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。

踏车行为：在微丝组装过程中，表现微丝的正极由于 肌动蛋白亚基的不断添加而延长，而负极则由于肌动 蛋白亚基去组装而缩短的现象。
肌动蛋白具有ATP酶活性，能催化ATP的水解。肌动蛋白单体在参与微丝的组 装前必须先与ATP结合，组装到微丝末端的肌动蛋白发挥ATP酶的活性，将ATP 水解ADP，并释放磷酸基。 当微丝的组装速度快于肌动蛋白水解ATP的速度时，处于微丝末端的一些肌动蛋白 亚基所携带的ATP还未来得及水解，即有一个由肌动蛋白-ATP亚基所构成的帽。带有 这种帽的微丝比较稳定，可以持续组装。 相反，当末端的肌动蛋白亚基所结合的是ADP时，则构成这段微丝的肌动蛋白 亚基比较容易解聚。
（四）细胞内伪足的形成与细胞迁移

片状伪足和丝状伪足的形成依赖于肌动蛋白的聚合，并由此产 生推动细胞运动的力：
伪足形成的过程：
非肌细胞前缘肌动蛋白的聚合和伪足的形成
伪足形成的分子机制



1.当细胞受到外来信号的刺激时； 2. 位于细胞质膜附近的WASP蛋白将Arp2/3复合物激活； 3.使之成为微丝组装的成核位点，启动微丝的组装； 4.前纤维蛋白可促进结合ATP的肌动蛋白单体在微丝正极端聚合，使 其向细胞质膜一侧延伸；待微丝延伸到一定的程度后， Arp2/3复合 物结合到微丝的侧面； 5.启动新的微丝的组装，形成分支；游离的肌动蛋白单体不断在正极 端而使侧支向细胞质膜处延伸； 6. 在侧支上面再形成新的分支，并继续延伸。
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) ：是一种由毒蕈产生的双环杆肽，与微丝表面有强亲
和力，防止MF解聚。但不与激动蛋白单体结合。
因此，用荧光标记的鬼笔环肽染色可清晰地显示细胞中微丝的分布。
五、肌球蛋白：依赖于微丝的分子马达
1、在细胞内参与物质运输的马达蛋白： （1）沿微丝运动的肌球蛋白 （2）沿微管运动的驱动蛋白




微管的结构单位：微管蛋白亚基组装。 每个微管蛋白亚基：是由α-微管蛋白和β-微管蛋白结合形成异二 聚体。 α-微管蛋白：有一个GTP结合位点，结合该位点的GTP通常不会被水 解，即为不交换位点； β-微管蛋白：有一个GTP结合位点，结合该位点的GTP可被水解，即 为可交换位点。 微管蛋白：有二价阳离子结合位点，一个秋水仙素结合位点，一个 长春花碱结合位点。
第十章 细胞骨架(Cytoskeleton)
●细胞骨架是指存在于细胞内的蛋白纤维网架结构，
真核细胞中包括微丝、微管和中间丝3种结构组分。
●分别由相应的蛋白亚基组装而成，赋予细胞不同的形态和功能。
1、微丝 2、微管 3、中间丝
免疫荧光染色显示细胞内：A、微丝；B、微管；C、中间丝在体外 培养的小鼠上皮细胞内的分布，以及三种细胞骨架结构的叠加图（D）
二、微丝网络结构的调节与细胞运动
（一）非肌肉细胞内微丝的结合蛋白
1、肌动蛋白单体结合蛋白
胸腺素β4与肌动蛋白 单体结合以后抑制肌动 蛋白参与微丝的组装。 前纤维蛋白与肌动蛋白 单体的底部结合，促进 了微丝正极端的组装， 但阻断了负极断的组装。
2、成核蛋白
成核是肌动 蛋白在体外组装 的限速步骤。在 细胞内肌动蛋白 的组装受外部信 号的调控，其成 核过程收到成核 蛋白Arp2/3复合 物、形成蛋白 （formin）等的 催化。
称的，一端都是α-微管蛋白，而另一端都是β-微管蛋白，从而使整根微管
在结构上呈现极性状态。

结构上的不对称性导致了微管组装时微管蛋白二聚体在两端聚合速度不同， 将组装较快的一端称为正极，而另一端称为负极。微管的极性与微管的动态 性质及功能密切相关。
α/β-微管蛋白二聚体纵向排列而成原纤丝，13根原纤丝合拢后构成微管的管壁； 相邻的原纤丝之间在排列上存在1nm左右的交错，以至微管蛋白沿微管的圆周呈 螺旋排列。
13根微管蛋白亚基组成的环状结构

由于微管组装的基本结构单位是由α/β-微管蛋白组成的二聚体，每一个原 纤丝是由这些二聚体有规律地排列而成，这样每一根原纤丝的两端都是不对
3、加帽蛋白
细胞内微丝的组装一旦停止，其末端的肌动蛋白亚基所携带的ATP 很可能因为水解而使得整个纤维处于不稳定状态；而微丝过度组装不仅 浪费了原材料，也影响细胞的结构和功能。

加帽蛋白：与微丝的末端结合组织微丝解聚或过度组 装的蛋白。
4、交联蛋白

细胞内微丝排列方式主要有两种：束状排列和网状排列。 微丝的排列方式主要由微丝交联蛋白的种类决定。
极性：每个 肌动蛋白单体 周围有4个单体， 上下各一个， 另两个位于一侧。

组装过程：
（1）成核反应：即G-actin先形成数个亚基的低聚物； （Arp2/3与其他5种蛋白质参与） （2）快速延长：当微丝的组装速度快于肌动蛋白水解ATP的 速度时，则表现为持续组装纤维快速延长。 （3）稳定期：肌动蛋白亚基的组装/去组装达到平衡状态， 即组装和去组装的肌动蛋白亚基数目相当，微丝长度几乎保持 不变。
（五）微绒毛
轴心一束平行排列的微丝，微丝束正极指向微绒毛的顶端，其下终止于端网结构
（六）胞质分裂环

胞质分裂环（收缩环）：是有丝分裂末期在两个即将分裂的子细胞之 间的质膜内侧形成的一个起收缩作用的环形结构。
收缩换由大量平行排列，但极性相反的微丝组成。胞质分裂的动力来源于收缩环上肌球蛋白所介导的极性相反 的微丝之间的滑动。
肌肉收缩系统中的有关蛋白
①肌球蛋白(myosin)，其头部具ATቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ酶活力,依赖于微丝的分子马达。
· 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，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)

组成细胞皮层的骨架系统的功能：
细胞内多种运动，如胞质环流、阿米巴运动、变
皱膜运动、吞噬以及膜蛋白的定位等都与皮层内肌动 蛋白的溶胶态-凝胶态转化有关。
（三）应力纤维


体外培养的细胞在基质表面铺展时，常在细胞质膜的 特定区域与基质之间形成紧密黏附的粘着斑。 应力纤维：在紧贴黏着斑的细胞质膜内侧有大量成束 状 排列的微丝，这 种微丝束称为应 力纤维。
一、微丝的组成及其组装

（一）结构与成分
肌动蛋白（actin） 球状（电镜），中间有裂缝 （经X射线衍射） 肌动蛋白单体（G-actin）,由 G-actin组装而成纤维状 裂缝内部：一个核苷酸（ATP或 ADP）和一个二价阳离子（Mg2+或 Ca2+）结合位点。
一、微丝的组成及其组装
（二）微丝的组装及其动力学特征 低浓度的Na+、K+时，辅于适当浓度的Ca2+，微丝趋向于解聚； 较高浓度Na+、K+时，当辅于ATP、Mg2+，溶液中G-actin则趋向于 组装成F-actin.



由2条重链和4条轻链组成。 球形头部的马达结构域，包含一个肌动蛋白亚基结合位点和ATP结合 位点。 当ATP与肌球蛋白亚基结合时，裂隙稍稍开启，马达结构域与微丝的 亲和力降低。
调控结构域是连接马达结构域和尾部杆状区的一段α螺旋， 发挥杠杆作用。
六、肌细胞的收缩运动


（一）肌纤维的结构 肌纤维（骨骼肌细胞）：是胚胎期由大量的单核成肌细胞融合 而成，但细胞核仍保留在肌纤维内。由数百条更细的肌原纤维 组成的集束。 每根肌原纤维由称为肌节的收缩单位呈线性重复排列而成。 每个肌节表现出特征性的带型。 肌原纤维的带状条纹由粗肌丝和细肌丝的纤维有序组装而成。 肌球蛋白的头部突出于粗肌丝表面，并可与细肌丝上肌动蛋白 亚基结合，构成横桥