纤维类似）
actin myosin tm α-辅肌动Pr
极性
有
有
无
装配方式
踏车运动
踏车运动
逐级装配，
极性聚合
特异性药物
秋水仙素
鬼白素等 细胞松驰素鬼笔环肽等 无
运动相关的 驱动蛋白、
主要结合蛋白 胞质动力蛋白
肌球蛋白
无
主要功能
细胞运动
形状维持
骨架作用
支持作用
变形运动
细胞连接
胞内运输
胞质环流
信息传递
细胞分裂
（广义）——核基质、核纤层、核孔复合体
70年代中期开始研究
→纺锤体与微管 （1）动粒微管 动粒→两极 （2）极微管 两极发出在缍体中部互相重叠的MT （3）星体微管 组成星体的微管 （4）基粒与中心粒
中心体是动物细胞中主要的微管组织中心，由一对垂直的中心粒及周围 基质构成。 基粒——鞭毛和纤毛根部的类似结构 F-actin平行排列，且有与膜相连 为cell膜提供强度和韧度，维持细胞形状
（8）功能 很不清楚，因为未找到一种IF的特异性工具药，基于形态
学观察推测可能：支架作用，cell核定位，参与传递cell内机械
或分子的信息（核→膜与MRNA运输有关）。
IF核功能假说。
（P263自学）
回顾：细胞质骨架（or自学）
第二节 细胞核骨架
一、核基质
细胞核骨架——存在于真核细胞内的以蛋白成分为主的纤维网架体系
I——III型顺序上相似
IV与I-III型有较大差别
基因表达具有严格的组织特异性
调控可能是在转录和转录后水平，规律尚不清
（三）装配
亚基→α-螺旋
反向（or 顺向）平行
｝双股超螺旋（二聚体）→
亚基→α-螺旋
排列平交错
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四聚体（→八聚体）→厚纤维→8根原纤维→10mm IF（圆柱状）
→P239
（四）中间纤维结合蛋白（IFAP intermedicte filanent
（四）MF特异性药物
细胞松弛素：防止聚合，对解聚无影响，破坏MF三维结构。
作用机制：切断微丝并结合在微丝的“+”，抑制组装，导致解聚矸受
MF功能。
鬼笔环肽：抑制解聚使actin稳定
只与F-actin结合，不与actin结合，研究微丝的分布。
（五）功能
肌肉收缩，变形运动，胞质分裂，信号传递，形态维持
1、肌肉收缩
第一节 细胞质骨架 一、微丝（micorfilament MF） 又称激动蛋白纤维，真核cell中由肌动蛋白组成，d为7nm的骨架纤维。
（一）成份： 肌动蛋白：43KD 哑铃状，存在于所有真核cell 中 （哺孔类、鸟类）6种
ß、r肌动蛋白在肌肉及非肌cell中
基因由同一祖先基因进化而来
（二）装配
→Fig10-6
→Fig10-8
赫蛋黎和汉森（Hoxley and hanson）1959年提出：
N冲动→N末梢→突触小泡破裂→释放乙酰胆碱→与肌膜受体结
合→肌膜去报化→动作电位→横小管系统→肌质网端池膜→端池膜透性
改变→释放Ca2+（106-10-5m）→肌钙P r结合→构象变化→原肌球蛋白
位移→暴露结合部位→此部位同肌球蛋白头部结合→横桥接触→肌动球
②装配程序：α+β→异二聚体→首尾胡接→反纤维→片层 1根 短
管→一端继续添加二聚体→微管延长 方式：踏车运动：一定条件下，微管一端发生装配，微管延长，另端解 聚，微管缩短。 ∴微管化体内的装配与解聚在时空上高度有序微管与微管蛋白单体处于
相对平衡 某些细胞有永外性的生物：纤毛、鞭毛。 2、微管组织中心（MTOC） 微管装配发生的区域——MTOR 动物cell中：中心体是主要的微管组织中心。 高等植物cell中无中心体，但仍能形成纺缍体。 3、极性 α和β异二聚体按一定的方向排列成微管，（1）从而使微管具一定的极 性，微管的极时由本身的分子结构决定 β（+） γ（一）。 （2）微管和生长有极性，其生长是通过向远离MTOC端不断添加异二聚
（3）离子浓度 [Ca2+]↑→微管解聚，内质网小泡回收Ca2+→微管装
配
（4）Mg2+ GTP 每一异二聚体上均有GTP Mg2+结合位点，可同1个
GTP，1个Mg2+结合
异二聚体 +GTP 构象改变→聚合成微管+GDP ∴当微管两端的微管蛋白具GTP帽→装配
GDP帽→解聚 （2）体内微管装配动态 ①多余的微管蛋白单体+核糖体→微管蛋白的RNA解体
各种运动
5、胞质分裂环 在细胞分裂末期，actin与Myosin相对滑动
二、微管（microtuble）MT（参见旧教案） 功能：1、支架 2、细胞壁 3、鞭毛、纤毛 4、有丝分裂器 5、细
胞内运输 例：N轴突运输 MT可作为高尔基体和其它小泡及颗粒运输的轨道2nm/s 驱动蛋白：向（+）极运输小泡，水解ATP。 胞质动力蛋白：向（-）极运输。 →Fig 10-12 三、中间纤维（IF） 60年代中期：10nm介于粗细纤维，故称中间器 （一）成分：5类 →F4b 10-3 具高度同源性，来源于同一基因家族
体，微管蛋白的添加、释放，主要发生在“+”报。 微管的延长主要靠在”极组装GTP微管蛋白 （五）微管的特异性药物 1、抑制微管且装的药物 秋水仙素（秋水酰胺） 原理：形成蛋白异二聚体 鬼曰素——秋水仙素的竞争性抑制剂 原理：形成蛋白异二聚体——药物的综合物，改变异二聚体的结构，防 止异二聚体的添加 长春花碱 2、稳定微管的药物 柴相百分、重水——促微管的装配，但会使细胞分裂停滞在分裂期，有
第九章 细胞骨架（cytoskeleton）
主要内容： 1、 细胞骨架的概念 2、 MT、MF、ZF的结构，组成及功能 3、 核骨架及染色体骨架的结构组成 概述： cytoskeleton-真核细胞中的蛋白纤维网架体系
细胞质骨架：MT、MF、IF 狭义
微梁
广义
功能
形态观察→分子水平
1928年，kiotzoff最初提出，1963年采用戌二醛固定后，才发现其存 在。
具收缩功能
同附着有密切关系，形态发生，细胞分化，组成形成
4、胞质溶胶 ——cell膜下有一层富含肌动蛋白纤维的区域，称为胞质溶胶 二、微管（micrdtubwle）MT （一）形态结构 微管是细胞质中由微管蛋白组装成的细长而有刚性的圆管状结构，广泛 存在于各种真核细胞中，与维持细胞形态、细胞运动及细胞分裂有关。 内径φ-15nm 外径φ=24nm 壁厚约5nm 中空结构 与其它蛋白共同装配成仿缍体、基核、中心粒、鞭毛、纤毛、轴突、神 经管等 （二）成分
与DNA复制 ＲＮＡ转录、加工、染色体组装、病毒复制
有关
（一）形态结构
一种精细的纤维网络
骨架纤维直径：3-30nm 单丝：3-4nm
（二）成分
核骨架蛋白
结构
IF Pv
Fig 10-17 近年中间纤维新的分类： I——酸性角蛋白 II——中性和碱性角蛋白 III——波彤纤维Pr、结Pr胶质纤维性Pr IV——神经无纤维蛋白 V——核纤层Pr VI——nestin（存在于N干cell中）（巢蛋白） （二）中间纤维Pr基因 中间维维Pr基因含有内含子/外量子结构 同型的基因几乎一致
b、胞质动力蛋白 ：驱动向（-）极的运输
MT可作为高尔基体和其它小泡及颗粒运输的轨道 2nm/s
（2）色素颗粒的运输
如变色龙 在皮肤和鱼类的鳞片中含特化的色素细胞
细胞中色素颗粒
MT 细胞各处颜色变深
（3）鞭毛和纤毛的运动
细胞表面特化结构，可运动，结构基本相同“9+2”
→PPt 10-14（纤毛运动中的微管滑动机制） 4、纤维单体与染色体运动
（狭义）——指核内基质（细胞核内除核膜、核纤层、染色质、核仁和核
孔复合体以外的纤维蛋白成分为主的纤维网架体系
三种纤维的主要特征及差异主要特征
微管(MT)
微型（MF） 中等纤维（IF）
直径
25nm
7nm
10nm
基本构件分子 α、β微管蛋白 肌动蛋白 中间纤维蛋白
构件分子大小
50KD
43KD
40-200KD
球形肌动蛋白（G-actTon）头→尾相接 纤维形肌动蛋白CF-）
有极性（+极较-极快）
微丝是由一条肌动蛋白单体链形成的右手螺旋
踏车行为（tread miwing）
体外装配 F-action
G-acton
体内装配：装配取决于（1）单体的浓度；（2）成束，成网的程度； （3）微丝结合蛋白的调节 （三）MF结合蛋白（naicrofilament associated pvotein）