细胞骨架与细胞运动讲解
细胞骨架与细胞运动
细胞骨架与细胞运动细胞骨架是细胞内一种动态的构造，由微丝、微管和中间纤维组成。
它在维持细胞形态、参与细胞分裂、细胞内物质的运输以及细胞运动等方面起着重要的作用。
本文将详细探讨细胞骨架与细胞运动的关系及其机制。
一、微丝（微纤丝）与细胞运动微丝是由肌动蛋白组成的细胞骨架的一种形式，直径约为7纳米。
它在细胞内充当细胞骨架的支架，对细胞形态维持具有重要作用。
而且，在细胞运动过程中，微丝也发挥着重要的作用。
首先，微丝在细胞分裂中起到关键作用。
在有丝分裂过程中，微丝通过与运动蛋白的相互作用，参与了染色体的分离和定位，进而推动细胞的分裂。
此外，在无丝分裂中，微丝也参与了细胞膜的收缩和细胞质的分裂过程。
其次，微丝在细胞内物质运输中起到桥梁作用。
细胞内的许多物质需要通过微丝的导向运输到达目的地。
通过微丝与运动蛋白（如肌动蛋白）的相互作用，细胞内物质的运输可以在细胞膜下、细胞质内等区域进行。
最后，微丝参与细胞的运动过程。
细胞运动可以分为两种类型：细胞迁移和细胞运动。
在细胞迁移中，微丝特别重要。
它通过细胞前缘的伸长和收缩，推动细胞向特定方向运动。
在细胞运动中，微丝通过与运动蛋白的结合，使细胞形成伪足并向前蠕动。
二、微管与细胞运动微管通常由α-和β-微管蛋白两种亚基组成，直径约为25纳米。
与微丝一样，微管也参与了多个细胞过程，尤其是细胞运动。
首先，微管在细胞分裂中起到了重要作用。
在有丝分裂过程中，微管通过与中心体的相互作用，且由于微管的动态可塑性和极性有区别的特点，推动染色体的分离和排列，最终实现细胞分裂。
在无丝分裂中，微管也参与了细胞膜的收缩和分离。
其次，微管在细胞内物质运输过程中起到了关键作用。
携带运输囊泡的微管通过与运动蛋白（如动力蛋白）的相互作用，使物质能够沿着微管方向进行快速运输。
特别是在神经元等特化细胞中，微管的功能尤为重要。
最后，微管也参与了细胞的运动过程。
细胞中的纤毛和鞭毛都是由微管构成的，通过微管的伸长和收缩来实现纤毛和鞭毛的摆动。
细胞骨架与细胞运动
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组成中间丝的
蛋白分子非常复杂，
种类繁多，不同来
源的组织细胞表达
不同类型的中间丝
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γ－微管蛋白环状复合物（ γ－TuRC）：由α 微管蛋白、β微管蛋白、γ微管蛋白和其他四种蛋 白质组成。非微管蛋白决定螺旋形支架，13个γ 微管蛋白和1-2个α、β微管蛋白异二聚体结合到支 架上。 γ－TuRC的作用是促进微管核心的形成， 即成核作用。
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微管在细胞中有三种不同的存在形式： 单管，细胞中主要存在形式，不稳定，易受温度、
广义的细胞骨架包括细胞质骨架（微管、微 丝和中间纤维）、细胞核骨架（核基质、核纤层 和核孔复合体）、细胞膜骨架和细胞外基质。
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微管
微管(microtubule, MT)是中空的圆 柱状结构，由微 管蛋白(tubulin) 组成。
微管蛋白呈球形， α微管蛋白和β微 管蛋白以异二聚 体形式存在并形 成基本亚单位原 纤维，13条原纤 维形成微管。
微管相关蛋白主要包括：MAP-1， MAP-2，Tau和MAP-4。不同的细胞所含 MAP有所不同，不同的MAP在细胞中有不 同的分布区域，执行不同的功能。
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微管相关蛋白的功能主要有： 1、调节微管装配； 2、增加微管的稳定性和强度； 3、在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒； 4、作为细胞外信号的靶位点参与信号转导。
细胞的运动与细胞骨架
细胞的运动与细胞骨架细胞，作为生物体的基本单位，具有生命活动的基本功能。
然而，细胞能够实现自身运动的能力是令人着迷的。
这种运动的基础就是细胞骨架。
细胞骨架是由微丝、微管以及中间纤维等组成的复杂网络结构，它在细胞内起着支撑、维持形态和运动的关键作用。
本文将深入探讨细胞的运动过程以及与细胞骨架的关联。
一、细胞的运动方式细胞的运动可以分为两种方式：主动运动和被动运动。
1. 主动运动主动运动是细胞根据内外环境的信号主动改变形态和位置的运动方式。
主要包括自由游动、触须伸缩、胞质流动等。
其中，自由游动是生物体内部许多细胞的重要特征，如鞭毛细胞和纤毛细胞通过鞭毛或纤毛的摆动来实现自身的游动。
而触须的伸缩机制则是一些原生动物细胞用于觅食和捕食的重要手段。
胞质流动则是细胞中质膜或液滴等结构的运动，它有助于细胞内分子的传输和排泄。
2. 被动运动被动运动是指细胞由于外界力的作用产生的运动。
细胞的被动运动可以是受到外力的推动，如一些细胞在液体或气体中通过流体的推动而发生移动；也可以是受到表面的摩擦力和阻力的影响而发生形态变化。
二、细胞运动与细胞骨架的关系细胞的运动是由细胞骨架的增长、重组和收缩等过程调控的。
细胞骨架主要包括微丝、微管和中间纤维三种结构。
1. 微丝微丝是由细胞内一种名为肌动蛋白的蛋白质组成的细丝状结构。
微丝的动态重排与细胞的运动密切相关。
例如，肌肉细胞通过微丝的收缩来实现肌肉的收缩与放松，从而产生力量。
此外，在细胞的内外环境信号诱导下，微丝的重组还能改变细胞的形态，如细胞的收缩和伸展。
2. 微管微管由一种名为α-和β-微管蛋白的蛋白质组成的管状结构。
微管对细胞的定向运动起着重要作用，如维管植物的根尖细胞通过微管的有序组织实现极性的细胞伸长，从而使植物向阳性地生长和定向。
此外，微管还参与细胞内物质的运输，如高尔基体的循环和分裂时染色体的分离等。
3. 中间纤维中间纤维是一种比较稳定的细胞骨架成分，由多种蛋白质组成。
细胞的运动与细胞骨架
细胞的运动与细胞骨架细胞是构成生命的基本单位，它们通过各种方式实现自身的运动。
这一过程主要依赖于细胞骨架的动态组织和重塑。
细胞骨架由微丝、微管和中间纤维等组成，它们在细胞运动中发挥着重要的作用。
一、细胞骨架的构成和组织细胞骨架是由多种蛋白质纤维结构组成的，其中微丝、微管和中间纤维是最为常见。
微丝由肌动蛋白组成，形成了一种细长的纤维状结构，参与细胞收缩和伸展等运动过程。
微管则由管状的蛋白质纤维组成，主要参与细胞骨架的支持和细胞器的定位运输。
中间纤维由多种细胞骨架蛋白组成，结构稳定，可提供细胞的强度和稳定性。
二、细胞的运动方式细胞运动主要分为自发性运动和有趋向性的运动。
自发性运动是指细胞主动改变形状、位置和运动方向的过程，例如细胞的蠕动运动和细胞的界面形态变化。
而有趋向性的运动则是在外界刺激的引导下，细胞做出有方向性的运动反应，例如细胞的迁移和伸缩。
三、细胞骨架在细胞运动中的作用1. 维持细胞形态：细胞骨架通过支撑和维持细胞的形态结构，保持细胞的完整性和稳定性。
微丝和中间纤维能使细胞保持柔韧性和强度，而微管则参与细胞的形状维持和形态变化。
2. 细胞收缩和伸展：微丝的收缩能力使细胞能够进行伸展和收缩的运动，例如肌肉细胞的收缩过程。
此外，微管的动力学和结构重塑参与了细胞骨架的重组和伸长，从而使细胞能够进行更远距离的运动。
3. 细胞迁移：细胞迁移是细胞运动的重要方式，包括细胞的趋化性运动和无趋化性运动。
在细胞迁移中，微丝和微管的动态重组发挥了关键作用，微丝通过细胞前缘的形成和伸长驱动细胞的移动，微管则参与细胞的定位和方向感知。
4. 细胞分裂：细胞的有丝分裂是生物体细胞增殖的重要过程，在细胞分裂中，细胞骨架发挥了重要的作用。
微丝和中间纤维在细胞分裂中形成分裂纺锤和细胞骨架的刚性支架，微管则参与了染色体的分离和运输。
总结：细胞的运动与细胞骨架密切相关，细胞骨架通过微丝、微管和中间纤维的动态组织和重塑，在细胞运动过程中发挥着重要的作用。
细胞生物学-1第十章：细胞骨架与细胞运动
10. 细胞骨架与细胞运动细胞除了含有各种细胞器外, 在细胞质中还有一个三维的网络结构系统，这个系统被称为细胞骨架(图10-1)。
图10-1 细胞骨架系统10.1 细胞骨架(cytoskeleton)的组成和功能细胞除了具有遗传和代谢两个主要特性之外, 还有两个特性, 就是它的运动性和维持一定的形态。
细胞骨架是细胞运动的轨道,也是细胞形态的维持和变化的支架。
10.1.1 细胞骨架的组成和分布¦ 组成细胞骨架是细胞内以蛋白质纤维为主要成分的网络结构,由主要的三类蛋白纤丝(filamemt)构成，包括微管、微丝（肌动蛋白纤维）和中间纤维。
¦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。
而中间纤维则分布在整个细胞中(图10-2)。
12图10-2 细胞骨架的三类主要成分及其分布10.1.2 细胞骨架的功能什么是细胞骨架?在细胞内的主要功能是什么?细胞骨架对于维持细胞的形态结构及内部结构的有序性，以及在细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递和细胞分化等一系列方面起重要作用。
¦作为支架(scaffold),为维持细胞的形态提供支持结构，如红细胞质膜膜骨架结构维持。
¦在细胞内形成一个框架(framework)结构,为细胞内的各种细胞器提供附着位点。
细胞骨架是胞质溶胶的组织者，将细胞内的各种细胞器组成各种不同的体系和区域的网络结构。
¦为细胞器的运动和细胞内物质运输提供机械支持。
细胞骨架作为细胞内物质运输的轨道；在有丝分裂和减数分裂过程中染色体向两极的移动，以及含有神经细胞产生的神经递质的小泡向神经细胞末端的运输都要依靠细胞骨架的机械支持。
¦为细胞从一个位置向另一位置移动提供力。
一些细胞的运动结构, 如伪足的形成也是由细胞骨架提供机械支持。
纤毛和鞭毛等运动器官主要是由细胞骨架构成的。
¦为信使RNA提供锚定位点，促进mRNA翻译成多肽。
细胞的运动与细胞骨架
细胞的运动与细胞骨架细胞是生命体的基本单位，其内部结构和功能的维持离不开细胞运动和细胞骨架。
细胞运动是指细胞内各组分之间的动态运动过程，它的实现依赖于细胞骨架的支持和调控。
细胞骨架是由细胞内的蛋白质纤维网络组成，对细胞形态的维持、胞吞作用、细胞分裂等起着重要的调节作用。
本文将探讨细胞运动与细胞骨架之间的关系及其在细胞生物学中的意义。
一、细胞运动的类型细胞运动通常可分为两种类型：主动性运动和被动性运动。
主动性运动是指细胞自身主动产生的运动，如细胞的收缩和伸展等。
被动性运动是指细胞在外部力的作用下产生的运动，如细胞的滑动和扭曲等。
这两种运动类型在细胞内具有不同的调控机制和表现形式。
二、细胞骨架的组成细胞骨架是由多种蛋白质组成的纤维网络结构，主要包括微丝、中间丝和微管三种类型。
微丝由肌动蛋白构成，参与了细胞的收缩和伸展过程。
中间丝由多种表皮细胞特异蛋白（keratin）构成，对于细胞的力学支撑和形态维持至关重要。
微管由α-和β-微管蛋白构成，参与了细胞的分裂、内质网和高尔基体的组装等过程。
三、细胞运动与细胞骨架的相互关系细胞运动和细胞骨架之间存在紧密的联系。
细胞骨架提供了细胞内各组分之间的支撑网络，使细胞能够具有特定的形态和结构。
同时，细胞骨架的动态重组也是细胞运动的基础。
例如，细胞分裂时，微管会在细胞中形成一个纺锤体结构，将染色体进行分离；在细胞迁移过程中，微丝通过重组和伸缩来推动细胞进行移动。
四、细胞运动与细胞骨架的调控机制细胞运动和细胞骨架的行为受到多种调控机制的控制。
细胞内的信号分子、细胞外的基质和细胞膜等均可以对细胞运动和细胞骨架的重组进行调控。
以微丝为例，细胞骨架剂和解聚剂可以影响微丝的重组动力学，进而影响细胞的运动；细胞外基质的化学性质和机械性质也可以通过细胞外基质-细胞内骨架的相互作用来改变细胞的运动行为。
五、细胞运动与细胞骨架的意义细胞运动与细胞骨架在细胞生物学中具有广泛的意义。
首先，细胞运动和细胞骨架能够调节细胞形态和结构的变化，从而影响细胞的功能和命运。
细胞运动与细胞骨架
细胞运动与细胞骨架细胞是生物体的基本结构单位，它们能够通过细胞运动来实现自身的定位、迁移和形态改变。
而细胞运动的基础是细胞骨架，也称作细胞支架，在细胞的内部提供了结构支持和蛋白质运输的网络系统。
本文将探讨细胞运动与细胞骨架的关系，以及细胞骨架的组成和功能。
一、细胞运动的类型细胞运动包括主动运动和被动运动。
在主动运动中，细胞通过细胞骨架的重塑和细胞质流动的驱动，实现细胞的自发定向运动，如细胞迁移和细胞轴向改变。
而被动运动是指细胞受外力作用而发生运动，如血液中的白细胞在血管内的顺行滚动。
二、细胞骨架的组成细胞骨架主要由三种纤维蛋白组成，分别是微丝、中间丝和微管。
1. 微丝（Actin Filaments）：微丝是由肌动蛋白蛋白链聚合而成的螺旋形纤维，直径约为7纳米。
它们广泛存在于细胞的边缘区域，起到细胞的支持、形态维持和细胞运动的作用。
2. 中间丝（Intermediate Filaments）：中间丝是由多种蛋白亚单位聚合而成的纤维，直径约为10纳米。
它们主要存在于细胞核和细胞质中，提供细胞的结构支持和机械强度。
3. 微管（Microtubules）：微管是由α-β二聚体聚合而成的管状结构，直径约为25纳米。
它们主要分布在细胞的中心区域，并参与细胞质内物质的输送和细胞有丝分裂的过程。
细胞骨架的形成和维持离不开各类细胞骨架相关蛋白的参与，如微丝相关蛋白（actin-binding proteins）、中间丝相关蛋白和微管相关蛋白。
这些蛋白在细胞骨架的稳定性、动态性和功能调控中起到重要的作用。
三、细胞骨架与细胞运动的关系细胞骨架通过对细胞形态的调控参与了细胞的运动过程。
细胞骨架对于细胞的变形和移动提供了力学支撑，并且在细胞运动的各个步骤中发挥重要作用。
1. 细胞定位和定向运动：细胞骨架通过微丝的再组装和重塑来影响细胞的定位和定向运动。
细胞通过调控微丝的聚合和解聚，以及使用微丝相关蛋白的定位，能够实现细胞向特定方向的迁移和定位。
细胞生物学中的细胞运动与细胞骨架
细胞生物学中的细胞运动与细胞骨架细胞是生命的基本单位，它们通过细胞运动与细胞骨架的相互作用来实现各种生物学过程。
细胞运动是指细胞内部的有序移动，而细胞骨架则是支撑和维持细胞形态的重要组织。
在细胞生物学领域，对于细胞运动和细胞骨架的研究已经取得了重要的进展，为我们深入理解生命活动提供了重要的线索。
I. 细胞运动细胞运动是细胞在空间上发生的有序移动，包括细胞间的移动和细胞内的运动。
细胞间的移动主要包括细胞的迁移和细胞间的相互作用。
细胞迁移是指细胞在组织或器官内的移动，它在胚胎发育、伤口修复、免疫反应等过程中起着关键作用。
细胞间的相互作用包括细胞-细胞识别、细胞-胞外基质相互作用等，继续推动着细胞社群的发展和细胞功能的实现。
细胞内的运动则是指细胞内各种细胞器和生物分子之间的移动。
细胞器内的运动主要由分子马达蛋白和细胞骨架的相互作用驱动，包括动力蛋白驱动的微管动力学和肌动蛋白驱动的微丝动力学。
这些运动不仅维持了细胞内物质的运输和分布平衡，还在细胞分裂、内吞作用等生理过程中发挥了重要作用。
II. 细胞骨架细胞骨架是细胞内存在的一种纤维状结构，由微管、微丝和中间丝三种主要成分组成。
微管是细胞骨架的一种，由αβ二聚体形成的管状结构。
微丝是另一种细胞骨架，由肌动蛋白形成的螺旋状结构。
中间丝则是较粗的纤维状结构，由多种中间丝蛋白构成。
细胞骨架不仅是维持细胞形态和细胞内结构稳定的重要组织，还是细胞内各种运动的关键组成部分。
微管和微丝的动力蛋白通过与其相互作用，推动了细胞内物质的运输和分布。
此外，细胞骨架还参与了细胞间的黏附和细胞与胞外基质的相互作用，影响了细胞的迁移和组织形成。
III. 细胞运动与细胞骨架的相互作用细胞运动与细胞骨架之间存在着密切的相互作用。
细胞运动的驱动力主要来自于肌动蛋白和微管动力蛋白的收缩和延伸。
肌动蛋白通过与微丝的结合和相互滑动推动细胞的迁移和内吞作用。
微管动力蛋白则通过将微管延伸和收缩，推动细胞器和细胞内物质的运输和定位。
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二、微管的组装
1.微管的体外组装受多种因素影响
微管的体外组装过程与踏车现象模式图
二、微管的组装
2.微管的体内装配受到严格的时间和空间控制
微管组织中心（microtubule organizing center,MTOC）
在空间上为微管装配提供始发区域，控制着细胞质中
微管的数量、位置及方向。
包括：中心体、纤毛和鞭毛的基体
微管长度相对恒定。
二、微管的组装
1.微管的体外组装受多种因素影响
b.极性装配 ：
装配快的一端（β微管蛋白）为（+）极，
装配慢或去组装的一端（α微管蛋白）为 （-）极
c.踏车现象：微管的一端发生GTP和微管蛋 白的添加，是微管不断延长；另一端具有 GDP的微管蛋白发生解聚而使微管缩短， 组装和去组装达到平衡
二、微管的组装 4.作用于微管的特异性药物 秋水仙素：与β管蛋白结合，抑制微管的组装，细胞在 分裂中期停止分裂 紫衫醇：阻止微管的去组装，增强微管稳定性，细胞在 分裂中期停止分裂
秋水仙素与紫衫醇的分子结构
三、微管的功能
•RBC双凹盘形
1.细胞内的网状支架，支持和维持细胞的形态
•神经元细胞的轴突
微管围绕细胞核向外呈放射 状分布，维持细胞的形态
二、微管的组装
微管在中心体上的聚合
A.中心体的无定形蛋白基质中含有γ微管蛋白环,它是微管生长 的起始部位;B.中心体上的γ微管蛋白环;C.中心体与附着其上的 微管,负端被包围在中心体中,正端游离在细胞非稳态动力学模型
该模型认为，微管组装过程不停地在增长和缩短两
三、微管的功能
3.形成纺锤体，调节细胞分裂。 4. 形成鞭毛和纤毛 结构：由基体和鞭杆两部分构成；鞭毛中的微管为 9+2结构；二联微管A管由13条原纤维组成，B管由 10条原纤维组成；A管向相邻B管伸出两条动力蛋白
臂，并向鞭毛中央发出一条辐；基体的微管组成为
9+0的三联管构成。
三、微管的功能
4. 形成鞭毛和纤毛
三、微管的功能
4. 形成鞭毛和纤毛
纤毛和鞭毛动力微管的滑动模型
三、微管的功能
5.微管参与细胞内信号传递 Hedgehog信号通路 JNK信号通路 Wnt信号通路 ERK信号通路
PAK蛋白激酶信号通路
6.维持细胞内细胞器的定位和空间分布
二、微管的组装
成核期 聚合期 稳定期
二、微管的组装
1.微管的体外组装受多种因素影响
a.组装过程分三个时期：成核期、聚合期和稳定期 成核期：先由α和β微管蛋白聚合成一个短的寡
聚体结构，即核心形成；
聚合期：微管蛋白聚合速度大于解聚速度，微管 延长； 稳定期：游离微管蛋白浓度下降，达到临界浓 度，微管的组装与去组装速度相等，
神经细胞轴突的骨架结构
三、微管的功能
2. 细胞内物质运输 • 是胞内物质运输的路轨。
• 涉及2类马达蛋白：驱动蛋白kinesin、动力蛋白 dyenin，需ATP供能。
负 端
正 端
胞质动力蛋白与膜泡的附着
三、微管的功能
2. 细胞内物质运输
细胞中微管介导的物质运输
三、微管的功能
驱动蛋白：介导沿微管的（-）极向（+）极的运输 动力蛋白：介导从微管的（+）极向（-）极的运输
Introduction
The three types of protein
Microbubules
Microfilamemts
Intermediate filaments
第一节 微管（Microtubule，MT）
定义： 由微管蛋白和微管结合蛋白组成的中空圆柱状
结构，在不同细胞类型中有相似结构。参与形成纤毛、 鞭毛、基体、中心体、纺锤体等特定结构。
性，参与微管的装配，是维持微管结构和功能的必需成份。
酸性区域 ： 与其他骨架结合 碱性结合区： 与微管结合
一、微管的结构
a．微管相关蛋白的种类和特点 •MAP-1、MAP-2、Tau 主要存在于神经元中； •MAP-4广泛存在于各种细胞中，具有保守性 ； •MAP的活性-主要通过蛋白激酶和磷酸酶控制。 b ．微管相关蛋白的功能 •调节微管装配 •增加微管的稳定性和强度 •在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒 •作为细胞外信号的靶位点参与信号转导
第六章 细胞骨架与细胞运动
Cytoskeleton and Cell Movement
细胞生物学系
孙娇
2012.10.15
细胞骨架立体结构模式图
Introduction
细胞骨架概念：
狭义：在真核细胞中与保持细胞形态结构和细胞运动 有关的纤维网络，包括微管、微丝和中间丝。
广义：细胞质骨架、核骨架、膜骨架、细胞外基质。 发现： 电镜样品，锇酸和高锰酸钾低温固定，细胞骨架破坏。 1963年使用戊二醛常温固定，可观察到三维网络结 构。 功能： 支架作用、物质运输、细胞器位移、细胞运动、细胞 信息传递、基因表达、蛋白质合成、细胞分裂分化
一、微管的结构
微管三种类型横断面示意图 单管:胞质微管，不稳定 影响因素：低温、 Ca2+、秋水仙素 二联管:纤毛和鞭毛的杆状部分，稳定 三联管:中心粒及纤毛和鞭毛的基体中，稳定
一、微管的结构
3.微管相关蛋白 （microtubule associated proteins， MAP）
一类以恒定比例与微管结合的蛋白，决定不同类型微管的独特属
种状态中转变，表现动态不稳定性。 •微管在体外组装时，游离微管蛋白的浓度和GTP水 解成GDP的速度决定微管的稳定性。 •微管在体内组装时，除上面因素外还受其他多种因素 调节，如微管相关蛋白、与细胞其它结构结合等。
当GTP微管蛋白异二聚体添加到微管正极（+）组装速度 大于GDP的水解速度时,形成GTP帽(稳定),微管延长; 当 GTP的微管蛋白聚合速度小于GTP的水解速度， GTP帽 不断缩小暴露出GDP微管蛋白（结合不紧密），并迅速 脱落,使微管缩短，导致微管结构上的不稳定。
功能： 膜性细胞器的定位、物质运输、细胞运动、细
胞分裂等。
一、微管的结构
1.微管是由微管蛋白组成的不分支的中空小管
A.微管结构模式图 B.微管横切面 C.电镜图像
一、微管的结构
2.γ微管蛋白环状复合物（γ-TuRC）
由γ微管蛋白和一些其他相关蛋白构成，是微管的一种
高效的集结结构，在中心体中是微管装配的起始结构。