细胞骨架总结

第九章：细胞骨架

概述：

1. 细胞骨架：细胞内以蛋白质纤维为主要成分的网络结构，主要包括微丝（MF），微管（MT），中间纤维（IF）

2. 微丝：分布在细胞质膜的内侧，确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩；

微管：主要分布在核周围，并呈放射状向胞质四周扩散，确定膜性细胞器的位置和作为膜泡运输的轨道；

中间纤维：分布在整个细胞，使细胞具有张力和抗剪切力

3. 广义的细胞骨架还包括：核骨架，核纤层，细胞外基质。形成贯穿细胞核，细胞质，细胞外的一体化网络结构

第一节：微丝

微丝：由肌动蛋白组成的直径约为7nm的骨架纤维，又称肌动蛋白纤维

微丝和结合蛋白，肌球蛋白构成化学机械系统，利用化学能产生机械运动

一. 微丝的组成及其组装

1. 肌动蛋白分类（根据等电点）：α：分布于各种肌肉细胞

β、γ：分布于肌细胞和非肌细胞

2. 肌动蛋白存在形式：单体：球状肌动蛋白（G-actin）

多聚体：纤维状肌动蛋白（F-actin）

3. 形态结构：

actin单体外观呈哑铃形，其上有3个结合位点：1个为ATP结合位点，2个为结合蛋白结合位点

F-actin是由两条线形排列的肌动蛋白链形成的螺旋，有极性

4. 组装与去组装：

（1）通常只有结合ATP的肌动蛋白单体才能参与微丝的组装

（2）Ca2+浓度适当，Na+、K+浓度低时：微丝趋于解聚

含有ATP、Mg2+以及高浓度Na+、K+时：微丝趋于组装

（3）微丝正极组装速率快于复极

（4）细胞松弛素：与微丝结合后切段微丝，并结合在末端，抑制聚合，但不影响解聚鬼笔环肽：抑制解聚

二. 肌球蛋白

1. 分子马达：指依赖于微管的驱动蛋白、动力蛋白和依赖于微丝的肌动蛋白这三类蛋白质家族成员。他们既能与微丝或微管结合，又能与一些细胞器或膜状小泡特异性结合，并利用水解ATP所产生的能量有规律地沿微管或微丝等细胞骨架纤维运输“货物”

2. 肌动蛋白的马达结合域包括：1个微丝结合位点；1个具有ATP酶活性的ATP结合位点

3. 由1个重链和几个轻链组成，有三个结构域：

①头部结构域：最为保守，为马达结构域，负责产生力

②颈部结构域：为α-螺旋，通过同钙调素或类似钙调素来调节轻链亚基结合，来调节头部的活性

③尾部结合域：决定同膜结合还是同其他尾部结合

4. 分类：肌球蛋白Ⅱ：为肌肉收缩和胞质分裂提供力

肌球蛋白Ⅰ、Ⅴ：涉及细胞骨架和膜之间的相互作用

5. 滑动模型：单个ATP分子水解同肌球蛋白运动的一次循环相偶联。肌球蛋白的头部随ATP 的结合和水解不断产生构型的变化，从而引起在微丝上的移动

三. 微丝的功能

1. 构成细胞的支架，维持细胞的形态：细胞皮层、微绒毛、应力纤维

2. 作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩：

肌肉的组成由肌原纤维组成，肌原纤维包括粗肌丝和细肌丝，粗肌丝主要成分是肌球蛋白，细肌丝的主要成分是肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白。

肌肉收缩的基本单位是肌小节。肌小节是相邻两Z线间的单位

3. 参与胞质分裂：收缩环或缢环

4. 参与细胞运动：①微丝纤维生长，使细胞表面突出，形成片足；

②在片足与基质接触的位置形成粘着斑；

③在肌球蛋白的作用下微丝纤维滑动，使细胞主体前移；

④解除细胞后方的粘和点。如此不断循环，细胞向前移动。

5. 参与细胞内物质运输：色素颗粒的运输

6. 参与细胞内信号传递

第二节：微管

一. 微管的化学组成和形态结构

1. 基本构件：微管蛋白异源二聚体：α、β微管蛋白组成

2. 微管蛋白二聚体上GTP结合位点：

①1个在α亚基上，不可逆；

②1个在β亚基上，GTP能被水解为GDP，又称可交换位点（E位点）

3. 微管壁由13根原纤维构成

4. 微管有极性，组装快的为正极

5. 微管可装配成单管、二联管和三联管

二. 微管结合蛋白（MAPs）是结合在微管表面的辅助蛋白

1. MAP分子至少包含一个结合微管的结构域和一个向外突出的结构域。突出部位伸到微管外与其它细胞组分（如微管束、中间纤维、质膜）结合

2. 主要功能：①促进微管组装；②增加微管稳定性；③促进微管聚集成束

三. 微管的组装

1. 微管的体外组装

（1）组装不需要GTP，但是二聚体加入微管后，GTP会被水解为GDP。去组装后需要再次结合GTP才能作为组装的构件

（2）体外组装分为成核，延长两步，成核为限速步骤

（3）两个因素决定微管稳定性：①游离微管蛋白浓度：浓度越高，组装越快

②GTP水解的速度：速度越慢，微管趋于组装

2. 微管的体内装配

微管装配的起始点是：微管组织中心（MTOC）——存在于细胞质中决定微管在生理状态或实验处理解聚后重新组装的结构

（1）结构：都具有γ微管球蛋白

（2）举例：动物细胞：中心体

纤毛、鞭毛：基体

真菌：纺锤极体

（3）功能:是微管进行组装的区域；决定微管生长的方向。靠近MTOCs一端生长慢，为负端

3. 影响微管组装与去组装的因素

（1）微管的α亚基乙酰化和去酪氨酸作用：使微管趋于稳定

（2）微管特异性药物：抑制微管组装的药物：秋水仙素，长春花碱

稳定微管的药物：紫杉酚

四. 微管的功能：

1. 参与构成细胞的支架，维持细胞的形态

2. 作为纤毛和鞭毛的组成部分，参与纤毛和鞭毛运动

3. 参与细胞内物质运输，是胞内物质运输的路轨：神经元轴突运输、色素颗粒运输

涉及两大类马达蛋白：驱动蛋白，动力蛋白。均需ATP供能

4. 维持细胞器的位置，参与细胞器的位移

5. 参与染色体的运动，调节细胞分裂

6. 参与细胞内信号转导

第三节：中间纤维

一. 中间纤维的化学组成和形态结构

共同的结构域结构：1个α螺旋的中间区，2侧是球形的N端和C端

1. 中间杆状区很保守：分为4个螺旋区，3个间隔区

2. 头部和尾部高度可变

二. 中间纤维的组装

1. 过程：①两个单体以相同方向形成超螺旋二聚体（二聚体有极性）

②两个二聚体反向平行组装成四聚体（四聚体没有极性）

③四聚体组成原纤维；

④8根原纤维组成中间纤维

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

三. 中间纤维的功能

1. 中间纤维提供细胞的机械强度作用

2. 中间纤维维持细胞和组织完整性的作用：角蛋白纤维：参与桥粒、半桥粒的形成和维持

核纤层：维持细胞核膜稳定

3. 中间纤维与DNA复制有关：核纤层蛋白

4. 中间纤维与细胞分化及细胞生存有关：上皮细胞的分化和生存，角质蛋白