细胞生物学--第九章 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。
第九章 细胞骨架
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α、β微管蛋白性质相似，所构成的异二聚体上有 GTP或GDP 、Mg2+和Ca2+、秋水仙素等的结合位点。
微管组织中心
-----微管装配的起始点
概念：微管在生理状态及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）。 MTOC的主要作用:
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肌动蛋白的踏车行为
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（3）影响微丝组装的因素
1.促进组装：含ATP、Mg2+、高Na+、K+ 2.促进解聚：含Ca2+、低Na+、K+ 3.药物：
细胞松弛素B：特异的破坏微丝的组装；
鬼笔环肽：稳定微丝，促进微丝聚合。
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四、微丝的功能
（一）构成细胞的支架，维持细胞形态
微绒毛(microvilli) 是肠
第九章 细胞骨架 （Cytoskeleton）
许聪 细胞生物学教研室
细胞骨架：(cytoskeleton)
是指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系。 功能：维持细胞形态，细胞运动、物质 运输、细胞分裂等生命活动。
⑴ 狭义：指细胞质骨架，由微管、微丝和 中间纤维组成。 ⑵ 广义：包括细胞质骨架、细胞核骨架和 细胞外基质。
概念：附着在微管上，参与 微管组装、增加微管稳定性 的蛋白质。 MAP由两个区域组成： (1)碱性的微管结合结构域 作用：加速微管成核 (2)酸性的突出结构域 作用：与其他骨架纤维联系
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种类： MAP-1 MAP-2 Tau MAP-4 功能：
主要存在神经元细胞中
主要存在神经元和非神经元细胞中
⑴ 促进微管组装; ⑵ 增加微管稳定性; ⑶ 促进微管聚集成束。
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。
细胞生物学,细胞骨架
二、微丝的功能：1.参与肌肉收缩 2.支撑功能（微绒毛形态的维持）
3.微丝与细胞的变形运动
变形虫的胞质运动 胞吞、胞吐作用等。
• • • • •
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。 阿米巴原虫、白细胞、成纤维细胞都能以这种方式运动。
2.微管的组装和解聚
1.组装
3.微管的极性
• 一是组装的方向性, 二是生长速度的快慢 • 正端生长得快, 负端 则慢, 同样, 如果微管 去组装也是正端快负 端慢
4.踏车
• 微管的总长度不变， 但结合上的二聚体 从(+)端不断向(-) 端推移, 最后到达 负端。 • 踏车现象实际上是 一种动态稳定现象。
α +β α β 二聚体 α β +…+α β 多聚体 13条原纤维 微管
原纤维
微管结合蛋白
microtubule associated proteins MAPs
• 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。 • 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。
• 4. 胞质分裂；
• 5. 顶体反应； • 6. 其他功能：抑制微丝的药物（细胞松弛素）可增强 膜的流动、破坏胞质环流。
微管与微丝的比较
• 形态结构 化学组成 微 管 中空管状纤维 微管蛋白二聚体 微 丝 实心细纤维 肌动蛋白
细胞生物学-细胞骨架
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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）
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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
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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。
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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）
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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.
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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》笔记
细胞骨架—《细胞生物学》笔记●第一节细胞骨架的基本概念●(一)基本概念●细胞骨架（cytoskeleton）一般指真核细胞细胞质内由蛋白质组成的复杂纤维状网架结构体系，包括:微丝(microfilament, MF)、微管(microtubule, MT)及中间纤维(intermediate filament, IF)。
广义的细胞骨架还包括细胞核的核骨架和细胞质膜的膜骨架。
●(二)功能●细胞骨架是高度动态的结构体系，对细胞的结构和功能发挥组织作用,并进一步影响细胞的形态、运动,胞内物质运输及周围的细胞和环境。
(除支持作用和运动功能外，与胞内物质运输、能量转换、信息传递、细胞分裂、基因表达、细胞分化、甚至分子空间结构的改变等生命活动密切相关。
)●第二节微丝与细胞运动●一、微丝的组成及其组装●(一)组成●微丝又称肌动蛋白丝（actin filament）或纤维状肌动蛋白(fibrous actin，F-actin），是指真核细胞中由肌动蛋白（actin）聚合而成的，直径为7nm的纤维状结构，其组装/去组装(微丝网格结构的动态变化)与多种细胞生命活动密切相关。
●(二)结构与成分●1.主要结构成分:肌动蛋白actin●(1)结构●由一条多肽链构成的球形蛋白质,是组成微丝的基本蛋白质，分子量约43 kDa，序列高度保守；不同亚型的肌动蛋白（isotype）常有组织和发育阶段表达的特异性。
●(2)三维结构●该分子上有一条裂缝，将其分成两半，其底部有两段肽链相连，呈蝶状(具有裂缝的一端为负极(-)，另一端为正极(+))。
在裂缝内部有一个核苷酸(ATP或ATP)结合位点和一个二价阳离子(Mg²⁺或Ga²⁺)结合位点。
●(3)存在形式●①肌动蛋白单体(又称球状肌动蛋白，G-action);●②肌动蛋白多聚体(F-action)。
●(4)类型●①α-肌动蛋白●横纹肌、心肌、血管平滑肌和肠道平滑肌所特有。
【细胞生物学】第9章 细胞骨架
三
微丝的组装 1. 体外组装过程 ①G-actin聚合为较短 寡聚体 ②3-4个单体为装配核心 ③G-actin附着到寡聚体核心两端 （ F-actin生长）成为螺旋纤维.
成核期 延长期 稳定期
（1）成核期（nucleation phase)
F-actin向两个相反的方向延长，有“+” 端和“－”端，也有踏车现象。
2. ① ② ③ ④ ⑤
影响组装的因素 肌动蛋白浓度 ATP K+、Na+、 Mg2+利于组装 pH﹥7易于组装 Ca2+不利于组装
工具药：细胞松弛素B（抑制聚合） 细胞松弛素D （抑制聚合） 鬼笔环肽（促进聚合）
四、
微丝的功能
在肌细胞和非肌细胞中的作用Fra bibliotek1.在肌细胞中的作用(肌肉收缩) 横纹肌由肌细胞组成 横纹肌收缩的基本单位--肌原纤维(myofibrils) 肌原纤维的基本结构功能单位--肌节(sarcomere) 每一肌节含有细肌丝和粗肌丝
2.动力(达因)蛋白（dynein） 具ATPase活性 将化学能转换为机械能
3.微管修饰蛋白(tau蛋白, τ蛋白) 存在于神经轴突中 加速微管组装 连接各微管成为微管束
二、微管的结构形态 外形笔直，坚硬中空直管状结构 外径24nm，内径15nm 长短不一
13条原纤维围成一圈。 α和β两种微管蛋白交 替排列(αβ–αβ–αβ– ….)。 原纤维亚单位间位移， 斜向（10-20o）盘旋围成圆 筒状。
第9章 细胞骨架 （cytoskeleton system )
微管 、微丝 、中间纤维和微梁网格 由蛋白形成的纤维网状结构 是细胞各种活动的结构基础
细胞骨架使细胞活动具有组织性和方向性 细胞骨架三个鲜明的特点：
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5
10.1.2 细胞骨架的功能
◆作为支架(scaffold)； ◆在细胞内形成一个框架(framework)结构； ◆为细胞内的物质和细胞器的运输及运动提供机械支持； ◆为细胞的位置移动提供力； ◆为信使RNA提供锚定位点，促进 mRNA 翻译成多肽； ◆是细胞分裂的机器； ◆参与信号转导。
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6
◆G-肌动蛋白临界浓度
高于该值，G-肌动蛋白倾向于聚合， 低于该值，F-肌动蛋白将会解聚。
◆离子的影响
●在含有很低的Mg2+、Na+、K+ 等阳离子的溶液中,微丝趋 向于解聚成G-肌动蛋白。在高浓度Mg2+、K+或Na+的诱 导下, G-肌动蛋白则装配成纤维状肌动蛋白。
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微丝的动态性质
◆微丝的极性
◆GTP帽(GTP Cap)
在αβ二聚体微管蛋白掺入到新生微管之后不久，β亚基上的GTP被水解成GDP， 如果聚合作用比水解作用快，就会在微管的一端产生结合有GTP的帽子结构,这 就是(+)端
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◆影响微管装配的因素
◆造成微管不稳定性的因素很多，包括GTP、压力、 温度(最适温度37℃)、pH(最适pH=6.9)、微管蛋 白临界浓度(critical concentration) 、药物。
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◆纤毛动力蛋白(ciliary dynein)
●是多头的动力蛋白； ●基部同A管相连； ●头部同相邻的B管相连； ● 头 部 具 有 ATP结 合 位
点，能够水解ATP。
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◆纤毛和鞭毛的运动机制
动力蛋白头部与相 邻二联管的B微管 接触, 促进同动力 蛋白结合的ATP水 解, 并释放ADP和Pi
◆微丝的动态平衡
在游离肌动蛋白分子和微丝之间存在着动态平衡
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作用于微丝的药物
◆细胞松弛素B(cytochalasins B)
在细胞内同微丝的正端结合, 并引起微丝解聚，阻断亚基 的进一步聚合。
◆鬼笔环肽(phalloidin)
与聚合的微丝结合,抑制了微丝的解体
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68
10.3.3微丝结合蛋白 Actin-binding proteins
输
(-)
(+)
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43
细胞质动力蛋白dyneins
◆一种巨大的蛋白质，分子量超过10万D ◆由9-10个多肽链组成 ◆沿微管向负端移动。 ◆功能
●参与细胞分裂，有丝分裂中染色体运动的力的来源 ●运输小泡和各种膜结合细胞器
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驱
动
蛋
白
与
动
力
蛋
白
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10.2.5 微管的功能
◆支架作用 ◆细胞内物质运输轨道
●每一个微管蛋白二聚体有两个GTP结合位点： α亚基GTP结合位点：不可逆的结合位点。 β亚基GTP结合点：可交换位点(E 位点)。
●γ-微管蛋白：功能是帮助αβ微管的聚合。
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微管蛋白
不可逆的结合位点
可交换位点
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微管的类型
◆根据组成:
●单管：大部分细胞质微管。 ●双联管：构成纤毛和鞭毛的周围小管, 是运动类型的微
10.2 微管(microtuble, MT)
10.2.1 微管的结构和类型
◆中空的管状； ◆ 外径约 24 nm，内径约 14 nm, 壁厚 5 nm； ◆长度变化不定。
细胞内微管呈网状和束状分布, 并能与其他蛋白共同组装 成纺锤体、基粒、中心粒、纤毛、鞭毛、轴突、神经 管等结构。
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7
微管的结构
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27
◆影响微管稳定性的药物
◆秋水仙素(colchicine)
•秋水仙素与未聚合的微管蛋白二聚体结合, 阻止聚合。
◆紫杉醇(taxol)
目前所了解的惟一一种可以促进微管聚合和稳定 已聚合微管的药物。
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微管装配的动力学现象
◆踏车现象(treadmilling)
即微管的总长度不
变，但结合上的二
聚体从(+)端不断向
肌动蛋白两种形式：单体和多聚体。
◆球状肌动蛋白 G-actin:
三个结合位点: ●一个ATP结合位点 ●两个肌动蛋白结合蛋白的结合位点。
◆纤维状肌动蛋白 F-actin:
●呈双股螺旋状,直径为8nm, 螺旋间的距离为37nm。
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肌动蛋白
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微丝的形态结构
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61
10.3.2 微丝的装配动力学
Chapter 10 细胞骨架与细胞运动
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1
细 胞 骨 架
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2
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3
10.1 细胞骨架的组成和功能
10.1.1 细胞骨架的组成和分布
◆微管：主要分布在核周围,并呈放射状向胞质 四周扩散；
◆微丝：主要分布在细胞质膜的内侧； ◆中间纤维：分布在整个细胞中。
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4
细胞骨架的组成、分布及功能
微丝
微管
中间纤维
◆微管是由微管蛋白异源二聚体为基本构件，螺 旋盘绕而成；
◆在每根微管中二聚体头尾相接, 形成细长的原 纤维(protofilament)；
◆13条原纤维纵向排列组成微管的壁。
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8
内腔
微
原纤维
管
的
结
构
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9
微管蛋白(tubulin)
◆微管蛋白类型：
● α和β微管蛋白：直径4nm的球形分子，形成长度为8nm 的异源二聚体；
肌动蛋白纤维装配
G-肌动蛋白能够聚合成 F-肌动蛋白， F-肌动蛋白也可以解聚成G-肌动蛋白
◆ATP的作用 肌动蛋白通常有四种存在状态:
ATP-G-肌动蛋白、ADP-G-肌动蛋白、
ATP-F-肌动蛋白、ADP-F-肌动蛋白。
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62
微丝的装配
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63
微丝装配过程
成核
延伸
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稳定状态
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影响装配的因素
类型 肌球蛋白(myosins)家族 驱动蛋白(kinesins)家族 动力蛋白(dyneins)家族
运行轨道 微丝 微管 微管
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分子发动机运输的主要特点
◆单方向运输； ●驱动蛋白:从(-)端向(+)端的运输 ●动力蛋白:从(+)端向(-)端运输
◆逐步行进； ◆能源是ATP； ◆通过构象变化完成行进。
●中心粒直径为0.2μm， 长为0.4μm，是中空的短圆 柱状结构。
●圆柱的壁由9组间距均匀的三联管组成。
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中心粒
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中心体结构(电镜照片)
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微管的极性
◆ αβ二聚体以首-尾排列的方式进行组装，具有方向 性(极性)。
◆两端分别称为“+”端和“-”端。 ● (+)端：远离MTOCs的一端，生长速度快。 ● (-)端：靠近MTOCs的一端，生长速度慢。
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发动机蛋白单向运输
驱动蛋白
微管
(-)
(+)
动力蛋白
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38
逐步行进
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39
◆驱动蛋白(kinesins)的结构
●四聚体：两条重链和两条轻链。 ●一对同微管结合球状头部，可水解ATP，作为产生动力的
“发动机”。 ●一个扇形的尾，是货物结合部位。
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40
驱动蛋白家族结构特点
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41
◆驱动蛋白功能特点
(-)端推移, 最后到达
负端。造成这一现
象的原因除了GTP
水解之外，另一个
原因是反应系统中
游离蛋白的浓度。
踏车现象实际上是
一种动态稳定现象
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◆动态不稳定性(dynamic instability)
微管随反应体系中游离αβ二聚体的浓度变化而 发生的生长状态和缩短状态的转变。
当（＋）端形成GTP帽，而游离微管蛋白二聚 体的浓度又很高时，微管趋向于生长。
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微
管
动
态
不
稳
定
性
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10.2.3 微管结合蛋白
（microtubule-associated protein, MAPs)
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MAPs的功能
◆使微管相互交联形成束状结构; ◆促进微管的聚合; ◆作为分子发动机转运细胞物质的轨道; ◆提高微管的稳定性; ◆MAPs同微管的结合能够控制微管的长度，
◆单体隔离蛋白(monomer-sequestering protein)
同单体G-肌动蛋白结合，并抑制它们聚合
◆交联蛋白(cross-linking protein)
有两个或两个以上的同肌动蛋白结合的位点，能够使两个或多 个肌动蛋白纤维产生交联，使细胞内的肌动蛋白纤维形成网 络结构。
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◆末端阻断蛋白，加帽蛋白(capping protein)
ADP ADP
ADP ATP
ATP ATP
肌动蛋白亚基都是从同 一个方向加到多聚体上
结合ATP的一端为正端(+) , 另外一端为h 负端(-)
(+)端生长快，
(-)端生长慢 66
◆踏车现象(treadmilling)
在微丝装配时,聚合的速率正好等于解聚的速率时, 微丝净长度 没有改变, 这种过程称为肌动蛋白的踏车现象
管。A管和B管
●三联管：中心粒和基体。由A、B、C三管组成
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三种形式的微管
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◆根据稳定性:
●短寿的不稳定微管：纺锤体微管 ●长寿的稳定微管：纤毛中的微管束