大學(xué)細胞生物學(xué)課件 第七章-細胞骨架

第七章細胞骨架

cytoskeleton細胞骨架真核細胞中由微管、微絲和中間纖維構(gòu)成的相互作用的網(wǎng)絡(luò)。廣義的細胞骨架包括核骨架、核纖層和細胞外基質(zhì)，形成貫穿于細胞核、細胞質(zhì)、細胞外的一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。第七章細胞骨架cytoskeleton細胞骨架真核細胞1細胞骨架真核細胞中由微管、微絲和中間纖維構(gòu)成的相互作用的網(wǎng)絡(luò)。廣義的細胞骨架包括核骨架、核纖層和細胞外基質(zhì)，形成貫穿于細胞核、細胞質(zhì)、細胞外的一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。細胞骨架真核細胞中由微管、微絲和中間纖維構(gòu)成的相互作用的網(wǎng)絡(luò)2微管主要分布在核周圍，呈放射狀向胞質(zhì)四周擴散。微絲主要分布在細胞質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)。中間纖維分布在整個細胞中。

MicrotubuleMicrofilamentIntermediatefilament微管主要分布在核周圍，呈放射狀向胞質(zhì)四周擴散。Microtu3第一節(jié)微管上世紀50年代，首次在超薄切片中觀察到微管(microtubule)

。(a)腦細胞微管的電鏡照片(b)微管橫截面的電鏡照片(c)微管縱切面模式圖第一節(jié)微管上世紀50年代，首次在超薄切片中觀察到微管(4一、微管的結(jié)構(gòu)與組成微管的外徑24nm，管壁厚度約5nm，跨越細胞的整個長度或?qū)挾取９鼙谟煽v向排列的13條原纖維構(gòu)成。原纖維由,微管蛋白球狀亞基組成的異二聚體裝配而成。一、微管的結(jié)構(gòu)與組成微管的外徑24nm，管壁厚度約5nm，跨5每個裝配單位一端是α微管蛋白，另一端是β微管蛋白。所以原纖維不對稱。每個裝配單位一端是α微管蛋白，另一端是β微管蛋白。所以原纖維6微管在細胞中的存在形式單管：細胞質(zhì)微管，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。三聯(lián)管：13+10+10存在于中心粒、基體，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。131310131010二聯(lián)管：13+10見于特化的細胞結(jié)構(gòu)纖毛和鞭毛的軸絲內(nèi)。結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。微管在細胞中的存在形式單管：細胞質(zhì)微管，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。三聯(lián)管：7二、微管結(jié)合蛋白微管結(jié)合蛋白(microtubuleassociatedprotein,MAP)結(jié)合在微管表面的一種輔助蛋白(accessoryproteins)，提高微管的穩(wěn)定性；改變其剛性或影響組裝速率；介導(dǎo)微管與其他細胞器的連接。MAP具有兩個結(jié)構(gòu)域(domain)一個結(jié)構(gòu)域結(jié)合到微管蛋白側(cè)面，加速微管的成核。另一個結(jié)構(gòu)域從微管蛋白表面向外延伸，與其他骨架纖維連接。MAP1,MAP2,Tau只存在于神經(jīng)元細胞。MAP4廣泛分布在哺乳動物非神經(jīng)元細胞中。*結(jié)構(gòu)域——蛋白質(zhì)中在結(jié)構(gòu)和功能上相對獨立的區(qū)域。二、微管結(jié)合蛋白微管結(jié)合蛋白(microtubuleas8神經(jīng)細胞中的MAPsMAP2有3個微管蛋白結(jié)合位點，彼此分開，與微管壁的3個不同微管蛋白亞基結(jié)合。MAP2的尾部向外伸出，擁有較長的突出結(jié)構(gòu)域，以便與其他骨架纖維相互作用。突出結(jié)構(gòu)域的長度決定微管束中微管的間距。突出結(jié)構(gòu)域神經(jīng)細胞中的MAPsMAP2有3個微管蛋白結(jié)合位點，彼此分9神經(jīng)細胞中的MAPsMAP2有3個微管蛋白結(jié)合位點，彼此分開，與微管壁的3個不同微管蛋白亞基結(jié)合。MAP2的尾部向外伸出，擁有較長的突出結(jié)構(gòu)域，以便與其他骨架纖維相互作用。Tau擁有較短的突出結(jié)構(gòu)域。細胞過量表達MAP2,TauMAP2過量表達的細胞，保持有較寬空間的微管束。Tau過量表達，形成包裹得更緊密的微管束。神經(jīng)細胞中的MAPsMAP2有3個微管蛋白結(jié)合位點，彼此10三、微管的裝配與動力學(xué)微管在正常情況下裝配和去裝配，以適應(yīng)細胞在不同時間的變化需要。微管的裝配分為三個時期成核期(nucleationphase),微管蛋白聚合，形成一個短的寡聚體/核心。聚合期(polymerizationphase),微管蛋白異二聚體不斷加到微管正端，使微管延長。穩(wěn)定期(steadystatephase)游離微管蛋白水平下降，裝配與去裝配達到動態(tài)平衡。三、微管的裝配與動力學(xué)微管在正常情況下裝配和去裝配，以適應(yīng)細11（一）微管裝配的起始點是微管組織中心在體內(nèi)，微管的成核和組織過程與一些特異的結(jié)構(gòu)相關(guān)，這些結(jié)構(gòu)被稱為微管組織中心(microtubule-organizingcenter,MTOC)。MTOC是微管裝配的起始點①控制微管的數(shù)目、極性②控制組成微管壁的原纖維數(shù)目③控制微管組裝的時間和地點常見微管組織中心間期細胞：中心體（動態(tài)微管）鞭毛、纖毛細胞：基體，永久性結(jié)構(gòu)（一）微管裝配的起始點是微管組織中心在體內(nèi)，微管的成核和組織12中心體(centrosome)在動物細胞中，細胞骨架微管一般與中心體結(jié)合，組成一個復(fù)合結(jié)構(gòu)。含有2個桶狀的中心粒由9組三聯(lián)管構(gòu)成成對的中心粒垂直排列，包埋在中心粒旁物質(zhì)(pericentriolarmaterial,PCM)中。經(jīng)過復(fù)制的2對中心粒中心體(centrosome)在動物細胞中，細胞骨架微管一13微管的成核作用γ-環(huán)形蛋白復(fù)合體(γ-Tubulinringcomplex,γ-TuRC)螺旋化排列的13個γ微管蛋白亞基組成一個開放的環(huán)狀模板，在模板上第一列γ微管蛋白二聚體組裝形成γ-TuRC，與微管具有相同直徑。微管的成核作用γ-環(huán)形蛋白復(fù)合體(γ-Tubulin14纖維性的中心粒旁物質(zhì)含有50拷貝以上的γ-TuRC中心體是微管成核的位點。γ-TuRC由MTOC提供的物質(zhì)固定其位置，從而決定微管的極性。負端與中心體結(jié)合，正端遠離中心體。nucleatingsites(γ-tubulinringcomplexes)pairofcentriolesmicrotubulesgrowingformγ-tubulinringcomplexesofthecentrosome

(a)(b)纖維性的中心粒旁物質(zhì)含有50拷貝以上的γ-TuRCnucle15①微管生長時，正端以開口片狀存在，結(jié)合GTP的二聚體添加其上。②快速生長階段，微管蛋白二聚體添加速率快于微管蛋白上GTP水解的速率。微管末端形成GTP帽，有利于添加更多的亞基使微管生長。但帶有開放末端的微管會產(chǎn)生自發(fā)反應(yīng)，導(dǎo)致管口閉合。③管口閉合，迫使結(jié)合的GTP水解，改變微管蛋白二聚體的構(gòu)像。④當原纖維向外翻卷并發(fā)生級聯(lián)去組裝時，GTP水解形成的張力被釋放。①微管生長時，正端以開口片狀存在，結(jié)合GTP的二聚體添加其上16（三）微管的體外裝配微管的體外裝配條件微管蛋白濃度：1mg/ml最適pH：6.9最適溫度：37℃，低溫微管解聚離子：加入Mg2+、除去Ca2+

GTP提供能量在一定條件下，微管在正端裝配使微管延長，在負端去裝配使微管縮短。當微管兩端的裝配和去裝配達到平衡，其長度相對恒定不變時，該現(xiàn)象被稱為“踏車”(treadmilling)。在試管中組裝的微管11根原纖絲（三）微管的體外裝配微管的體外裝配條件在試管中組裝的微管117（四）影響微管組裝和去組裝的因素對活細胞進行各種處理可使細胞骨架微管去組裝，但不破壞其它細胞結(jié)構(gòu)。低溫、流體靜力學(xué)壓力、升高的鈣離子濃度微管特異性藥物秋水仙素、長春花堿、長春新堿和紫杉醇秋水仙素，最重要的微管工具藥物。秋水仙素結(jié)合和穩(wěn)定微管蛋白，阻止微管蛋白聚合，引起微管去組裝。長春花堿和長春新堿則結(jié)合微管蛋白異二聚體，抑制微管的聚合。細胞周期特異性抗腫瘤藥，作用于G1,S&M。阻斷增殖細胞紡錘體的形成，使有絲分裂停止于中期。（四）影響微管組裝和去組裝的因素對活細胞進行各種處理可使細胞1811/12/202219紫杉醇(taxol)促進微管的裝配，并使已形成的微管穩(wěn)定。紫杉醇所致的微管穩(wěn)定性對細胞是有害的，使細胞周期停止于有絲分裂期。紫杉醇類化合物在體內(nèi)優(yōu)先殺死腫瘤細胞，已用于癌癥的化療。11/10/202219紫杉醇(taxol)19四、微管的功能

（一）支持和維持細胞的形態(tài)作為動態(tài)支架，提供結(jié)構(gòu)支撐，決定細胞形態(tài)和抵抗細胞變形。微管從細胞的核周區(qū)域呈放射狀向外伸展，各條微管逐漸彎曲并與細胞形狀一致。

大而扁平的培養(yǎng)小鼠細胞中微管的定位四、微管的功能（一）支持和維持細胞的形態(tài)大而扁平的培養(yǎng)小鼠20（二）參與中心粒、纖毛和鞭毛的形成（二）參與中心粒、纖毛和鞭毛的形成21纖毛/鞭毛軸絲的結(jié)構(gòu)。可見軸心的“9＋2”結(jié)構(gòu)：外周的9組二聯(lián)管（13+10）和2條中央微管（完整微管）。精子軸絲動力蛋白（以區(qū)別于胞質(zhì)動力蛋白）缺陷將導(dǎo)致不育。動力蛋白臂AB纖毛/鞭毛軸絲的結(jié)構(gòu)?？梢娸S心的“9＋2”結(jié)構(gòu)：動力蛋白22（三）參與細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸細胞中的馬達蛋白(motorproteins)將ATP的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，轉(zhuǎn)運與馬達蛋白結(jié)合的貨物。運輸小泡、分泌顆粒、色素顆粒、線粒體、溶酶體和染色體等單個細胞含有幾十種不同的馬達蛋白，分為三大家族：動力蛋白(dyneins)沿微管運動驅(qū)動蛋白(kinesin)沿微管運動肌球蛋白(myosin)沿微絲運動每種馬達蛋白用于運輸細胞特定區(qū)域的一類特定物質(zhì)。它們結(jié)合的纖維不同、移動的方向不同、攜帶的“貨物”不同。（三）參與細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸細胞中的馬達蛋白(motorpr231.動力蛋白(a)由2個產(chǎn)力的球狀頭部（具有ATP水解酶活性）、1個柄部和基部的許多小亞基組成。小亞基介導(dǎo)馬達蛋白與要轉(zhuǎn)運的“貨物”結(jié)合。1.動力蛋白(a)由2個產(chǎn)力的球狀頭部（具有ATP水解242.驅(qū)動蛋白負責從胞體向軸突末端運輸小泡和細胞器。由2條重鏈和2條輕鏈組成的四聚體。一對球狀頭部（水解ATP產(chǎn)生能量）與微管結(jié)合。每個頭部與一個頸部、一個桿狀的柄部和一個結(jié)合運載“貨物”的扇形尾部相連。驅(qū)動蛋白沿著微管運輸小泡的示意圖2.驅(qū)動蛋白負責從胞體向軸突末端運輸小泡和細胞器。驅(qū)動蛋白25在體外培養(yǎng)的非極性細胞中，驅(qū)動蛋白和動力蛋白介導(dǎo)的小泡和細胞器運輸?shù)氖疽鈭D。在體外培養(yǎng)的非極性細胞中，驅(qū)動蛋白和動力蛋白介導(dǎo)的小泡和細胞26（四）維持細胞內(nèi)細胞器的定位大鼠結(jié)腸分泌黏液的杯狀細胞的極化結(jié)構(gòu)圖細胞器沿著從頂端到基底端的軸以確定的模式排列（四）維持細胞內(nèi)細胞器的定位大鼠結(jié)腸分泌黏液的杯狀細胞的極化27正常細胞高爾基體（綠色）定位在核周圍。用秋水仙素處理細胞，微管（橙色）解聚，高爾基體分散在整個胞質(zhì)中。正常細胞高爾基體（綠色）定位在核周圍。285.細胞分裂裝置的必要組分構(gòu)成有絲分裂器，介導(dǎo)染色體運動。5.細胞分裂裝置的必要組分構(gòu)成有絲分裂器，介導(dǎo)染色體運動。29第二節(jié)微絲(microfilament,MF)又稱肌動蛋白絲(actinfilament)細胞的許多運動都依賴微絲的存在

肌肉收縮非肌肉收縮與運動細胞分裂巨噬細胞的吞噬活動微絨毛第二節(jié)微絲(microfilament,MF)又稱30一、肌動蛋白與微絲的結(jié)構(gòu)微絲是由肌動蛋白單體（常稱作G-肌動蛋白）組成的多聚體，直徑約8nm。肌動蛋白單體由2個亞基構(gòu)成，每一亞基含有375個氨基酸殘基。肌動蛋白單體有ATP?

ADP、Mg2+和K+?

Na+以及肌球蛋白的結(jié)合位點。肌動蛋白纖維的冷凍蝕刻電鏡照片雙股螺旋結(jié)構(gòu)一、肌動蛋白與微絲的結(jié)構(gòu)微絲是由肌動蛋白單體（常稱作G-肌動31一、肌動蛋白與微絲的結(jié)構(gòu)每個肌動蛋白亞基都有極性，并且肌動蛋白纖維中所有的亞基均指向同一方向，所以整條微絲都有極性。一、肌動蛋白與微絲的結(jié)構(gòu)每個肌動蛋白亞基都有極性，并且肌動蛋32二、微絲結(jié)合蛋白及其功能決定細胞內(nèi)微絲的組織與行為右圖，運動的成纖維細胞的前導(dǎo)邊緣電鏡照片，顯示高度致密的肌動蛋白纖維組織成兩種不同的排列。什么因素控制肌動蛋白纖維的組裝速率、數(shù)量、長度和空間分布？微絲平行排列成束微絲以不同方向交聯(lián)成網(wǎng)二、微絲結(jié)合蛋白及其功能決定細胞內(nèi)微絲的組織與行為微絲平行排33?單體隔離?封端加帽?單體成核單體?交聯(lián)?單體聚合?交聯(lián)?解聚?纖維切割?膜結(jié)合?單體隔離?封端加帽?單體成核單體?交聯(lián)?單體聚合?交聯(lián)?解34（一）單體-隔離蛋白

(monomer-sequesteringprotein)1.胸腺素結(jié)合G-actin，阻止G-actin聚合。維持非肌肉細胞中肌動蛋白單體以較高的濃度(50～200μmol/L)存在。維持單體庫的穩(wěn)定。2.抑制蛋白不抑制聚合，而是在去除加帽蛋白后，促進生長中的微絲正端添加結(jié)合抑制蛋白的肌動蛋白單體，在細胞運動過程中促進肌動蛋白聚合。（一）單體-隔離蛋白

(monomer-sequesteri35（二）交聯(lián)蛋白

(cross-linkingprotein)改變微絲群體的三維結(jié)構(gòu)。交聯(lián)蛋白有2個或2個以上與肌動蛋白結(jié)合的位點，能夠?qū)蓚€或兩個以上分離的肌動蛋白纖維交聯(lián)在一起。細絲蛋白絨毛蛋白絲束蛋白（二）交聯(lián)蛋白

(cross-linkingprotein36細絲蛋白呈細長柔軟的桿狀，促進形成近似正交相互關(guān)系的纖維松散網(wǎng)絡(luò)。含該網(wǎng)絡(luò)的胞質(zhì)區(qū)具有彈性凝膠特性，能抵抗局部的機械壓力。細絲蛋白呈細長柔軟的桿狀，促進形成近似正交相互關(guān)系的纖維松散37成束蛋白絲束蛋白和絨毛蛋白呈球狀，促進肌動蛋白纖維束緊密地平行排列。上皮細胞的微絨毛、內(nèi)耳受體細胞突出的毛發(fā)狀的靜纖毛。端帽絲束蛋白絨毛蛋白肌球蛋白Ⅰ纖維正端微絨毛成束蛋白絲束蛋白和絨毛蛋白呈球狀，促進肌動蛋白纖維束緊密地平38α輔肌蛋白和絲束蛋白α輔肌蛋白和絲束蛋白39成束蛋白成束蛋白40（三）封端（加帽）蛋白

[End-blocking(capping)protein]與微絲的某一端結(jié)合形成帽，調(diào)節(jié)肌動蛋白纖維的長度。在纖維快速增長的正端加帽，則另一端解聚，導(dǎo)致纖維去組裝。橫紋肌的細絲由CapZ在其Z線的正端加帽，其負端則由原肌球調(diào)節(jié)蛋白加帽。（三）封端（加帽）蛋白

[End-blocking(capp41（四）纖維-切割蛋白

(filament-severingprotein)與已有纖維的側(cè)面結(jié)合，并將其一分為二。由于纖維長度縮短，胞質(zhì)黏度下降。切割蛋白能產(chǎn)生游離的正端，促進肌動蛋白單體的滲入，或為切割產(chǎn)生的片段加帽。凝溶膠轉(zhuǎn)換蛋白切割、加帽（四）纖維-切割蛋白

(filament-severing42（五）肌動蛋白纖維-解聚蛋白

(actinfilament-depolymerizingprotein)與微絲負端結(jié)合，促進微絲解聚成肌動蛋白單體。結(jié)合在肌動蛋白微絲上，使之輕微扭曲變緊，易碎、易切割。拆卸細胞的衰老纖維。絲切蛋白（五）肌動蛋白纖維-解聚蛋白

(actinfilament43（六）膜結(jié)合蛋白

(membrane-bindingprotein)非肌肉細胞的收縮裝置大部分位于細胞質(zhì)膜下方。通過與外周膜蛋白連接，將微絲間接連在質(zhì)膜上，產(chǎn)生細胞運動或移動。收縮蛋白產(chǎn)生的力作用于質(zhì)膜上使之外凸/內(nèi)凹。細胞移動過程中吞噬作用或胞質(zhì)分裂過程中（六）膜結(jié)合蛋白

(membrane-bindingpro44紅細胞膜骨架人紅細胞質(zhì)膜的內(nèi)表面觀模型，顯示出包埋在脂雙層中的整合蛋白和形成膜內(nèi)表面骨架的外周蛋白的排列。紅細胞膜骨架人紅細胞質(zhì)膜的內(nèi)表面觀模型，顯示出包埋在脂雙層中45三、微絲的裝配機制非肌肉細胞中，微絲是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)。G-actin滲入微絲前，先結(jié)合1分子ATP；快速組裝肌動蛋白纖維時，其末端含有actin-ATP帽，阻止纖維去組裝，有利于連續(xù)組裝；ATP水解，減弱微絲單體間的結(jié)合力，微絲解聚。（一）微絲的組裝過程分為成核、聚合和穩(wěn)定三個階段三、微絲的裝配機制非肌肉細胞中，微絲是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)。46肌動蛋白微絲體外組裝的三個時期成核期/延遲期成核作用發(fā)生在質(zhì)膜下，由ARP2/3復(fù)合物催化，是微絲組裝的限速過程，剛形成的二聚體易水解，形成三聚體核心才穩(wěn)定；聚合期

球狀肌動蛋白快速地在核心兩端聚合；正端是快速增長端，負端是緩慢增長端。一端添加單體的速率是另一端的5～10倍；平衡期肌動蛋白-ATP亞基傾向于添加到纖維的正端，而肌動蛋白-ADP傾向于離開纖維的負端；聚合與解聚達到動態(tài)平衡。肌動蛋白微絲體外組裝的三個時期成核期/延遲期47三、微絲的裝配機制（二）微絲組裝的踏車模型和非穩(wěn)態(tài)動力學(xué)模型體外實驗中，肌動蛋白-ATP亞基添加到纖維的正端，而肌動蛋白-ADP離開纖維的負端。微絲兩端聚合與解聚達到平衡，各個單體沿著肌動蛋白纖維長度的移動稱為踏車(tread-milling)。肌動蛋白的體外裝配三、微絲的裝配機制（二）微絲組裝的踏車模型和非穩(wěn)態(tài)動力學(xué)模型48（三）影響微絲組裝的因素肌動蛋白單體的臨界濃度ATP離子濃度有Mg2+存在，Na+,K+↑溶液中，G-actin組裝成微絲。有Ca2+存在，Na+,K+↓溶液中，微絲解聚成G-actin。（三）影響微絲組裝的因素肌動蛋白單體的臨界濃度49藥物細胞松弛素B(cytochalasinB)

從霉菌細胞中提取的化合物，與微絲的正端結(jié)合，阻止肌動蛋白聚合，破壞微絲的三維網(wǎng)絡(luò)。鬼筆環(huán)肽(phalloidin)從有毒蘑菇中提取的化合物，結(jié)合并穩(wěn)定微絲，使肌動蛋白纖維網(wǎng)絡(luò)聚合增強。當細胞暴露于這類化合物時，微絲介導(dǎo)的活動迅速停止。細胞移動、吞噬活動、胞質(zhì)分裂藥物50四、微絲的功能構(gòu)成細胞支架并維持細胞的形態(tài)參與細胞運動細胞分裂肌肉收縮細胞物質(zhì)運輸細胞內(nèi)信號傳遞四、微絲的功能構(gòu)成細胞支架并維持細胞的形態(tài)51（一）構(gòu)成細胞支架并維持細胞的形態(tài)每根微絨毛含有25根微絲，通過絨毛蛋白和絲束蛋白將微絲交聯(lián)成束，使其保持高度有序的排列。（一）構(gòu)成細胞支架并維持細胞的形態(tài)每根微絨毛含有25根微絲，52（二）參與細胞運動巨噬細胞、白細胞含有豐富的微絲，通過與微絲結(jié)合蛋白的相互作用，使細胞表面形成凸起，如絲足、片足。（二）參與細胞運動巨噬細胞、白細胞含有豐富的微絲，通過與微絲53（三）參與細胞分裂有絲分裂后、末期，質(zhì)膜下的微絲在肌球蛋白的作用下，形成帶狀束——收縮環(huán)，導(dǎo)致細胞一分為二。（三）參與細胞分裂有絲分裂后、末期，質(zhì)膜下的微絲在肌球蛋白54（四）參與肌肉收縮肌細胞（纖維）由數(shù)百個肌原纖維組成。每根肌原纖維由細肌絲和粗肌絲重疊而形成。骨胳肌收縮的基本結(jié)構(gòu)單位——肌小節(jié)骨骼肌肌束肌纖維細胞核肌鞘肌原纖維肌節(jié)（四）參與肌肉收縮肌細胞（纖維）由數(shù)百個肌原纖維組成。骨骼肌55肌球蛋白Ⅱ分子結(jié)構(gòu)頭頸尾由一對重鏈和兩對輕鏈組成：成對的重鏈由一個桿狀尾部和一對球狀頭部組成，尾部的兩條多肽鏈部分互相纏繞形成卷曲螺旋。每根粗絲由幾百個肌球蛋白(myosinⅡ)分子組成。肌球蛋白Ⅱ分子結(jié)構(gòu)頭頸尾由一對重鏈和兩對輕鏈組成：56粗肌絲和細肌絲肌動蛋白肌鈣蛋白原肌球蛋白粗絲的中央由肌球蛋白分子相對的尾部組成。由于組成粗絲的肌球蛋白分子的交錯位置，肌球蛋白的頭部在每根粗絲的末端突出。粗肌絲和細肌絲肌動蛋白肌鈣蛋白原肌球蛋白粗絲的中央由57在肌肉收縮過程中肌節(jié)的縮短I帶僅含細肌絲；H區(qū)只含粗肌絲；H區(qū)兩側(cè)的A帶代表重疊區(qū)域，含有粗肌絲和細肌絲。肌節(jié)在肌肉松弛與收縮狀態(tài)中的差別。在收縮過程中，肌球蛋白交聯(lián)橋與周圍的細肌絲接觸，細肌絲被迫向肌節(jié)中央滑動。交聯(lián)橋非同步活動，以致在任意時刻都只有一部分處于活動狀態(tài)。在肌肉收縮過程中肌節(jié)的縮短I帶僅含細肌絲；H區(qū)只含粗肌絲58在肌肉收縮過程中肌節(jié)的縮短松弛和收縮的肌節(jié)縱切面的電鏡照片。顯示由于細肌絲向肌節(jié)中央滑動，使H區(qū)消失。在肌肉收縮過程中肌節(jié)的縮短松弛和收縮的肌節(jié)縱切面的電鏡照片。59肌肉收縮的分子基礎(chǔ)+-+-肌肉收縮的分子基礎(chǔ)+-+-60（五）參與細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸肌球蛋白Va驅(qū)動蛋白色素顆粒微管微絲（五）參與細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸肌球蛋白Va驅(qū)動蛋白色素顆粒微管微61（六）細胞內(nèi)信號傳遞細胞表面的受體受到外界信號作用，誘導(dǎo)細胞質(zhì)膜下的肌動蛋白結(jié)構(gòu)改變，從而啟動胞內(nèi)激酶變化的信號傳導(dǎo)過程。（六）細胞內(nèi)信號傳遞細胞表面的受體受到外界信號作用，誘導(dǎo)細胞62第三節(jié)中間纖維

(intermediatefilament,IF)

直徑約10nm的實心纖維。存在于細胞質(zhì)和細胞核。是最堅韌持久的細胞骨架成分。第三節(jié)中間纖維

(intermediate63一、中間纖維的結(jié)構(gòu)和類型（一）中間纖維是絲狀蛋白多聚體具有一個由310個氨基酸組成的α螺旋桿狀區(qū)，兩端是非螺旋的頭部和尾部。桿狀區(qū)在長度和氨基酸序列上非常保守，是結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵區(qū)域。包含4段具有7個氨基酸一組的α螺旋區(qū)，4個螺旋區(qū)被3個短小的間隔區(qū)所連接。L1L12L21A1B2A2B一、中間纖維的結(jié)構(gòu)和類型（一）中間纖維是絲狀蛋白多聚體L1L64N端的頭部和C端的尾部高度可變IF的主要區(qū)別取決于頭和尾的長度及氨基酸順序具有不同的氨基酸序列和化學(xué)性質(zhì)2個多肽的α螺旋桿狀區(qū)以卷曲螺旋形式互相纏繞，形成約45nm的繩狀二聚體。（一）中間纖維是絲狀蛋白多聚體N端的頭部和C端的尾部高度可變（一）中間纖維是絲狀蛋白65一、中間纖維的結(jié)構(gòu)和類型（二）中間纖維蛋白的類型和分布IF是一類形態(tài)上非常相似，而化學(xué)組成上有明顯差異的蛋白質(zhì)。根據(jù)其組織分布、生化、遺傳及免疫學(xué)標準分為六大類。角蛋白

結(jié)蛋白膠質(zhì)原纖維酸性蛋白波形纖維蛋白神經(jīng)纖絲蛋白核纖層蛋白(lamin)一、中間纖維的結(jié)構(gòu)和類型（二）中間纖維蛋白的類型和分布66中間纖維的類型IF蛋白序列類型主要組織分布酸性角蛋白I上皮中性/堿性角蛋白II上皮波形蛋白III間充質(zhì)細胞結(jié)蛋白III肌肉外周蛋白膠質(zhì)原纖維酸性蛋白IIIIII外周神經(jīng)元神經(jīng)膠質(zhì)細胞神經(jīng)絲蛋白(NF-L,M,H)IV中樞神經(jīng)元和外周神經(jīng)核纖層蛋白(lamin)(LaminA,B,C)V所有細胞類型（核被膜）NestinVI神經(jīng)干細胞中間纖維的類型IF蛋白序列類型主要組織分布酸性角蛋白I上671.角蛋白人類上皮細胞有20余種不同的角蛋白，分為α和β兩類β角蛋白又稱胞質(zhì)角蛋白，分布于體表、體腔的上皮細胞中。α角蛋白為頭發(fā)、指甲等堅韌結(jié)構(gòu)所具有。根據(jù)組成氨基酸的不同，也可分為酸性角蛋白(I型)中性/堿性角蛋白(II型)1.角蛋白人類上皮細胞有20余種不同的角蛋白，分為α和β兩682.波形纖維蛋白存在于間充質(zhì)細胞及中胚層來源的細胞。波形蛋白一端與核膜相連，另一端與細胞表面處的橋?；虬霕蛄Ｏ噙B，將細胞核和細胞器維持在特定的空間。3.結(jié)蛋白存在于肌肉細胞，又稱骨骼蛋白。主要功能:使肌纖維連在一起。4.膠質(zhì)原纖維酸性蛋白存在于星形神經(jīng)膠質(zhì)細胞和周圍神經(jīng)的許旺細胞，主要起支撐作用。2.波形纖維蛋白695.神經(jīng)絲蛋白由三種分子量不同的多肽組成的異聚體。NF-L(low,60~70KD)NF-M(medium,105~110KD)NF-H(heavy,135~150KD)功能：提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展、防止斷裂。5.神經(jīng)絲蛋白70核纖層(nuclearlamina)真核細胞內(nèi)核膜內(nèi)表面連接的一層致密的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。培養(yǎng)的人細胞的細胞核，用熒光標記抗體染色顯示核纖層（紅色），核基質(zhì)被染成綠色。核基質(zhì)核纖層纖維核纖層冰凍蝕刻電鏡照片核纖層(nuclearlamina)真核細胞內(nèi)核膜內(nèi)表面連71二、中間纖維的裝配和調(diào)節(jié)二、中間纖維的裝配和調(diào)節(jié)72三、中間纖維的功能（一）在細胞內(nèi)形成完整的網(wǎng)狀骨架系統(tǒng)（二）為細胞提供機械支持（三）參與細胞連接（四）參與細胞內(nèi)信息傳遞及物質(zhì)運輸（五）維持細胞核膜穩(wěn)定（六）參與細胞分化三、中間纖維的功能（一）在細胞內(nèi)形成完整的網(wǎng)狀骨架系統(tǒng)73（一）在細胞內(nèi)形成完整的

網(wǎng)狀骨架系統(tǒng)中間纖維在靠近核區(qū)域多次分支，且與核纖層相連，整個纖維網(wǎng)架穿過胞質(zhì)終止于質(zhì)膜。（一）在細胞內(nèi)形成完整的

網(wǎng)狀骨架系統(tǒng)中間纖維在靠近核區(qū)域74細胞骨架成分通過蛋白交聯(lián)橋相互連接成纖維細胞局部細胞骨架的冰凍蝕刻電鏡照片（已選擇性去除微絲）。通過由纖維網(wǎng)狀蛋白組成的細長束狀交聯(lián)橋可見中間纖維與微管連接。中間纖維微管細胞骨架成分通過蛋白交聯(lián)橋相互連接成纖維細胞局部細胞骨架的冰75（二）為細胞提供機械支持細胞內(nèi)的中間纖維通過橋粒相互連接形成貫穿于整個組織的網(wǎng)絡(luò)，支持該組織并抵抗外界壓力與張力。上皮細胞中是角蛋白中間纖維。心肌細胞中是結(jié)蛋白中間纖維大腦表皮細胞中為波形中間纖維（二）為細胞提供機械支持細胞內(nèi)的中間纖維通過橋粒相互連接形76（三）參與細胞連接中間纖維通過錨定在橋粒和半橋粒上，把一些器官和皮膚表皮細胞連接在其他細胞或固著在基底膜上。橋粒介導(dǎo)細胞-細胞的黏著半橋粒介導(dǎo)細胞-細胞外基質(zhì)的黏著（三）參與細胞連接中間纖維通過錨定在橋粒和半橋粒上，把一些77（四）參與細胞內(nèi)信息傳遞及物質(zhì)運輸中間纖維連接質(zhì)膜及胞外基質(zhì)，并與核纖層相連，形成一個跨膜的信息通道。胞質(zhì)mRNA錨定于中間纖維，可能與mRNA的運輸、定位有關(guān)。（五）維持細胞核膜穩(wěn)定核纖層為核被膜提供機械支持，維持細胞核的形態(tài)。（四）參與細胞內(nèi)信息傳遞及物質(zhì)運輸中間纖維連接質(zhì)膜及胞外基質(zhì)78（六）參與細胞分化不同的中間纖維蛋白在各類組織中有特異的表達，表明中間纖維與細胞的分化有密切關(guān)系。胚胎細胞能根據(jù)其發(fā)育的方向調(diào)節(jié)中間纖維基因的表達。小鼠胚胎發(fā)育初期，胚胎細胞表達角蛋白；到第8～9d,將要發(fā)育為間葉組織的細胞中，角蛋白表達下降并停止，同時出現(xiàn)波形纖維蛋白的表達。神經(jīng)外胚層發(fā)育中，首先出現(xiàn)角蛋白的表達，第11d左右，角蛋白表達停止，波形纖維蛋白出現(xiàn)。（六）參與細胞分化不同的中間纖維蛋白在各類組織中有特異的表達79第四節(jié)細胞運動高等脊椎動物中的許多活動都需要細胞運動傷口愈合預(yù)防感染血液凝固早期胚胎細胞的遷移第四節(jié)細胞運動高等脊椎動物中的許多活動都需要細胞運動80一、微管與細胞運動細胞通過鞭毛和纖毛運動鞭毛：精子的尾部。鞭毛沿長度方向波動，推動細胞在液體中穿行。運動機制：略下圖，海膽精子鞭毛的波形運動一、微管與細胞運動細胞通過鞭毛和纖毛運動81右圖纖毛的擊打。纖毛擊打的不同階段。纖毛以時間波方式擊打。在此過程中，同一排的纖毛處于擊打周期的同一階段，而相鄰各排的纖毛則處于周期的不同階段。右圖纖毛的擊打。82二、微絲與細胞運動細胞運動與其它運動（如步行）有共同特征。在培養(yǎng)皿表面蠕動的小鼠成纖維細胞的掃描電鏡照片。細胞的前緣分散成扁平的片狀足。細胞在基質(zhì)上爬行時發(fā)生的重復(fù)的活動順序。tailleading二、微絲與細胞運動tailleading83ARP2/3復(fù)合物ARP代表肌動蛋白相關(guān)蛋白(actin-relatedprotein)是一種蛋白復(fù)合物，在體內(nèi)外都能使肌動蛋白纖維成核。ARP2/3復(fù)合物由ARP2和ARP3組成，形成添加肌動蛋白單體的模板。ARP2/3復(fù)合物使肌動蛋白纖維在負端成核，在正端快速延伸。ARP2/3復(fù)合物ARP代表肌動蛋白相關(guān)蛋白(actin84肌動蛋白纖維成網(wǎng)ARP2/3復(fù)合物以70o結(jié)合在先存的肌動蛋白纖維上，成核，形成新的纖維再成網(wǎng)。肌動蛋白纖維成網(wǎng)ARP2/3復(fù)合物以70o結(jié)合在先存的肌85非肌肉細胞定向運動的推測機制非肌肉細胞定向運動的推測機制86第五節(jié)細胞骨架與疾?。裕┮?、細胞骨架與腫瘤（略）二、細胞骨架蛋白與神經(jīng)系統(tǒng)疾病阿爾茨海默病(Alzheimer'sdiseases,AD)以進行性記憶和認知功能喪失為臨床特征的大腦退行性疾病。

患者腦細胞中有神經(jīng)原纖維纏結(jié)(neurofibrillarytangle,NFT)，導(dǎo)致神經(jīng)細胞死亡，患者癡呆。第五節(jié)細胞骨架與疾病（略）一、細胞骨架與腫瘤（略）87三、細胞骨架與遺傳性疾病K14是基底表皮層細胞分泌的Ⅰ型角蛋白缺失編碼K14基因的小鼠對機械壓力異常敏感單純大皰性表皮松懈癥患者攜帶編碼K14同源多肽的基因突變結(jié)蛋白纖維是肌肉Z盤的重要結(jié)構(gòu)組分，在維持肌細胞中肌原纖維的排列起關(guān)鍵作用。不能產(chǎn)生結(jié)蛋白多肽的基因敲除小鼠，肌纖維排列異常，表現(xiàn)出嚴重的心肌和骨骼肌異常。結(jié)蛋白相關(guān)肌癥(desmin-relatedmyopathy)

由編碼結(jié)蛋白的基因突變引起?；颊吖趋兰∷ト酢⑿穆墒С?，最后充血性心力衰竭。三、細胞骨架與遺傳性疾病K14是基底表皮層細胞分泌的Ⅰ型角88掌握、熟悉和了解的內(nèi)容第一節(jié)微管掌握微管的結(jié)構(gòu)和分子組成；微管的主要功能；中心粒的結(jié)構(gòu)特點及功能熟悉微管結(jié)合蛋白的類型及作用、微管的組裝了解纖毛、鞭毛的結(jié)構(gòu)第二節(jié)微絲掌握微絲的結(jié)構(gòu)及分子組成；微絲的主要功能熟悉微絲結(jié)合蛋白的作用；微絲的組裝掌握、熟悉和了解的內(nèi)容第一節(jié)微管89掌握、熟悉和了解的內(nèi)容第三節(jié)中間纖維掌握各種中間纖維類型的共同結(jié)構(gòu)特點；中間纖維的功能熟悉中間纖維的類型了解中間纖維的組裝第四節(jié)細胞運動熟悉動物細胞爬行過程了解纖毛和鞭毛的運動第五節(jié)細胞骨架與疾?。私猓┱莆?、熟悉和了解的內(nèi)容第三節(jié)中間纖維90復(fù)習(xí)題比對微管與微絲組裝的特點。描述微管的主要功能。描述微絲的主要功能。列出講述過的肌動蛋白結(jié)合蛋白以及各自的一種功能。描述骨骼肌肌纖維中肌節(jié)的結(jié)構(gòu)及其在收縮過程中發(fā)生的變化。什么是MTOC?描述其中一種的結(jié)構(gòu)以及功能。名詞解釋：細胞骨架、微絲組裝成核期、ATP帽、踏車、MAP復(fù)習(xí)題比對微管與微絲組裝的特點。91基因敲除(knock-out)

基因敲除是一種新型的分子生物學(xué)技術(shù)，是通過一定的途徑使機體特定的基因失活或缺失的技術(shù)。通常意義上的基因敲除主要是應(yīng)用DNA同源重組原理，用設(shè)計的同源片段替代靶基因片段，從而達到基因敲除的目的。是一種理想的修飾、改造生物遺傳物質(zhì)的方法。現(xiàn)在基因敲除技術(shù)主要應(yīng)用于動物模型的建立，而最成熟的實驗動物是小鼠，對于大型哺乳動物的基因敲除模型還處于探索階段。基因敲除(knock-out)基因敲除是一種新型的分子92第七章細胞骨架

cytoskeleton細胞骨架真核細胞中由微管、微絲和中間纖維構(gòu)成的相互作用的網(wǎng)絡(luò)。廣義的細胞骨架包括核骨架、核纖層和細胞外基質(zhì)，形成貫穿于細胞核、細胞質(zhì)、細胞外的一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。第七章細胞骨架cytoskeleton細胞骨架真核細胞93細胞骨架真核細胞中由微管、微絲和中間纖維構(gòu)成的相互作用的網(wǎng)絡(luò)。廣義的細胞骨架包括核骨架、核纖層和細胞外基質(zhì)，形成貫穿于細胞核、細胞質(zhì)、細胞外的一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。細胞骨架真核細胞中由微管、微絲和中間纖維構(gòu)成的相互作用的網(wǎng)絡(luò)94微管主要分布在核周圍，呈放射狀向胞質(zhì)四周擴散。微絲主要分布在細胞質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)。中間纖維分布在整個細胞中。

MicrotubuleMicrofilamentIntermediatefilament微管主要分布在核周圍，呈放射狀向胞質(zhì)四周擴散。Microtu95第一節(jié)微管上世紀50年代，首次在超薄切片中觀察到微管(microtubule)

。(a)腦細胞微管的電鏡照片(b)微管橫截面的電鏡照片(c)微管縱切面模式圖第一節(jié)微管上世紀50年代，首次在超薄切片中觀察到微管(96一、微管的結(jié)構(gòu)與組成微管的外徑24nm，管壁厚度約5nm，跨越細胞的整個長度或?qū)挾?。管壁由縱向排列的13條原纖維構(gòu)成。原纖維由,微管蛋白球狀亞基組成的異二聚體裝配而成。一、微管的結(jié)構(gòu)與組成微管的外徑24nm，管壁厚度約5nm，跨97每個裝配單位一端是α微管蛋白，另一端是β微管蛋白。所以原纖維不對稱。每個裝配單位一端是α微管蛋白，另一端是β微管蛋白。所以原纖維98微管在細胞中的存在形式單管：細胞質(zhì)微管，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。三聯(lián)管：13+10+10存在于中心粒、基體，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。131310131010二聯(lián)管：13+10見于特化的細胞結(jié)構(gòu)纖毛和鞭毛的軸絲內(nèi)。結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。微管在細胞中的存在形式單管：細胞質(zhì)微管，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。三聯(lián)管：99二、微管結(jié)合蛋白微管結(jié)合蛋白(microtubuleassociatedprotein,MAP)結(jié)合在微管表面的一種輔助蛋白(accessoryproteins)，提高微管的穩(wěn)定性；改變其剛性或影響組裝速率；介導(dǎo)微管與其他細胞器的連接。MAP具有兩個結(jié)構(gòu)域(domain)一個結(jié)構(gòu)域結(jié)合到微管蛋白側(cè)面，加速微管的成核。另一個結(jié)構(gòu)域從微管蛋白表面向外延伸，與其他骨架纖維連接。MAP1,MAP2,Tau只存在于神經(jīng)元細胞。MAP4廣泛分布在哺乳動物非神經(jīng)元細胞中。*結(jié)構(gòu)域——蛋白質(zhì)中在結(jié)構(gòu)和功能上相對獨立的區(qū)域。二、微管結(jié)合蛋白微管結(jié)合蛋白(microtubuleas100神經(jīng)細胞中的MAPsMAP2有3個微管蛋白結(jié)合位點，彼此分開，與微管壁的3個不同微管蛋白亞基結(jié)合。MAP2的尾部向外伸出，擁有較長的突出結(jié)構(gòu)域，以便與其他骨架纖維相互作用。突出結(jié)構(gòu)域的長度決定微管束中微管的間距。突出結(jié)構(gòu)域神經(jīng)細胞中的MAPsMAP2有3個微管蛋白結(jié)合位點，彼此分101神經(jīng)細胞中的MAPsMAP2有3個微管蛋白結(jié)合位點，彼此分開，與微管壁的3個不同微管蛋白亞基結(jié)合。MAP2的尾部向外伸出，擁有較長的突出結(jié)構(gòu)域，以便與其他骨架纖維相互作用。Tau擁有較短的突出結(jié)構(gòu)域。細胞過量表達MAP2,TauMAP2過量表達的細胞，保持有較寬空間的微管束。Tau過量表達，形成包裹得更緊密的微管束。神經(jīng)細胞中的MAPsMAP2有3個微管蛋白結(jié)合位點，彼此102三、微管的裝配與動力學(xué)微管在正常情況下裝配和去裝配，以適應(yīng)細胞在不同時間的變化需要。微管的裝配分為三個時期成核期(nucleationphase),微管蛋白聚合，形成一個短的寡聚體/核心。聚合期(polymerizationphase),微管蛋白異二聚體不斷加到微管正端，使微管延長。穩(wěn)定期(steadystatephase)游離微管蛋白水平下降，裝配與去裝配達到動態(tài)平衡。三、微管的裝配與動力學(xué)微管在正常情況下裝配和去裝配，以適應(yīng)細103（一）微管裝配的起始點是微管組織中心在體內(nèi)，微管的成核和組織過程與一些特異的結(jié)構(gòu)相關(guān)，這些結(jié)構(gòu)被稱為微管組織中心(microtubule-organizingcenter,MTOC)。MTOC是微管裝配的起始點①控制微管的數(shù)目、極性②控制組成微管壁的原纖維數(shù)目③控制微管組裝的時間和地點常見微管組織中心間期細胞：中心體（動態(tài)微管）鞭毛、纖毛細胞：基體，永久性結(jié)構(gòu)（一）微管裝配的起始點是微管組織中心在體內(nèi)，微管的成核和組織104中心體(centrosome)在動物細胞中，細胞骨架微管一般與中心體結(jié)合，組成一個復(fù)合結(jié)構(gòu)。含有2個桶狀的中心粒由9組三聯(lián)管構(gòu)成成對的中心粒垂直排列，包埋在中心粒旁物質(zhì)(pericentriolarmaterial,PCM)中。經(jīng)過復(fù)制的2對中心粒中心體(centrosome)在動物細胞中，細胞骨架微管一105微管的成核作用γ-環(huán)形蛋白復(fù)合體(γ-Tubulinringcomplex,γ-TuRC)螺旋化排列的13個γ微管蛋白亞基組成一個開放的環(huán)狀模板，在模板上第一列γ微管蛋白二聚體組裝形成γ-TuRC，與微管具有相同直徑。微管的成核作用γ-環(huán)形蛋白復(fù)合體(γ-Tubulin106纖維性的中心粒旁物質(zhì)含有50拷貝以上的γ-TuRC中心體是微管成核的位點。γ-TuRC由MTOC提供的物質(zhì)固定其位置，從而決定微管的極性。負端與中心體結(jié)合，正端遠離中心體。nucleatingsites(γ-tubulinringcomplexes)pairofcentriolesmicrotubulesgrowingformγ-tubulinringcomplexesofthecentrosome

(a)(b)纖維性的中心粒旁物質(zhì)含有50拷貝以上的γ-TuRCnucle107①微管生長時，正端以開口片狀存在，結(jié)合GTP的二聚體添加其上。②快速生長階段，微管蛋白二聚體添加速率快于微管蛋白上GTP水解的速率。微管末端形成GTP帽，有利于添加更多的亞基使微管生長。但帶有開放末端的微管會產(chǎn)生自發(fā)反應(yīng)，導(dǎo)致管口閉合。③管口閉合，迫使結(jié)合的GTP水解，改變微管蛋白二聚體的構(gòu)像。④當原纖維向外翻卷并發(fā)生級聯(lián)去組裝時，GTP水解形成的張力被釋放。①微管生長時，正端以開口片狀存在，結(jié)合GTP的二聚體添加其上108（三）微管的體外裝配微管的體外裝配條件微管蛋白濃度：1mg/ml最適pH：6.9最適溫度：37℃，低溫微管解聚離子：加入Mg2+、除去Ca2+

GTP提供能量在一定條件下，微管在正端裝配使微管延長，在負端去裝配使微管縮短。當微管兩端的裝配和去裝配達到平衡，其長度相對恒定不變時，該現(xiàn)象被稱為“踏車”(treadmilling)。在試管中組裝的微管11根原纖絲（三）微管的體外裝配微管的體外裝配條件在試管中組裝的微管1109（四）影響微管組裝和去組裝的因素對活細胞進行各種處理可使細胞骨架微管去組裝，但不破壞其它細胞結(jié)構(gòu)。低溫、流體靜力學(xué)壓力、升高的鈣離子濃度微管特異性藥物秋水仙素、長春花堿、長春新堿和紫杉醇秋水仙素，最重要的微管工具藥物。秋水仙素結(jié)合和穩(wěn)定微管蛋白，阻止微管蛋白聚合，引起微管去組裝。長春花堿和長春新堿則結(jié)合微管蛋白異二聚體，抑制微管的聚合。細胞周期特異性抗腫瘤藥，作用于G1,S&M。阻斷增殖細胞紡錘體的形成，使有絲分裂停止于中期。（四）影響微管組裝和去組裝的因素對活細胞進行各種處理可使細胞11011/12/2022111紫杉醇(taxol)促進微管的裝配，并使已形成的微管穩(wěn)定。紫杉醇所致的微管穩(wěn)定性對細胞是有害的，使細胞周期停止于有絲分裂期。紫杉醇類化合物在體內(nèi)優(yōu)先殺死腫瘤細胞，已用于癌癥的化療。11/10/202219紫杉醇(taxol)111四、微管的功能

（一）支持和維持細胞的形態(tài)作為動態(tài)支架，提供結(jié)構(gòu)支撐，決定細胞形態(tài)和抵抗細胞變形。微管從細胞的核周區(qū)域呈放射狀向外伸展，各條微管逐漸彎曲并與細胞形狀一致。

大而扁平的培養(yǎng)小鼠細胞中微管的定位四、微管的功能（一）支持和維持細胞的形態(tài)大而扁平的培養(yǎng)小鼠112（二）參與中心粒、纖毛和鞭毛的形成（二）參與中心粒、纖毛和鞭毛的形成113纖毛/鞭毛軸絲的結(jié)構(gòu)。可見軸心的“9＋2”結(jié)構(gòu)：外周的9組二聯(lián)管（13+10）和2條中央微管（完整微管）。精子軸絲動力蛋白（以區(qū)別于胞質(zhì)動力蛋白）缺陷將導(dǎo)致不育。動力蛋白臂AB纖毛/鞭毛軸絲的結(jié)構(gòu)?？梢娸S心的“9＋2”結(jié)構(gòu)：動力蛋白114（三）參與細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸細胞中的馬達蛋白(motorproteins)將ATP的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，轉(zhuǎn)運與馬達蛋白結(jié)合的貨物。運輸小泡、分泌顆粒、色素顆粒、線粒體、溶酶體和染色體等單個細胞含有幾十種不同的馬達蛋白，分為三大家族：動力蛋白(dyneins)沿微管運動驅(qū)動蛋白(kinesin)沿微管運動肌球蛋白(myosin)沿微絲運動每種馬達蛋白用于運輸細胞特定區(qū)域的一類特定物質(zhì)。它們結(jié)合的纖維不同、移動的方向不同、攜帶的“貨物”不同。（三）參與細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸細胞中的馬達蛋白(motorpr1151.動力蛋白(a)由2個產(chǎn)力的球狀頭部（具有ATP水解酶活性）、1個柄部和基部的許多小亞基組成。小亞基介導(dǎo)馬達蛋白與要轉(zhuǎn)運的“貨物”結(jié)合。1.動力蛋白(a)由2個產(chǎn)力的球狀頭部（具有ATP水解1162.驅(qū)動蛋白負責從胞體向軸突末端運輸小泡和細胞器。由2條重鏈和2條輕鏈組成的四聚體。一對球狀頭部（水解ATP產(chǎn)生能量）與微管結(jié)合。每個頭部與一個頸部、一個桿狀的柄部和一個結(jié)合運載“貨物”的扇形尾部相連。驅(qū)動蛋白沿著微管運輸小泡的示意圖2.驅(qū)動蛋白負責從胞體向軸突末端運輸小泡和細胞器。驅(qū)動蛋白117在體外培養(yǎng)的非極性細胞中，驅(qū)動蛋白和動力蛋白介導(dǎo)的小泡和細胞器運輸?shù)氖疽鈭D。在體外培養(yǎng)的非極性細胞中，驅(qū)動蛋白和動力蛋白介導(dǎo)的小泡和細胞118（四）維持細胞內(nèi)細胞器的定位大鼠結(jié)腸分泌黏液的杯狀細胞的極化結(jié)構(gòu)圖細胞器沿著從頂端到基底端的軸以確定的模式排列（四）維持細胞內(nèi)細胞器的定位大鼠結(jié)腸分泌黏液的杯狀細胞的極化119正常細胞高爾基體（綠色）定位在核周圍。用秋水仙素處理細胞，微管（橙色）解聚，高爾基體分散在整個胞質(zhì)中。正常細胞高爾基體（綠色）定位在核周圍。1205.細胞分裂裝置的必要組分構(gòu)成有絲分裂器，介導(dǎo)染色體運動。5.細胞分裂裝置的必要組分構(gòu)成有絲分裂器，介導(dǎo)染色體運動。121第二節(jié)微絲(microfilament,MF)又稱肌動蛋白絲(actinfilament)細胞的許多運動都依賴微絲的存在

肌肉收縮非肌肉收縮與運動細胞分裂巨噬細胞的吞噬活動微絨毛第二節(jié)微絲(microfilament,MF)又稱122一、肌動蛋白與微絲的結(jié)構(gòu)微絲是由肌動蛋白單體（常稱作G-肌動蛋白）組成的多聚體，直徑約8nm。肌動蛋白單體由2個亞基構(gòu)成，每一亞基含有375個氨基酸殘基。肌動蛋白單體有ATP?

ADP、Mg2+和K+?

Na+以及肌球蛋白的結(jié)合位點。肌動蛋白纖維的冷凍蝕刻電鏡照片雙股螺旋結(jié)構(gòu)一、肌動蛋白與微絲的結(jié)構(gòu)微絲是由肌動蛋白單體（常稱作G-肌動123一、肌動蛋白與微絲的結(jié)構(gòu)每個肌動蛋白亞基都有極性，并且肌動蛋白纖維中所有的亞基均指向同一方向，所以整條微絲都有極性。一、肌動蛋白與微絲的結(jié)構(gòu)每個肌動蛋白亞基都有極性，并且肌動蛋124二、微絲結(jié)合蛋白及其功能決定細胞內(nèi)微絲的組織與行為右圖，運動的成纖維細胞的前導(dǎo)邊緣電鏡照片，顯示高度致密的肌動蛋白纖維組織成兩種不同的排列。什么因素控制肌動蛋白纖維的組裝速率、數(shù)量、長度和空間分布？微絲平行排列成束微絲以不同方向交聯(lián)成網(wǎng)二、微絲結(jié)合蛋白及其功能決定細胞內(nèi)微絲的組織與行為微絲平行排125?單體隔離?封端加帽?單體成核單體?交聯(lián)?單體聚合?交聯(lián)?解聚?纖維切割?膜結(jié)合?單體隔離?封端加帽?單體成核單體?交聯(lián)?單體聚合?交聯(lián)?解126（一）單體-隔離蛋白

(monomer-sequesteringprotein)1.胸腺素結(jié)合G-actin，阻止G-actin聚合。維持非肌肉細胞中肌動蛋白單體以較高的濃度(50～200μmol/L)存在。維持單體庫的穩(wěn)定。2.抑制蛋白不抑制聚合，而是在去除加帽蛋白后，促進生長中的微絲正端添加結(jié)合抑制蛋白的肌動蛋白單體，在細胞運動過程中促進肌動蛋白聚合。（一）單體-隔離蛋白

(monomer-sequesteri127（二）交聯(lián)蛋白

(cross-linkingprotein)改變微絲群體的三維結(jié)構(gòu)。交聯(lián)蛋白有2個或2個以上與肌動蛋白結(jié)合的位點，能夠?qū)蓚€或兩個以上分離的肌動蛋白纖維交聯(lián)在一起。細絲蛋白絨毛蛋白絲束蛋白（二）交聯(lián)蛋白

(cross-linkingprotein128細絲蛋白呈細長柔軟的桿狀，促進形成近似正交相互關(guān)系的纖維松散網(wǎng)絡(luò)。含該網(wǎng)絡(luò)的胞質(zhì)區(qū)具有彈性凝膠特性，能抵抗局部的機械壓力。細絲蛋白呈細長柔軟的桿狀，促進形成近似正交相互關(guān)系的纖維松散129成束蛋白絲束蛋白和絨毛蛋白呈球狀，促進肌動蛋白纖維束緊密地平行排列。上皮細胞的微絨毛、內(nèi)耳受體細胞突出的毛發(fā)狀的靜纖毛。端帽絲束蛋白絨毛蛋白肌球蛋白Ⅰ纖維正端微絨毛成束蛋白絲束蛋白和絨毛蛋白呈球狀，促進肌動蛋白纖維束緊密地平130α輔肌蛋白和絲束蛋白α輔肌蛋白和絲束蛋白131成束蛋白成束蛋白132（三）封端（加帽）蛋白

[End-blocking(capping)protein]與微絲的某一端結(jié)合形成帽，調(diào)節(jié)肌動蛋白纖維的長度。在纖維快速增長的正端加帽，則另一端解聚，導(dǎo)致纖維去組裝。橫紋肌的細絲由CapZ在其Z線的正端加帽，其負端則由原肌球調(diào)節(jié)蛋白加帽。（三）封端（加帽）蛋白

[End-blocking(capp133（四）纖維-切割蛋白

(filament-severingprotein)與已有纖維的側(cè)面結(jié)合，并將其一分為二。由于纖維長度縮短，胞質(zhì)黏度下降。切割蛋白能產(chǎn)生游離的正端，促進肌動蛋白單體的滲入，或為切割產(chǎn)生的片段加帽。凝溶膠轉(zhuǎn)換蛋白切割、加帽（四）纖維-切割蛋白

(filament-severing134（五）肌動蛋白纖維-解聚蛋白

(actinfilament-depolymerizingprotein)與微絲負端結(jié)合，促進微絲解聚成肌動蛋白單體。結(jié)合在肌動蛋白微絲上，使之輕微扭曲變緊，易碎、易切割。拆卸細胞的衰老纖維。絲切蛋白（五）肌動蛋白纖維-解聚蛋白

(actinfilament135（六）膜結(jié)合蛋白

(membrane-bindingprotein)非肌肉細胞的收縮裝置大部分位于細胞質(zhì)膜下方。通過與外周膜蛋白連接，將微絲間接連在質(zhì)膜上，產(chǎn)生細胞運動或移動。收縮蛋白產(chǎn)生的力作用于質(zhì)膜上使之外凸/內(nèi)凹。細胞移動過程中吞噬作用或胞質(zhì)分裂過程中（六）膜結(jié)合蛋白

(membrane-bindingpro136紅細胞膜骨架人紅細胞質(zhì)膜的內(nèi)表面觀模型，顯示出包埋在脂雙層中的整合蛋白和形成膜內(nèi)表面骨架的外周蛋白的排列。紅細胞膜骨架人紅細胞質(zhì)膜的內(nèi)表面觀模型，顯示出包埋在脂雙層中137三、微絲的裝配機制非肌肉細胞中，微絲是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)。G-actin滲入微絲前，先結(jié)合1分子ATP；快速組裝肌動蛋白纖維時，其末端含有actin-ATP帽，阻止纖維去組裝，有利于連續(xù)組裝；ATP水解，減弱微絲單體間的結(jié)合力，微絲解聚。（一）微絲的組裝過程分為成核、聚合和穩(wěn)定三個階段三、微絲的裝配機制非肌肉細胞中，微絲是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)。138肌動蛋白微絲體外組裝的三個時期成核期/延遲期成核作用發(fā)生在質(zhì)膜下，由ARP2/3復(fù)合物催化，是微絲組裝的限速過程，剛形成的二聚體易水解，形成三聚體核心才穩(wěn)定；聚合期

球狀肌動蛋白快速地在核心兩端聚合；正端是快速增長端，負端是緩慢增長端。一端添加單體的速率是另一端的5～10倍；平衡期肌動蛋白-ATP亞基傾向于添加到纖維的正端，而肌動蛋白-ADP傾向于離開纖維的負端；聚合與解聚達到動態(tài)平衡。肌動蛋白微絲體外組裝的三個時期成核期/延遲期139三、微絲的裝配機制（二）微絲組裝的踏車模型和非穩(wěn)態(tài)動力學(xué)模型體外實驗中，肌動蛋白-ATP亞基添加到纖維的正端，而肌動蛋白-ADP離開纖維的負端。微絲兩端聚合與解聚達到平衡，各個單體沿著肌動蛋白纖維長度的移動稱為踏車(tread-milling)。肌動蛋白的體外裝配三、微絲的裝配機制（二）微絲組裝的踏車模型和非穩(wěn)態(tài)動力學(xué)模型140（三）影響微絲組裝的因素肌動蛋白單體的臨界濃度ATP離子濃度有Mg2+存在，Na+,K+↑溶液中，G-actin組裝成微絲。有Ca2+存在，Na+,K+↓溶液中，微絲解聚成G-actin。（三）影響微絲組裝的因素肌動蛋白單體的臨界濃度141藥物細胞松弛素B(cytochalasinB)

從霉菌細胞中提取的化合物，與微絲的正端結(jié)合，阻止肌動蛋白聚合，破壞微絲的三維網(wǎng)絡(luò)。鬼筆環(huán)肽(phalloidin)從有毒蘑菇中提取的化合物，結(jié)合并穩(wěn)定微絲，使肌動蛋白纖維網(wǎng)絡(luò)聚合增強。當細胞暴露于這類化合物時，微絲介導(dǎo)的活動迅速停止。細胞移動、吞噬活動、胞質(zhì)分裂藥物142四、微絲的功能構(gòu)成細胞支架并維持細胞的形態(tài)參與細胞運動細胞分裂肌肉收縮細胞物質(zhì)運輸細胞內(nèi)信號傳遞四、微絲的功能構(gòu)成細胞支架并維持細胞的形態(tài)143（一）構(gòu)成細胞支架并維持細胞的形態(tài)每根微絨毛含有25根微絲，通過絨毛蛋白和絲束蛋白將微絲交聯(lián)成束，使其保持高度有序的排列。（一）構(gòu)成細胞支架并維持細胞的形態(tài)每根微絨毛含有25根微絲，144（二）參與細胞運動巨噬細胞、白細胞含有豐富的微絲，通過與微絲結(jié)合蛋白的相互作用，使細胞表面形成凸起，如絲足、片足。（二）參與細胞運動巨噬細胞、白細胞含有豐富的微絲，通過與微絲145（三）參與細胞分裂有絲分裂后、末期，質(zhì)膜下的微絲在肌球蛋白的作用下，形成帶狀束——收縮環(huán)，導(dǎo)致細胞一分為二。（三）參與細胞分裂有絲分裂后、末期，質(zhì)膜下的微絲在肌球蛋白146（四）參與肌肉收縮肌細胞（纖維）由數(shù)百個肌原纖維組成。每根肌原纖維由細肌絲和粗肌絲重疊而形成。骨胳肌收縮的基本結(jié)構(gòu)單位——肌小節(jié)骨骼肌肌束肌纖維細胞核肌鞘肌原纖維肌節(jié)（四）參與肌肉收縮肌細胞（纖維）由數(shù)百個肌原纖維組成。骨骼肌147肌球蛋白Ⅱ分子結(jié)構(gòu)頭頸尾由一對重鏈和兩對輕鏈組成：成對的重鏈由一個桿狀尾部和一對球狀頭部組成，尾部的兩條多肽鏈部分互相纏繞形成卷曲螺旋。每根粗絲由幾百個肌球蛋白(myosinⅡ)分子組成。肌球蛋白Ⅱ分子結(jié)構(gòu)頭頸尾由一對重鏈和兩對輕鏈組成：148粗肌絲和細肌絲肌動蛋白肌鈣蛋白原肌球蛋白粗絲的中央由肌球蛋白分子相對的尾部組成。由于組成粗絲的肌球蛋白分子的交錯位置，肌球蛋白的頭部在每根粗絲的末端突出。粗肌絲和細肌絲肌動蛋白肌鈣蛋白原肌球蛋白粗絲的中央由149在肌肉收縮過程中肌節(jié)的縮短I帶僅含細肌絲；H區(qū)只含粗肌絲；H區(qū)兩側(cè)的A帶代表重疊區(qū)域，含有粗肌絲和細肌絲。肌節(jié)在肌肉松弛與收縮狀態(tài)中的差別。在收縮過程中，肌球蛋白交聯(lián)橋與周圍的細肌絲接觸，細肌絲被迫向肌節(jié)中央滑動。交聯(lián)橋非同步活動，以致在任意時刻都只有一部分處于活動狀態(tài)。在肌肉收縮過程中肌節(jié)的縮短I帶僅含細肌絲；H區(qū)只含粗肌絲150在肌肉收縮過程中肌節(jié)的縮短松弛和收縮的肌節(jié)縱切面的電鏡照片。顯示由于細肌絲向肌節(jié)中央滑動，使H區(qū)消失。在肌肉收縮過程中肌節(jié)的縮短松弛和收縮的肌節(jié)縱切面的電鏡照片。151肌肉收縮的分子基礎(chǔ)+-+-肌肉收縮的分子基礎(chǔ)+-+-152（五）參與細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸肌球蛋白Va驅(qū)動蛋白色素顆粒微管微絲（五）參與細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸肌球蛋白Va驅(qū)動蛋白色素顆粒微管微153（六）細胞內(nèi)信號傳遞細胞表面的受體受到外界信號作用，誘導(dǎo)細胞質(zhì)膜下的肌動蛋白結(jié)構(gòu)改變，從而啟動胞內(nèi)激酶變化的信號傳導(dǎo)過程。（六）細胞內(nèi)信號傳遞細胞表面的受體受到外界信號作用，誘導(dǎo)細胞154第三節(jié)中間纖維

(intermediatefilament,IF)

直徑約10nm的實心纖維。存在于細胞質(zhì)和細胞核。是最堅韌持久的細胞骨架成分。第三節(jié)中間纖維

(intermediate155一、中間纖維的結(jié)構(gòu)和類型（一）中間纖維是絲狀蛋白多聚體具有一個由310個氨基酸組成的α螺旋桿狀區(qū)，兩端是非螺旋的頭部和尾部。桿狀區(qū)在長度和氨基酸序列上非常保守，是結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵區(qū)域。包含4段具有7個氨基酸一組的α螺旋區(qū)，4個螺旋區(qū)被3個短小的間隔區(qū)所連接。L1L12L21A1B2A2B一、中間纖維的結(jié)構(gòu)和類型（一）中間纖維是絲狀蛋白多聚體L1L156N端的頭部和C端的尾部高度可變IF的主要區(qū)別取決于頭和尾的長度及氨基酸順序具有不同的氨基酸序列和化學(xué)性質(zhì)2個多肽的α螺旋桿狀區(qū)以卷曲螺旋形式互相纏繞，形成約45nm的繩狀二聚體。（一）中間纖維是絲狀蛋白多聚體N端的頭部和C端的尾部高度可變（一）中間纖維是絲狀蛋白157一、中間纖維的結(jié)構(gòu)和類型（二）中間纖維蛋白的類型和分布IF是一類形態(tài)上非常相似，而化學(xué)組成上有明顯差異的蛋白質(zhì)。根據(jù)其組織分布、生化、遺傳及免疫學(xué)標準分為六大類。角蛋白

結(jié)蛋白膠質(zhì)原纖維酸性蛋白波形纖維蛋白神經(jīng)纖絲蛋白核纖層蛋白(lamin)一、中間纖維的結(jié)構(gòu)和類型（二）中間纖維蛋白的類型和分布158中間纖維的類型IF蛋白序列類型主要組織分布酸性角蛋白I上皮中性/堿性角蛋白II上皮波形蛋白III間充質(zhì)細胞結(jié)蛋白III肌肉外周蛋白膠質(zhì)原纖維酸性蛋白IIIIII外周神經(jīng)元神經(jīng)膠質(zhì)細胞神經(jīng)絲蛋白(NF-L,M,H)IV中樞神經(jīng)元和外周神經(jīng)核纖層蛋白(lamin)(LaminA,B,C)V所有細胞類型（核被膜）NestinVI神經(jīng)干細胞中間纖維的類型IF蛋白序列類型主要組織分布酸性角蛋白I上1591.角蛋白人類上皮細胞有20余種不同的角蛋白，分為α和β兩類β角蛋白又稱胞質(zhì)角蛋白，分布于體表、體腔的上皮細胞中。α角蛋白為頭發(fā)、指甲等堅韌結(jié)構(gòu)所具有。根據(jù)組成氨基酸的不同，也可分為酸性角蛋白(I型)中性/堿性角蛋白(II型)1.角蛋白人類上皮細胞有20余種不同的角蛋白，分為α和β兩1602.波形纖維蛋白存在于間充質(zhì)細胞及中胚層來源的細胞。波形蛋白一端與核膜相連，另一端與細胞表面處的橋?；虬霕蛄Ｏ噙B，將細胞核和細胞器維持在特定的空間。3.結(jié)蛋白存在于肌肉細胞，又稱骨骼蛋白。主要功能:使肌纖維連在一起。4.膠質(zhì)原纖維酸性蛋白存在于星形神經(jīng)膠質(zhì)細胞和周圍神經(jīng)的許旺細胞，主要起支撐作用。2.波形纖維蛋白1615.神經(jīng)絲蛋白由三種分子量不同的多肽組成的異聚體。NF-L(low,60~70KD)NF-M(medium,105~110KD)NF-H(heavy,135~150KD)功能：提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展、防止斷裂。5.神經(jīng)絲蛋白162核纖層(nuclearlamina)真核細胞內(nèi)核膜內(nèi)表面連接的一層致密的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。培養(yǎng)的人細胞的細胞核，用熒光標記抗體染色顯示核纖層（紅色），核基質(zhì)被染成綠色。核基質(zhì)核纖層纖維核纖層冰凍蝕刻電鏡照片核纖層(nuclearlamina)真核細胞內(nèi)核膜內(nèi)表面連163二、中間纖維的裝配和調(diào)節(jié)二、中間纖維的裝配和調(diào)節(jié)164三、中間纖維的功能（一）在細胞內(nèi)形成完整的網(wǎng)狀骨架系統(tǒng)（二）為細胞提供機械支持（三）參與細胞連接（四）參與細胞內(nèi)信息傳遞及物質(zhì)運輸（五）維持細胞核膜穩(wěn)定（六）參與細胞分化三、中間纖維的功能（一）在細胞內(nèi)形成完整的網(wǎng)狀骨架系統(tǒng)165（一）在細胞內(nèi)形成完整的

網(wǎng)狀骨架系統(tǒng)中間纖維在靠近核區(qū)域多次分支，且與核纖層相連，整個纖維網(wǎng)架穿過胞質(zhì)終止于質(zhì)膜。（一）在細胞內(nèi)形成完整的

網(wǎng)狀骨架系統(tǒng)中間纖維在靠近核區(qū)域166細胞骨架成分通過蛋白交聯(lián)橋相互連接成