第十章-细胞骨架

肌动蛋白组装过程中发生的踏车行为
微丝的组装
（三）影响微丝组装的特异性药物
细胞松弛素（cytochalasin）：一组真菌的代谢产物，切断 微丝，结合末端，阻抑聚合，对解聚无明显影响，用于是 破坏微丝网络，阻止细胞运动。
鬼笔环肽（phalloidin）：一种毒蘑菇产生的双环杆肽，只 与F-肌动蛋白结合，阻止微丝解聚，保持微丝稳定，用于显 示微丝分布，阻止细胞运动。
第十章 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
细胞骨架（cytoskeleton）
定义：存在于真核细胞中、由蛋白质亚基组装而成的纤 维状网络体系，主要包括微丝（microfilament, MF）、 微管（microtubule, MT）和中间丝（intermediate filament, IF）等结构组分。
微丝功能 几乎与所有形式的细胞运动有关，诸如参与细胞变形
运动、胞质分裂、吞噬作用、细胞迁移、肌肉收缩以及 细胞内物质运输等活动。
一、微丝的组成及其组装
（一）微丝的结构与成分
结构成分：肌动蛋白（actin）。 ①球状肌动蛋白（G-actin）：肌动蛋白单体； ②纤维状肌动蛋白（F-actin）：由多个单体组装而成。
肌动蛋白单体： 球状，但中间有一裂缝。裂缝内部有1个核苷酸（ATP或
ADP，但常为ATP ）的结合位点和1个二价阳离子（Mg2+ 或Ca2+，但常为Mg2+）的结合位点。
肌动蛋白和微丝的结构
Mg2+
微丝是一条 直径约为7 nm的扭链， 由肌动蛋白 单体组装而 成。
微丝的特性
微丝在结构上具有极性：在整根微丝上每一个单体上的裂 缝都朝向微丝的同一端，从而使微丝在结构上具有极性。具 有裂缝的一端为负极，而相反一端为正极。 在哺乳动物和鸟类中至少已分离到6种肌动蛋白：
α-辅肌动蛋白交联形成的微丝束相邻的纤维之间比较宽松， 肌球蛋白可以进入与微丝相互作用，这种类型的微丝束是可 收缩的。
细丝蛋白将微丝交联成网状或凝胶样结构。
5. 割断及解聚蛋白
凝溶胶蛋白（gelsolin）可能将较长微丝切成片段，使肌动 蛋白由凝胶状态向溶胶状态转化。微丝片段的形成或加速微 丝的解聚或加速微丝的组装。
临界浓度（Cc）：当纤维正极组装的速度与负极解聚的 速度相同即纤维的长度保持不变时，组装体系中肌动蛋 白单体的浓度称为临界浓度。
踏车行为（treadmilling）：在体外组装过程中有时可以 见到微丝正极由于肌动蛋白亚基的不断组装（添加）而 延长，负极则由于肌动蛋白亚基去组装（解聚）而缩短， 这种现象称为踏车行为。
白单体或肌动蛋白丝结合的蛋白，对微丝的组装、物理
性质及其功能具有调控作用。
根据微丝结合蛋白作用方式的不同，可将其分成如下
几种类型：
1. 肌动蛋白单体结合蛋白；
2Βιβλιοθήκη Baidu 成核蛋白
3. 加帽蛋白；
4. 交联蛋白
5.割断及解聚蛋白
1. 肌动蛋白单体结合蛋白
胸腺素β4: 43个氨基酸残基组成的小肽，主要与（带ATP的） 肌动蛋白单体结合并封闭其聚合位点，使单体隔离，阻断微丝 的正、负极两端的组装。
功能： ① 为细胞提供结构支架； ② 维持细胞形态； ③ 负责生物大分子和细胞器转运和极性分布； ④ 细胞分化； ⑤ 细胞运动等。
细胞骨架的基本类型及其分布
• A：微丝 • B：微管 • C：中间丝 • D：三种细
胞骨架结 构的叠加
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, F-actin），是真 核细胞中由肌动蛋白单体组装而成的，直径为7 nm的纤 维状结构。
前纤维蛋白（抑制蛋白） （profilin）: 主要与肌 动蛋白单体底部（正极 端）结合，阻断负极端 的组装，相对促进正极 端的组装。
2. 成核蛋白：成核过程受Arp2/3复合物和形成蛋白等的催
化。
Arp2/3可启动肌动蛋白的成核
过程，新的肌动蛋白亚基在
正极端加入，而Arp2/3复合物
+
则位于纤维的负极端；
Ca2+(解聚）；ATP、Mg2+、 Na+ 、 K+(组装）。 肌动蛋白单体组装成微丝的过程： ① 缓慢成核期：缓慢形成一段可供肌动蛋白继续组装的 寡聚体（至少2~3个单体）； ② 快速延长期：肌动蛋白单体具有ATP酶活性，可利用 水解ATP释放的能量来快速组装单体。 ③ 稳定期：即组装与去组装的肌动蛋白数目相当，微丝 的长度保持不变。
丝切蛋白/肌动蛋白解聚因子（cofilin/ADF）能与肌动蛋白 单体或微丝结合，提高微丝的解聚速度。
三、微丝的功能
微丝除参与形成肌原纤维外还具有以下功能：
1．形成应力纤维（stress fiber）：结构类似肌原纤维，
使细胞具有抗剪切力。
培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色）
2．形成微绒毛：微绒毛(microvillus)是肠上皮细胞的指状
二、微丝网络结构的调节与细胞运动
（一）非肌肉细胞内微丝的结合蛋白 （二）细胞皮层 （三）应力纤维 （四）细胞伪足的形成与细胞迁移 （五）微绒毛 （六）胞质分裂环
（一）非肌肉细胞内微丝的结合蛋白
细胞内微丝网络的组织形式和功能通常取决于与其结
合的微丝结合蛋白，而不是微丝本身。
肌动蛋白结合蛋白（actin binding protein）：与肌动蛋
Arp2/3复合物可结合在微丝的
中部启动分支的组装，促进
微丝网络的形成。
3. 加帽蛋白：与微丝的末
-
端结合从而阻止微丝解聚或
过度组装的蛋白。
微丝的成核与加帽
4. 交联蛋白：决定微丝排列成束状还是网状。
丝束蛋白（fimbrin）和绒毛蛋白（villin）等交联而成的 微丝束为紧密包装型，肌球蛋白不能进入，因而没有收缩能 力。
4种为α-肌动蛋白； 2种为β-肌动蛋白和γ-肌动蛋白。 肌动蛋白在进化上高度保守但功能上差异大：具有很高的 同源性，但微小的差异可导致功能变化。 微丝与微丝结合蛋白互作：在细胞内，多种微丝结合蛋白 与微丝的表面相互作用，调节微丝的结构和功能。
（二）微丝的组装及其动力学特性
微丝的组装与去组装与肌动蛋白的状态、离子（种类、 浓度）有关。