第九章 细胞骨架(Cytoskeleton)

白ATPase活性)
①粗肌丝
肌球蛋白(myosin)：占肌细胞总蛋白的50%
450kDa
具有 ATPase 活性
140
肌球蛋白的电镜图象和分子结构
(a) 肌球蛋白的电镜图象：肌球蛋白分子可分为球形头部和杆状尾部两部分; (b) 肌球蛋白分子含有2条重链和4条轻链 。2条重链的疏水性C-端为α-螺旋结 构, 相互缠绕，形成杆状尾部; N-端则形成球形头部。
第二节 微 管（Microtubules）及其功能
●微管的结构组成与极性 ●组装和去组装 ●微管组织中心(MTOC) ●微管结合蛋白(MAP) ●微管特异性药物 ●微管功能
微管结构、成分与形态
微管中空内径15nm、外径24nm、壁
厚5-6nm、长度不等，管壁由13条原
纤维纵向平行排列而成 .
组装与去组装
微丝特异性药物
◆细胞松弛素(cytochalasins)：可以切断微丝,并
结合在微丝正极阻抑肌动蛋白聚合,因而导致 微丝解聚。
◆鬼笔环肽(philloidin)：与微丝侧面结合,防止
MF解聚。
◆
微丝结合蛋白
整个骨架系统结构和功能在很大程度上受到不同的细胞 骨架结合蛋白的调节。
◆
actin单体结合蛋白
结合的骨架纤维以及运动方向和携带的转运物不同而分
为不同类型。胞质中微管motor protein分为两大类：
驱动蛋白(kinesin):通常朝微管的正极方向运动
③肌球蛋白头部释放出Pi, 再与肌动丝 紧密结合;
④肌球蛋白头部发生剧烈的构象变化 , 产生“有力鞭击”, 同时肌球蛋白头部 释放出 ADP , 使它又回复到下一次新 循环的起点。

思考:为什么细胞利用钙离子(通过钙泵使 细胞内的浓度保持在10-7mol/L)于细胞内 信号传递,而不是其他的离子如钠离子?
(4) 为纤毛与鞭毛的运动提供动力：
纤毛和鞭毛中的动力蛋白构成动力蛋白臂(dynein arms)，是细 胞内的马达蛋白(motor protein)
微管的特性:1. 自我装配：
微管蛋白的浓度 pH值
微管自我装配 的影响因素
温度
能量：GTP + Mg2+
游离Ca2+的浓度 [Ca2+]↑→ 微管解聚 [Ca2+]↓→ 促进微管装配
●细胞骨架结构与功能总结
第一节 微丝(microfilament, MF) 与细胞运动
微丝又称肌动蛋白丝(actin filament)或纤
维状肌动蛋白, 是指真核细胞中由肌动蛋白
(actin)组成、直径为7nm的骨架纤维。
●结构与成分
●组装及动力学特性 ●影响微丝组装的特异性药物
●微丝结合蛋白
●微丝功能 ●肌肉收缩(muscle contraction)
中心体(centrosome)
·中心体(centrosome)结构 ·中心体复制周期
· 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
基体(basal body)
·位于鞭毛和纤毛根部的类似结构称为基体（basal body ）
·中心粒和基体均具有自我复制性质
微丝功能
◆维持细胞形态，赋予质膜机械强度----细胞皮层
◆应力纤维(stress
fiber)
◆细胞伪足的形成与迁移运动
◆微绒毛(microvillus) ◆胞质分裂环 ◆肌肉收缩(muscle
contraction)
微丝遍及胞质各处，集中分布于质膜下， 和其结合蛋白形成网络结构，维持细胞形状
和赋予质膜机械强度，如哺乳动物红细胞膜
②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。
③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
◆基体(basal
body)
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)。
常见微管组织中心
◆间期细胞MTOC：
中心体(动态微管)
◆分裂细胞 MTOC：有丝分裂纺锤体极 (动态微管 )
◆鞭毛纤毛细胞MTOC：基体(永久性结构)
7个G-actin：1个肌钙蛋白和1个原肌球蛋白
细肌丝中原肌球蛋白、肌钙蛋白与肌动蛋白的相互关系
I, 抑制亚基; C, 钙结合亚基; T, 原肌球蛋白结合亚基
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由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程
(1) 动作电位的产生 (2) Ca2+的释放 (3) 原肌球蛋白的位移 (4)肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动 (5) Ca2+的回收
在细胞质基质中包括微丝、微管和中间纤维
在细胞核中存在核骨架-核纤层体系。核骨架 、 核纤层与中间纤维在结构上相互连接,•贯穿于
细胞核和细胞质的网架体系。
提纲
●微丝(microfilament, MF)与细胞运动 ●微 管（microtubules）及其功能
●中间纤维（intermediate filament,IF)
◆肌肉的细微结构(以骨骼肌为例) ◆肌小节的组成 ◆肌肉收缩系统中的有关蛋白 ◆肌肉收缩的滑动模型 ◆由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程
肌肉收缩系统中的有关蛋白
①肌球蛋白 (myosin)— 所有 actin-dependent motor proteins 都 属于该家族，其头部具ATP酶活力,沿微丝从负极到正极进行运动。 ·Myosin Ⅱ
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profilin等。
◆微丝结合蛋白 ◆微丝结合蛋白将微丝组织成以下三种主要形式：
· Parallel bundle: MF同向平行排列，主要发 现于微绒毛与丝状伪足。 · Contractile bundle: MF反向平行排列，主要 发现于应力纤维和有丝分裂收缩环。 · Gel-like network: 细胞皮层(cell cortex)中微丝 排列形式，MF相互交错排列。
第九章 细胞骨架(Cytoskeleton)

要点综述：细胞骨架是指真核细胞内的蛋 白质纤维网架体系。本章主要介绍了微丝、 微管和中间纤维的基本结构特点、装配条 件及其装配过程、相关的特异性药物及各 种细胞质骨架成分在细胞的各项生命活动
中所起到的作用等。
●细胞骨架是指存在于真核细胞中的蛋白纤维 网架体系 有狭义和广义两种概念 :
例题
促进微管聚合的物质是（ D ）。 A.秋水仙素 B.长春花碱 C. Ca2+ D. Mg2+

·微管装配的动力学不稳定性是指微管装配 生长与快速去装配的一个交替变换的现象
·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,无GTP帽则解聚。
微管特异性药物
微管结合蛋白 (Microtubule Associated Protein, MAP)
微管结合蛋白(microtubule-associated protein, MAP)
MAP-1 (345kDa) MAP-2 (271~286kDa) MAP MAP (28kDa) MAP (30kDa) 微管结合蛋白 tau蛋白 (5种, 55~77kDa) 动力蛋白(dynein) (纤毛/鞭毛)
◆秋水仙素(colchicine) ：结合有秋水仙素的微
管蛋白可组装到微管末端，阻断微管蛋白组装
成微管，可破坏纺锤体结构。
长春花碱也能抑制微管的装配；
◆ 紫杉酚 (taxol) 和重水（ D2O ）能促进微管的装
配, 并使已形成的微管稳定。
微管组织中心(MTOC)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ◆概念：
◆常见微管组织中心
◆中心体(centrosome)
成
分
● 肌动蛋白 (actin) 是微丝的结构成分 ,
外观呈碟状或哑铃状 , 这种actin又叫
G-actin ，将 G-actin 形成的微丝又称
为F-actin。
装
配
◆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，即正极与负极之别。 ◆体外实验表明， MF正极与负极都能生长，生
1个捕钙蛋白(calsequestrin)可结合43个Ca2+
TnT
原肌球蛋白
肌球蛋白 头部
Tm
TnC
TnI
肌钙 蛋白
TnT 肌 Tm
肌 动
Ca2+ 蛋 TnI
动 蛋
TnI TnC
肌球蛋白 结合位点
白
TnC
Tm
白
肌球蛋白 头 部
Tm 原肌球蛋白
TnT
肌肉收缩过程中肌钙蛋白分子的调节作用图解
Ca2+
◆装配方式 ◆所有的微管都有确定的极性
◆装配的条件
◆微管装配是一个动态不稳定过程
体外微管装配条件：
①微管蛋白浓度：大约为1mg/mL；
②最适pH：pH6.9； ③离子：Ca2+应尽可能除去，Mg2+为装配所 必需； ④温度：37℃微管蛋白二聚体装配成微管， 0℃微管解聚为二聚体； ⑤GTP的供应。
的粘着。
（细胞贴壁与粘着斑的形成相关，在形成粘
着斑的质膜下，微丝紧密平行排列成束，形
成应力纤维,具有收缩功能。）