细胞生物学细胞骨架
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。
细胞生物学中的细胞膜与细胞骨架相互作用研究
细胞生物学中的细胞膜与细胞骨架相互作用研究细胞膜是细胞内部与外部环境之间的重要屏障，并且细胞骨架在维持细胞形态以及细胞内物质运输中发挥着重要作用。
细胞膜与细胞骨架之间的相互作用在细胞的结构和功能上起到了至关重要的作用。
本文将从细胞膜与细胞骨架的互动方式、作用机制以及生理功能等方面进行探讨。
一、细胞膜与细胞骨架的互动方式细胞膜与细胞骨架的互动方式主要包括直接结合和间接相互作用两种方式。
直接结合是指细胞膜与细胞骨架蛋白直接相连，在细胞内形成一种稳定的连接。
间接相互作用则是通过细胞膜上的跨膜蛋白与细胞骨架蛋白之间的相互作用来实现的。
通过这些互动方式，细胞膜与细胞骨架能够紧密结合，形成一个相互依赖的整体。
二、细胞膜与细胞骨架的作用机制细胞膜与细胞骨架之间的相互作用是通过膜蛋白和骨架蛋白之间的结合来实现的。
细胞膜上具有多种跨膜蛋白，其中一类叫做整合素，它们可以与细胞骨架的肌动蛋白相结合。
膜蛋白与骨架蛋白的结合可以通过直接作用或者间接调解来实现。
直接作用是指膜蛋白与骨架蛋白之间存在直接的物理联系，形成一个稳定的连接。
间接调解是指膜蛋白与骨架蛋白之间通过其他蛋白物质作为中介实现相互作用。
细胞内的信号可以通过这一连接传递给细胞骨架，细胞骨架再通过调整细胞内的骨架结构来作出相应的反应。
三、细胞膜与细胞骨架的生理功能细胞膜与细胞骨架的相互作用在细胞的结构和功能上发挥着重要作用。
1. 细胞形态的维持：细胞骨架的存在可以保持细胞的形态稳定，使其能够适应各种不同的环境。
细胞骨架蛋白能够通过与细胞膜结合，调节细胞膜的形状和稳定性，使细胞能够维持特定的形态。
2. 细胞内物质运输：细胞骨架在细胞质内形成了一种细胞骨架网状结构，通过这种结构，细胞膜上的物质可以在细胞质内进行迅速的运输。
细胞骨架蛋白可以通过与细胞膜结合来调节细胞内物质的运输速度和方向。
3. 信号传导：细胞膜与细胞骨架的相互作用能够调节细胞内的信号传导。
细胞膜上的信号分子可以通过与细胞骨架结合，传递到细胞内，并触发一系列的信号转导反应。
细胞骨架和细胞间连接的结构和功能
细胞骨架和细胞间连接的结构和功能细胞是生命的基本单位，其形态和功能的实现离不开细胞骨架和细胞间连接的结构和功能的支持。
细胞骨架和细胞间连接是细胞的重要组成部分，它们的形态、结构以及功能之间存在着密切的关系，互为补充，互相促进，从而维持了细胞的正常形态和功能。
一、细胞骨架的结构细胞骨架是细胞内一个由多种蛋白质构成的复杂网状结构，它存在于质膜下表面，由细胞质中的微丝、中间纤维和微管三种纤维组成。
微丝结构呈现出类似于细绳的形式，直径为7nm，是由肌球蛋白和肌动蛋白交替排列而成；中间纤维是一种较粗的纤维，直径为10nm，由多种中间纤维蛋白构成；微管则是由α-和β-微管蛋白组成，直径为25nm的管状结构。
二、细胞骨架的功能细胞骨架的功能非常广泛，主要包括支持和维护细胞形态、维持细胞内界面完整性、参与细胞的分裂和运动等。
例如，肌球蛋白和肌动蛋白在肌肉细胞中可使肌肉进行收缩；微管在有丝分裂中起支撑和引导染色体运动的作用；中间纤维可以增强细胞的抗压性，从而保护细胞。
三、细胞间连接的结构细胞间连接由三个主要部分构成，分别是紧密连接、连接蛋白和质膜连接。
紧密连接是指两个细胞紧密地连接在一起，由细胞质膜上的蛋白质构成。
连接蛋白是一种连接细胞之间的蛋白质，包括轮蛋白和粘附蛋白两种。
质膜连接由许多小分子构成，包括膜蛋白、脂质等。
四、细胞间连接的功能细胞间连接在细胞生命中起着非常重要的作用。
首先，它们可以提供细胞与周围环境的联系，从而使细胞组织能够紧密连接在一起。
其次，细胞间连接还可以传递一些生化信号，例如细胞之间的通讯、分化和发育等。
最后，细胞间连接还可以调节细胞表面的化学成分，例如细胞间的脂质组成、蛋白质组成等。
五、细胞骨架与细胞间连接的协同作用细胞骨架和细胞间连接之间存在着密切的关系。
细胞骨架能够通过细胞内的运动、收缩等过程，对细胞间连接的紧密程度，以及其中连接蛋白的结构及其功能发挥产生影响。
同时，细胞间连接也有促进细胞骨架的生长和组织的形成的作用。
细胞生物学实验- 细胞骨架
常用荧光探针
细胞参量 荧光探针 吸收/发射 nm
特性
蛋白和抗体 FITC 494/518 绿色荧光 的耦联探针
染死细胞,对PH值变化不 敏感
Texas red 595/615 红色 多参量细胞标记 荧光
溶酶体
Neutral red 541/640 红 探针微偏碱性,可标记溶酶
DAPI 358/461 蓝色荧光
Hoechst33342 350/461 蓝色荧光
嵌入核酸双链间,只能标记死细 胞.用于 染色体,细胞观察,分辨 死活细胞和细胞周期研究
嵌入核酸双链间,只能标记死细 胞.用于电泳分析,染色体观察
半通透细胞,结合于DNA的AT碱 基对.用于细胞周期的研究,染色 体和细胞核的观察
7. 取一个洁净的载玻片，按照载玻片的大小在其上放置一 条封口膜，在封口膜上上滴加10 μL 55 nM Alexa-568phalloidin (red)，将经上述处理的盖玻片细胞面向下孵 育于染色液中，于湿盒中室温避光染色30 min。 8. 小心取下盖玻片，将其置于小平皿中（细胞生长的面朝 上），用37℃预温 PEM避光漂洗3次。 9.在载玻片上分别滴加Ho.33342工作液10 μL，将盖玻片 上的细胞倒扣在载玻片上室温暗处孵育10 min。 10. 封片。 11. 荧光显微镜观察微丝（绿色荧光激发，产生红色荧 光）;核（紫外光激发，产生蓝色荧光）。
Hoechst 33342是一种亲脂性物质，能与DNA特异性结合的荧光探针，所以被大 量用于活细胞的观察和定量的研究。荧光激发和发射波长分别为350 nm和461 nm。
• 仪器 荧光显微镜，倒置显微镜
细胞生物学中的细胞骨架的结构和功能
细胞生物学中的细胞骨架的结构和功能细胞骨架是细胞内一种由蛋白质形成的网络结构，它赋予细胞形态稳定性，并参与多种细胞功能的调节。
细胞骨架由三种主要的结构组成：微丝、中间丝和微管。
本文将详细介绍细胞骨架的结构和功能。
一、微丝（Actin Filaments）微丝是直径约为7纳米的细丝状蛋白质，主要由肌动蛋白组成。
在细胞中，微丝贯穿整个细胞，形成一个复杂的网络结构。
微丝在细胞中起着许多重要的作用。
1. 细胞内定位微丝可使排列在细胞内的各种细胞器和蛋白质分子保持适当位置。
它们可以在细胞膜下形成细胞皮层，提供细胞膜的支持和稳定性。
2. 细胞运动微丝与肌动蛋白相互作用，参与细胞运动。
当细胞膜上的肌动蛋白与微丝结合时，细胞膜会发生收缩或延伸，从而实现细胞的定向运动。
3. 持续性动态重构微丝可以动态地重组和消失，形成不同形状的结构。
这种持续的动态重构能够对细胞的外部环境变化作出适应性调整，保持细胞形态的稳定。
二、中间丝（Intermediate Filaments）中间丝是直径约为10纳米的纤维状蛋白质，其组成物质多样化，不同类型的细胞中有不同种类的中间丝。
中间丝主要参与细胞的结构支持和分子运输。
1. 细胞结构支持中间丝构建了细胞骨架的连续网络，并提供细胞内稳定的骨架支持。
中间丝的存在保持了细胞形态的稳定性和机械强度。
2. 分子运输中间丝可嵌入在细胞膜下，并与内质网和高尔基体连接，形成一个细胞内运输通路。
通过这个通路，细胞可以将各种分子和细胞器在细胞内进行快速运输。
3. 组织特异性中间丝的种类和分布在不同类型的组织中是不同的。
例如，角质细胞中的中间丝主要是角蛋白，而肌肉细胞中则是肌球蛋白。
这种组织特异性使得细胞能够适应不同的生理和形态要求。
三、微管（Microtubules）微管是直径约为25纳米的空心管状蛋白质，主要由α-和β-管蛋白组成。
微管是细胞骨架中最大的组成部分，与细胞的形态调控和细胞器定位密切相关。
细胞生物学3-细胞骨架知识点
细胞生物学3-细胞骨架知识点●广泛存在于真核细胞中的蛋白纤维网架系统●微管●微管的组装●微管的组装●三时期●成核期●缓慢、限速过程。
●寡聚体核心→扩展成片状带→微管●聚合期●微管蛋白聚合>解聚●稳定期●微管蛋白聚合=解聚●体外组装（有踏车现象）●原纤维形成→片层形成→微管延长●体内组装●时间控制●细胞生命活动的特殊时刻。
（纺锤丝微管的聚合与解聚发生在细胞分裂期）●空间控制●微管聚合从特异性的核心形成位点开始，主要是中心体、（鞭毛和纤毛的）基体等微管组织中心（MTOC）。
●影响因素●温度：温度超过20℃有利于组装，低于4℃引起分解。
●药物：秋水仙素和长春花碱引起分解，紫杉酚促进组装。
●离子：Ca2+低时促进组装，高时解聚. Mg2+存在时促进组装。
●存在形式●单管（13根）●微管主要存在形式●分散或者成束●不稳定●二联管(23根)●主要分布在纤毛鞭毛杆状部分●A（13根原丝）+B（10根原丝）●三联管(33根)●中心粒，纤毛，鞭毛基体●较稳定●A（13根原丝）+B（10根原丝）+C（10根原丝）AB公用3根原丝●形态结构●中空的圆柱状●13原纤维纵向、螺旋排列●有极性●化学组成●微管蛋白（tubulin）：●α微管蛋白（450aa）●GTP不可交换位点（gtp不会被水解N位点）●β微管蛋白（455aa）●GTP可交换位点●去组装水解E位点●二价阳离子结合位点（镁离子，钙离子）●秋水仙素结合位点（抑制微管组装）●长春新碱结合位点（抑制微管组装）●γ微管蛋白（455aa）●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。
●微管相关蛋白（MAP）（前三种主要存在于神经元中)●碱性微管结合区●结合到微管蛋白的侧面●酸性微管结合区●从微管蛋白表面向外延伸成丝状●主要通过蛋白激酶和磷酸酶控制●分类●MAP1●神经元轴突和树突●控制微管延长●不能使微管成束●有三种亚型●在微管间及微管与中间丝间形成横桥，●能使微管成束●Tau（微管聚合蛋白）●位于神经元轴突增加微管组装的起始点●磷酸化失活●MAP4●广泛存在于各种细胞中，具有高度进化保守性●热稳定性●主要功能●（1）网架：构成细胞支架并维持细胞的形态；●（2）参与细胞内物质运输●马达蛋白（Motor protein）一种特殊酶类，能水解ATP获能而沿着微丝或微管移动，又称为分子发动机●肌球蛋白(myosins)家族：微丝作为运行的轨道●驱动蛋白(kinesins)家族：微管作为运行的轨道向微管正极移动●动力蛋白 (dyneins)家族：微管作为运行的轨道向微管负极移动●物质运输●（6）参与细胞内信号传递●（5）参与染色体的运动，调节细胞分裂●（4）维持细胞内细胞器空间定位和分布●（5）参与细胞运动：中心粒、纤毛、鞭毛●中心粒●结构：9组，三联微管●中心粒是微管组织中心，可形成微管结构；●中心粒与纺锤体的形成有关，并与星体、纺锤体和染色体共同组成有丝分裂器；●中心粒也能产生纤毛和鞭毛,它们从中心粒的一端长出。
细胞骨架相关通路
细胞骨架相关通路细胞骨架是细胞内的一种重要结构，它由微丝、微管和中间纤维组成，可以维持细胞的形态、支撑细胞、参与细胞运动和细胞分裂等生命活动。
而细胞骨架的形成和调控则与多种信号通路密切相关。
微丝相关通路微丝是细胞骨架中的一种重要成分，它由肌动蛋白单体组成，可以形成肌动蛋白丝。
微丝相关通路主要包括Rho GTP酶家族、Wiskott-Aldrich综合征蛋白家族和肌球蛋白结合蛋白家族等。
这些通路可以调控微丝的聚合和解聚，从而影响细胞的形态和运动。
微管相关通路微管是细胞骨架中的另一种重要成分，它由α-和β-微管蛋白组成，可以形成微管。
微管相关通路主要包括Ran GTP酶家族、MAP蛋白家族和动力蛋白家族等。
这些通路可以调控微管的聚合和解聚，从而影响细胞的形态和运动。
中间纤维相关通路中间纤维是细胞骨架中的第三种成分，它由多种中间纤维蛋白组成，可以形成中间纤维。
中间纤维相关通路主要包括Rho GTP酶家族、细胞骨架相关蛋白家族和转录因子家族等。
这些通路可以调控中间纤维的聚合和解聚，从而影响细胞的形态和运动。
细胞骨架相关通路的生物学意义细胞骨架相关通路在细胞的形态和运动中起着重要作用。
例如，在细胞分裂中，微管可以形成纺锤体，将染色体分离到两个子细胞中；在细胞迁移中，微丝可以形成伪足，帮助细胞向前移动；在细胞形态维持中，中间纤维可以维持细胞的稳定性和弹性。
因此，细胞骨架相关通路的研究对于理解细胞生物学的基本原理和疾病的发生机制具有重要意义。
总结细胞骨架相关通路是细胞内的一种重要信号通路，它可以调控微丝、微管和中间纤维的聚合和解聚，从而影响细胞的形态和运动。
这些通路在细胞生物学中具有重要作用，对于理解细胞生物学的基本原理和疾病的发生机制具有重要意义。
细胞生物学9章 细胞骨架
中心体：是动物细胞中决定微管形成的一种细胞器
实用文档
基体：是纤毛和鞭毛的微管组织中心
实用文档
（2）微管蛋白的体内装配 还须具备下列条件：
①微管组织中心（MTOC） ②MAPs,τ蛋白因子
实用文档
五、微管的生物学功能
（一）维持细胞形态
如：细胞的伪足 神经细胞的轴突 双凹圆盘状红细胞 血小板的外形
实用文档
四、功能
* 支持作用 * 核功能 * 物质运输 * 细胞分化 * 细胞连接
实用文档
细胞骨架三种成分的比较
实用文档
第四节 细胞骨架与医学
1、肿瘤细胞 2、神经退行性病 3、临床应用
实用文档
第9章要求：
1、掌握细胞骨架的概念； 2、掌握微管、微丝的组成和功能； 3、熟悉中间纤维的组成和功能。
实用文档
（1）微管蛋白的体外装配 反应液必须具备下列条件：
①足够的微管蛋白浓度（α和β） ②GTP和适量的Mg2+存在 ③去除反应液中的Ca2+ ④温度保持37℃，pH 6.9
实用文档
（2）微管蛋白的体内装配 还须具备下列条件：
①微管组织中心（MTOC） 微管进行组装的区域，发源部位。 如：中心体、鞭毛基体。
实用文档
1、核纤层蛋白对核膜有支持作用，与核膜的形 状有关
2、核纤层蛋白与核膜的消失与重建有关
分裂前期：核纤层蛋白磷酸化——核膜消失 分裂末期：核纤层蛋白去磷酸化——核膜重建
实用文档
Periperal nuclear lamina (green)
实用文档
实用文档
(五)核孔复合体(nuclear pore complex,NPC)
形状： 大小：
细胞生物学-9细胞骨架
细胞骨架
1.微管（microtuble） 2.微丝（microfilament） 3.中间纤维（intermediate filament）
微丝 微管 中间纤维 细胞骨架几乎参与细胞一切重要的生命活动。
细胞质骨架
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； ◆肌动蛋白纤维主要分布在细胞质膜的内 侧和细胞核膜的内侧； ◆中间纤维则分布在整个细胞中。
骨骼肌和平滑肌的结构
肌 纤 维 与 肌 原 纤 维
肌纤维的结构
◆粗肌丝(think filament) 由250-360个肌球蛋白Ⅱ聚合而成的肌球蛋白丝 ◆细肌丝(thin filament) ●肌动蛋白，它约占肌原纤维的总蛋白的25%； ●原肌球蛋白(tropomyosin, Tm) ●肌钙蛋白(troponin. Tn)∶ ◆肌节(sarcomere) ●明带(light zones),I带 ●暗带(dark bands),A带 ◆其他:肌联蛋白、伴肌动蛋白
微管装配的动力学现象
◆踏车现象(treadmilling) 又称轮回现象, 是微管组装后处于动态平衡 的一种现象。 ◆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。
微 管 动 态 不 稳 定 性
MAPs的功能
◆使微管相互交联形成束状结构;
细 胞 爬 行
细胞运动过程中力产生的机制
通过微丝的装配，将质膜向前推进
通过肌球蛋白和肌动蛋白相互作用
细 胞 运 动 机 理
骨骼肌细胞的基本结构
◆肌纤维(muscle fibers)
[教学]（细胞生物学期末考试各章总结）第十章细胞骨架-
要点•细胞骨架概念•微丝、微管、中间丝装配特点及其比较•微管动力学不稳定性•微丝、微管、中间丝功能1、细胞骨架：细胞骨架(Cytoskeleton)是指存在于真核细胞质内的中的蛋白纤维网架体系。
包括狭义和广义的细胞骨架两种概念。
广义的细胞骨架包括：细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架和细胞外基质。
狭义的细胞骨架指细胞质骨架，包括微丝、微管和中间纤维。
2、微管：在真核细胞质中，由微管蛋白构成的，可形成纺锤体、中心体及细胞特化结构鞭毛和纤毛的结构。
3、微丝：在真核细胞的细胞质中，由肌动蛋白和肌球蛋白构成的，可在细胞形态的支持及细胞肌性收缩和非肌性运动等方面起重要作用的结构。
4、中间纤维：存在于真核细胞质中的，由蛋白质构成的，其直径介于微管和微丝之间，在支持细胞形态、参与物质运输等方面起重要作用的纤维状结构。
5、踏车现象：（微管和微丝具有踏车现象，中间丝没有）在一定条件下，细胞骨架在装配过程中，一端发生装配使微管或微丝延长，而另一端发生去装配而使微管或微丝缩短，实际上是正极的装配速度快于负极的装配速度，这种现象称为踏车现象。
6、：微管聚合从特异性的核心形成位点开始，这些核心形成位点主要是中心体和纤毛的基体，称为微管组织中心，微管在生理状态或实验解聚后重新装配的发生处称为微管中心，其存在位置为间质的中心体。
7、微管结合蛋白：在微管上，除微管蛋白外，还有与微管相结合的辅助蛋白，称微管结合蛋白，为微管结构和功能的必要成分。
主要有微管关联蛋白MAP和微管装饰蛋白（tau），它们控制微管的延长，与微管的聚合和解聚的调节有关。
1、微丝的功能:（1）构成细胞的支架，维持细胞的形态；（2）作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩；（3）参与细胞分裂；（4）参与细胞运动；（5）参与细胞内物质运输；（6）参与细胞内信号转导2、微管的功能（1）维持细胞的形态；（2）构成纤毛、鞭毛和中心粒等细胞运动器官，参与细胞运动；（3）维持细胞器的位置，参与细胞器的位移；（4）参与细胞内物质运输；（5）参与染色体的运动，调节细胞分裂；（6）参与细胞内信号转导3、中间纤维的功能（1）中间纤维发挥功能具有时空特异性；（2）中间纤维提供细胞的机械强度作用；（3）中间纤维维持细胞和组织完整性的作用；（4）中间纤维与DNA复制有关；（5）中间纤维与细胞分化及细胞生存有关4、中间纤维的组装过程：a. 2 个α螺旋以相同的方向形成双股超螺旋二聚体；b. 两个二聚体以相反的方向再组装成一个四聚体；c. 四聚体首尾相连形成原纤维；d. 8 根原纤维构成圆柱状的10nm 纤维。