細胞生物學第七章

2023/2/41第七章細胞骨架與細胞的運動P146Cytoskeleton

andcellmovement2023/2/42細胞骨架(cytoskeleton)是由3種不同的蛋白質纖維狀結構組成的精細的相互作用網絡。廣義的細胞骨架還包括了核骨架，核纖層和細胞外基質，形成貫穿于細胞核、細胞質、細胞外的一體化網絡結構。2023/2/43細胞骨架概述一、細胞骨架是以蛋白纖維為主要成分網絡結構真核細胞的“骨骼系統(tǒng)”微管主要分布在核周圍，呈放射狀向胞質四周擴散。微絲主要分布在細胞質膜的內側。中間纖維分布在整個細胞中。

MicrotubuleMicrofilamentIntermediate

filament2023/2/44二、細胞骨架在細胞的形態(tài)維持、運動和信息傳遞中具有重要功能2023/2/45(a)腦細胞微管(microtubule)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2023/2/46一、微管的結構與組成（一）微管是由微管蛋白組成的中空小管1.微管的形態(tài)結構與分子組成由13條原纖維構成的中空管狀結構，外徑25nm，內徑約15nm，管壁厚度約5nm，跨越細胞的整個長度或寬度。原纖維由,微管蛋白球狀亞基組成的異二聚體裝配而成。-Tubulin和-Tubulin以非共價鍵結合，兩種亞基均可結合GTP.,微管蛋白異二聚體上還有陽離子(Mg2+,Ca2+)、秋水仙素和長春堿的結合位點。微管電鏡橫切面與模式圖2023/2/48每個裝配單位含有兩個不同成分，所以原纖維不對稱。一端是微管蛋白，另一端是β微管蛋白。構成微管的原纖維都有相同的極性，所以微管也有極性。α微管蛋白亞基GTPGDPβ微管蛋白亞基正端負端2023/2/491.微管的形態(tài)結構與分子組成γ微管蛋白發(fā)現于20世紀80年代中期，是微管成核的關鍵成分，存在于微管組織中心(microtubule-organizingcenter,MTOC)占微管蛋白總量1%以下；占細胞總蛋白量的0.005%。γ微管蛋白環(huán)狀復合物(γ-tubulinringcomplexes,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。γ–TuRC上的附屬蛋白?2023/2/410單管：細胞質微管，在低溫、Ca2+和秋水仙素作用下易解聚，結構不穩(wěn)定。三聯(lián)管：13+10+10存在于中心粒和纖毛、鞭毛的基體。對低溫、Ca2+和秋水仙素的作用穩(wěn)定。131310131010二聯(lián)管：13+10見于特化的細胞結構纖毛和鞭毛的軸絲內。對低溫、Ca2+和秋水仙素的作用比較穩(wěn)定。2.微管在細胞中的存在形式2023/2/411（二）微管結合蛋白是維持微管結構

和功能的重要成分1.微管結合蛋白(microtubuleassociatedprotein,MAP)的種類和特點結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；介導微管與其他細胞器的連接。MAP具有兩個結構域(domain)一個結構域結合到微管蛋白側面，加速微管的成核作用。另一個結構域從微管蛋白表面向外延伸成絲狀，以橫橋方式與其他骨架成分相連。*結構域——蛋白質中在結構和功能上相對獨立的區(qū)域。2023/2/412MAP的種類Ⅰ型MAP：主要存在于神經元的軸突和樹突中，在微管間形成橫橋，但并不使微管成束。MAP1A：見于成熟軸突中MAP1B：見于新生長的軸突中Ⅱ型MAPMAP2：存在于神經元的樹突和胞體中。分子呈“L”型，具有較長的突出結構域，在微管間及微管與中間纖維形成交聯(lián)橋，使微管成束。MAP4：廣泛分布在哺乳動物非神經元細胞中。Tau蛋白：只存在于軸突中，其突出結構域較MAP2短。其功能是加速微管蛋白的聚合，形成18nm臂，橫向連接相鄰微管形成纖維束，所以神經元軸突中的微管相當穩(wěn)定。（二）微管結合蛋白是維持微管結構和功能的重要成分2023/2/413神經細胞中的MAPsMAP2有3個微管蛋白結合位點，彼此分開，恰好與微管壁的3個微管蛋白亞基結合。MAP2的尾部向外伸出，擁有較長的突出結構域，以便與其他細胞組分相互作用。2023/2/414神經細胞中的MAPsTau擁有較短的突出結構域。細胞過量表達MAP2,保持有較寬空間的微管束。細胞過量表達Tau，形成包裹得更緊密的微管束。2023/2/415（二）微管結合蛋白是維持微管結構和功能

的重要成分2.微管結合蛋白的功能MAP的突出結構域通過與微管成核點的作用，促進微管的聚合，調節(jié)微管的裝配。MAP作為交聯(lián)橋使微管相互交聯(lián)形成束狀結構，或使微管同其它細胞結構交聯(lián)，如質膜、微絲和中間絲等。提高微管的穩(wěn)定性，改變其剛性。2023/2/416二、微管的裝配（一）微管的自我裝配在時空上高度有序微管的裝配分為三個時期①延遲期/成核期（限速過程）,微管蛋白聚合，形成一個短的寡聚體/核心。②聚合期/延長期,微管蛋白異二聚體不斷加到微管正端，使微管延長。③穩(wěn)定期游離微管蛋白水平下降，裝配與去裝配達到動態(tài)平衡。2023/2/417（一）微管的自我裝配在時空上高度有序1.微管的體外裝配,微管蛋白形成異二聚體。,微管蛋白異二聚體首尾相接形成較短的原絲，異二聚體在兩端和側面添加，片狀帶增加到13根原纖維時圍攏成一段微管。異二聚體不斷添加到微管的兩端，微管延長。2023/2/419微管兩端構型不同，聚合速度也不同。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，其長度恒定不變時，稱為“踏車”(treadmilling)。GDP-微管蛋白異二聚體GTP-微管蛋白異二聚體2023/2/420裝配條件微管蛋白濃度：1mg/ml低于此臨界濃度不發(fā)生裝配最適pH：6.9最適溫度：37℃，低溫微管解聚離子：加入

Mg2+、除去Ca2+

提供GTP.在試管中組裝的微管2023/2/4212.微管的體內裝配在體內，微管的成核和組織過程與一些特異的結構相關，這些結構被稱為微管組織中心(MTOC)。⑴MTOC是微管裝配的起始點①控制微管的數目、極性②控制組成微管壁的原纖維數目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，永久性結構（位于鞭毛和纖毛根部的結構稱為基體）2023/2/423在動物細胞中，細胞骨架微管一般與中心體結合，組成一個復合結構。含有2個桶狀的中心粒由9組三聯(lián)管構成成對的中心粒垂直排列，包埋在中心粒旁物質中。細胞間期位于核附近；M期位于紡錘體兩極。經過復制的2對中心粒2023/2/424中心體是微管成核的位點。纖維性的中心粒外周物質含有50拷貝以上的γ-TuRC。γ-TuRC由MTOC提供的物質固定其位置，從而決定微管的極性。負端與中心體結合，正端遠離中心體。nucleatingsites(γ-tubulinringcomplexes)pairofcentriolesmicrotubulesgrowingformγ-tubulinringcomplexesofthecentrosome(a)(b)2023/2/425（二）影響微管裝配與去裝配的因素微管在形態(tài)上很相似，但穩(wěn)定性有很大差別。有絲分裂紡錘體、細胞骨架微管非常不穩(wěn)定成熟神經元的微管、纖毛和鞭毛中的微管很穩(wěn)定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構。低溫、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、紫杉醇2023/2/426秋水仙素(colchicine)最重要的微管工具藥物，結合微管蛋白后，可以裝配到微管的末端，但阻止其他微管蛋白添加。用秋水仙素處理有絲分裂前期細胞，可破壞紡錘體結構/或抑制紡錘體形成。長春花堿(vinblastine)和長春新堿(vincristine)結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。2023/2/427紫杉醇(taxol)能促進微管的裝配，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優(yōu)先殺死腫瘤細胞，已用于癌癥的化療。2023/2/428三、微管組裝的動態(tài)調節(jié)踏車模型（略）動力學不穩(wěn)定性模型(dynamicinstabilitymodel)在細胞內的同一區(qū)域中，生長與縮短的微管同時存在，它們以不可預測的方式在生長與縮短之間切換。細胞通過改變細胞質的主導條件，調節(jié)微管生長?縮短的速率以及在兩相間切換的頻率。低溫、壓力、高Ca2+濃度可以誘導微管去組裝，但不破壞其他細胞結構。2023/2/429在任一特定時刻，一些微管在延長，另一些微管在縮短。對活細胞的觀察表明，體內微管的生長與縮短主要發(fā)生在多聚體的正端，即與中心體相對的遠端。2023/2/430四、微管的功能

（一）維持細胞形態(tài)作為動態(tài)支架，提供結構支撐，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2023/2/431（二）細胞內運輸細胞中的馬達蛋白(motorproteins)將ATP的化學能轉變?yōu)闄C械能，轉運與馬達蛋白結合的貨物。運輸小泡、分泌顆粒、色素顆粒、線粒體、溶酶體和染色體等細胞含有幾十種不同的馬達蛋白，可分為三個主要家族：肌球蛋白(myosin)沿微絲運動驅動蛋白(kinesins)沿微管運動-→+動力蛋白(dyneins)沿微管運動+→-每種馬達蛋白用于運輸細胞特定區(qū)域的一類特定物質。它們結合的纖維不同、移動的方向不同、攜帶的“貨物”不同。*尚未發(fā)現利用中間絲作為軌道的馬達蛋白。2023/2/4321.驅動蛋白由2條重鏈和2條輕鏈組成的四聚體。一對球狀頭部（水解ATP產生能量）與微管結合。每個頭部與一個頸部、一個桿狀的柄部和一個結合運載貨物的扇形尾部相連。正端定向的微管馬達，沿微管的負端向正端運輸如神經元軸突中的微管，正端朝向軸突的末端，負端朝向胞體。從胞體向軸突末端運輸小泡和細胞器。驅動蛋白沿著微管運輸小泡的示意圖2023/2/4332.動力蛋白由2條相同的重鏈、多條中等鏈和輕鏈組成。由2個產力的球狀頭部（具有ATP水解酶活性）、1個柄部和基部的許多小亞基組成。小亞基介導馬達蛋白與要轉運“貨物”的結合。驅動從正端向負端的運輸。將神經元軸突末端攝取的物質運回胞體。沿同一微管向相反方向運動的2個小泡的示意圖2023/2/434（三）細胞內定位細胞器的作用細胞器沿著從頂端到基底端的軸以確定的模式排列驅動蛋白與內質網膜結合，沿微管向細胞周緣牽拉分布。動力蛋白與高爾基體膜結合，沿微管靠近核區(qū)牽拉，使其位于細胞中央。大鼠結腸分泌黏液的杯狀細胞的極化結構圖2023/2/435熒光顯示高爾基體分布圖（左：正常，右：處理）正常細胞高爾基體（綠色）定位在核周圍。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中。2023/2/436構成有絲分裂器，介導染色體運動2023/2/437（四）纖毛運動和鞭毛運動纖毛和鞭毛是各種真核細胞表面突起的毛發(fā)狀的可動細胞器，為同一結構的不同版本。精子鞭毛擺動、人體呼吸道上皮細胞纖毛有規(guī)律擺動2023/2/438纖毛/鞭毛軸絲的結構。可見軸心的“9＋2”結構：外周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)別于胞質動力蛋白）缺陷將導致不育。動力蛋白臂原生動物軸絲的示意圖AB精子軸絲的橫切面電鏡照片2023/2/439纖毛和鞭毛的運動機制——微管滑動模型A管動力蛋白頭部與相鄰微管的B管接觸；ATP水解，導致A管動力蛋白頭部構象改變，頭部朝向相鄰二聯(lián)管的正極滑動。新的ATP結合，A管動力蛋白頭部與相鄰B管脫落。ATP水解，釋放的能量使動力蛋白頭部構象復原。動力蛋白頭部與相鄰二聯(lián)管的B管上的另一位點結合，開始下一循環(huán)。2023/2/440五、微管的結構與功能異常與某些疾病密切相關MAPs的活性主要通過蛋白激酶和磷酸酶控制，即在特定氨基酸上添加或去除Pi.異常磷酸化的Tau蛋白不能與微管蛋白結合。Tau蛋白異常磷酸化涉及幾種致命的大腦退行性疾病?；颊吣X細胞中有神經原纖維纏結(neurofibrillarytangle,NFT)，導致神經細胞死亡，患者癡呆。阿爾茨海默病(Alzheimer‘sdiseases,AD)是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。人類不動纖毛綜合癥——遺傳性疾病。纖毛或鞭毛結構中的動力蛋白臂缺失，纖毛或鞭毛不能運動。2023/2/441細胞的許多運動都依賴微絲(microfilament,MF)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和微絨毛微絲是指真核細胞中主要由肌動蛋白(actin)組成的骨架纖維。第二節(jié)微絲肌動蛋白纖維模型肌動蛋白纖維的冷凍蝕刻電鏡照片2023/2/442一、微絲的結構與組分（一）肌動蛋白是微絲的基本結構成分哺乳類和鳥類細胞至少有3種肌動蛋白異構體，即,&γ人類：6基因型

actin和70種以上肌動蛋白結合蛋白-actin有3種亞型，分別存在于橫紋肌、心肌、血管平滑肌-actin主要存在于非肌肉細胞γ-actin有2種亞型，γ細胞質型和γ腸平滑肌型在進化過程中，肌動蛋白的結構非常保守。肌動蛋白功能幾乎涉及所有的氨基酸，任何位置上氨基酸殘基的替換均會嚴重影響蛋白質功能，對細胞都將是有害的。肌動蛋白（actin）是微絲的結構成分，外觀呈啞鈴狀,又稱球狀肌動蛋白(globularactin,G-actin)。由375個氨基酸殘基組成，有ATP結合位點和肌動蛋白結合蛋白的結合位點。由G-actin形成的微絲又稱為纖維狀肌動蛋白(filamentousactin,F-actin)或肌動蛋白纖維。（一）肌動蛋白是微絲的基本結構成分2023/2/443（一）肌動蛋白是微絲的基本結構成分2023/2/4442023/2/445（二）微絲是由肌動蛋白亞基組成的螺旋狀纖維微絲是由雙股肌動蛋白絲以右手螺旋形成的纖維，螺距37nm，直徑約7nm.肌動蛋白亞基具有極性，且肌動蛋白纖維中所有的亞基均指向同一方向，因此，微絲具有極性。2023/2/446二、微絲的組裝和去組裝（一）微絲的組裝過程分為三個階段成核期/延遲期成核作用發(fā)生在質膜下，由ARP2/3復合物催化，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；生長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。在一定條件下，肌動蛋白單體裝配的速度與從微絲上解離的速度相等，微絲長度不變，稱為踏車(tread-milling)。（二）多種因素影響微絲的組裝受多種不同蛋白、ATP及一些離子的影響有ATP,Mg2+存在，Na+,K+溶液濃度↑，G-actin組裝成微絲。有Ca2+存在，Na+,K+溶液濃度↓，微絲解聚成G-actin。微絲的特異性藥物細胞松弛素B(cytochalasinB)

霉菌的代謝物，與微絲的正端結合，阻止肌動蛋白的聚合，破壞微絲的三維網絡。鬼筆環(huán)肽(phalloidin)由毒蕈產生的雙環(huán)桿肽，結合并穩(wěn)定微絲，使肌動蛋白纖維網絡聚合增強。2023/2/4482023/2/449（三）微絲組裝的動態(tài)調節(jié)機制踏車模型（略）非穩(wěn)態(tài)動力學模型G-actin滲入微絲前，結合1分子ATP?？焖俳M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合力，微絲解聚。2023/2/450三、微絲結合蛋白決定細胞內微絲的組織與行為右圖，運動的成纖維細胞的前導邊緣的電鏡照片，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2023/2/451?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?膜結合2023/2/452（一）單體-隔離蛋白1.胸腺素結合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。單體-隔離蛋白的濃度或活性變化，能夠改變細胞中特定區(qū)域內單體與多聚體之間的平衡，并決定在特定時間內聚合和解聚哪一方面占據優(yōu)勢。2023/2/453（二）封端（加帽）蛋白通過與微絲的某一端結合而形成帽，調節(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節(jié)蛋白加帽。2023/2/454（三）交聯(lián)蛋白改變微絲群體的三維結構細絲蛋白絨毛蛋白絲束蛋白交聯(lián)蛋白有兩個或兩個以上肌動蛋白結合位點，能夠將兩個或兩個以上分離的肌動蛋白纖維交聯(lián)在一起。2023/2/455細絲蛋白呈細長柔軟的桿狀，促進形成近似正交相互關系的纖維松散網絡。含該種網絡的胞質區(qū)具有彈性凝膠特性，能抵抗局部的機械壓力。2023/2/456（四）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。端帽絲束蛋白絨毛蛋白微絲肌球蛋白Ⅰ纖維正端微絨毛2023/2/457α輔肌動蛋白

絲束蛋白成束蛋白2023/2/4582023/2/459（五）纖維-切割蛋白與已有纖維的側面結合，并將其一分為二。由于纖維長度縮短，胞質黏度下降。切割蛋白能產生游離的正端而促進肌動蛋白單體的滲入，或為切割產生的片段加帽。凝溶膠轉換蛋白切割、加帽2023/2/460（六）肌動蛋白纖維-解聚蛋白與微絲的負端結合，促進微絲解聚成單體。結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。蠶食蛋白、絲切蛋白

(Cofilin)2023/2/461（七）膜結合蛋白

(membrane-bindingprotein)非肌肉細胞的收縮裝置大部分位于細胞質膜下方。通過與外周膜蛋白連接，將微絲間接連在質膜上，產生細胞運動或移動。收縮蛋白產生的力作用于質膜上使之外凸/內凹。細胞移動過程中吞噬作用或胞質分裂過程中2023/2/462紅細胞膜骨架人紅細胞質膜的內表面觀模型，顯示出包埋在脂雙層中的整合蛋白和形成膜內表面骨架的外周蛋白的排列。2023/2/463四、微絲的功能（一）構成細胞的支架并維持細胞的形態(tài)（二）參與細胞的運動（三）參與細胞質的分裂（四）參與受精作用（五）參與細胞內信息傳遞（六）參與肌肉收縮2023/2/464（一）構成細胞支架并維持細胞的形態(tài)非肌肉細胞質膜下的一層由微絲和微絲結合蛋白相互作用形成的網狀結構，稱為細胞皮層，該結構具有高度動態(tài)性，為細胞膜提供機械支持。巨噬細胞和白細胞表面的凸起：絲足、片足2023/2/465應力纖維緊靠質膜下方，微絲緊密平行排列成束，常與細胞的長軸平行并貫穿細胞全長。維持細胞與基質間的張力和細胞的形態(tài)，并賦予韌性。(a)抗肌動蛋白熒光抗體（綠色）顯示培養(yǎng)的成纖維細胞中應力纖維的分布。2023/2/466（一）構成細胞支架并維持細胞的形態(tài)每根微絨毛含有25根肌動蛋白纖維，由于成束蛋白的參與，使其保持高度有序的排列。端網微絲束中間纖維2023/2/467（二）參與細胞運動巨噬細胞、白細胞等含有豐富的微絲，通過與微絲結合蛋白的相互作用，使細胞表面形成凸起，如絲足、片足。（二）參與細胞運動微絲以兩種不同的方式產生運動肌節(jié)中細肌絲與粗肌絲相互滑動微絲束的裝配和去裝配變形運動內吞外吐胞內物質運輸2023/2/468細胞的變形運動細胞在基質上爬行時發(fā)生的重復的活動順序。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質膜中整合蛋白的介導附著到基質上。細胞利用這一附著點抓住基質。③細胞的大部分在附著點上向前運動，附著點相對固定。這一運動通過施加在基質上的收縮（牽引）力完成。④基質與附著點脫離后的細胞，該細胞的后面已經被向前拉。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2023/2/469非肌肉細胞定向運動的推測機制肌動蛋白聚合機制為片足前緣的伸出提供動力2023/2/4702023/2/471ARP2/3復合物由ARP2和ARP3組成，形成添加肌動蛋白單體的模板。肌動蛋白相關蛋白(actin-relatedprotein,ARP)是一種蛋白復合物，在體內、外都能使肌動蛋白纖維成核。ARP2/3復合物使肌動蛋白纖維在負端成核，在正端快速延伸。肌動蛋白纖維成核2023/2/472肌動蛋白纖維成網ARP2/3復合物以70o結合在先存的肌動蛋白纖維上，成核，形成新的纖維再成網。2023/2/473（三）參與細胞分裂有絲分裂后、末期，質膜下的微絲在肌球蛋白的作用下，形成收縮環(huán)。微絲平行排列成束，具有不同極性，通過α輔肌動蛋白與質膜相連。微絲束中肌動蛋白和肌球蛋白相對滑動，收縮環(huán)不斷收緊的同時，微絲不斷去裝配，細胞一分為二。（四）微絲參與受精作用精子形成頂體刺突是微絲裝配不斷延長的結果。膜融合涉及微絲運動。（五）參與細胞內信息傳遞微絲參與了某些信號分子(Rashomology)的傳遞細胞外的信號分子首先與膜受體結合，誘發(fā)質膜下肌動蛋白的結構變化，啟動細胞內激酶變化的信號傳導過程。2023/2/4742023/2/475（六）參與肌肉收縮肌細胞（纖維）由數百個肌原纖維組成。肌原纖維由許多相同的收縮單位-肌節(jié)構成。細肌絲和粗肌絲重疊形成。2.5μm2023/2/476肌球蛋白Ⅱ分子結構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。2023/2/477粗肌絲粗絲由肌球蛋白分子尾對尾地向相反方向平行排列成束組成。呈雙極性結構；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，成為與細肌絲接觸的橋。2023/2/478細肌絲原肌球蛋白(tropomyosin,Tm)嵌入細絲之間的溝內。每一桿狀原肌球蛋白分子(長約40nm)沿細絲與7個肌動蛋白亞基相連。肌鈣蛋白(troponin,Tn)由3個亞基組成的球狀蛋白復合物，每個亞基對整個分子的功能具有重要而獨特的作用。Tn-C特異與鈣結合；Tn-T與原肌球蛋白有高度親和力；Tn-I抑制肌球蛋白ATPase活性。沿細絲約40nm間隔，同時與纖維的肌動蛋白和原肌球蛋白組分接觸。原肌球蛋白肌鈣蛋白肌動蛋白2023/2/479在肌肉收縮過程中肌節(jié)的縮短I帶僅含細絲；H區(qū)只含粗絲；H區(qū)兩側的A帶代表重疊區(qū)域，含有粗絲和細絲。顯示肌節(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)橋與周圍的細絲接觸，細絲被迫向肌節(jié)中央滑動。交聯(lián)橋非同步活動，以至在任意時刻都只有一部分處于活動狀態(tài)。2023/2/480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。顯示由于細絲向肌節(jié)中央滑動，使H區(qū)消失。2023/2/481肌肉收縮的分子基礎結合肌球蛋白頭部與肌動蛋白纖維緊密結合（強直構象），隨即ATP與肌球蛋白頭部結合；釋放

ATP的結合，誘導肌動蛋白結合位點上的肌球蛋白構像變化，肌球蛋白頭部對細絲的親和力下降，脫離肌動蛋白纖維產生間隙；直立結合的ATP水解激活頭部，使其微弱地結合在細絲上。產力

Pi的釋放使肌球蛋白頭部更加牢固地結合在細絲的一個新位點上，并引起動力沖程，滑動微絲向肌節(jié)中央（+端）移動。再結合釋放ADP，再結合ATP，建立新的循環(huán)。肌球蛋白頭部粗肌絲水解動力沖程肌球蛋白在細肌絲上的移動過程+-+-2023/2/482肌球蛋白Va驅動蛋白色素顆粒微管肌動蛋白纖維大多數細胞器的運輸由驅動蛋白和動力蛋白介導，進行較遠距離的貨物運輸。一些小泡也攜帶肌球蛋白馬達蛋白，如肌球蛋白Va，沿微絲軌道運輸物質。（七）參與細胞內的物質運輸2023/2/483第三節(jié)中間纖維中間纖維(intermediatefilament,IF)直徑約10nm存在于細胞質和細胞核。僅在動物細胞中明確鑒定出中間絲人類IF由50多個基因編碼2023/2/484一、中間纖維蛋白的類型和分布IF是一類形態(tài)上非常相似，而化學組成上有明顯差異的蛋白質。根據其組織分布、生化、遺傳及免疫學標準分為六大類。哺乳動物中間纖維蛋白的類型與分布Ⅰ酸性角蛋白Ⅱ中性/堿性角蛋白Ⅲ結蛋白膠質原纖維酸性蛋白波形纖維蛋白Ⅳ神經纖絲蛋白Ⅴ核纖層蛋白(lamin)Ⅵ巢蛋白（nestin）2023/2/485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間充質細胞結蛋白III肌肉神經膠質纖維酸性蛋白外周蛋白膠質纖維酸性蛋白IIIIIIIII神經膠質細胞、星形膠質細胞外周神經元神經膠質細胞神經絲蛋白IV中樞神經元和外周神經(NF-L,M,H)Laminproteins

(LaminA,B,C)V所有細胞類型（核被膜）巢蛋白(Nestin)VI神經干細胞2023/2/486核纖層(nuclearlamina)真核細胞內核膜內表面連接的一層致密的纖維網絡結構。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），核基質被染成綠色。核基質核纖層冰凍蝕刻電鏡照片2023/2/4871.角蛋白只在上皮細胞或外胚層起源的細胞中表達。人類上皮細胞有20余種不同的角蛋白，分為α和β兩類α角蛋白為頭發(fā)、指甲等堅韌結構所具有。β角蛋白又稱胞質角蛋白(cyto-keratin)，分布于體表、體腔的上皮細胞中。根據組成氨基酸的不同，也可分為酸性角蛋白(I型)中性或堿性角蛋白(II型)2023/2/4882.波形纖維蛋白存在于間充質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.結蛋白存在于肌肉細胞，又稱骨骼蛋白skeletin.主要功能:使肌纖維連在一起。4.膠質纖維酸性蛋白存在于星形神經膠質細胞和周圍神經的許旺細胞，主要起支撐作用。2023/2/4895.神經絲蛋白只在中樞和外周神經系統(tǒng)的神經元表達。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：提供彈性使神經纖維易于伸展、防止斷裂。6.核纖層蛋白LaminALaminBLaminC2023/2/490二、中間纖維蛋白的結構特征具有一個由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，是結構的關鍵區(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。L1L12L21A1B2A2B2023/2/491N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性質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。二、中間纖維蛋白結構特征2023/2/492三、中間纖維的裝配2023/2/493（一）IF

的組裝過程根據X射線衍射、電鏡觀察和體外裝配的實驗結果推測，裝配過程如下：①2個單體以相同方向，以其桿狀區(qū)形成雙股螺旋二聚體；②2個二聚體反向平行，以非共價鍵結合組裝成四聚體，四聚體失去極性；③四聚體首尾相接組裝成原纖維(proto-filaments)；④原絲組成中間纖維，橫切面具有32個單體。2023/2/4944個八聚體or8個四聚體？2023/2/495（二）

IF組裝通過磷酸化作用進行動態(tài)調節(jié)表皮細胞中有角蛋白亞單位庫，就像微管和微絲的亞單位一樣，以多聚化形式處于動態(tài)平衡。IF的去組裝和組裝通過亞單位的磷酸化和去磷酸化控制。

A.顯示用抗生素抗體揭示注射生物素標記的角蛋白的定位，這些角蛋白在注射后20min內開始滲入IF。B.顯示由抗角蛋白抗體揭示的IF在細胞中的分布。1h左右，整個中間纖維網都被標記上了。IF

動力學特性的實驗四、中間纖維結合蛋白中間纖維結合蛋白(intermediatefilamentassociqtedprotein,IFAP

)介導中間纖維之間、中間纖維與細胞其他結構成分相互作用，形成網絡結構。特征IFAP的表達有細胞專一性。多種IFAP可存在于同一個細胞，與不同的IF組織狀態(tài)相聯(lián)系

。某些IFAP的表達與細胞的功能和發(fā)育狀態(tài)有關。2023/2/496中間纖維結合蛋白名稱存在部位功能BPAGI半橋粒將IF與致密斑交聯(lián)斑珠蛋白橋粒將IF與致密斑交聯(lián)橋粒斑蛋白Ⅰ橋粒將IF與致密斑交聯(lián)橋粒斑蛋白Ⅱ橋粒將IF與致密斑交聯(lián)網蛋白皮層波形蛋白交聯(lián)接頭與MAP1,MAP2,血影蛋白交聯(lián)錨蛋白皮層絲聚蛋白細胞質核纖層蛋白B受體核2023/2/4972023/2/498五、中間纖維的功能（一）在細胞內形成完整的網狀骨架系統(tǒng)（二）為細胞提供機械強度支持（三）參與細胞分化（四）參與細胞內信息傳遞（五）維持細胞核膜穩(wěn)定2023/2/499（一）在細胞內形成完整的網狀骨架系統(tǒng)IF在靠近核區(qū)域多次分支，且與核纖層相連，整個纖維網架穿過胞質終止于質膜。IF三維網狀結構與內質網、高爾基體、吞噬小泡等緊密相連。

細胞骨架成分通過蛋白交聯(lián)橋相互連接（二）為細胞提供機械強度支持IF

為上皮層細胞提供機械強度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蛋白在維持肌細胞中肌原纖維的排列起關鍵作用不能產生結蛋白多肽的基因敲除小鼠，表現出嚴重的心肌和骨骼肌異常。2023/2/41002023/2/4101（二）為細胞提供機械強度支持結蛋白相關肌癥(desmin-relatedmyopathy)

由編碼結蛋白的基因突變引起。患者骨骼肌衰弱、心律失常，最后充血性心力衰竭。中間纖維增強細胞的強度