第10章細胞骨架

細胞為什么能維持一定的形態(tài)？“人”有一定的形態(tài)是由于有骨骼系統(tǒng)作為支架。細胞質(zhì)：微管微絲中等纖維細胞核：核骨架第十章細胞骨架上皮細胞（紅色：微絲；綠色：微管）細胞骨架(cytoskeleton):是指真核細胞中由微管、微絲和中等纖維等蛋白質(zhì)成分構(gòu)成的一個復合的網(wǎng)架系統(tǒng)。作用：維持細胞一定的形狀網(wǎng)絡各游離的細胞器與細胞的運動有關(guān)

細胞骨架的發(fā)現(xiàn)過程最初人們認為細胞質(zhì)中無有形結(jié)構(gòu)，但許多生命現(xiàn)象，如細胞運動、細胞形狀的維持等，難以得到解釋。

1928年，人們提出了細胞骨架的原始概念。

1954年，在電鏡下首次看到了細胞中的微管，但在此時，電鏡制片還只能用鋨酸或高錳酸鉀在低溫條件下來固定，在這樣的條件下細胞骨架常發(fā)生聚集現(xiàn)象，因而被破壞。

1963年，采用戊二醛常溫固定后，才廣泛的地觀察到種類細胞骨架的存在，并正式命名為一種細胞器。第一節(jié)微管

一、微管的形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學組成1.形態(tài)結(jié)構(gòu)：1、微管的形態(tài)結(jié)構(gòu)：微管是細胞中由蛋白質(zhì)組成的外形筆直、中空且有一定剛性和彈性的管狀結(jié)構(gòu)。10-15nm20--30nm微管蛋白微管蛋白(tubulin)：由α和β兩個亞單位組成,以異二聚體(heterodimer)的形式存在。α+βαβ二聚體——細胞質(zhì)內(nèi)游離態(tài)微管主要形式αβ+…+αβ多聚體原纖維13條原纖維微管α亞單位β亞單位GDP結(jié)合位點GTP結(jié)合位點不可交換位點可交換位點圖示微管蛋白組成微管微管的正極與負極2.化學組成微管蛋白：占80%微管結(jié)合蛋白：占20%堿性的微管蛋白結(jié)構(gòu)域（與微管結(jié)合）酸性的突出結(jié)構(gòu)域（與質(zhì)膜、中間纖維和其它細胞組分結(jié)合）3.微管在細胞中存在的類型單管:13根原纖維包繞而成(胞質(zhì)微管);二聯(lián)管:纖毛和鞭毛的微管三聯(lián)管:中心粒微管纖毛和鞭毛的基體二.微管的組裝和解聚1.微管組織中心（MTOC）:活細胞內(nèi)微管組裝時總是以某部位為中心開始聚集，這個中心稱為微管組織中心,包括中心體、基體和著絲粒等。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MTOC：基體

(永久性結(jié)構(gòu))微管在體外的組裝過程可分為成核和延伸兩個階段。①一些微管蛋白（α微管蛋白和β微管蛋白）二聚體（①αβ二聚體）首先縱向聚合形成短的絲狀結(jié)構(gòu)（②原纖維），即所謂的成核反應②然后通過兩端以及側(cè)面增加二聚體而擴展成片狀，當片狀聚合物加寬到大致13根原纖絲時，即合攏成為一段微管（③微管）。新的微管蛋白二聚體不斷地組裝到這段微管的兩端，使之延長2.微管的組裝和解聚3.微管的極性

一是組裝的方向性,二是生長速度的快慢

正端生長得快,負端則慢,

同樣,如果微管去組裝也是正端快負端慢

4.微管的動態(tài)不穩(wěn)定性決定微管正端是GTP帽還是GDP帽,受兩種因素影響,一是結(jié)合GTP的游離微管蛋白二聚體的濃度,二是GTP帽中GTP水解的速度。5.踏車微管的總長度不變，但結(jié)合上的二聚體從(+)端不斷向(-)端推移,最后到達負端。踏車現(xiàn)象實際上是一種動態(tài)穩(wěn)定現(xiàn)象。影響微管穩(wěn)定性的某些條件

影響微管穩(wěn)定性的藥物

秋水仙素(圖中紅色所示）與二聚體結(jié)合而抑制微管的聚合。紫杉酚能和微管緊密結(jié)合防止微管蛋白亞基的解聚。由于新的微管蛋白仍可加上去結(jié)果微管只增長不縮短。為行使正常的微管功能，微管出于動態(tài)的裝配和解聚狀態(tài)是重要的。影響微管裝配的因素微管蛋白的濃度溫度：<4。C解聚，>37。C促進組裝[Ca2+]：低則促進組裝,高則趨向解聚壓力：高則趨向解聚藥物：如秋水仙素、長春花堿等能使微管解聚，紫杉酚能促進微管的組裝并穩(wěn)定已組裝的微管。三、微管的功能:1.構(gòu)成細胞的支架深綠：微管

淺蘭：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

黃色：高爾基體上圖：高爾基抗體染色下圖：微管抗體染色上圖：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)抗體染色下圖：微管抗體染色2.物質(zhì)的快速運輸與細胞器的轉(zhuǎn)運微管參與細胞器位移與微管馬達蛋白（motorprotein）有關(guān)微管馬達蛋白：驅(qū)動蛋白（kinesin)：正向轉(zhuǎn)運動力蛋白(dynein)反向轉(zhuǎn)運3.構(gòu)成纖毛、鞭毛和中心粒的主要骨架，

參與細胞運動纖毛與鞭毛的結(jié)構(gòu)：（1）纖毛本體：細胞表面突出部分，結(jié)構(gòu)圖示92+2

（2）基體：質(zhì)膜下圓筒結(jié)構(gòu)，來源于中心粒，結(jié)構(gòu)圖示93+0（3）纖毛小根：有橫紋，具固定和收縮功能纖毛本體橫切面結(jié)構(gòu)組成：（1）二聯(lián)體:A、B微管；（2）內(nèi)外臂:動力蛋白構(gòu)成（實為ATP酶）（3）中央微管和鞘連接蛋白：二聯(lián)體微管的連橋及中央微管的橫橋之中。動物、某些藻類和菌類細胞中的圓筒狀細胞器。中心粒位于間期細胞核附近或有絲分裂細胞的紡錘體極區(qū)中心，有時移至細胞表面纖毛和鞭毛的基部，則稱基粒?！行牧ｋ婄R結(jié)構(gòu)：一對圓柱狀小體，彼此相互垂直排列；結(jié)構(gòu)圖示：9*3+0功能：（1）組織形成鞭毛和纖毛（2）參與細胞有絲分裂（3）中心粒上的ATP酶為細胞運動和染色體移動提供能量4.參與染色體的運動，調(diào)節(jié)細胞分裂極體微管延長，結(jié)合在極體微管重疊部分的馬達蛋白提供動力，推動兩極分離，另一方面星體微管去組裝而縮短第二節(jié)微絲（Microfilament）一、微絲的形態(tài)與組成圖示1、微絲的結(jié)構(gòu)：微絲(microfilament)是由肌動蛋白亞單位組成的實心螺旋狀纖維，直徑約５--７nm。

肌動蛋白單位Actin中央有ATP結(jié)合位點，actin聚合時，ATP被水解成ADP，actin解聚時，ADP又磷酸化成ATP肌動蛋白（單體，外觀呈球型G-actin，43kDa，三個結(jié)合位點；多聚體

F-actin）

肌動蛋白在真核細胞進化過程中高度保守，多種肌動蛋白來源于同一個祖先基因；經(jīng)過翻譯后修飾，因此具有多樣性

微絲是由雙股肌動蛋白絲以右手螺旋排列成的纖維，肌動蛋白單體間以同樣的方式結(jié)合，肌動蛋白單體都有極性，因此，微絲也有極性2、微絲的分子組成：肌動蛋白結(jié)合蛋白分子（微絲結(jié)合蛋白）多以簡單的方式與肌動蛋白結(jié)合，形成不同功能。在非肌細胞中它們與肌動蛋白的結(jié)合方式不清。在肌細胞中則形成有規(guī)律的結(jié)合，如：肌球蛋白(myosin)、原肌球蛋白(tropornyosin)、肌鈣蛋白與肌動蛋白絲的結(jié)合。肌動蛋白(actin)分子：肌動蛋白是一種中等大小的蛋白質(zhì),由375個氨基酸殘基組成,并且是由一個大的、高度保守的基因編碼。單體肌動蛋白分子的分子量為43kDa,其上有三個結(jié)合位點。一個是ATP結(jié)合位點,另兩個都是與肌動蛋白結(jié)合的結(jié)合蛋白結(jié)合位點。肌動蛋白至少表達成6種異構(gòu)形式，根據(jù)等電點的不同可將高等動物細胞內(nèi)的肌動蛋白分為3類為α、β、γ三種類型，α分布于各種肌肉細胞中，β和γ分布于肌細胞和非肌細胞中。如：肌球蛋白常聚合為兩極纖維肌球蛋白在肌細胞中含量豐富，規(guī)則排列，在非肌細胞中含量少，且無序排列。是微絲動力蛋白。Dynein肌細胞中的肌球蛋白有規(guī)律性的排列形成粗肌絲原肌球蛋白和肌鈣蛋白在橫紋肌細肌絲中與肌動蛋白的結(jié)合示肌肉收縮的滑動模型Z線(Zdisk)是纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

3.微絲的組裝G-actin在正極端裝配，負極去裝配，叫踏車。4.影響微絲組裝的因素

組裝：鬼筆環(huán)肽(從一種毒性菇類中分離的劇毒生物堿)，肌動蛋白單體的濃度（臨界濃度）解聚：細胞松弛素B（cytochalasin）,可切斷微絲纖維，并結(jié)合在微絲末端抑制肌動蛋白加合到微絲纖維上，特異性的抑制微絲功能。二、微絲的功能：1.參與肌肉收縮

2.支撐功能（微絨毛形態(tài)的維持、應力纖維）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，這種微絲束成為應力纖維。3.參與細胞運動

細胞皮層、偽足變形蟲的胞質(zhì)運動胞吞、胞吐作用等。微絲參與細胞分裂吞噬（phagocytosis）

胞質(zhì)環(huán)流（cyclosis)阿米巴運動（amoiboid）

微管微絲

形態(tài)結(jié)構(gòu)

中空管狀纖維

實心細纖維

化學組成微管蛋白二聚體

肌動蛋白

組裝二聚體

原纖維

G-肌動蛋白

微管

F-肌動蛋白功能支架、細胞器運動、支架、細胞運物質(zhì)運輸動、肌肉收縮、細胞分裂

微管與微絲的比較三.中等纖維.1.結(jié)構(gòu)：實心，纖維狀中等纖維蛋白分子結(jié)構(gòu)的共同特點是擁有一個約３１０個氨基組成的α－螺旋桿狀區(qū)，桿狀區(qū)兩端分別是非螺旋的頭部（氨基端）和尾部（羧基端）中間纖維結(jié)合蛋白中間纖維結(jié)合蛋白(IFAP)是一類在結(jié)構(gòu)和功能上與中間纖維有密切聯(lián)系，但其本身不是中間纖維結(jié)構(gòu)組分的蛋白。確定IFAP的標準：1.在細胞內(nèi)與中間纖維共分布2.抗高鹽與非離子去垢劑抽提，與中間纖維同分離3.與中間纖維經(jīng)歷相同的解聚和重裝配周期；4.在體外能與中間纖維結(jié)合2.中間纖維的成分與分布

IF成分比MF,MT復雜，具有組織特異性。

IF在形態(tài)上相似，而化學組成有明顯的差別?！糁虚g纖維類型與分布

按其組織來源及免疫原性分類

根據(jù)中間纖維蛋白的氨基酸序列的同源性◆中間纖維蛋白的表達具有嚴格的組織特異性中間纖維的成分按其組織來源及免疫原性可分為5類。纖維類型蛋白組織來源角蛋白纖維角蛋白（keratin）上皮細胞波形纖維波形纖維蛋白間質(zhì)細胞和中胚層來源的細胞結(jié)蛋白纖維結(jié)蛋白肌細胞神經(jīng)元纖維神經(jīng)元纖維蛋白神經(jīng)元神經(jīng)膠質(zhì)纖維膠質(zhì)纖維酸性蛋白神經(jīng)膠質(zhì)細胞中等纖維的類型角蛋白：為表皮細胞特有，形成頭發(fā)、指甲等堅韌結(jié)構(gòu)。結(jié)蛋白：存在于肌肉細胞中，主要功能是使肌纖維連在一起。膠質(zhì)原纖維酸性蛋白：存在于星形神經(jīng)膠質(zhì)細胞和許旺細胞。起支撐作用。波形纖維蛋白：存在于間充質(zhì)細胞及中胚層來源的細胞中。神經(jīng)纖絲蛋白：提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展和防止斷裂。多肽分子（２對超螺旋）二聚體四聚體原纖維二根原絲四根中等纖維3.組裝中間纖維的裝配特征◆IF裝配與MF,MT裝配相比，有以下幾個特點：

·IF裝配的單體是纖維狀蛋白(MF,MT的單體呈球形)；

·反向平行的四聚體導致IF不具有極性；

·IF在體外裝配時不需要核苷酸或結(jié)合蛋白的輔助，在體內(nèi)裝配后，細胞中幾乎不存在IF單體(但IF的存在 形式也可以受到細胞調(diào)節(jié)，如核纖層的裝配與解聚)。4.中等纖維的功能

(1)信息傳遞的功能

(2)骨架功能

（3）增強細胞抗機械壓力的能力小結(jié)

細胞骨架的分布微管主要分布在核周圍,