細(xì)胞生物學(xué)之筆記--第7章 細(xì)胞骨架與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)

1、細(xì)胞骨架cytoskeleton=真核細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)纖維網(wǎng)架體系。細(xì)菌體內(nèi)不存在細(xì)胞骨架。該體系是高度動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，由微管、微絲、中間纖維組成，既分散地存在于細(xì)胞中，又相互聯(lián)系形成一個(gè)完整的細(xì)胞骨架。作用：動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，支持 定位 各種 細(xì)胞器 引導(dǎo) 胞內(nèi)物質(zhì) 運(yùn)輸 產(chǎn)力結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé) 細(xì)胞運(yùn)動(dòng) 細(xì)胞 有絲分裂器 組分。廣義的核骨架nucleoskeleton,核纖層nuclear lamina和細(xì)胞外基質(zhì)extracellular matrix第1節(jié) 微管 microtubule微管是真核細(xì)胞中普遍存在的細(xì)胞骨架成分之一，以脊椎動(dòng)物的腦組織最多。它是由微管蛋白和微管結(jié)合蛋白組成的中控圓柱狀結(jié)構(gòu)，在不同

2、類型細(xì)胞中有相似結(jié)構(gòu)。1 微管蛋白與微管的結(jié)構(gòu) 尺寸：直徑2426nm 內(nèi)徑15nm壁厚5n。 基本構(gòu)建：微管蛋白、異二聚體，各有一個(gè)GTP結(jié)合位點(diǎn) 動(dòng)態(tài)性：-微管蛋白的GTP不進(jìn)行水解也不交換；-微管蛋白的GTP可水解成GDP，而此GDP也可換成GTP，這一變換對(duì)微管的動(dòng)態(tài)性有重要作用 形成：、異二聚體 頭尾相接原纖維；側(cè)面 13條 原纖維 合攏微管 極性分布走向：微管具有極性，兩端增長(zhǎng)速度不同；增長(zhǎng)快的一端為正端，另一端為負(fù)端。微管的極性分布走向跟細(xì)胞器定位、物質(zhì)運(yùn)輸方向有關(guān) 三種微管蛋白：微管由三種微管蛋白組成：管蛋白、管蛋白 (前二者占微管蛋白總量 80-95%)；管蛋白定位于微管組織

3、中心microtubule organizing center, MTOC（對(duì)微管的形成、數(shù)量、位置、極性、細(xì)胞分裂有重要作用） 三種存在形式：真核生物微管有三種存在形式：?jiǎn)喂埽?3）、二聯(lián)管（23纖毛&鞭毛）、三聯(lián)管（33中心粒、鞭毛和纖毛的基體中）2 微管結(jié)合蛋白 microtubule associated protein，MAP MAP=與微管結(jié)合的輔助蛋白，總是與微管共存，參與微管的裝配。在微管蛋白組裝成 微管后，結(jié)合在微管表面 兩個(gè)區(qū)域：1.堿性的微管結(jié)合域，加速微管成核作用；2.酸性的突出區(qū)域，以橫橋形式跟其它骨架纖維連接，突出區(qū)域的長(zhǎng)度決定微管成束時(shí)間距 的大小 MAP

4、s包括：MAP1、MAP2、MAP4和tau MAP1-2 和 tau只存在于腦組織；MAP-4哺乳動(dòng)物非神經(jīng)元、神經(jīng)元細(xì)胞中，在進(jìn)化上具有保守性。tau只存在于軸突； MAP-2分布于神經(jīng)元胞體和樹突中。 tau 蛋白的高度磷酸化，導(dǎo)致幾種致死性退化性神經(jīng)疾病，包括Alzheimers disease；因?yàn)榱姿峄膖au不能結(jié)合微管，導(dǎo)致神經(jīng)纖維纏結(jié) 功能：使微管 相互交聯(lián) 成束，使微管 同其它細(xì)胞結(jié)構(gòu)交聯(lián)，如質(zhì)膜、微絲和中間絲等與微管成核點(diǎn)的作用，促進(jìn) 微管的聚合與微管壁的結(jié)合，提高 微管的穩(wěn)定性3 微管的裝配與動(dòng)力學(xué)ü 動(dòng)力學(xué)性質(zhì)：大多數(shù)微管都是不穩(wěn)定的，能夠很快地組裝或去組裝

5、。ü 動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性dynamic instability 微管的裝配主要表象為動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性，即增長(zhǎng)的微管末端有微管蛋白-GTP帽（tubulin-GTP cap），在微管組裝期間或組裝后GTP被水解成GDP，從而使GDP-微管蛋白稱為微管的主要成分。微管蛋白-GTP帽及短小的微管原纖維從微管末端脫落，則微管解聚。ü 微管的裝配過程分為三個(gè)時(shí)期：1. 成核期nucleation phase=延遲期lag phase：核心形成片狀帶（13根原纖維）合攏成微管。核心形成：和微管蛋白聚合成短的寡聚體oligmer。片狀帶：二聚體在其兩端和側(cè)面增加使之拓張成片狀帶。2. 聚合期pol

6、ymerization phase=延長(zhǎng)期elongation phase：高濃度游離的微管蛋白聚合速度 解聚速度，新的二聚體不斷加到微管正端，微管延長(zhǎng)，直至游離微管蛋白濃度降低。3. 穩(wěn)定期steady state phase=平衡期equilibrium phase：胞質(zhì)中游離的微管蛋白達(dá)到臨界濃度，微管的組裝（聚合）=去組裝（解聚）速度。（1） 微管裝配的起始點(diǎn)是微管組織中心Ø MTOC：微管的聚合從特異性核心形成位點(diǎn)開始，主要是中心體、纖毛的基體，稱：微管組織中心 microtubule organizing center, MTOC Ø MTOC作用：幫助微管裝配

7、的成核 nucleationØ 微管從 微管組織中心 開始生長(zhǎng)，是微管裝配的獨(dú)特性質(zhì)Ø -微管蛋白環(huán)形復(fù)合體(-tubulin ring complex, -TuRC) 可形成1013個(gè)-微管蛋白分子的環(huán)形結(jié)構(gòu)(螺旋化排列)，組成一個(gè)開放的環(huán)狀模板，與微管具有相同直徑,可刺激微管核心形成，包裹微管負(fù)端，阻止微管蛋白滲入，還能影響微管從中心粒上釋放。13個(gè)-tubulin亞基螺旋化排列，組成一個(gè)開放的環(huán)狀模板，與微管具有相同直徑。-TuRC 由MTOC 提供的物質(zhì) 固定其位置，從而決定微管的極性。Ø 中心體 centrosome 是動(dòng)物細(xì)胞中決定微管形成的一種細(xì)胞器

8、，包括：中心粒 centriole 和中心粒旁物質(zhì) pericentriolar material，PCM。在細(xì)胞間期，中心體位于細(xì)胞核附近，在有絲分裂期，位于紡錘體的兩極。Ø 中心體的結(jié)構(gòu)：2個(gè)桶狀垂直排列的中心粒，包埋在中心粒旁物質(zhì)中，每個(gè)中心粒由9組三聯(lián)管組成。中心粒旁物質(zhì) 含有 50拷貝以上的-TuRC 。微管的極性總是相同的：負(fù)端與 中心體結(jié)合，正端遠(yuǎn)離中心體。Ø 產(chǎn)生：基體basal body：纖毛或鞭毛起源于基體；基體與中心粒可互相產(chǎn)生（如：精子）成核部位：-TuRC中心粒新生微管從中心體發(fā)出星形結(jié)構(gòu)稱為星狀體Aster，及而入伸長(zhǎng)達(dá)到細(xì)胞的邊沿，指導(dǎo)再形成原

9、有的微管網(wǎng)架結(jié)構(gòu)（2） 微管的體外裝配§ 體外適當(dāng)條件下，現(xiàn)存微管可進(jìn)行自我裝配，其裝配受到諸多因素影響§ 聚合條件：（最重要）微管蛋白濃度、GTP存在，因?yàn)槲⒐艿牟环€(wěn)定行為的發(fā)生需要水解GTP 供能§ 最適條件：游離微管蛋白濃度達(dá)到 1mg/ml 臨界濃度；pH6.9，溫度37，加入Mg2+ 、 GTP 和 EDTA (Ca2+的螯合劑，去除Ca2+的抑制聚合作用) § 微管的增長(zhǎng)：當(dāng)/異二聚體均結(jié)合 GTP時(shí)，聚合成的微管呈直線型， GTP水解成GDP；當(dāng)微管蛋白聚合迅速時(shí)，新生成的微管上全是GTP-微管蛋白亞基，結(jié)合比較牢固，形成GTP帽，防止解聚

10、§ 微管的縮短：當(dāng)微管生長(zhǎng)緩慢時(shí)，微管蛋白上的 GTP水解為GDP后，微管蛋白構(gòu)象變化，微管原纖維彎曲，亞基結(jié)合不緊密，微管趨于解聚、縮短§ 綜上，微管兩端的 微管蛋白 具有GTP帽時(shí)，微管繼續(xù)組裝；而具有GDP帽時(shí)，原纖維彎曲，微管解聚。原纖維中微管蛋白異二聚體亞單位重復(fù)排列具有極性，所以微管具有極性；尤其當(dāng)兩端組裝速度不同時(shí)，有明顯極性§ “踏車運(yùn)動(dòng)”treadmilling：微管的 聚合與解聚 持續(xù)進(jìn)行，經(jīng)常是 一端聚合，為正端；另一端解聚，是負(fù)端，這種微管裝配方式，稱treadmilling（3） 微管的體內(nèi)裝配13個(gè)-tubulin亞基螺旋化排列，組成一

11、個(gè)開放的環(huán)狀模板，與微管具有相同直徑。-TuRC 由MTOC 提供的物質(zhì)固定其位置，從而決定微管的極性。-TuRC組織微管形成的能力受 細(xì)胞周期調(diào)節(jié)。間期此能力被關(guān)閉，G2期到M期，受細(xì)胞周期調(diào)節(jié)激酶作用，磷酸化-TuRC 成分，開放微管組織能力.（4） 很多因素影響微管的組裝與解聚很多因素影響微管的穩(wěn)定性，比如：GTP濃度、壓力 、溫度 、pH、離子濃度、微管蛋白臨界濃度、藥物等。紫杉醇是紅豆杉屬植物的次生代謝產(chǎn)物，紫杉醇只結(jié)合到聚合的微管上，維持了微管的穩(wěn)定，已用于癌癥臨床化療。秋水仙素，長(zhǎng)春花堿或長(zhǎng)春新堿、諾可唑，結(jié)合 并穩(wěn)定 游離的 微管蛋白，抑制微管的聚合4 微管的功能（1） 微管構(gòu)

12、成細(xì)胞內(nèi)的網(wǎng)狀支架，支持和維持細(xì)胞的形態(tài)·微管本身不能收縮，有一點(diǎn)的強(qiáng)度，抗壓力、抗彎曲，為細(xì)胞提供機(jī)械支持力·微管對(duì)細(xì)胞突起部分，如纖毛、鞭毛、軸突形成和維持起重要作用（支持和維持細(xì)胞的形態(tài)）。Eg血小板中的環(huán)形微管束(血小板骨架主要組成成分)，維持血小板的圓盤形結(jié)構(gòu)；當(dāng)暴露于低溫中，環(huán)形微管解聚，血小板變成不規(guī)則球形（2） 微管參與中心粒、纖毛、鞭毛的形成·中心粒是9組三聯(lián)體微管圍成的圓筒狀結(jié)構(gòu)。·纖毛、鞭毛 是細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)，在來源和結(jié)構(gòu)上基本相同，兩者主干部分都是9組二聯(lián)管構(gòu)成，中央是兩條微管中央微管。（3） 微管參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸細(xì)胞內(nèi)各細(xì)

13、胞器和所有的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)都與微管密切相關(guān)；微管的物質(zhì)運(yùn)輸由微管動(dòng)力蛋白(或稱 馬達(dá)蛋白) 完成，共有幾十種，可分為 三大家族 馬達(dá)蛋白Motor protein軌道移動(dòng)方向頭部分子量動(dòng)力蛋白家族Dynein微管+ -ATP酶（水解活性）1000kD驅(qū)動(dòng)蛋白家族Kinesin微管- +ATP酶（水解活性）380kD肌球蛋白家族Myosin肌動(dòng)蛋白纖維頭部尾部動(dòng)力蛋白家族球狀 與微管專一結(jié)合結(jié)合小泡/細(xì)胞器（貨物）物質(zhì)運(yùn)輸最大的、最快的分子運(yùn)輸?shù)鞍昨?qū)動(dòng)蛋白家族球狀 與微管專一結(jié)合結(jié)合小泡/細(xì)胞器 參與細(xì)胞器的定位和轉(zhuǎn)運(yùn)Hand-over-hand model &Inchworm model最大

14、運(yùn)輸速度：1m 每秒；Kinesin每步 需要水解 一分子ATP每步長(zhǎng)8nm，等于 一對(duì) - 異二聚體 的長(zhǎng)度；總是 結(jié)合 亞基（4） 微管支持細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器的定位和分布微管及其相關(guān)馬達(dá)蛋白在膜性細(xì)胞器的定位上起著重要作用正常細(xì)胞高爾基體（綠色）定位在核周；秋水仙素處理細(xì)胞，微管（橙色）解聚，高爾基體分散在整個(gè)胞質(zhì)中（5） 微管參與染色體的運(yùn)動(dòng)、調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂微管是有絲分裂器的主要成分，有絲分裂前期微管聚合，核膜崩解時(shí)侵入核區(qū)，結(jié)合動(dòng)粒；姊妹染色單體的動(dòng)粒分別與來自兩極的微管結(jié)合，被拉到細(xì)胞兩極（6） 微管參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)已證明 微管參與 hedgehog、JNK、Wnt、ERK、PAK蛋白激酶

15、 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路信號(hào)分子直接或通過馬達(dá)蛋白、支架蛋白等與微管作用，調(diào)節(jié)包括微管的穩(wěn)定/不穩(wěn)定、微管方向性、微管組織中心位置、細(xì)胞極化等第2節(jié) 微絲 microfilament，MF微絲 microfilament, MF 又稱 肌動(dòng)蛋白絲 actin filament，是由 肌動(dòng)蛋白actin 組成的細(xì)絲，普遍存在于真核細(xì)胞中，占肌肉細(xì)胞總蛋白的10%，非肌肉細(xì)胞的 1-5%。呈現(xiàn)束狀、網(wǎng)狀或散在分布于細(xì)胞質(zhì)的特定空間位置。1 肌動(dòng)蛋白與微絲的結(jié)構(gòu)v 尺寸形狀結(jié)構(gòu)：肌動(dòng)蛋白絲直徑約8nm，由肌動(dòng)蛋白(actin)單體組成雙股螺旋纖維。每個(gè) actin單體(G-actin)由兩個(gè)亞基組成，每個(gè)亞基

16、有375個(gè)氨基酸，有一個(gè) ATP/ADP結(jié)合位點(diǎn)。每個(gè)G-肌動(dòng)蛋白(G-actin) 由兩個(gè)亞基組成，具有陽離子(Mg2+、K+、Na+)、ATP(ADP)、肌球蛋白結(jié)合位點(diǎn)。每個(gè)細(xì)胞內(nèi)的微絲總長(zhǎng)度比微管總長(zhǎng)度長(zhǎng)30倍以上v F-肌動(dòng)蛋白：微絲是G-肌動(dòng)蛋白單體形成的多聚體，也稱 F-肌動(dòng)蛋白(F:纖維狀)v 極性：肌動(dòng)蛋白單體具有極性，裝配時(shí)首尾相接，因而微絲也有極性v 生長(zhǎng)端：相對(duì)生長(zhǎng)慢的一端為負(fù)端minus end，又稱 point end(指向端)；而相對(duì)生長(zhǎng)快的一端為 正端plus end，又稱barbed end(禿端)v 高度保守：actin 在真核生物中很保守，不同種類生物間有

17、 90%的相似性v 三種actin同源體：哺乳類有三種 actin同源體：、(氨基酸序列略有不同)；-actin只存在于肌肉細(xì)胞、 、-actin存在于幾乎所有非肌肉細(xì)胞2 微絲蛋白及其功能體內(nèi)的肌動(dòng)蛋白纖維是由不同的肌動(dòng)蛋白纖維結(jié)合蛋白將肌動(dòng)蛋纖維組織成各種不同的結(jié)構(gòu)，從而執(zhí)行不同的功能。（1） 單體隔離蛋白monomer sequenstering protein定義：能夠與單體肌動(dòng)蛋白結(jié)合，并抑制它們的聚合的蛋白。包括：抑制蛋白、胸腺素功能：這種蛋白質(zhì)在非肌細(xì)胞中負(fù)責(zé)維持高濃度的單體肌動(dòng)蛋白。沒有單體隔離蛋白，肌動(dòng)蛋白都將組裝成纖維，這些蛋白的活性和濃度，決定了肌動(dòng)蛋白趨向聚合還是解聚。

18、（2） 交聯(lián)蛋白cross linking protein功能：改變細(xì)胞內(nèi)肌動(dòng)蛋白纖維的三維結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：每個(gè)交聯(lián)蛋白有兩個(gè)或兩個(gè)以上的肌動(dòng)蛋白結(jié)合位點(diǎn)，能與兩個(gè)或多個(gè)肌動(dòng)蛋白纖維 交聯(lián)，使細(xì)胞內(nèi)肌動(dòng)蛋白纖維形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。類別：有些交聯(lián)蛋白是桿狀的，能彎曲，交聯(lián)形成的網(wǎng)絡(luò)具有彈性，能抵抗機(jī)械壓力；有的交聯(lián)蛋白球狀，促使肌動(dòng)蛋白成束排列。（3） 末端阻斷蛋白end blocking protein （加帽蛋白）功能：通過與肌動(dòng)蛋白纖維的一端或兩端的結(jié)合調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白纖維的長(zhǎng)度。作用方式：結(jié)合肌動(dòng)蛋白末端，相當(dāng)于加上了帽子，抑制微絲生長(zhǎng)，導(dǎo)致胞內(nèi)出現(xiàn)較多短的微絲。（4） 纖維切割蛋白filament s

19、evering protein功能：與肌動(dòng)蛋白纖維結(jié)合并切斷它；由于能控制肌動(dòng)蛋白絲的長(zhǎng)度，可大大降低細(xì)胞中的黏度。切割產(chǎn)生的新末端可作為生長(zhǎng)點(diǎn)，促進(jìn)肌動(dòng)蛋白裝配。切割蛋白也可作為帽子封住肌動(dòng)蛋白纖維的末端。（5） 肌動(dòng)蛋白纖維解聚蛋白 Actin filament depolymerizing proteins存在于 肌動(dòng)蛋白絲 骨架 快速變化的部位，結(jié)合肌動(dòng)蛋白絲，并引起肌動(dòng)蛋白絲的 快速解聚（6） 膜結(jié)合蛋白membrane binding protein單體3 微絲的裝配機(jī)制在 非肌肉細(xì)胞，微絲是 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，不斷組裝和解聚，與維持細(xì)胞形態(tài)和運(yùn)動(dòng)有關(guān)（1） 微絲的組裝過程分為成核、聚合、

20、穩(wěn)定三個(gè)階段球形肌動(dòng)蛋白 組裝成 肌動(dòng)蛋白纖維需要ATP和一定的Mg2+和K+濃度組裝分成三個(gè)階段：成核期、聚合期、穩(wěn)定期1) 成核期nucleation phase（延遲期lag phase)：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2) 聚合期polymerization phase(生長(zhǎng)期growth phase)：微絲兩端的組裝速度有差異，快速增長(zhǎng)的一端是正端，緩慢增長(zhǎng)的一端是負(fù)端，正端添加單體的速率是負(fù)端10倍以上。3) 平衡期equilibrium phase：肌動(dòng)蛋白聚合微絲的速度與其解離微絲的速度達(dá)到平衡，微絲長(zhǎng)度不變，仍進(jìn)行著聚合、解聚活動(dòng) st

21、eady phase（2） 微絲的組裝可用踏車模型&非穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)模型來解釋² 踏車行為：在微絲裝配時(shí)，當(dāng)肌動(dòng)蛋白分子添加到肌動(dòng)蛋白絲上的速率正好等于肌動(dòng)蛋白分子從肌動(dòng)蛋白絲上解離的速率時(shí)，微絲凈長(zhǎng)度沒改變，這種過程 稱“踏車行為”。² 非穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)模型：ATP 是調(diào)節(jié)微絲組裝的動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性的主因。結(jié)合了ATP的球狀肌動(dòng)蛋白，對(duì)纖維狀肌動(dòng)蛋白末端親和性高；當(dāng)ATP-肌動(dòng)蛋白結(jié)合微絲末端后，肌動(dòng)蛋白構(gòu)象變化，ATP水解成ADP，親和性降低，容易脫落，傾向解聚。ATP-肌動(dòng)蛋白濃度與聚合速度呈正比。² 微絲的體內(nèi)裝配也有成核作用，只是發(fā)生在質(zhì)膜² 細(xì)

22、胞皮層：許多細(xì)胞的質(zhì)膜下有一層由微絲、各種微絲結(jié)合蛋白 組成的 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，密度較高，稱：細(xì)胞皮層。在細(xì)胞皮層內(nèi)，肌動(dòng)蛋白絲為質(zhì)膜提供強(qiáng)度和韌性，維持細(xì)胞形態(tài)；在細(xì)胞皮層內(nèi)，可形成突出細(xì)胞表面的微刺、偽足、片狀偽足。（3） 微絲的組裝受多種因素影響微絲的組裝除了受G-肌動(dòng)蛋白 臨界濃度 影響，還受ATP及一些離子、藥物的影響：v 有Mg2+存在，Na+, K+，G-actin 組裝成微絲-組裝v 有Ca2+存在，Na+, K+，微絲解聚成 G-actin-解聚v 細(xì)胞松弛素B：從霉菌中提取，與微絲正端結(jié)合，抑制微絲的聚合-解聚v 鬼筆環(huán)肽：從有毒蘑菇中提取，結(jié)合聚合型微絲，穩(wěn)定微絲，抑制解聚-組

23、裝4 微絲的功能（1） 微絲構(gòu)成細(xì)胞的支架并維持細(xì)胞的形態(tài)微絲在細(xì)胞內(nèi)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)、或成束才能發(fā)揮作用；細(xì)胞的特化結(jié)構(gòu)包括微絨毛、應(yīng)力纖維² 微絨毛microvilli =質(zhì)膜頂端表面的指狀形突起。2030個(gè)成束的微絲及微絲結(jié)合蛋白構(gòu)成 微絨毛的核心。微絨毛在小腸吸收上皮細(xì)胞最多，使細(xì)胞的吸收面積增大20倍，對(duì)于增強(qiáng)消化和吸收功能具有重要意義。² 應(yīng)力纖維stress fiber =在細(xì)胞膜下方由微絲束構(gòu)成的纖維狀結(jié)構(gòu)，常與細(xì)胞的長(zhǎng)軸平行，往往一端與細(xì)胞膜連接，另一端插入胞質(zhì)，或與中間絲結(jié)合，應(yīng)力纖維賦予細(xì)胞韌性和強(qiáng)度（2） 微絲參與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)許多動(dòng)物細(xì)胞位置移動(dòng)時(shí)采用變形運(yùn)動(dòng)

24、；這些細(xì)胞含有豐富的微絲，通過肌動(dòng)蛋白和微絲結(jié)合蛋白的相互作用，進(jìn)行變形運(yùn)動(dòng)。Eg在細(xì)胞表面形成片狀偽足、絲狀偽足：當(dāng)偽足接觸到固定表面時(shí)，靠偽足膜上的跨膜蛋白整合素，抓住表面，而向細(xì)胞內(nèi)，整合素又抓住 肌動(dòng)蛋白絲（3） 微絲參與細(xì)胞分裂有絲分裂的核分裂完成后，兩個(gè)即將形成的子細(xì)胞間，在赤道面膜下，肌動(dòng)蛋白微絲與肌球蛋白組裝成瞬時(shí)性收縮束收縮環(huán)contractile ring，收縮產(chǎn)生動(dòng)力，將質(zhì)膜向內(nèi)拉，完成一分為二后解體（ Ca2+參與這個(gè)過程）（4） 微絲參與肌肉收縮許多微絲結(jié)合蛋白都是在肌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)；肌細(xì)胞(纖維) 由數(shù)百個(gè)肌原纖維組成；每根肌原纖維由細(xì)肌絲和粗肌絲重疊而形成。肌肉收縮基

25、本單位肌小節(jié)sarcomere，由肌原纖維構(gòu)成非肌肉細(xì)胞內(nèi)的收縮結(jié)構(gòu)，如：胞質(zhì)收縮的收縮環(huán)、應(yīng)力纖維、細(xì)胞連接的粘著帶，都是肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白(myosin) 作用的結(jié)果（5） 微絲參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸微絲也介導(dǎo)一些靠近細(xì)胞膜的遠(yuǎn)端物質(zhì)運(yùn)輸，肌球蛋白myosin，從微絲負(fù)端向正端 運(yùn)輸貨物 （-）（+）另：肌球蛋白尾部同質(zhì)膜結(jié)合，利用其頭部，可將微絲從一個(gè)部位運(yùn)向另一個(gè)部位（6） 微絲參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞細(xì)胞膜表面的受體在受到外界信號(hào)作用時(shí)，可觸發(fā)膜下肌動(dòng)蛋白結(jié)構(gòu)變化，啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)激酶變化的信號(hào)傳導(dǎo)第3節(jié) 中間纖維 intermediate filaments，IF得名：介于肌肉細(xì)胞actin細(xì)絲&

26、amp;肌球蛋白粗絲之間而得名“中間”特點(diǎn)：. 最為復(fù)雜，最為堅(jiān)韌、持久。. 沒有極性，少有游離四聚體，四聚體多組裝為中間纖維. 其裝配與穩(wěn)定、蛋白濃度無關(guān). 其裝配不需要 ATP、GTP 或 結(jié)合蛋白的輔助1 中間纖維的結(jié)構(gòu)&類型（1） 中間纖維是絲狀蛋白多聚體直徑10nm，是一種堅(jiān)韌、持久的蛋白質(zhì)纖維，不受細(xì)胞松弛素或秋水仙素的影響中間纖維單體(亞基) 是蛋白質(zhì)纖維分子，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)50多種，具有共同的結(jié)構(gòu)域：一個(gè) -螺旋的中間區(qū)，兩側(cè)是球形的N端和C端² 中間區(qū)：所有亞基中間螺旋結(jié)構(gòu)域都保守，中間桿狀區(qū)分為4個(gè)螺旋區(qū)，之間被3個(gè)間隔區(qū)隔開，間隔區(qū)也是保守的。亞基裝配時(shí)靠-螺

27、旋區(qū)配對(duì)形成二聚體。² 兩端：N端與C端高度可變，不同亞基在N、C端大小和氨基酸組成差別很大。中間纖維亞基的大小主要取決于C端的變化。（2） 中間纖維蛋白的類型和分布較為復(fù)雜Ø 類型：根據(jù)中間纖維氨基酸序列的相似性，可分為六種類型：1.酸性角蛋白2.中性/堿性角蛋白、3.非上皮細(xì)胞的中間纖維蛋白、4.神經(jīng)絲蛋白、5.核纖層蛋白6.巢蛋白。中間纖維的種類、成分，可隨細(xì)胞的生長(zhǎng)或成熟 而改變。Ø 中間纖維結(jié)合蛋白 intermediate filaments associated proteins：已知15種左右，分別與特定中間纖維結(jié)合，如：flanggrin(聚纖蛋

28、白)、plectin(網(wǎng)蛋白)、ankyrin(錨蛋白) 等具有細(xì)胞特異性功能：1.使中間纖維 交聯(lián)成束、成網(wǎng)。2.把中間纖維 交聯(lián)到 質(zhì)膜 或其它 骨架成分上網(wǎng)蛋白，是細(xì)胞質(zhì)中含量豐富的一種蛋白質(zhì)(300 kDa), 與多種中間絲共存，與中間絲、微管和肌球蛋白粗絲的交聯(lián)和錨定有關(guān)2 中間纖維的裝配&調(diào)節(jié)² 中間纖維蛋白單體分子大多長(zhǎng)絲狀的，稱絲狀蛋白fibrous protein。有氨基末端的頭部、羧基末端的尾部、一個(gè)中間桿狀區(qū)域。中間桿狀區(qū)域由展開的-螺旋區(qū)組成，-螺旋區(qū)含有縱排的重復(fù)組件，稱七位復(fù)件（heptad repeat）² 過程：?jiǎn)误w二聚體四聚體中間絲

29、1. 單體二聚體：2個(gè)單體的-螺旋區(qū)纏繞2. 二聚體四聚體：2個(gè)二聚體反向平行交錯(cuò)。二聚體指向相反方向，四聚體失去極性3. 四聚體中間絲：側(cè)向包裹在一起。8個(gè)四聚體扭轉(zhuǎn)組成中間絲。大量亞基側(cè)向排列，靠疏水作用相連，使得中間絲成棒狀，容易彎曲但不容易折斷。8個(gè)四聚體并排、首尾銜接地相互結(jié)合中間絲² 中間纖維的組裝調(diào)控與頭部特殊絲氨酸殘基磷酸化有關(guān)² 中間纖維蛋白分子呈完全聚合態(tài)，很少游離四聚體3 中間纖維的功能（1） 中間纖維在細(xì)胞內(nèi)形成一個(gè)完整的網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)IF與質(zhì)膜和細(xì)胞外基質(zhì)相連，內(nèi)與核纖層相連，整個(gè)纖維網(wǎng)架圍繞細(xì)胞核，穿過胞質(zhì)終止于質(zhì)膜。中間纖維有一定可塑性，對(duì)維持細(xì)

30、胞整體結(jié)構(gòu)、功能完成有重要作用。（2） 中間纖維為細(xì)胞提供機(jī)械強(qiáng)度支持在容易受到機(jī)械應(yīng)力的細(xì)胞中，中間纖維特別豐富體外實(shí)驗(yàn)表明，中間纖維 比微管、微絲 更耐受 剪切力，在受到較大剪切力時(shí) 不易斷裂，在維持細(xì)胞機(jī)械強(qiáng)度方面有重要作用（3） 中間纖維參與細(xì)胞連接一些器官和皮膚的表皮細(xì)胞是通過橋粒和半橋粒連接在一起，中間纖維參與黏著連接的橋粒、半橋粒，在細(xì)胞中形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，既能保持細(xì)胞形態(tài)，又能提供支持力（4） 中間纖維參與細(xì)胞內(nèi)信息傳遞及物質(zhì)運(yùn)輸中間纖維外連質(zhì)膜、細(xì)胞外基質(zhì)，內(nèi)穿 核骨架，形成跨膜的信息通道中間纖維在體外與 單鏈DNA 有高度親和性，在細(xì)胞內(nèi) 明顯聚集在 核周圍，可能與 DNA復(fù)制

31、、轉(zhuǎn)錄有關(guān)。近年來發(fā)現(xiàn) 中間纖維與 mRNA 運(yùn)輸有關(guān)，且胞質(zhì)mRNA 錨定于 中間纖維，可能對(duì)其定位、是否翻譯 起作用（5） 中間纖維維持細(xì)胞核膜穩(wěn)定細(xì)胞核膜下 有一層由 核纖層蛋白 組成的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于維持細(xì)胞核形態(tài)有重要作用，核纖層是 中間纖維的一種（6） 中間纖維參與細(xì)胞分化中間纖維的表達(dá)有組織特異性，表明 跟細(xì)胞分化 可能有密切關(guān)系微管網(wǎng)狀支架，支持、維持細(xì)胞形態(tài)中心粒、鞭毛、纖毛形成物質(zhì)運(yùn)輸（馬達(dá)蛋白）細(xì)胞器定位&分布染色體運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)微絲支架、維持細(xì)胞形態(tài)參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)物質(zhì)運(yùn)輸參與肌肉收縮參與細(xì)胞分裂細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)中間纖維完整的網(wǎng)狀骨架系統(tǒng)。參與細(xì)胞連接。維

32、持細(xì)胞核膜穩(wěn)定物質(zhì)運(yùn)輸提供機(jī)械強(qiáng)度支持參與細(xì)胞分化細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)第4節(jié) 細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)1 微管與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)纖毛：以一種猛烈抽打的方式來運(yùn)動(dòng)，eg動(dòng)物呼吸管道上皮細(xì)胞靠纖毛的規(guī)律擺動(dòng)向氣管外轉(zhuǎn)運(yùn)痰液。鞭毛：通常比纖毛長(zhǎng)，用來推動(dòng)整個(gè)細(xì)胞，不做抽打運(yùn)動(dòng)，沿著長(zhǎng)度方向傳播規(guī)律性的波動(dòng)。2 微絲與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)是 高度協(xié)同的復(fù)雜過程，依賴 微絲與 微絲結(jié)合蛋白 相互作用，進(jìn)行細(xì)胞的移動(dòng)，分為 三個(gè)過程：1. 細(xì)胞在它的前端或前沿伸出突起，形成偽足。 細(xì)胞爬行過程中，前緣膜下 肌動(dòng)蛋白聚合，正端接近細(xì)胞膜，使細(xì)胞膜形成 突起板狀、絲狀 偽足2. 這些突起的偽足錨定在其爬行的表面上。當(dāng)片狀/絲狀 偽足 接觸到

33、 表面時(shí)，就依靠細(xì)胞膜上的 整合蛋白integrin，與細(xì)胞外基質(zhì)中 的分子或其他細(xì)胞表面的分子結(jié)合；而integrin的膜內(nèi)表面 部分，與微絲相連3. 細(xì)胞的其余部分通過錨著點(diǎn)上的牽引力將自己往前拉。細(xì)胞 通過內(nèi)部收縮 產(chǎn)生拉力肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白 相互作用，利用 錨著點(diǎn) 將胞體向前拉動(dòng)；對(duì)于此拉力的產(chǎn)生機(jī)理 不清楚。3 細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)制（1） 細(xì)胞外信號(hào)可以引起細(xì)胞骨架的重排1. 肌動(dòng)蛋白聚合使細(xì)胞表面形成突起2. 細(xì)胞的粘附3. 細(xì)胞胞體前移（2） 細(xì)胞外信號(hào)可以指導(dǎo)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的方向趨化chemotaxis：在可擴(kuò)散化學(xué)因子調(diào)控下，細(xì)胞向某個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)需要在特定方向上進(jìn)行極化，而細(xì)

34、胞分裂和多細(xì)胞結(jié)構(gòu)的形成 都需要 對(duì)細(xì)胞極化 進(jìn)行精密調(diào)控；細(xì)胞骨架在細(xì)胞極化中 有主導(dǎo)作用，而 觸發(fā)極化的 許多分子，在進(jìn)化上 保守第5節(jié) 細(xì)胞骨架與疾病1 細(xì)胞骨架與腫瘤v 惡性轉(zhuǎn)化 的細(xì)胞，其骨架 往往破壞和解聚，而腫瘤浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移 也與某些骨架成分 的改變有關(guān)v 體外培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞共同特點(diǎn)：微管數(shù)量減少，網(wǎng)架紊亂；微絲應(yīng)力纖維破壞和消失，肌動(dòng)蛋白重組，形成小體，聚集于細(xì)胞皮層v 微管和微絲 可作為 腫瘤化療的藥物靶位，長(zhǎng)春花堿、秋水仙素和細(xì)胞松弛素及其衍生物 作為化療藥物，抑制細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)凋亡v 絕大多數(shù)腫瘤細(xì)胞，即使轉(zhuǎn)移后，依舊表達(dá)其原發(fā)腫瘤的中間纖維類型，可依此區(qū)分 腫瘤來源，用于腫

35、瘤診斷2 細(xì)胞骨架與神經(jīng)系統(tǒng)疾病Ø 許多神經(jīng)性疾病與 骨架蛋白異常 有關(guān)，如 老年癡呆癥Alzheiner's disease ADØ AD患者神經(jīng)元中可見不溶性神經(jīng)纖維纏結(jié)，原因是tau的過度磷酸化，導(dǎo)致對(duì)微管親和力降低，使微管穩(wěn)定性降低，從而微管集聚缺陷Ø 肌萎縮性側(cè)索硬化癥 amyotrophic lateral sclerosis, ALS 與 幼稚性脊柱肌肉萎縮癥， 神經(jīng)原纖維在運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元胞體、軸突近端大量堆積，導(dǎo)致神經(jīng)元退化消失、癱瘓、死亡Ø 亨廷頓舞蹈病 Huntington disease, HD 細(xì)胞內(nèi)有多聚谷氨酰胺，包括微管蛋白、微絲結(jié)合蛋白等聚集沉積，導(dǎo)致骨架損壞3 細(xì)胞骨架與遺傳性疾病² 一些遺傳性疾病患者伴有細(xì)胞骨架異?；蚣?xì)胞骨架蛋白基因突變，如單純性皰性表皮松解癥 epidermolysis bullosa simplex，是角蛋白基因突變 的