细胞骨架

这些小分子蛋白与actin单体结合，阻止其添加到微丝 末端，当细胞需要单体时才释放，主要用于actin装配 的调节，如thymosin（血小板或嗜中性白细胞参与血 管创伤、受精时的顶体反应）、proflin（细胞膜上参与 细胞外刺激）等（表9-1）。
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微丝结合蛋白
微丝结合蛋白
截断蛋白
单体隐蔽蛋白
1、体外装配方式---分为3个时期：成核期、延长期
– 成核期
• α-微管蛋白和β-微管蛋白形成αβ二聚体，αβ二聚体先形成 环状核心(ring)，经过侧面增加二聚体而扩展为片状螺旋带 ，αβ二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维(protofilament) 。当螺旋带加宽至13根原纤维时，即合拢形成一段微管。
微丝：microfilament，MF，又称为肌动
蛋白纤维（actin filament），是指真核细
胞中由肌动蛋白组成，直径为7nm的骨架
纤维，每圈螺旋36nm。
（一）成分 肌动蛋白 是微丝的结构 成分。单体外 观呈哑铃铛状， 其三维结构见 图10-1A。
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根据等电点分为3类：α分布于肌肉细胞；β和γ分
培养的上皮细
胞中的应力纤
维（微丝红色、 微管绿色）
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应力纤维
（四）、细胞伪足的形成与迁移 运动
1、肌动蛋白聚合伸出伪足
2、伪足与基质间形成新的锚定位点
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3、胞质溶胶向前流动
成纤维细 胞爬行： 变皱膜运 动
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（五）、微绒毛
是肠上皮细胞的指 状突起，用以增加 肠上皮细胞表面积 ，以利于营养的快 速吸收。但不含肌 球蛋白、原肌球蛋 白，因而无收缩功 能。
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动态调节机制：踏车模型和非稳态动力学模型 踏车模型：微管结构具有极性，（+）极的最外端 是β ，（-）极的最外端是α ，二者添加异二聚体 的能力不同。初期，游离的微管蛋白二聚体浓度 高，在（+）极的添加速度高于（-）极，微管趋 于延长，随着游离的微管蛋白二聚体浓度的下降， （+）极的添加速度与（-）极的解聚速度达到平 衡，微管长度相对恒定。
（二）基体和其它微管组织中心 分裂细胞----有丝分裂纺锤体（动态微管） 鞭毛（纤毛）----基体（永久性微管） 基体与中心体一样可以自我复制
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四、微管的动力学性质
Fig. 10-31 Microtubule dynamics in a living cell. A fibroblast was injected with tubulin that had been covalently linked to rhodamine, so that approximately 1 tubulin subunit in 10 in the cell was labeled with a fluorescent dye. Note, for example, that microtubule #1 first grows and then shrinks rapidly, whereas microtubule #4 grows continuously. (P.J. Sammak et al., Nature 332: 724-736)
布于肌细胞和非肌细胞。
在哺乳动物和鸟类细胞中至少已6种肌动蛋白，4
种称为肌动蛋白，另外两种为肌动蛋白和肌动
蛋白。
actin在进化上高度保守，酵母和兔子肌肉的肌动
蛋白有88%的同源性。
10
微 丝 的 结 构
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（二）微丝的组装及动力学特征
MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单
体具有极性，装配时呈头尾相接, 故微丝具有极性
Arrangement of protofilaments in singlet, double, and triplet MTs
Singlet Double Triplet
A
A
B
B
In cilia and flagella
C
In centrioles and basal bodies
二、微管的组装与去组装
– 延长期
• 细胞内高浓度的游离微管蛋白使微管聚合速度习快于解聚 速度，新的二聚体不断加到微管的端点使之延长。
所有的微管都有确定的极性。 （-）αβ →αβ→ αβ（+） 细胞内由微管构成的亚细胞结构也是有极性的。 微管的加上和释放主要发生在（+）极，延长主要 依靠在（+）极装配GTP微管蛋白 低温、高的钙浓度使装配平衡趋向于解聚，另外 微管蛋白浓度、最适pH及能量也影响

Ca2+的回收
第二节 微管及其功能
微管：microtubule，是存在于真核细 胞中由微管蛋白装配成的长管状细胞器 结构，平均外径为24nm，内径15nm ，通过其亚单位的装配和去装配能改变 其长度。 微管在胞质中形成网络结构，作为运输 路轨并起支撑作用。对低温、高压、秋 水仙素等药物敏感。
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37
肌肉的超微结构
肌肉由肌原纤维组成，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（sarcomere）。肌小节 是相邻两Z线间的单位。主要结构有： – A带（暗带）：为粗肌丝所在。 – H区：A带中央色浅部份，此处只有粗肌丝。 – I带（明带）：只含细肌丝部分。 – Z线：细肌丝一端游离，一端附于Z线。
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非稳态动力学模型： 动力学不稳定性产生的原因： 微管两端具GTP帽(取决于微管蛋白浓度)， 微管将继续组装，反之，形成GDP帽则解聚。
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微管装配的非稳态动力学模型
（二）、作用于微管的特异性药物
秋水仙素：colchicine，阻断微管蛋白装配 成微管，可破坏纺锤体结构。在二聚体上有 其结合位点，改变或封闭微管蛋白。与鬼臼 素竞争 长春花碱：作用同上，但结合位点不同。与 美登木竞争 紫杉酚：taxol，促进微管装配，并使已形成 的微管稳定。但其稳定作用对细胞是有害的， 使细胞停止于有丝分裂期。
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胞质环流
原因：由于一些成束的微 丝分布在含有大量交织微 丝网架的凝胶层表面，而 内质溶胶中游离的或与一 些颗粒结构相连接的肌球 蛋白分子沿着微丝束产生 滑动，从而带动整个胞质 的环流。
（三）应力纤维
广泛存在于真核细胞，与细胞对基质的附着、维持 细胞扁平铺展的形状有关，使细胞具有抗剪切力 成分：肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和-辅 肌动蛋白。介导细胞间或细胞与基质表面的粘着。
第十章
细胞骨架
细胞骨架是指真核细胞中的蛋白质纤维网架
体系。广义的细胞骨架包括细胞核骨架、细胞质
骨架、细胞膜骨架和细胞外基质；狭义的细胞骨
架指细胞质骨架，由微丝、微管、中间纤维和微 梁组成。 细胞骨架与其它细胞器明显不同，具有弥散 性、整体性和变动性是其鲜明的特点。
3
4
细胞骨架的功能
作为动态支架，提供结构支撑，决定细胞形状，抵 抗细胞变形 作为细胞内一种框架结构，定位细胞器，从而决定 细胞的极性 作为细胞内的高速公路网，指导物质和细胞器在细 胞内的运动 作为细胞的产力装臵，使细胞的迁移行为得以完成 作为细胞有丝分裂装臵的必需组分，参与细胞分裂 的完成
细胞松驰素使微丝 解聚
影响微丝装配动态性的药物对细胞都
有毒害，说明微丝功能的发挥依赖于 微丝与肌动蛋白单体库间的动态平衡 。这种动态平衡受actin单体浓度和微 丝结蛋白的影响。
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二、微丝网络动态结构的调节与 细胞运动
（一）非肌肉细胞内微丝的结合蛋白
动物细胞内，微丝成束排列在一起，也
有疏散成网状分布。有些微丝是永久的
微丝结合蛋白
交联蛋白
（二）、细胞皮层
1.细胞皮层为质膜提供机械强度和韧性
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2、参与细胞运动
运动形式：胞质环流、阿米巴运动、变皱膜运动 、细胞吞噬 运动机理：肌动蛋白的溶胶与凝胶的相互转换。 溶胶：细胞膜下一层富含肌动蛋白纤维的区域。 条件：低pH及低浓度的钙离子，α-辅肌动蛋白 使肌动蛋白从粘绸的流体变成凝胶；当pH升高 及高浓度钙离子，阻断蛋白插入到微丝的亚单位 之间，截断微丝，溶胶化。需ATP
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微丝结 合蛋白 组织微 丝形式
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（六）细胞分裂环
细胞分裂末期产 生的收缩环由大 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。细胞 松驰素B
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三、肌球蛋白：依赖微丝的分子 马达
分子马达
参与细胞内物质的运输
– 肌球蛋白作为分子马达，微丝作为轨道。
– 马达结构域的头部包含微丝结合位点和具有
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CapZ：定位于肌细胞Z线，结合于肌动蛋白纤 维（+）端，阻止解聚
α -辅肌动蛋白：横向连接微丝成束 纽蛋白：介导微丝结合于细胞膜 肌联蛋白：保持粗丝在收缩时位于肌节中央
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肌钙蛋白及细肌丝结构
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肌肉收缩滑动模型
肌肉收缩过程图解

动作电位的产生 Ca2+的释放


原肌球蛋白位移
肌动蛋白丝与肌球蛋白 丝的相对滑动
结构，有些微丝是暂时性的结构。
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微丝系统的主要成分是肌动蛋白纤维 ，肌动蛋白纤维要装配成不同的微丝 网络结构（应力纤维、肌肉细丝、绒 毛轴心），参与细胞生命活动，在很 大程度上受微丝结合蛋白的调节。微 丝结合蛋白种类、数量和活性状态的 不同，可以导致肌动蛋白纤维各种各 样的结构和功能方式。
20
①actin单体结合蛋白
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三、微管组织中心
Microtubule organizing center，MTOC
（一）中心体
间期细胞----中心体（centrosome，动态微管）
γ管蛋白：位于中心体周围的基质中，环形
结构，结构稳定，为αβ微管蛋白二聚体提供起始
装配位点，所以又叫成核位点
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中 心 体
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γ管蛋白及成核位点
5
Baidu Nhomakorabea 细胞骨架的研究方法
荧光显微术--观察细胞骨架及骨架的动态变化
– 将小分子荧光染料与细胞骨架结构的蛋白质亚 基共价偶联 – 目的蛋白与荧光蛋白基因构建到同一个表达载 体上 利用录像显微术和聚焦激光束的离体运动分析 基因工程细胞的应用 – 基因敲除
6
第一节
微丝与细胞运动
7
一、微丝（MF）的组成及其组装
，既正极与负极之别。
微丝的装配必需一定的盐浓度（主要是Mg2+），
一定的G-actin浓度和ATP存在下才能进行。在
Ca2+及低浓度的Na+、K+趋向于解聚，在Mg2+及 高浓度的Na+、K+趋向于装配。
12
13
成核与纤维的延长阶段。
在一定条件下，微丝可以表现出一端因加亚单位
而延长，而加一端因来单位脱落而减短，这种现
象称为踏车现象。
体内则由于末端被封端蛋白结合，阻止actin加上
和脱落，无踏车。
14
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（三）、影响微丝特异性药物
细胞松驰素：cytochalasins，可以切断微
丝，并结合在微丝正末端阻抑肌动蛋白聚
合，导致微丝解聚。
鬼笔环肽：phalloidin，与F肌动蛋白结合 ，而不与G肌动蛋白结合，使肌动蛋白纤维 稳定，抑制解聚。
微管的结构和组成
秋水仙素或长春碱
2、微管的存在形式
微管可装配面单管、二联管（鞭毛、纤毛）、三 联管（中心粒、基体）
单管：singlet，可随细胞周期发生变化，在低 温、Ca2+和秋水仙素作用下容易解聚，属于不稳 定微管，如纺锤体 二联管和三联管只存在于某些特定的细胞器中， 对低温、Ca2+和秋水仙素不敏感，属于稳定微管
肌小节的组成
收缩系统的分子结构
原肌球蛋白：tropomyosin，Tm，由两条平 行的多肽链形成α -螺旋构型,位于肌动蛋白 螺旋沟内,结合于细丝, 调节肌动蛋白与肌 球蛋白头部的结合。
肌钙蛋白：troponin，Tn，为复合物，包括 三个亚基：TnC(Ca2+敏感性蛋白)能特异与 Ca2+结合； TnT(与原肌球蛋白结合)； TnI( 抑制肌球蛋白ATPase活性)
ATP酶活性的ATP结合位点
传统型的肌球蛋白和非传统型肌球蛋白
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肌球蛋白
四、参与肌肉收缩
（一）肌纤维的结构 肌肉是动物体占体重百分比最大的组织，高等动 物的骨骼肌、心肌、平滑肌总量达到体重的 40~50%。肌肉可看作一种特别富含细胞骨架的 效力非常高的能量转换器，它直接将化学能转变 为机械能。 有机体的一切机械运动及各脏器的重要生理功能 ，都要通过肌肉的收缩与松驰才能实现。如肢体 的运动、心脏的跳动、肺的呼吸等。
微管
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细胞内微管呈网状或束 状分布，并能与其他蛋 白共同装配成纺锤体、 基粒、中心粒、鞭毛、 纤毛、轴突、神经管等 结构，参与细胞形态的 维持、细胞运动、细胞 分裂。
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一、微管的结构组成及极性
由α和β两种微管蛋白亚基二聚体为基本单位装配 而成 微管壁一周有13个αβ二聚体盘绕成
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微管是由13 条原纤维构成的中空管状结构， 直径22~25nm。 每一条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而 成 微管蛋白二聚体由结构相似的α和β球蛋白构 成。 α球蛋白结合的GTP从不发生水解或交换。 β球蛋白也是一种G蛋白，结合的GTP可发 生水解，结合的GDP可交换为GTP。