第十章 细胞骨架
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10.第十章 细胞骨架 细胞生物学
●微管结合蛋白(MAP)
●微管功能 ★
一、微管结构与组成
（一）微管的成分
αβ微管蛋白二聚体是细胞质游离态微管蛋白的
主要存在形式，也是微管组装的基本结构单位。
在二聚体上有鸟嘌呤核苷酸的两个结合位点；
一个秋水仙素的结合位点；一个长春花碱的结合位
点；二价阳Байду номын сангаас子结合位点。
两种微管蛋白形成的二聚体： α－微管蛋白有一个GTP结合位点（不可交换位点， N位点）， β－微管蛋白也有一个GTP结合位点（可交换位点，E位点）。
• ATP肌动蛋白浓度高时：在末端聚合的速度大，聚集形 成ATP帽 (ATPcap)； • ATP肌动蛋白浓度低时：聚合速度下降，但ATP水解的 速度不变，故ATP帽不断缩小，最后暴露出ADP肌动蛋 白，其对末端亲和力小，不断从末端解离，使纤维缩短。
因此，就每一根微丝来说，长度一般不是固定不变
的，而是呈动力学不稳定状态。
第十章 细 胞 骨 架
细胞骨架（广义）
细胞外基质骨架
细胞膜骨架 细胞质基质骨架（狭义）
核骨架
细胞质基质骨架（狭义）
微管 微丝 中间纤维
细胞骨架（狭义）=细胞质骨架
细胞骨架：是指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系。
细胞质基质骨架：A微丝、B中间纤维、C微管
5-8nm
用途：处理细胞后，显示细胞中的微丝；同时也可破坏微丝的网络结构，
阻止细胞运动。
四、 微丝结合蛋白
同微丝结合的蛋白,可协同微丝形成多 种不同的亚细胞结构如应力纤维、肌肉肌
原纤维、精子顶端的刺突。
微丝结合蛋白
◆ 肌肉收缩系统中的主要结合蛋白有：肌球蛋白、
原肌球蛋白、肌钙蛋白。 ◆ 非肌肉细胞系统中的主要结合蛋白有：
第十章 细胞骨架
微管结合蛋白：是与微管结合的辅助蛋白，并与微管共存，
参与微管的装配。
微管的形状：中空的管状结构，内径15nm，厚5nm。
微管蛋白由α蛋白和β蛋白形成一个异源二聚体。
微管结合蛋白
微管的存在类型
单管：由13根原纤维组成，是细胞质中常见的形 式，其结构不稳定，易受环境因素而降解。 二联管：由A，B两根单管组成，A管由13根原纤 维，B管有10根原纤维，与A管共用3根原纤维，主要 分布于纤毛、鞭毛内。
后逐渐发现许多非肌细胞的myosin，目前已知的有15种类
型（myosin I-XV）。 Myosin II是构成肌纤维的主要成分之一。由两个重链 和4个轻链组成，重链形成一个双股α 螺旋，一半呈杆状， 另一半与轻链一起折叠成两个球形区域，位于分子一端， 球形的头部具有ATP酶活性
5.参与细胞、Ga2+、Na+、K+的浓 度及药物的影响。 影响微丝组装、去组装的主要药物有细胞松驰素B等。
微丝的主要功能
1.构成细胞的支架 微丝不能单独发挥作用，必须形成网络结构或成束
状结构才能发挥作用。
微绒毛
形态结构特征：是细胞表面的一种特化结构，其核
心是由20-30个同向平行的微丝组成束状结构其中有 微丝结合蛋白绒毛蛋白和毛缘蛋白。另外还有肌球 蛋白-1和钙调蛋白将微丝与绒毛处的质膜相连。正 是由于微丝及其结合蛋白的存在，才使得微绒毛的 形状得以维持。
肌动蛋白是一个由375个氨基酸组成的单链多肽，与一
分子的ATP相连。称为球形-肌动蛋白。微丝是由球形-肌 动蛋白形成的聚合体，也称纤维状-肌动蛋白。微丝的结 构也具有极性，有正负极之分。
微丝结合蛋白
微丝结合蛋白的种类较多，且功能复杂。目前在
第10章细胞骨架
• 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 。
肌纤维TEM照片
Sarcomere
肌小节模式图
蛋白丝，抑制肌动蛋白与肌球蛋白结合。
● 肌钙蛋白(troponin. Tn) • 肌钙蛋白分子量 80KD，由3个多肽。Tn-T是一种 长形的纤维状分子, Tn-I和Tn-C都是球形分子。 • 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，
• ● 原肌球蛋白(tropomyosin, Tm) • 原肌球蛋白是细肌丝中肌动蛋白的结合蛋白，由两
条平行的多肽链组成α螺旋构型，每条原肌球蛋白
首尾相接形成一条连续的链同肌动蛋白细肌丝结合, 正好位于双螺旋的沟中。每一条原肌球蛋白有7个 肌动蛋白结合位点，因此Tm同肌动蛋白细肌丝中7 个肌动蛋白亚基结合。主要作用是加强和稳定肌动
肌肉收缩(muscle contraction)
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。
• 肌细胞在进化的过程中形成了一种高度特化的 的功能:肌收缩(muscle contraction)。在肌细 胞中, 肌动蛋白和肌球蛋白联合形成一种复合物: 称为肌动球蛋白(actomyosin), 一种高度有序的 结构, 并能高效地工作。
Myosin: The actin motor portein
ATPase
Myosin II--Dimer
Mainly in muscle cells
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。
第十章 细胞骨架(Cytoskeleton)
成束蛋白：将相邻的微丝交联成平行排列
如：丝束蛋白、绒毛蛋白、 α-辅肌动蛋白。
凝胶形成蛋白：将微丝连接成网状
如：细丝蛋白
4、交联蛋白
A、成束蛋白将相邻的微丝交联成束状结构。丝束蛋白和绒毛蛋白等交联而成的微丝 束为紧密包装型，肌球蛋白不能进入，无收缩功能；B、由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之相互作用，可收缩。 C、细丝蛋白将微丝交联成网状。
三、微丝主要结构成分—肌动蛋白的类型
哺乳动物和鸟类已分离到6种肌动蛋白：4种α-肌动蛋白，分别
为横纹肌、心肌、血管平滑肌和肠道平滑肌所特有。另两种为
β-肌动蛋白和γ-肌动蛋白，存在于所有肌细胞和非肌细胞中。
特点：同源性很高，常作为内参基因。但微小差异可能上的变化。
四、微丝特异性药物
◆细胞松弛素(cytochalasins)：可以切断微丝,并结合
马达结构域 2条重链
在心肌、骨骼肌、 平滑肌、收缩环、 张力纤维等产生 强大的收缩力。
内吞作用和吞噬泡运输 细胞内膜泡 和其他细胞 器的运输
部分肌球蛋白超家族成员的结构示意图
（二）肌球蛋白的结构
三个功能结构域：马达结构域、调控结构域和“货物” 结合的尾部结构域。 Ⅱ型肌球蛋白：在肌细胞中，组装成肌原纤维的粗丝， 在非肌细胞中，与收缩环的动态结构以及应力纤维的 活动相关。
（3）动力蛋白
特点：既有与微丝或微管结合的马达结构域，又有与
膜性细胞器或大分子复合物特异结合的“货物”结构
域，利用水解ATP所提供的能量有规则地沿微管或微丝
等细胞骨架纤维运动。
（一）肌球蛋白的种类
组装成粗肌丝的单位，肌球蛋白的头部和组成微丝的肌动蛋白 亚基之间的相互作用导致粗丝和细丝之间的滑动。
生物细胞骨架
1963年，采用戊二醛常温固定后，才广泛的 地观察到种类细胞骨架的存在，并正式命名为一 种细胞器。
第一节 微丝（Microfilament）
一、微丝的形态与组成
小肠上皮细胞横切图
小肠上皮细胞纵切图
（微绒毛的中轴是由微丝构成）
1、微丝的结构：微丝(microfilament)是由肌 动蛋白亚单位组成的实心螺旋状纤维，直径约 ５--７nm 。
第十章 细 胞 骨 架
“人”有一定的形态是由于 有骨骼系统作为支架。
细胞为什么能维持一定的形态？
细胞质：微管 微丝 中等纤维
细胞核：核骨架
上皮细胞（红色：微 丝；绿色：微管）
细胞骨架(cytoskeleton): 是指真核细胞中由微管、 微丝和中等纤维等蛋白质 成分构成的一个复合的网 架系统。
作用：
成核期：球状肌动蛋白开始聚合， 生长期：两端速度不同 平衡期：正端延长速度等于负端
4.影响微丝组装的因素
• 组装：鬼笔环肽、肌动蛋白单体 的浓度（临界浓度）
• 解聚：细胞松弛素B
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.微丝与细胞运动
变形虫的胞质运动 胞吞、胞吐作用等。 微丝参与细胞分裂
极到正极进行运动。 ·Myosin 主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构
域(具有ATPase活性)和尾部链,多个Myosin尾部相互缠 绕，形成myosin filament,即粗肌丝。
如：肌球蛋白常聚合为两极纤维
肌球蛋白在 肌细胞中含 量丰富，规 则排列，在
非肌细胞中 含量少，且 无序排列。 是微丝动力 蛋白。
小结 细胞骨架的分布
• 微管主要分布在核 周围, 并呈放射状 向胞质四周扩散。
第一节 微丝（Microfilament）
一、微丝的形态与组成
小肠上皮细胞横切图
小肠上皮细胞纵切图
（微绒毛的中轴是由微丝构成）
1、微丝的结构：微丝(microfilament)是由肌 动蛋白亚单位组成的实心螺旋状纤维，直径约 ５--７nm 。
第十章 细 胞 骨 架
“人”有一定的形态是由于 有骨骼系统作为支架。
细胞为什么能维持一定的形态？
细胞质：微管 微丝 中等纤维
细胞核：核骨架
上皮细胞（红色：微 丝；绿色：微管）
细胞骨架(cytoskeleton): 是指真核细胞中由微管、 微丝和中等纤维等蛋白质 成分构成的一个复合的网 架系统。
作用：
成核期：球状肌动蛋白开始聚合， 生长期：两端速度不同 平衡期：正端延长速度等于负端
4.影响微丝组装的因素
• 组装：鬼笔环肽、肌动蛋白单体 的浓度（临界浓度）
• 解聚：细胞松弛素B
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.微丝与细胞运动
变形虫的胞质运动 胞吞、胞吐作用等。 微丝参与细胞分裂
极到正极进行运动。 ·Myosin 主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构
域(具有ATPase活性)和尾部链,多个Myosin尾部相互缠 绕，形成myosin filament,即粗肌丝。
如：肌球蛋白常聚合为两极纤维
肌球蛋白在 肌细胞中含 量丰富，规 则排列，在
非肌细胞中 含量少，且 无序排列。 是微丝动力 蛋白。
小结 细胞骨架的分布
• 微管主要分布在核 周围, 并呈放射状 向胞质四周扩散。
细胞生物学第十章_细胞骨架
微绒毛： MF同向平行排列
培养的成纤维细 胞中具有丰富的 应力纤维，并通 过粘着斑固定在 基质上。在体内 应力纤维使细胞 具有抗剪切力
当细胞受到外界 刺激时开始运动， 应力纤维发生变 化或消失
培养的上皮细胞中的应力纤维 （微丝红色、微管绿色）
MF反向平行排列
MF相互交错排 列
肌肉的组成
• 由肌原纤维组成，肌原纤维的粗肌丝主要成分是 肌球蛋白，细肌丝主要成分是肌动蛋白、原肌球 蛋白和肌钙蛋白。
• 研究细胞的内部工作机制，窥视细胞如何分裂。通过这些观察，可以揭开癌症工作机 制和组织生长之谜。
二、微丝结合蛋白
• 已知的的微丝结合蛋白有100多种，如： • 1 ．核化蛋白：使游离actin核化，开始组装，Arp • 2．单体隐蔽蛋白：阻止游离actin向纤维添加，thymosin • 3．封端蛋白：使纤维稳定，Cap Z • 4．单体聚合蛋白：将结合的单体安装到纤维，profilin • 5．微丝解聚蛋白：cofilin • 6．交联蛋白：fimbrin • 7．纤维切断蛋白：gelsolin • 8．膜结合蛋白：vinculin
• 单体呈哑铃形，称G-actin；多聚体称F-actin。 • 结构高度保守，酵母和兔子actin有88%的同源性。 • 需要翻译后修饰，如N-端乙酰化或组氨酸残基的甲基化。
(二)微丝的装配
• 条件：ATP、适宜温度、K+和Mg2+。
• 过 程 ： 2-3 个 actin 聚 集 成 核 心 （ 核 化 ） ； ATPactin分子向核心两端加合(延伸)。
• 属于马达蛋白，多数趋向微丝的（+）极。
• 肌球蛋白II构成粗肌丝。由2重链和4轻链组成，具有2 球形的头和1螺旋化的干，头部有ATP酶活性。
第10章细胞骨架(Cytoskeleton)
第十章细胞骨架（Cytoskeleton）教学目的： 1 掌握细胞骨架的概念2 掌握细胞骨架各成分性质、结构与功能3 了解细胞的各种运动形式教学重点：1 细胞骨架的狭义及广义概念2 细胞骨架各成分性质、结构与功能教学难点：细胞骨架各成分之间的关系讲授与讨论概述细胞骨架是真核细胞中的蛋白纤维网架体系，可以说是迄今为止，最新发现的一类细胞器，也是当前细胞生物学研究中最活跃的领域之一，并且这种研究正方兴未艾。
真正确认细胞中骨架系统的存在，则是在本世纪60年代，人们对制作电镜标本的固定剂和条件作了改动之后。
1963年，Slauterback使用戊二醛（代替锇酸）在室温（代替0℃）下固定标本，首先在水螅刺细胞中发现了细胞骨架成分之——微管，同年，Porter在植物细胞中也发现了微管的结构。
那么细胞骨架的概念如何呢？包括哪些内容呢？细胞骨架是真核细胞中的蛋白纤维网架体系。
早期狭义的范围主要指胞质骨架，现代广义的理解应为：细胞骨架（cell skeleton）细胞骨架的主要功能是（1）维持细胞形态多样性（2）行使细胞运动（3）保持细胞内结构的合理空间布局与有序性（4）细胞内物质的传递与运输（5）参与细胞内信号传导（6）作为多种蛋白、酶和细胞器的支持点（7）参与蛋白质合成（多聚体3，端锚定在骨架纤维上才启动）（8）核骨架、染色体骨架参与染色质和染色体的构建（9）核骨架为基因表达提供空间支架（10）细胞骨架参与细胞周期的调节，并与细胞分化和细胞衰老关系密切。
第一节细胞质骨架（Cytoskeleton）一、微丝（microfilament,MF）即肌动蛋白纤维（actin microfilament），是真核细胞中由肌动蛋白组成，直径约7nm的骨架纤维。
微丝在细胞中可以两种状态存在，一种是微丝互相平行排列成束，形成有规则的稳定结构，如肌细胞中形成粗丝和细丝。
另一种状态是网络状，在非肌细胞中这种状态较多。
（一）化学组成微丝是由总称为收缩蛋白（Contractile P）的物质组成，主要是肌动蛋白和微丝结合蛋白。
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●中间纤维的成分与分布
●中间纤维的装配
●中间纤维的功能
中间纤维的装配
◆中间纤维装配过程 ◆IF装配与MF,MT装配相比，有以下几个特点：
·IF装配的单体是纤维状蛋白(MF,MT的单体呈球形)； ·反向平行的四聚体导致IF不具有极性； ·IF在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅助， 在体内装配后，细胞中几乎不存在IF单体(但IF的存在 形式也可以受到细胞调节，如核纤层的装配与解聚)。
维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用 ◆神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用 ◆参与传递细胞内机械的或分子的信息 ◆中间纤维与mRNA的运输有关 ◆中间纤维在细胞分化中的作用
第二节 细胞核骨架
●核基质(Nuclear Matrix) ●染色体骨架 ●核纤层(Nuclear Lamina)
核基质(Nuclear Matrix)
◆ 两条F-肌动蛋白链螺旋盘绕形成微丝（或1条形成的螺旋链）
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。
维持细胞形态
用秋水仙素处理细胞破坏微管,导致细胞变圆 说明微管对维持细胞的不对称形状是重要的。 对于细胞突起部分,如纤毛、鞭毛、轴突的形成 和维持, 微管亦起关键作用。
细胞内物质的运输
真核细胞内部是高度区域化的体系, 细胞中合成的物质、 一些细胞器等必须经过细胞内运输过程。这种运输过程与细胞 骨架体系中的微管及其Motor protein有关。
第十章 细胞骨架(Cytoskeleton)
概述 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
◆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。
●细胞质骨架 ●核骨架
第一节 细胞质骨架
●微丝(microfilament, MF) ●微 管（microtubules,MT） ●中间纤维（intermediate filament,IF) ●细胞骨架结构与功能总结
·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GDP帽则解聚。
微管特异性药物
◆秋水仙素(colchicine) 阻断微管蛋白组装成 微管，可破坏纺锤体结构。
◆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)
成分
核骨架不象胞质骨架那样由非常专一的蛋白成分 组成,核骨架的成分比较复杂,主要成分是核骨架蛋白 及核骨架结合蛋白,并含有少量RNA。
核骨架结合序列
◆ DNA序列中的核骨架结合序列(matrix associated region, MAR) 这部分DNA与核骨架蛋白的结合不为高盐溶液抽提所破坏,在基因表 达调控中有作用
（一）成分： α，β微管蛋白，其二聚体是微管装配的基本单位。在
二聚体上有鸟嘌呤核苷酸的两个结合位点；一个秋水仙 素的结合位点；一个长春花碱的结合位点。
（二）形态： 长管状结构，外径24nm，内径15nm，其壁包括13条原
显微。
微管可装配成单管,二联管(纤毛和鞭毛中),三联管(中心 粒和基体中)。
装配
由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程
·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 ·Ca2+的回收
二．微 管（Microtubules）
●微管结构与组成 ●装配 ●微管特异性药物 ●微管组织中心(MTOC) ●微管结合蛋白(MAP) ●微管功能
微管结构与组成
◆装配方式
◆所有的微管都有确定的极性。
有“头”、“尾”之分。微管的起始端为尾，（-） 极，生长端为头，（+）极，（-）极指向MTOC，（+） 极背向MTOC。装配主要在（+）极添加或释放异二聚 体。
◆具有踏车现象。
在一定条件下，微管一端发生装配使微管延长，而另 一端发生去装配而使微管缩短，这一现象称踏车现象。
中间纤维的成分与分布
IF成分比MF,MT复杂，具有组织特异性。IF 在形态上相似，而化学组成有明显的差别。
◆中间纤维类型与分布
◆中间纤维蛋白的分布具有严格的组织特异 性
中间纤维分类与分布
中间纤维的功能
◆增强细胞抗机械压力的能力 ◆角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持 ◆结蛋白纤维是肌肉Z盘的重要结构组分，对于
应力纤维,具有收缩功能。 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。
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。
肌肉收缩(muscle contraction)
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。
中心体(centrosome)
中心体(centrosome)结构
基体(basal body)
·位于鞭毛和纤毛根部的类似结构称为 基体（basal body ）
微管结合蛋白 (Microtubule Associated Protein, MAP)
微管功能
◆维持细胞形态
◆细胞内物质的运输 ◆鞭毛(flagella)运动和纤毛(cilia)运动 ◆纺锤体与染色体运动 ◆基体(basal body)、中心体(centrosome ) ◆细胞器的定位
Kinesin与Dynein的运输方式
神经元轴突运输的类型
种类 快速转运
顺梯度 逆梯度
速度
成
分
50-400mm/天 膜性细胞器和物质、线粒体、突触小泡 200mm/天 前溶酶体小泡、溶酶体酶、内吞小泡
慢速转运 慢成分 b 2-8mm/天 慢成分 a 0.2-1mm/天
微丝(肌动蛋白和结合蛋白)、血影蛋白、包涵素、 钙调蛋白 微管(管蛋白、MAPs、tau)、神经纤维(三联体蛋 白质)、血影蛋白
◆核骨架结合序列的基本特征 ◆ MAR的功能
·通过与核骨架蛋白的结合，将DNA放射环锚定在核骨架上；
·作为许多功能性基因调控蛋白的结合位点。
核骨架结合序列的基本特征
·富含AT ·富含DNA 解旋元件(DNA unwinding elements) ·富含反向重复序列(Inverted Repeats) ·含有转录因子结合位点。
功
能
◆核骨架与DNA复制 ◆核骨架与基因表达
大量研究工作表明真核细胞中RNA的转录和加工均 与核骨架有关。具有转录活性的基因是结合在核骨架上 的; RNA聚合酶在核骨架上具有结合位点。
◆与肌肉收缩有关的微丝结合蛋白 ◆ 非肌肉细胞中的微丝结合蛋白
·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。
微丝功能
◆维持细胞形态，赋予质膜机械强度 ◆细胞运动 ◆微绒毛(microvillus) ◆应力纤维(stress fiber) ◆参与胞质分裂 ◆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 红细胞膜骨架的作用。
◆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) 头部具ATP酶活力,沿微丝从负极到正极进行运动。 ·Myosin Ⅱ
主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构域(具有ATPase活性)和尾 部链,多个Myosin尾部相互缠绕，形成myosin filament,即粗肌丝。 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(抑制肌球蛋白ATPase活性)
◆概念： ◆常见微管组织中心
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)
细胞运动
◆细胞质流动
胞式运动）阿米巴运动： （amoeboid movement）
（2）褶皱膜运动（变皱膜运动） （3）形态发生运动
微绒毛(microvillus)
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。
应力纤维（stress fiber） 广泛存在于真核细胞。微丝紧密平行排列成束，形成
·Motor proteins ·神经元轴突运输的类型及运输模式 ·色素颗粒的运输
Motor proteins
目前已鉴定的Motor proteins多达数十种。根据其 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 动力蛋白(cytoplasmic dynein)：朝微管的负极运动 Kinesin与Dynein的分子结构
●中间纤维的装配
●中间纤维的功能
中间纤维的装配
◆中间纤维装配过程 ◆IF装配与MF,MT装配相比，有以下几个特点：
·IF装配的单体是纤维状蛋白(MF,MT的单体呈球形)； ·反向平行的四聚体导致IF不具有极性； ·IF在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅助， 在体内装配后，细胞中几乎不存在IF单体(但IF的存在 形式也可以受到细胞调节，如核纤层的装配与解聚)。
维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用 ◆神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用 ◆参与传递细胞内机械的或分子的信息 ◆中间纤维与mRNA的运输有关 ◆中间纤维在细胞分化中的作用
第二节 细胞核骨架
●核基质(Nuclear Matrix) ●染色体骨架 ●核纤层(Nuclear Lamina)
核基质(Nuclear Matrix)
◆ 两条F-肌动蛋白链螺旋盘绕形成微丝（或1条形成的螺旋链）
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。
维持细胞形态
用秋水仙素处理细胞破坏微管,导致细胞变圆 说明微管对维持细胞的不对称形状是重要的。 对于细胞突起部分,如纤毛、鞭毛、轴突的形成 和维持, 微管亦起关键作用。
细胞内物质的运输
真核细胞内部是高度区域化的体系, 细胞中合成的物质、 一些细胞器等必须经过细胞内运输过程。这种运输过程与细胞 骨架体系中的微管及其Motor protein有关。
第十章 细胞骨架(Cytoskeleton)
概述 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
◆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。
●细胞质骨架 ●核骨架
第一节 细胞质骨架
●微丝(microfilament, MF) ●微 管（microtubules,MT） ●中间纤维（intermediate filament,IF) ●细胞骨架结构与功能总结
·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GDP帽则解聚。
微管特异性药物
◆秋水仙素(colchicine) 阻断微管蛋白组装成 微管，可破坏纺锤体结构。
◆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)
成分
核骨架不象胞质骨架那样由非常专一的蛋白成分 组成,核骨架的成分比较复杂,主要成分是核骨架蛋白 及核骨架结合蛋白,并含有少量RNA。
核骨架结合序列
◆ DNA序列中的核骨架结合序列(matrix associated region, MAR) 这部分DNA与核骨架蛋白的结合不为高盐溶液抽提所破坏,在基因表 达调控中有作用
（一）成分： α，β微管蛋白，其二聚体是微管装配的基本单位。在
二聚体上有鸟嘌呤核苷酸的两个结合位点；一个秋水仙 素的结合位点；一个长春花碱的结合位点。
（二）形态： 长管状结构，外径24nm，内径15nm，其壁包括13条原
显微。
微管可装配成单管,二联管(纤毛和鞭毛中),三联管(中心 粒和基体中)。
装配
由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程
·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 ·Ca2+的回收
二．微 管（Microtubules）
●微管结构与组成 ●装配 ●微管特异性药物 ●微管组织中心(MTOC) ●微管结合蛋白(MAP) ●微管功能
微管结构与组成
◆装配方式
◆所有的微管都有确定的极性。
有“头”、“尾”之分。微管的起始端为尾，（-） 极，生长端为头，（+）极，（-）极指向MTOC，（+） 极背向MTOC。装配主要在（+）极添加或释放异二聚 体。
◆具有踏车现象。
在一定条件下，微管一端发生装配使微管延长，而另 一端发生去装配而使微管缩短，这一现象称踏车现象。
中间纤维的成分与分布
IF成分比MF,MT复杂，具有组织特异性。IF 在形态上相似，而化学组成有明显的差别。
◆中间纤维类型与分布
◆中间纤维蛋白的分布具有严格的组织特异 性
中间纤维分类与分布
中间纤维的功能
◆增强细胞抗机械压力的能力 ◆角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持 ◆结蛋白纤维是肌肉Z盘的重要结构组分，对于
应力纤维,具有收缩功能。 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。
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。
肌肉收缩(muscle contraction)
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。
中心体(centrosome)
中心体(centrosome)结构
基体(basal body)
·位于鞭毛和纤毛根部的类似结构称为 基体（basal body ）
微管结合蛋白 (Microtubule Associated Protein, MAP)
微管功能
◆维持细胞形态
◆细胞内物质的运输 ◆鞭毛(flagella)运动和纤毛(cilia)运动 ◆纺锤体与染色体运动 ◆基体(basal body)、中心体(centrosome ) ◆细胞器的定位
Kinesin与Dynein的运输方式
神经元轴突运输的类型
种类 快速转运
顺梯度 逆梯度
速度
成
分
50-400mm/天 膜性细胞器和物质、线粒体、突触小泡 200mm/天 前溶酶体小泡、溶酶体酶、内吞小泡
慢速转运 慢成分 b 2-8mm/天 慢成分 a 0.2-1mm/天
微丝(肌动蛋白和结合蛋白)、血影蛋白、包涵素、 钙调蛋白 微管(管蛋白、MAPs、tau)、神经纤维(三联体蛋 白质)、血影蛋白
◆核骨架结合序列的基本特征 ◆ MAR的功能
·通过与核骨架蛋白的结合，将DNA放射环锚定在核骨架上；
·作为许多功能性基因调控蛋白的结合位点。
核骨架结合序列的基本特征
·富含AT ·富含DNA 解旋元件(DNA unwinding elements) ·富含反向重复序列(Inverted Repeats) ·含有转录因子结合位点。
功
能
◆核骨架与DNA复制 ◆核骨架与基因表达
大量研究工作表明真核细胞中RNA的转录和加工均 与核骨架有关。具有转录活性的基因是结合在核骨架上 的; RNA聚合酶在核骨架上具有结合位点。
◆与肌肉收缩有关的微丝结合蛋白 ◆ 非肌肉细胞中的微丝结合蛋白
·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。
微丝功能
◆维持细胞形态，赋予质膜机械强度 ◆细胞运动 ◆微绒毛(microvillus) ◆应力纤维(stress fiber) ◆参与胞质分裂 ◆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 红细胞膜骨架的作用。
◆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) 头部具ATP酶活力,沿微丝从负极到正极进行运动。 ·Myosin Ⅱ
主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构域(具有ATPase活性)和尾 部链,多个Myosin尾部相互缠绕，形成myosin filament,即粗肌丝。 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(抑制肌球蛋白ATPase活性)
◆概念： ◆常见微管组织中心
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)
细胞运动
◆细胞质流动
胞式运动）阿米巴运动： （amoeboid movement）
（2）褶皱膜运动（变皱膜运动） （3）形态发生运动
微绒毛(microvillus)
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。
应力纤维（stress fiber） 广泛存在于真核细胞。微丝紧密平行排列成束，形成
·Motor proteins ·神经元轴突运输的类型及运输模式 ·色素颗粒的运输
Motor proteins
目前已鉴定的Motor proteins多达数十种。根据其 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 动力蛋白(cytoplasmic dynein)：朝微管的负极运动 Kinesin与Dynein的分子结构