細(xì)胞生物學(xué)：細(xì)胞骨架及細(xì)胞周期

細(xì)胞骨架與細(xì)胞周期細(xì)胞骨架細(xì)胞骨架是指細(xì)胞中的蛋白纖維網(wǎng)架體系狹義的細(xì)胞骨架指細(xì)胞質(zhì)骨架，包括微絲、微管、中間纖維廣義的細(xì)胞骨架包括細(xì)胞核骨架、細(xì)胞質(zhì)骨架、細(xì)胞膜骨架和細(xì)胞外基質(zhì)。細(xì)胞骨架不僅在維持細(xì)胞形態(tài)，保持細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性中起重要作用，而且與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、物質(zhì)運(yùn)輸、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞、細(xì)胞分裂、基因表達(dá)、細(xì)胞分化等生命活動(dòng)密切相關(guān)微絲微絲（MF）又稱(chēng)肌動(dòng)蛋白纖維，是指真核細(xì)胞中由肌動(dòng)蛋白組成，直徑為7nm的骨架纖維肌動(dòng)蛋白是微絲的結(jié)構(gòu)成分，肌動(dòng)蛋白單體外觀呈啞鈴狀肌動(dòng)蛋白存在于所有真核細(xì)胞中微絲，亦稱(chēng)為纖維形肌動(dòng)蛋白，是由球形肌動(dòng)蛋白單體形成的多聚體肌動(dòng)蛋白單體具有極性，裝配時(shí)呈頭尾相連，故微絲也具有極性在含有ATP和Ca2+以及低濃度的Na+、K+等陽(yáng)離子溶液中，微絲趨于解聚成球形肌動(dòng)蛋白而在Mg2+和高濃度的Na+、K+溶液誘導(dǎo)下，球形肌動(dòng)蛋白則裝配為纖維狀肌動(dòng)蛋白新的球形肌動(dòng)蛋白加到微絲末端，使微絲延伸球形肌動(dòng)蛋白可以加到微絲兩端，但（＋）極裝配的速度較（－）極快在一定條件下，微絲可以表現(xiàn)出一端因加亞單位而延長(zhǎng)，而另一端因亞單位脫落而減輕，這種現(xiàn)象稱(chēng)為踏車(chē)現(xiàn)象體內(nèi)肌動(dòng)蛋白的裝配在兩個(gè)水平上受到結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié)：①游離肌動(dòng)蛋白單體的濃度②微絲橫向連接成束或成網(wǎng)的程度細(xì)胞內(nèi)許多微絲結(jié)合蛋白參與調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白的裝配微絲系統(tǒng)的主要組分是肌動(dòng)蛋白纖維，還包括許多微絲結(jié)合蛋白肌動(dòng)蛋白纖維的不同存在形式與微絲結(jié)合蛋白的種類(lèi)有關(guān)微絲結(jié)合蛋白①肌球蛋白肌球蛋白約占肌肉總蛋白的一半含4條多肽鏈（2條重鏈，2條輕鏈），構(gòu)成粗肌絲，這種肌球蛋白的頭部具有ATP酶活力，構(gòu)成粗肌絲的橫橋，是與肌動(dòng)蛋白結(jié)合的位置

②原肌球蛋白:原肌球蛋白在肌肉總占總蛋白的5％－10％,位于肌動(dòng)蛋白螺旋溝內(nèi),結(jié)合于細(xì)肌絲，調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白頭部的結(jié)合

③肌鈣蛋白肌鈣蛋白，含有3個(gè)亞基，肌鈣蛋白C特異與Ca2+結(jié)合。肌鈣蛋白T與原肌球蛋白有高度親和力，肌鈣蛋白I抑制肌球蛋白ATP酶的活性微絲特異性藥物細(xì)胞松弛素是真菌的一種代謝產(chǎn)物，可以切斷微絲，并結(jié)合在微絲末端阻抑肌動(dòng)蛋白聚合，但對(duì)解聚沒(méi)有明顯影響，因而可以破壞微絲的三維網(wǎng)絡(luò)鬼筆環(huán)肽是一種由毒蕈產(chǎn)生的雙環(huán)桿肽，與微絲有強(qiáng)親和作用，使肌動(dòng)蛋白纖維穩(wěn)定，抑制解聚，且只與纖維狀肌動(dòng)蛋白結(jié)合，而不與球形蛋白結(jié)合，熒光標(biāo)記的鬼筆環(huán)肽可清晰地顯示細(xì)胞中的微絲微絲性細(xì)胞骨架的功能真核細(xì)胞中，肌動(dòng)蛋白在微絲結(jié)合蛋白的協(xié)同下，形成獨(dú)特的微絲性骨架結(jié)構(gòu)，與細(xì)胞中許多重要的功能活動(dòng)①肌肉收縮骨骼肌細(xì)胞的收縮單位是肌原纖維，肌原纖維由粗肌絲和細(xì)肌絲裝配而成，粗肌絲的成分是肌球蛋白，細(xì)肌絲的主要成分是肌動(dòng)蛋白，輔以原肌球蛋白和肌鈣蛋白②微絨毛③應(yīng)力纖維④溶膠層和阿米巴運(yùn)動(dòng)⑤胞質(zhì)分裂環(huán)微管微管是存在于所有真核細(xì)胞中由微管蛋白裝配成的長(zhǎng)管狀結(jié)構(gòu)，平均外徑為24nm細(xì)胞內(nèi)微管呈網(wǎng)狀或束狀分布，并能與其他蛋白共同裝配成紡錘體、基粒、中心粒、鞭毛、纖毛、軸突、神經(jīng)管等結(jié)構(gòu)，參與細(xì)胞形態(tài)的維持、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞分裂微管由兩種類(lèi)型的微管蛋白亞基，即а微管蛋白和β微管蛋白組成а微管蛋白和β微管蛋白形成微管蛋白異二聚體，是微管裝配的基本單位。微管蛋白二聚體含有鳥(niǎo)嘌呤核苷酸的兩個(gè)位點(diǎn)，二價(jià)陽(yáng)離子亦能結(jié)合于微管蛋白二聚體上微管蛋白二聚體上具有一個(gè)秋水仙素結(jié)合位點(diǎn)，一個(gè)長(zhǎng)春花堿結(jié)合位點(diǎn)微管是由微管蛋白二聚體裝配成的長(zhǎng)管狀結(jié)構(gòu)，平均外徑為24nm，內(nèi)徑15nm，微管壁由13根原纖維排列構(gòu)成微管可裝配成單管、二聯(lián)管（纖毛和鞭毛中）、三聯(lián)管（中心粒和基體中）體外微管裝配條件⊙微管蛋白濃度：⊙最適PH:PH

6.9⊙離子：Ca2+應(yīng)盡可能除去，Mg2+為裝配所必需的⊙溫度：37度微管蛋白二聚體裝配成微管，0度微管解聚為二聚體⊙GTP供應(yīng)體內(nèi)微管裝配動(dòng)態(tài)微管蛋白的合成是自我調(diào)節(jié)的，多余的微管蛋白單體結(jié)合于合成微管蛋白的核糖體上，導(dǎo)致微管蛋白mRNA降解微管在體內(nèi)的裝配和去裝配在時(shí)間和空間上是高度有序的間期細(xì)胞中，細(xì)胞質(zhì)微管與微管蛋白亞單位處于相對(duì)平衡狀態(tài)有絲分裂期中，胞質(zhì)微管裝配和去裝配動(dòng)態(tài)受細(xì)胞周期調(diào)控，發(fā)生顯著改變分裂前期，胞質(zhì)微管網(wǎng)絡(luò)中的微管去裝配，游離的微管蛋白亞單位裝配為紡錘體分裂末期，發(fā)生逆向轉(zhuǎn)變微管組織中心微管在生理狀態(tài)及實(shí)驗(yàn)處理解聚后重新裝配的發(fā)生處稱(chēng)為微管組織中心（MTOC）動(dòng)物細(xì)胞的MTOC為中心體MTOC決定了細(xì)胞微管的極性，微管（－）極指向MTOC，（＋）極背向MTOC微管特異性藥物秋水仙素、長(zhǎng)春花堿作用：抑制微管裝配，使細(xì)胞分裂停留在分裂中期機(jī)制：與微管異二聚體結(jié)合Ca2+、高壓和低溫作用：破壞微管，是細(xì)胞分裂停止機(jī)制：直接破壞微管紫杉醇、重水（D2O）作用：促進(jìn)微管的裝配，并使已形成的微管穩(wěn)定微管的功能①維持細(xì)胞形態(tài)②細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸神經(jīng)軸突運(yùn)輸和魚(yú)色素細(xì)胞中色素顆粒的運(yùn)輸③鞭毛運(yùn)動(dòng)和纖毛運(yùn)動(dòng)④紡錘體和染色體運(yùn)動(dòng)⑤基粒和中心粒紡錘體微管可分類(lèi)如下：⊙動(dòng)粒微管：連接動(dòng)粒與兩極的微管⊙極微管：從兩極發(fā)出，在紡錘體中部互相交錯(cuò)重疊的微管⊙星體微管：組成星體的微管中間纖維中間纖維的分布具有嚴(yán)格的組織特異性，這一點(diǎn)已被應(yīng)用于腫瘤細(xì)胞臨床鑒別診斷，以鑒別腫瘤細(xì)胞的組織來(lái)源中間纖維蛋白來(lái)源于同一基因家族，具有高度同源性中間纖維的功能①角蛋白纖維參與橋粒的形成和維持②結(jié)蛋白纖維是肌肉Z盤(pán)的重要結(jié)構(gòu)組分，對(duì)于維持肌肉細(xì)胞的收縮起重要作用③增強(qiáng)細(xì)胞抗機(jī)械壓力

④神經(jīng)纖維在神經(jīng)細(xì)胞軸突內(nèi)起重要作用⑤參與傳遞細(xì)胞內(nèi)機(jī)械的或分子信息⑥中間纖維與mRNA的運(yùn)輸有關(guān)、胞質(zhì)mRNA錨定于中間纖維可能對(duì)其在細(xì)胞內(nèi)的定位及是否翻譯起決定作用細(xì)胞核骨架細(xì)胞核骨架是存在于真核細(xì)胞核內(nèi)的以蛋白成分為主的纖維網(wǎng)架體系狹義的核骨架僅指核內(nèi)基質(zhì)，即細(xì)胞核內(nèi)除核膜、核纖層、染色質(zhì)、核仁和核孔以外的以纖維蛋白成分為主的纖維網(wǎng)架體系廣義的核骨架包括核基質(zhì)、核纖層和核孔復(fù)合體。核骨架與基因的復(fù)制及表達(dá)、細(xì)胞核及染色體的構(gòu)建有關(guān)染色體支架是指染色體中由非組蛋白構(gòu)成的骨架，與染色體的高級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)，DNA放射環(huán)的根部結(jié)合在染色體支架上核纖層是位于細(xì)胞核內(nèi)層核膜下的纖維蛋白片層或纖維網(wǎng)絡(luò)，核纖層由1－3種核纖層蛋白多肽組成核纖層蛋白是中間纖維蛋白家族的成員細(xì)胞周期細(xì)胞增殖是細(xì)胞生命活動(dòng)的重要特征之一細(xì)胞分裂和細(xì)胞死亡均為細(xì)胞生命活動(dòng)的基本特征細(xì)胞增殖是生物繁育的基礎(chǔ)單細(xì)胞生物如酵母菌，細(xì)胞增殖將直接導(dǎo)致生物個(gè)體數(shù)量的增加成體多細(xì)胞生物需要通過(guò)細(xì)胞增殖以彌補(bǔ)代謝過(guò)程中衰老和死亡的細(xì)胞。維持細(xì)胞數(shù)量的平衡和機(jī)體得體正常功能，必須依賴細(xì)胞增殖，機(jī)體創(chuàng)傷愈合、組織再生、病理組織修復(fù)等，都要依賴細(xì)胞增殖細(xì)胞增殖受到嚴(yán)密的調(diào)控機(jī)制所監(jiān)控

細(xì)胞周期概述從一次細(xì)胞分裂完成開(kāi)始，直至下一次細(xì)胞分裂結(jié)束為止，稱(chēng)為一個(gè)細(xì)胞周期一個(gè)細(xì)胞周期包括兩個(gè)階段：分裂間期（90％－95％）和分裂期（5％－10％）分裂間期是細(xì)胞增殖的物質(zhì)準(zhǔn)備和積累階段分裂期是細(xì)胞增殖的實(shí)施過(guò)程分裂間期又可人為地劃分為三個(gè)階段：G1期、S期、G2期S期被稱(chēng)為DNA合成期，DNA的復(fù)制發(fā)生在S期在S期之前與上次細(xì)胞分裂之后，存在的時(shí)間間隔為G1期在S期后與細(xì)胞分裂之前，存在的時(shí)間間隔為G2期一個(gè)細(xì)胞周期可以人為地劃分為先后連續(xù)的4個(gè)時(shí)期：即G1期、S期、G2期、M期通常將含有這4個(gè)不同時(shí)期的細(xì)胞周期稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期。細(xì)胞周期中的各個(gè)時(shí)期也常稱(chēng)為時(shí)相

同種細(xì)胞之間，細(xì)胞周期時(shí)間長(zhǎng)短相似或相同不同細(xì)胞種類(lèi)之間，細(xì)胞周期長(zhǎng)短差別很大高等生物體的細(xì)胞而言，細(xì)胞周期時(shí)間長(zhǎng)短主要差別在G1期S期、G2期和M期的總時(shí)間相對(duì)恒定尤其是M期持續(xù)的時(shí)間更為恒定，常常僅持續(xù)半小時(shí)左右多細(xì)胞生物體內(nèi)的細(xì)胞類(lèi)型多細(xì)胞生物是由一個(gè)受精卵經(jīng)過(guò)許多次分裂分化形成的細(xì)胞社會(huì)周期中細(xì)胞：有些細(xì)胞可能會(huì)持續(xù)分裂，即細(xì)胞周期持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這些細(xì)胞常稱(chēng)為周期中細(xì)胞，如上皮組織的基底層細(xì)胞靜止期細(xì)胞：有些細(xì)胞會(huì)暫時(shí)離開(kāi)細(xì)胞周期，停止細(xì)胞分裂，去執(zhí)行一定的生物學(xué)功能，這些細(xì)胞稱(chēng)為靜止期細(xì)胞（或稱(chēng)G0期細(xì)胞）如結(jié)締組織中的成纖維細(xì)胞周期中細(xì)胞轉(zhuǎn)化為G0期細(xì)胞多發(fā)生在G1期終末分化細(xì)胞：有一些細(xì)胞，由于分化程度很高，一旦生成后，則終生不再分裂，這些細(xì)胞稱(chēng)為終末分化細(xì)胞，如大量的橫紋肌細(xì)胞、血液多型核白細(xì)胞、某些生物的有核紅細(xì)胞細(xì)胞周期中各個(gè)不同時(shí)期及其主要事件（1）G1期G1期是一個(gè)細(xì)胞周期的第一階段新生成的子代細(xì)胞立即進(jìn)入一個(gè)細(xì)胞生長(zhǎng)時(shí)期，開(kāi)始合成細(xì)胞生長(zhǎng)所需要的各種蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、脂質(zhì)等，但不合成DNA在G1期的晚期階段有一個(gè)特定時(shí)期起始點(diǎn)被認(rèn)為是G1期晚期的一個(gè)基本事件這種細(xì)胞周期的進(jìn)程有一系列監(jiān)控機(jī)制。這些特異性的監(jiān)控機(jī)制可以鑒別細(xì)胞周期進(jìn)程中的錯(cuò)誤，并誘導(dǎo)產(chǎn)生特異的抑制因子，阻止細(xì)胞周期進(jìn)一步運(yùn)行。在真核細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)多種監(jiān)控機(jī)制，這些監(jiān)控機(jī)制猶如交通路途中設(shè)立的檢查站，隨時(shí)檢查過(guò)往的行人和車(chē)輛，因而這些監(jiān)控機(jī)制稱(chēng)為檢驗(yàn)點(diǎn)檢驗(yàn)點(diǎn)不僅存在于G1期，也存在于其他時(shí)期，如S期檢驗(yàn)點(diǎn)、G2期檢驗(yàn)點(diǎn)、紡錘體裝配檢驗(yàn)點(diǎn)（2）S期

S期即DNA合成期細(xì)胞經(jīng)過(guò)G1期，為DNA復(fù)制的啟始做好了各方面的準(zhǔn)備進(jìn)入S期后，立即開(kāi)始合成DNA真核細(xì)胞新合成的DNA立即與組蛋白結(jié)合，共同組成核小體串珠結(jié)構(gòu)。新的組蛋白也是在S期合成的（3）G2期

DNA復(fù)制完成以后，細(xì)胞即進(jìn)入G2期，此時(shí)，細(xì)胞核內(nèi)DNA的含量已經(jīng)增加一倍，其他結(jié)構(gòu)物質(zhì)和相關(guān)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)也已進(jìn)行了必要的準(zhǔn)備通過(guò)G2期后，細(xì)胞即進(jìn)入M期。但細(xì)胞能否順利進(jìn)入M期，要受到G2期檢驗(yàn)點(diǎn)的控制（4）M期

M期即細(xì)胞分裂期真核細(xì)胞的細(xì)胞分裂主要包括兩種方式，即有絲分裂和減數(shù)分裂體細(xì)胞一般進(jìn)行有絲分裂；成熟的生殖細(xì)胞的形成通過(guò)減數(shù)分裂減數(shù)分裂是有絲分裂的特殊形式細(xì)胞經(jīng)過(guò)分裂，將其遺傳物質(zhì)載體平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中細(xì)胞周期長(zhǎng)短測(cè)定細(xì)胞種類(lèi)縱多，繁殖速度有快有慢，細(xì)胞周期長(zhǎng)短差別很大細(xì)胞周期長(zhǎng)短與細(xì)胞所處的外界環(huán)境也有密切關(guān)系。如在一定溫度范圍內(nèi)，溫度高，細(xì)胞分裂繁殖速度加快，溫度低，則分裂繁殖速度減慢關(guān)于細(xì)胞周期時(shí)間長(zhǎng)短的測(cè)定工作，測(cè)定方法多種多樣目前可通過(guò)藥物誘導(dǎo)，使細(xì)胞周期阻斷在某個(gè)特定的時(shí)期，應(yīng)用較廣泛的方法主要有兩種，即DNA合成阻斷法和分裂中期阻斷法DNA合成阻斷法DNA合成阻斷法是一種采用低毒或無(wú)毒的DNA合成抑制劑特異地抑制DNA合成，而不影響處于其他時(shí)期的細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)，從而將被抑制的細(xì)胞抑制在DNA合成期的實(shí)驗(yàn)方法目前采用最多的DNA合成抑制劑為T(mén)dR和羥基脲（HU）將一定劑量的抑制劑加入培養(yǎng)液并繼續(xù)培養(yǎng)一定時(shí)間，所有細(xì)胞即被抑制在S期分裂中期阻斷法分裂中期阻斷法利用某些藥物如秋水仙素、秋水仙胺和nocodazole等，可以抑制微管聚合，因而能有效地抑制分裂器紡錘體的形成，將細(xì)胞阻斷在分裂中期

特異的細(xì)胞周期特異的細(xì)胞周期是指那些特殊的細(xì)胞所具有的與標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期相比有著鮮明特點(diǎn)的細(xì)胞周期（1）早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期（2）酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期（3）植物細(xì)胞的細(xì)胞周期早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期主要指受精卵在卵裂過(guò)程中的細(xì)胞周期它與一般體細(xì)胞的細(xì)胞周期明顯不同，尤其是兩棲類(lèi)、海洋無(wú)脊椎類(lèi)以及昆蟲(chóng)的早期胚胎細(xì)胞等最顯著的特點(diǎn)是：卵細(xì)胞在成熟過(guò)程中已經(jīng)積累了大量的物質(zhì)基礎(chǔ)，基本可以滿足早期胚胎發(fā)育的物質(zhì)需要，其細(xì)胞體積也顯著增加當(dāng)受精以后，受精卵便開(kāi)始迅速卵裂，卵裂球數(shù)量增加，但其總體積并不增加，因而，卵裂球體積將越來(lái)越小每次卵裂所持續(xù)的時(shí)間，即一個(gè)細(xì)胞周期所持續(xù)的時(shí)間，大大短于一個(gè)體細(xì)胞周期所持續(xù)的時(shí)間早期胚胎細(xì)胞周期的G1期和G2期非常短酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期用于進(jìn)行細(xì)胞周期調(diào)控研究的酵母主要包括兩種：芽殖酵母和裂殖酵母酵母細(xì)胞周期也有明顯的