第10章細胞骨架修改上課

第十章細胞骨架

Cytoskeleton

SystemMicrotubulesMicrofilamemtsIntermediatefilaments微絲微管中間纖維細胞骨架－－真核細胞中的蛋白纖維網(wǎng)架體系。有狹義的和廣義的兩種概念。狹義的細胞骨架－－細胞質(zhì)骨架：微管microfilament

微絲microtubule

中間纖維intemediatefilament；廣義的細胞骨架－－細胞核骨架、細胞質(zhì)骨架、細胞膜骨架和細胞外基質(zhì)細胞骨架的研究是熱點之一

細胞骨架包括：微絲、微管、中間纖維

細胞骨架的類型

微絲

中間絲

微管均由單體蛋白以較弱的非共價鍵結(jié)合在一起，構(gòu)成纖維型多聚體，很容易進行組裝和去組裝，這正是實現(xiàn)其功能所必需的特點。微絲確定細胞表面特征，使細胞能夠運動和收縮。微管確定膜性細胞器的位置和作為膜泡運輸?shù)膶?dǎo)軌。中間纖維使細胞具有張力和抗剪切力。概述：過氧化物酶體（綠色，箭頭所指）微管（紅色）在細胞生命活動過程中，細胞骨架是細胞結(jié)構(gòu)和功能的組織者，它們通過蛋白亞基的組裝/去組裝過程來調(diào)節(jié)細胞內(nèi)骨架網(wǎng)絡(luò)的分布和結(jié)構(gòu)，通過與細胞骨架結(jié)合蛋白、馬達蛋白等的相互作用來行使其生物學(xué)功能。微絲廣泛存在于所有真核細胞中，以束狀、網(wǎng)狀或纖維狀分散分布于細胞質(zhì)的特定空間位置上。第一節(jié)微絲與細胞運動微絲(microfilament,MF)，又稱肌動蛋白絲(actinfilament),是指真核細胞中由肌動蛋白(actin)組成、直徑為7nm的骨架纖維。微絲是雙股螺旋的形式組成的纖維，兩股肌動蛋白絲是同方向的。微絲形狀如雙線捻成的繩子。1.主要成分:肌動蛋白(actin)2.肌動蛋白的存在形式：肌動蛋白單體(球狀肌動蛋白G-actin)纖維狀肌動蛋白(肌動蛋白聚合體F-actin)肌動蛋白分子具有極性，一端有氨基和羧基的暴露，稱為正端，另一端則稱為負端。一、微絲的組成及其組裝

（一）結(jié)構(gòu)與成分組裝去組裝單條肽鏈折疊而成；外觀呈啞鈴形；具有極性；具有ATP和Mg2+的結(jié)合位點。肌動蛋白單體的結(jié)構(gòu)負極正極G-actinF-actin纖維狀肌動蛋白是一類由蛋白纖維組成的實心纖維細絲。5-7nm，長短不一。在電鏡下，單根的微絲呈雙螺旋結(jié)構(gòu)，每14個球狀肌動蛋白分子旋轉(zhuǎn)一圈。微絲具有極性。微絲在細胞質(zhì)中分布不均勻，于細胞皮質(zhì)區(qū)比較集中，即細胞膜的內(nèi)側(cè)。3.微絲的結(jié)構(gòu)：（二）微絲的組裝及其動力學(xué)特性在含：Ca2+、低濃度的單價離子(Na+、K+等)溶液中微絲趨向解聚G-actin。在含：ATP、Mg2+和高濃度的Na+、K+離子溶液中微絲趨向聚合（G-actinF-actin）。G-actin結(jié)合ATP;高濃度的Na+、K+;適當(dāng)濃度Mg2+.

1、微絲裝配的條件

（1）肌動蛋白單體裝配時頭尾相連，形成的微絲具有極性。2、微絲裝配的特點（2）兩極裝配速度正極大于負極，存在“踏車”現(xiàn)象

（3）G-actin與F-actin存在動態(tài)平衡（4）微絲動態(tài)變化與細胞生理功能變化相適應(yīng)。在體內(nèi),有些微絲是永久性的結(jié)構(gòu),有些微絲是暫時性的結(jié)構(gòu)。

暫時性微絲和永久性微絲A.B屬于永久性微絲；C.D屬于暫時性微絲A:微絨毛中的微絲束B:細胞質(zhì)中的張力纖維C:偽足中的微絲束D:胞質(zhì)分裂環(huán)

3、微絲裝配的過程G-actinF-actin+-成核期

延長期穩(wěn)定期過程三聚體核心4.微絲的動力學(xué)特性4、踏車行為示意圖（三）影響微絲組裝的特異性藥物——使微絲降解——使微絲保持穩(wěn)定

用熒光標(biāo)記的鬼筆環(huán)肽染色顯示細胞中微絲的分布（微絲紅色、微管綠色）

微絲結(jié)合蛋白微絲結(jié)合蛋白參與形成微絲纖維的高級結(jié)構(gòu)，對肌動蛋白纖維的動態(tài)裝配起調(diào)節(jié)作用。已知的的微絲結(jié)合蛋白有100多種，分為以下類型：1．核化蛋白：使游離actin核化，開始組裝，Arp（actin-relatedprotein）2．單體隱蔽蛋白：阻止游離actin向纖維添加，胸腺素thymosin3．封端蛋白：使纖維穩(wěn)定，CapZ4．單體聚合蛋白：將結(jié)合的單體安裝到纖維，profilin5．微絲解聚蛋白：使微絲去組裝，cofilin6．交聯(lián)蛋白：fimbrin7．纖維切斷蛋白：將微絲切斷，gelsolin8．膜結(jié)合蛋白：vinculin各種微絲結(jié)合蛋白單體隔離蛋白去聚合蛋白膜結(jié)合蛋白末端阻斷蛋白纖維切割蛋白交聯(lián)蛋白根據(jù)是否介導(dǎo)肌肉收縮，一般把微絲結(jié)合蛋白分為兩類：與肌肉收縮有關(guān)的微絲結(jié)合蛋白（位于肌肉細胞中）；非肌肉細胞中的微絲結(jié)合蛋白。細胞內(nèi)微絲網(wǎng)絡(luò)的組織形式和功能通常取決于與之結(jié)合的微絲結(jié)合蛋白，而不是微絲本身。

（一）非肌肉細胞內(nèi)微絲的結(jié)合蛋白1、在大多數(shù)非肌細胞中，微絲是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)，它們持續(xù)地進行組裝和去組裝，參與細胞形態(tài)的維持和細胞運動。2、體內(nèi)肌動蛋白的組裝在兩個水平上受微絲結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié)：可溶性肌動蛋白的存在狀態(tài)；微絲結(jié)合蛋白的種類和存在狀態(tài)。二、微絲網(wǎng)絡(luò)動態(tài)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)與細胞運動根據(jù)微絲結(jié)合蛋白作用方式的不同，將其分為以下類型：肌動蛋白單體結(jié)合蛋白；成核蛋白；加帽蛋白；交聯(lián)蛋白：改變細胞內(nèi)肌動蛋白纖維的三維結(jié)構(gòu)。割斷及解聚蛋白。（二）細胞皮層細胞大部分微絲都集中在緊貼細胞質(zhì)膜的細胞質(zhì)區(qū)域，并由微絲結(jié)合蛋白交聯(lián)成凝膠狀三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。細胞皮層可以為細胞質(zhì)膜提供強度與韌性，有助于維持細胞的形態(tài)。細胞的多種運動（胞質(zhì)環(huán)流、阿米巴運動、變皺膜運動、吞噬、膜蛋白定位）都與皮層內(nèi)肌動蛋白的溶膠態(tài)或凝膠態(tài)轉(zhuǎn)化相關(guān)。位置：緊貼細胞質(zhì)膜的區(qū)域.成分：肌動蛋白+交聯(lián)蛋白、凝溶膠蛋白.相關(guān)運動：胞質(zhì)環(huán)流、吞噬作用、變皺膜運動等.運動機制：Ca2+引起皮層凝溶膠狀態(tài)的改變。（三）應(yīng)力纖維在細胞質(zhì)膜的特定區(qū)域與基質(zhì)之間常形成緊密黏附的黏著斑，在緊貼黏著斑的細胞膜質(zhì)內(nèi)側(cè)有大量的微絲緊密排列成束，這種微絲束稱為應(yīng)力纖維。應(yīng)力纖維由大量平行排列的微絲組成，其成分為肌動蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白、細絲蛋白和α-輔肌動蛋白。應(yīng)力纖維與細胞間或細胞與基質(zhì)表面的粘著有密切關(guān)系。在細胞形態(tài)發(fā)生、細胞分化和組織的形成等方面具有重要作用。

位置：黏著斑內(nèi)的微絲束成分：肌動蛋白、肌球蛋白II、原肌球蛋白、細絲蛋白和α-輔肌動蛋白功能：使細胞產(chǎn)生張力，參與細胞分化機制：？？？應(yīng)力纖維的示意圖，顯示非肌動蛋白組分的周期性質(zhì)及肌動蛋白纖維的反向平行排列。α-輔肌動蛋白細絲蛋白肌動蛋白纖維（四）細胞偽足的形成與細胞遷移

阿米巴(變形蟲)，是一種肉眼幾乎看不見的單細胞原生物，其直徑最大不超過0.6厘米。變形蟲能伸出借以向各方向運動的偽足。此行為學(xué)術(shù)上稱之為“阿米巴運動”，是動物運動的最原始形態(tài)。

阿米巴運動

1、細胞前緣以片狀足的形式向前推進。

2、片狀足的下表面通過胞質(zhì)膜結(jié)合蛋白的介導(dǎo)附著到基質(zhì)上。細胞利用這一附著點抓住基質(zhì)。

3、細胞的大部分在附著點上向前運動，附著點相對固定。

4、基質(zhì)與附著點脫離后的細胞，該細胞的后面已經(jīng)被向前拉。細胞在基質(zhì)上爬行時發(fā)生的重復(fù)的活動順序參與阿米巴運動、胞質(zhì)環(huán)流、吞噬等活動掃描電鏡所顯示的細胞偽足（五）微絨毛

是腸上皮細胞的指狀突起，用以增加腸上皮細胞表面積，以利于營養(yǎng)的快速吸收。微絲束對微絨毛的形態(tài)起支撐作用。微絲束內(nèi)不含肌球蛋白、原肌球蛋白和α輔肌動蛋白，因而無收縮功能。電鏡照片微絨毛中的微絲微絨毛：是一些動物細胞表面的指狀突起，如小腸上皮細胞。其形態(tài)由微絲維持，在微絨毛中，微絲平行排列，正極指向頂端。由于微絲束內(nèi)沒有肌球蛋白，所以無收縮功能。

（六）胞質(zhì)分裂環(huán)

有絲分裂末期，在兩個即將分裂的子細胞之間產(chǎn)生一個胞質(zhì)收縮環(huán)。收縮環(huán)是由大量平行排列，但極性方向不同的微絲組成。收縮環(huán)的動力來源于肌球蛋白在極性相反的微絲之間的滑動。隨著收縮環(huán)的收縮，兩個子細胞被縊縮分開。胞質(zhì)分裂完成后，收縮環(huán)即消失。

胞質(zhì)分裂環(huán)

出現(xiàn)時期：有絲分裂末期成分：肌動蛋白、肌球蛋白收縮機制：肌動蛋白和肌球蛋白相對滑動胞質(zhì)分裂環(huán)分子馬達在細胞內(nèi)，運輸貨物的主要任務(wù)由分子馬達（簡稱馬達）家族中的肌球蛋白、驅(qū)動蛋白及動力蛋白來完成。其中，驅(qū)動蛋白與動力蛋白是依賴于微管的馬達，而肌球蛋白是依賴于微絲的馬達。馬達完成運輸?shù)倪^程可分為三步：（1）識別貨物并與貨物結(jié)合；（2）沿著各自的“軌道”完成多個化學(xué)-力學(xué)循環(huán)，運輸?shù)倪^程中可能需要馬達之間任務(wù)的交接；（3）將到達目的地時，識別目的地并將貨物卸下。三、肌球蛋白：依賴于微絲的分子馬達

肌球蛋白是一種超級大家族的蛋白質(zhì)。目前發(fā)現(xiàn)的肌球蛋白已經(jīng)有18種。其中MyosinI、II、V、Ⅵ研究較多。它是一類能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能，并沿著一個線性軌道運動的生物分子。肌球蛋白屬球蛋白類，不溶于水而溶于0.6mol/ml的KCl或NaCl溶液。它具有酶活性，通過與肌動蛋白相互作用，水解ATP的末端磷酸基團，同時也能水解GTP、CTP等。肌球蛋白參與了包括肌肉收縮、趨化性、胞質(zhì)分裂、胞飲作用、靶向小泡運輸及信號傳導(dǎo)等內(nèi)在的多種細胞活動,是生物體內(nèi)很重要的一大類蛋白。1、肌球蛋白的分類與功能

肌球蛋白依據(jù)來源不同可以分為傳統(tǒng)的肌球蛋白和非傳統(tǒng)的肌球蛋白。傳統(tǒng)的肌球蛋白是指構(gòu)成肌肉的肌球蛋白，即肌球蛋白Ⅱ，但是非肌肉細胞也存在肌球蛋白Ⅱ，稱為非肌肉肌球蛋白Ⅱ。非傳統(tǒng)的肌球蛋白是指肌肉中不含有的肌球蛋白，如肌球蛋白Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，只存在于非肌肉細胞之中；肌球蛋白Ⅷ，Ⅺ和Ⅻ只存在于植物當(dāng)中。一些主要肌球蛋白的功能：肌球蛋白Ⅰ在生物體內(nèi)的作用是細胞運動，胞飲作用和泡液收縮。骨骼肌肌球蛋白Ⅱ的作用是使骨骼肌肌肉收縮。肌球蛋白Ⅴ主要功能是靶向小泡運輸和信使RNA的靶向運輸。2、肌球蛋白的結(jié)構(gòu)肌球蛋白I只有一條重鏈，尾部較短。肌球蛋白II形狀如“Y”字，有兩條完全相同的重鏈，每條重鏈的頸部也有一條調(diào)解輕鏈，一條必需輕鏈，但是重鏈的尾部較長。肌球蛋白V形狀也如“Y”字，有兩條完全相同的重鏈，但頸部較長，每條重鏈的頸部有三條調(diào)解輕鏈，三條必需輕鏈，尾部較短，尾部頂端有和運輸物質(zhì)相結(jié)合的位點。通過對不同肌球蛋白的結(jié)構(gòu)總結(jié)得出：不管肌球蛋白的來源如何，其基本結(jié)構(gòu)是由一條或兩條重鏈和幾條輕鏈組成。根據(jù)重鏈在細胞內(nèi)所起的作用，按照結(jié)構(gòu)和功能不同可劃分三個區(qū)域：①位于重鏈的N末端形成一個球狀的頭部，含有一個肌動蛋白結(jié)合位點和ATP結(jié)合位點的催化區(qū)域，負責(zé)釋放化學(xué)能。②重鏈的C末端則形成一個細長的α-螺旋狀的尾部，尾部結(jié)構(gòu)區(qū)域含有決定尾部是同膜結(jié)合還是同其它的尾部結(jié)合的位點。③連接頭尾的是α-螺旋狀的頸部，其與必需輕鏈、調(diào)節(jié)輕鏈相連，頸部還是起到水平臂作用的區(qū)域。在這個區(qū)域中通過ATP水解將產(chǎn)生動力沖程，從而實現(xiàn)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能。其中由兩個球狀的頭部和頸部形成的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)區(qū)域，稱為S-1(Subfragment1)。3、Ⅱ型肌球蛋白Ⅱ型肌球蛋白分子結(jié)構(gòu)有搬運膜泡、參與肌肉收縮等功能，需要ATP提供能量。S1片段頭部頸部必需輕鏈調(diào)節(jié)輕鏈尾部II型肌球蛋白分子的結(jié)構(gòu)II型肌球蛋白組成兩條重鏈四條輕鏈結(jié)構(gòu)特點兩個頭部：與肌動蛋白纖維結(jié)合，水解ATP一個尾部：裝配成粗絲4、非傳統(tǒng)類型的肌球蛋白I型肌球蛋白：只有一條重鏈，尾部較短。V型肌球蛋白：V形狀也如“Y”字，有兩條完全相同的重鏈，但頸部較長，尾部較短，尾部頂端有和運輸物質(zhì)相結(jié)合的位點。二者結(jié)合在膜上，與膜泡運輸有關(guān)。

四、肌細胞的收縮運動（一）肌纖維的結(jié)構(gòu)肌纖維是由數(shù)百條更細的肌原纖維組成的集束。骨胳肌細胞(肌纖維)肌原纖維細胞核骨骼肌肌纖維束肌纖維肌原纖維肌節(jié)

骨骼肌的組成骨骼肌肌纖維束肌纖維肌原纖維肌節(jié)原肌球調(diào)節(jié)蛋白肌聯(lián)蛋白伴肌動蛋白一個肌節(jié)中的蛋白質(zhì)組成細肌絲粗肌絲肌節(jié)：是肌細胞收縮的基本結(jié)構(gòu)和功能單位。=1/2明帶＋暗帶＋1/2明帶=2條Z線間的區(qū)域肌節(jié)的組成

粗肌絲：肌節(jié)細肌絲：肌球蛋白Ⅱ肌動蛋白、原肌球蛋白、肌鈣蛋白細肌絲粗肌絲肌節(jié)的組成肌節(jié)

原肌球蛋白（trpomyosin,Tm）

兩條平行的多肽鏈形成α

螺旋

位于肌動蛋白螺旋溝內(nèi)

調(diào)節(jié)肌動蛋白與肌球蛋白頭部的結(jié)合原肌球蛋白（Tm）原肌球蛋白

肌鈣蛋白（troponin,Tn）含三個亞基：TnC—

特異地與Ca2+結(jié)合TnT—

與原肌球蛋白有高度親和力TnI—

抑制肌球蛋白ATPase活性主要作用是調(diào)節(jié)肌肉的收縮。肌鈣蛋白（Tn）其他蛋白CapZ：定位在Z線，結(jié)合肌動蛋白纖維（+）極，阻止肌動蛋白纖維（+）極解聚，保持肌動蛋白纖維穩(wěn)定。α-輔肌動蛋白：可橫向連接微絲形成束。紐蛋白：介導(dǎo)微絲與細胞質(zhì)膜結(jié)合。肌聯(lián)蛋白：具有彈性，連接Z盤肌球蛋白纖維，在肌肉收縮或舒張時將肌球蛋白纖維定位在肌節(jié)中央。伴肌動蛋白：從Z盤伸出，與肌動蛋白伴型，參與調(diào)節(jié)肌動蛋白纖維的裝配。肌營養(yǎng)不良蛋白：參與肌動蛋白纖維與質(zhì)膜的錨定，防止肌纖維退化。（二）肌肉收縮的滑動模型由神經(jīng)沖動誘發(fā)的肌肉收縮基本過程1、動作電位的產(chǎn)生2、Ca2+的釋放3、原肌球蛋白位移4、肌動蛋白絲與肌球蛋白絲的相對滑動5、Ca2+的回收

肌肉收縮示意圖肌球蛋白結(jié)合ATP，引起頭部與肌動蛋白纖維分離；ATP水解，引起頭部與肌動蛋白弱結(jié)合；肌肉收縮示意圖Pi釋放，頭部與肌動蛋白強結(jié)合，頭部向M線方向彎曲，引起細肌絲向M線移動；ADP釋放，頭部與肌動蛋白纖維之間又回到僵直狀態(tài)。如此循環(huán)。

橫紋肌的收縮機制——肌絲滑行理論

肌漿內(nèi)[Ca2+]

肌鈣蛋白與Ca2+結(jié)合并變構(gòu)

原肌球蛋白變構(gòu)移位,肌動蛋白位點暴露

橫橋與肌動蛋白結(jié)合

橫橋扭動

將細肌絲往粗肌絲中央(M線)方向拖動滑行

肌節(jié)縮短(肌肉收縮)按任意鍵飛入橫橋擺動動畫微絲存在部位

相關(guān)蛋白構(gòu)成引發(fā)的運動方式

運動機制

細胞皮層

應(yīng)力纖維

偽足

胞質(zhì)分裂環(huán)

肌肉肌動蛋白交聯(lián)蛋白凝溶膠蛋白胞質(zhì)環(huán)流吞噬作用變皺膜運動Ca2+濃度變化，引起凝溶膠狀態(tài)的轉(zhuǎn)變肌動蛋白肌球蛋白原肌球蛋白細胞產(chǎn)生張力

？

肌動蛋白

遷移運動微絲的聚合與解聚

肌動蛋白

肌球蛋白

細胞分裂微絲的聚合與解聚肌動蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白、肌鈣蛋白

肌肉收縮

粗細肌絲的相

對滑動（一）構(gòu)成細胞的支架，維持細胞的形態(tài)（二）作為肌纖維的組成成分，參與肌肉收縮（三）參與細胞分裂（四）參與細胞運動（五）參與細胞內(nèi)物質(zhì)運輸（六）參與細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)五.微絲的功能第二節(jié)微管及其功能微管(microtubule)是中空的長管狀結(jié)構(gòu)，平均外徑24nm，內(nèi)徑15nm；微管存在于所有真核細胞中(極少數(shù)例外，如紅細胞),而所有原核細胞中都沒有微管。（一）基本結(jié)構(gòu)單位

——αβ-微管蛋白異二聚體

在二聚體上有GTP和二價陽離子的結(jié)合位點。α-微管蛋白上的GTP結(jié)合位點為不可交換位點（N位點），β-微管蛋白上的GTP結(jié)合位點為可交換位點（E位點）。微管具有極性：

α微管蛋白(-)β微管蛋白(+)

一、微管的結(jié)構(gòu)組成與極性α微管蛋白上有一個GTP結(jié)合位點，結(jié)合在該位點的GTP通常不會被水解，因而稱為不可交換位點（N位點）；在β微管蛋白上也有一個GTP結(jié)合位點，該GTP在微管蛋白二聚體參與組裝形成微管時被水解為GDP，為可交換位點（E位點）GTPGTP--〉GDP微管蛋白二聚體的三維結(jié)構(gòu)模型E-siteN-site中空的管狀結(jié)構(gòu)，橫斷面上看：它是由13根原纖維呈縱向平行排列而成。15nm25nm12345678910111213微管橫斷面（二）

微管的形態(tài)結(jié)構(gòu)

微管蛋白微管蛋白異二聚體聚合首尾相連原纖維微管（13）微管蛋白微管蛋白微管蛋白微管結(jié)合蛋白微管相關(guān)蛋白微管聚合蛋白微管蛋白二聚體線性排列形成一條微管原纖維（三）微管的化學(xué)組成12345678910111213單管

AB二聯(lián)管

ABC三聯(lián)管13+1013+10+1013細胞質(zhì)和紡錘體纖毛和鞭毛中心體和基體（四）微管的類型二聯(lián)體、三聯(lián)體微管示意圖二、微管的組裝與去組裝（一）微管裝配的過程微管在體外的組裝分為成核期和延伸期：成核期（nucleationphase）：微管蛋白聚合成短的寡聚體（核心）延伸期（elongationphase）：聚合速度大于解聚速度二、微管的組裝和去組裝

（二）微管裝配的特點

1、與GTP結(jié)合的微管蛋白二聚體參與裝配過程；

2、裝配形成的微管具有極性（方向性）：αβ

αβ，

正極為β微管蛋白，負極為α微管蛋白；

3、裝配速度兩極不同，正極快，負極慢；

4、存在踏車現(xiàn)象。α微管蛋白和β微管蛋白形成異二聚體，二聚體先沿縱向聚合形成一個短的原纖維，再經(jīng)過側(cè)面增加而擴展為彎曲的片狀結(jié)構(gòu)，至13根原纖維時合攏形成一段微管，新的二聚體再不斷加到微管的端點使之延長。原纖維組裝側(cè)面層組裝微管延伸（三）組裝的過程

微管的體外組裝1972年——Weisenbery——小鼠——分離微管蛋白——體外組裝

+-

踏車

微管的組裝與去組裝：踏車現(xiàn)象

秋水仙素、長春花堿：

抑制組裝、不影響解聚→使微管降解；

紫杉醇：

抑制解聚、不影響組裝→增強微管的穩(wěn)定性

溫度：超過20℃有利于組裝，低于4℃引起分解。（四）作用于微管的特異性藥物

三、微管組織中心（MTOC）

——是微管裝配的起始點概念：在活細胞內(nèi)，能夠起始微管的成核作用，并使之延伸的細胞結(jié)構(gòu)。作用：是幫助微管裝配過程中的成核反應(yīng)，使微管從MTOC開始生長。常見的MTOC：中心體、鞭毛和纖毛的基體。MTOC決定微管的極性，負極指向MTOC，正極背向MTOC。常見微管組織中心◆間期細胞MTOC：中心體（動態(tài)微管）

◆分裂細胞MTOC：有絲分裂紡錘體極（動態(tài)微管）

◆鞭毛纖毛細胞MTOC：基體（永久性結(jié)構(gòu)）

中心體是動物細胞中決定微管形成的一種細胞器。組成：一對相互垂直的中心粒(9組三聯(lián)體微管A、B、C)和中心體周圍物質(zhì)（PCM）

。（一）中心體（centrosome）1、γ-微管蛋白γ微管蛋白位于中心體周圍的基質(zhì)中，可聚合成環(huán)狀復(fù)合體，像模板一樣參與微管蛋白的核化，為αβ微管蛋白二聚體提供起始裝配位點，幫助α和β微管蛋白聚合為微管纖維。又叫成核位點。

作用：可刺激微管核心形成；并包裹微管負端，組織微管蛋白的滲入；還可影響微管從中心粒上釋放。

2、中心體的結(jié)構(gòu)1對互相垂直的中心粒：9組三聯(lián)體微管組成的桶裝結(jié)構(gòu)；中心粒外周物質(zhì)(PCM):γ微管蛋白定位其中。

中心粒9（3）+0中心粒結(jié)構(gòu)

3、微管在中心體部位的成核模型13個γ微管球蛋白組成環(huán)狀結(jié)構(gòu)；αβ異二聚體加到γ微管球蛋白末端；γ微管蛋白只與α微管蛋白結(jié)合；靠近中心體為負極，遠離中心體為正極，是β-微管蛋白。一對中心粒γ微管蛋白形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)從中心體的成核位點生長的微管（二）基體和其他微管組織中心基體：又稱動質(zhì)體（kinetosome），纖毛及鞭毛內(nèi)微管的發(fā)源地。負責(zé)鞭毛和纖毛的合成。位于鞭毛和纖毛根部的結(jié)構(gòu)稱為基體。是纖毛和鞭毛的MTOC，只含有一個中心粒。鞭毛中的二聯(lián)體微管基體中的三聯(lián)體微管（二）基體和其他微管組織中心中心體和基粒是同源結(jié)構(gòu)，有時可以互相轉(zhuǎn)換。最近發(fā)現(xiàn)，高爾基體的反面膜囊區(qū)域也有組裝微管的能力。1、微管的動態(tài)不穩(wěn)定性在間期細胞，大部分微管與中心體相連，呈輻射狀向細胞四周延伸。一些微管向中心體方向縮短，另一些不斷伸長，到達一定程度又開始縮短或再次伸長，還有一些新的微管從中心體部位產(chǎn)生。進入分裂期，細胞質(zhì)微管幾乎全部解聚，而裝配形成星微管和紡錘體微管。四、微管的動力學(xué)性質(zhì)1、微管的動態(tài)不穩(wěn)定性活細胞中微管動態(tài)不穩(wěn)定性的直接觀察通常,一條微管每分鐘若干次轉(zhuǎn)換于生長和縮短之間2、微管的穩(wěn)定性差異：源于中心體的微管時刻處于動態(tài)平衡中，并對各種理化因素和化學(xué)藥物敏感；源于基體的微管，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；神經(jīng)突起內(nèi)的微管，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。五、微管結(jié)合蛋白對微管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)微管結(jié)合蛋白microtubuleassociatedproteinMAPMAP分子至少包含一個結(jié)合微管的結(jié)構(gòu)域和一個向外突出的結(jié)構(gòu)域。突出部位伸到微管外與其它細胞組分（如微管束、中間纖維、質(zhì)膜）結(jié)合。

類型：已發(fā)現(xiàn)兩大家族，即MAP蛋白類和Tau蛋白類。它們與骨架空間構(gòu)建及細胞形態(tài)建成的關(guān)系極為密切。例MAP1在微管間形成橫橋；MAP2在微管與中間纖維間形成橫橋。主要功能：①促進微管組裝；②增加微管穩(wěn)定性；③促進微管聚集成束。

六、微管對細胞結(jié)構(gòu)的組織作用細胞形態(tài)的維持細胞器的定位和分布物質(zhì)運輸

七、細胞內(nèi)依賴于微管的物質(zhì)運輸微管結(jié)合的分子馬達：驅(qū)動蛋白、細胞質(zhì)動力蛋白驅(qū)動蛋白的結(jié)構(gòu)（一）驅(qū)動蛋白(kinesins)

1、結(jié)構(gòu)：

兩條輕鏈和兩條重鏈構(gòu)成的四聚體；兩個球形的頭：能與ATP和微管結(jié)合一個螺旋狀的桿兩個扇子狀的尾：與運輸物質(zhì)結(jié)合

2、功能：從負極→正極的運輸。通過結(jié)合和水解ATP，導(dǎo)致頸部發(fā)生構(gòu)象改變，使兩個頭部交替與微管結(jié)合，從而沿微管“行走”，將“尾部”結(jié)合的“貨物”（運輸泡或細胞器）轉(zhuǎn)運到其它地方。3、驅(qū)動蛋白沿微管運動的步行模型動力蛋白

Dynein結(jié)構(gòu)：分子量巨大（接近1.5Md）由兩條相同的重鏈和一些種類繁多的輕鏈以及結(jié)合蛋白構(gòu)成鞭毛二聯(lián)微管外臂的動力蛋白具有三條重鏈包括軸絲動力蛋白（axonemaldynein）和胞質(zhì)動力蛋白(cytoplasmdynein)。細胞質(zhì)動力蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)于1963年，由兩條相同的重鏈和一些種類繁多的輕鏈以及結(jié)合蛋白構(gòu)成。向著微管（-）極運輸物質(zhì)。（二）細胞質(zhì)動力蛋白(cytoplasmicdyneins)功能：在細胞分裂中推動染色體的分離驅(qū)動鞭毛的運動向著微管（-）極運輸小泡細胞質(zhì)動力蛋白與驅(qū)動蛋白的運輸方向相反

八、纖毛和鞭毛的結(jié)構(gòu)與功能鞭毛與纖毛是伸出細胞表面并能運動的特化結(jié)構(gòu)。鞭毛與纖毛在來源和結(jié)構(gòu)上基本相同；區(qū)別：少而長的叫鞭毛；多而短的叫纖毛。

（一）纖毛的結(jié)構(gòu)外部：纖毛膜；內(nèi)部：軸絲

—微管及附屬蛋白微管（9組二聯(lián)管）9+2型：大多為動纖毛；9+0型：一般是不動纖毛；9+4型：少見。附屬蛋白：動力蛋白連接蛋白輻射絲基體—纖毛組織中心（9組三聯(lián)管）：9+0型例：９＋２微管結(jié)構(gòu)外周為９個二聯(lián)體微管由Ａ、Ｂ兩個亞管組成，Ａ為完全微管（由１３根原纖維組成），Ｂ為不完全微管（由１０根原纖維組成），與Ａ共用３根原纖維。中央為２個單體微管基體典型的真核細胞的纖毛或鞭毛結(jié)構(gòu)組成纖毛本體質(zhì)膜軸絲ABABABABABABABABABC2C19（2）+2二聯(lián)體微管中央單管纖維內(nèi)鞘外臂內(nèi)臂動力蛋白BA輻條頭輻條微管連接蛋白（二）鞭毛的結(jié)構(gòu)由基體和鞭桿兩部分構(gòu)成；鞭毛中的微管為9+2結(jié)構(gòu)；二聯(lián)微管A管由13條原纖維組成，B管由10條原纖維組成；A管向相鄰B管伸出兩條動力蛋白臂，并向鞭毛中央發(fā)出一條輻；基體的微管組成為9+0。運動機制：動力蛋白水解ATP，使相鄰的二聯(lián)微管相互滑動。

（三）纖毛或鞭毛的運動機制鞭毛的運動是由軸絲動力蛋白所介導(dǎo)的相鄰二聯(lián)體微管之間的相互滑動所致。從一個二聯(lián)體的A管伸出的動力蛋白臂的馬達結(jié)構(gòu)域在相鄰的二聯(lián)體的B管上“行走”。纖毛和鞭毛的運動機制——滑動學(xué)說1、A管動力蛋白頭部與B管的接觸促使動力蛋白結(jié)合的ATP水解，產(chǎn)物釋放，同時造成頭部角度改變。

2、新的ATP結(jié)合使動力蛋白頭部與B管脫離；

3、ATP水解，釋放的能量使頭部的角度復(fù)原；

4、帶有水解產(chǎn)物的動力蛋白頭部與B管上另一個結(jié)合位點結(jié)合，開始又一個循環(huán)。（四）纖毛的功能運動裝置；感受裝置：接收和傳遞外界物理或化學(xué)信號刺激，參與信號調(diào)控；細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；細胞增殖與分化；組織與個體發(fā)育。九、紡錘體與染色體運動1、動粒微管：連接染色體動粒與兩極的微管；2、極微管：從兩極發(fā)出，在紡錘體中部赤道區(qū)相互交錯重疊的微管；3、星體微管：中心體周圍呈輻射分布的微管。染色體的運動有賴于紡錘體微管的組裝和去組裝。紡錘體微管包括：（一）維持細胞的形態(tài)；（二）構(gòu)成纖毛、鞭毛和中心粒等細胞運動器官，參與細胞運動；（三）維持細胞器的位置，參與細胞器的位移；（四）參與細胞內(nèi)物質(zhì)運輸；（五）參與染色體的運動，調(diào)節(jié)細胞分裂；（六）參與細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。十、微管的功能直徑（10nm）介于微管與微絲之間，而得名中間絲（IF）。IF結(jié)構(gòu)穩(wěn)定：既不受秋水仙素也不受細胞松弛素B影響，并且也沒有極性。第三節(jié)中間絲中間絲(intermediatefilament,IF)，也稱中間纖維，直徑10nm左右，介于微絲(7nm)和微管(24nm)之間，中間纖維是最穩(wěn)定的細胞骨架成分，圍繞著細胞核分布，成束成網(wǎng)，并擴展到細胞質(zhì)膜，與質(zhì)膜相連結(jié)，主要起支撐作用酸性角蛋白中性和堿性角蛋白波形蛋白、結(jié)蛋白、角質(zhì)纖維酸性蛋白神經(jīng)元纖維蛋白核纖層蛋白巢蛋白中間絲具有嚴(yán)格的組織特異性，被稱為區(qū)分細胞類型的身份證。一、IF的主要類型和組成成分型別名稱分子量(kD)基因數(shù)組織分布

II中性角蛋白52-6825上皮細胞膠質(zhì)絲酸性蛋白511星形膠質(zhì)細胞波形蛋白551間質(zhì)細胞外周蛋白571神經(jīng)元中間絲蛋白的類型和組織分布

I酸性角蛋白40-6425上皮細胞

III結(jié)蛋白521肌細胞IV神經(jīng)絲蛋白三組分66-2003中樞神經(jīng)系統(tǒng)a-介連蛋白661中樞神經(jīng)系統(tǒng)VI巢蛋白2401異質(zhì)的V核纖層蛋白A.B.C60-803細胞核

（表10-2）中間絲的基本組成單位——中間絲單體

中間絲單體共同分子結(jié)構(gòu)-螺旋桿狀區(qū)非螺旋區(qū)：310個氨基酸殘基(I-IV型)或356個氨基酸殘基(V型)組成。頭部（N-端）尾部（C-端）L1連接區(qū)L12連接區(qū)L2連接區(qū)8-14816-17桿狀區(qū)頭部（N-端）尾部（C-端）N-端C-端1A-螺旋1B-螺旋2A-螺旋2B-螺旋351019121二.中間絲的形態(tài)結(jié)構(gòu)1、兩個單體形成雙股超螺旋二聚體；2、兩個二聚體反向平行以半交疊方式構(gòu)成四聚體；3、四聚體首尾相連形成原纖維；4、8根原纖維構(gòu)成圓柱狀的10nm中間絲。（一）組裝三、中間絲的組裝與表達中間絲的裝配示意圖單體

超螺旋（平行對齊）

四聚體（反向平行）原纖維中間纖維中間纖維形成的模型中間絲很容易折彎，但是極難折斷8個四聚體共同組成繩狀中間絲（二）中間絲的裝配特點1、IF蛋白在合適的緩沖體系中能自我裝配，不需要ATP、GTP或結(jié)合蛋白的輔助。2、沒有極性（二聚體反向平行裝配）；無動態(tài)蛋白庫；裝配蛋白濃度無關(guān)。3、正常情況下可以從多個位點而不僅僅是末端添加單體裝配。（二）中間絲的裝配特點4、裝配起始處在核周圍，向細胞邊緣延伸。5、在細胞周期中動態(tài)裝配。前期解體末期重新裝配，調(diào)節(jié)機制為蛋白的磷酸化與去磷酸化。6、目前沒有發(fā)現(xiàn)中間纖維特異性藥物。胰蛋白酶能作用于中間纖維。在細胞中或組織中起支架作用，參與形成細胞連接；細胞質(zhì)中間絲在結(jié)構(gòu)上起源于核膜的周圍，與核膜有聯(lián)系；核纖層與內(nèi)層核膜相連，支撐核膜，參與核膜的組裝與去組裝等過程。四、中間纖維與其他細胞結(jié)構(gòu)的關(guān)系處于細胞分裂周期的細胞內(nèi)，中間絲網(wǎng)絡(luò)在細胞分裂前解體，分裂結(jié)束后重新組裝；動態(tài)過程與中間絲蛋白的磷酸化和去磷酸化有關(guān)；在細胞分化過程中，細胞內(nèi)的中間絲類型隨細胞的分化過程而發(fā)生變化。五、中間絲的功能1、為細胞提供機械支持2、維持細胞和組織的完整性細胞完整性：核纖層核外周組織完整性：細胞-細胞細胞-基質(zhì)3、參與DNA復(fù)制4、與細胞分化及生存有關(guān)細胞骨架三種組分的比較根原纖絲

細胞骨架結(jié)構(gòu)圖：微管參與維持細胞形態(tài)、物質(zhì)的運輸、染色體分離；微絲參與肌肉收縮、細胞運動、胞質(zhì)