《细胞骨架作用机理》

1、 细胞骨架细胞骨架：真核细胞中的蛋白纤维立体网架 体系。 狭义狭义：指细胞质骨架：微丝microfilament、微 管microtubule、中间丝intemediate filament 广义广义：核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架、 细胞外基质 特点特点：弥散性、整体性、变动性 功能功能：维持细胞形态，保持细胞内部结构的 有序性细胞运动、物质运输、能量转换、信 息传递、细胞分裂、基因表达、细胞分化 MicrotubulesMicrofilamemtsIntermediate filaments Low-magnification image of epithelial cells stain

2、ed to show actin (in red), microtubules (in green) and DNA (in blue). Note the four rounded cells undergoing cell division. Cytoskeleton of a cultured epithelial cell. Microtubules are shown in green, actin is shown in red and DNA is in blue. Image by Steve Rogers. (Fluorescence Microscope) 微丝确定细胞表面

3、特征，使细胞能够运动和收缩。微丝确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩。 微管确定膜性细胞器的位置和作为运输导轨。微管确定膜性细胞器的位置和作为运输导轨。 中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。 The three types of protein 第一节 微管 微管普遍存在于真核细胞的胞质中，分布于核周围， 呈放射状向四周扩散。在胞质中形成网络结构，作 为运输路轨并起支撑作用。微管是由微管蛋白组成 的管状结构，对低温、高压和秋水仙素敏感。 A fluorescently stained image of cultured epithelial cells sho

4、wing the nucleus (yellow) and microtubules (red) 光镜下黄色荧光显示微管 光镜下的微管 电镜下的微管 真核细胞中微管真核细胞中微管 所处的三种位置所处的三种位置 。 特点和功能特点和功能： 存在于所有真核细胞的细胞质中；是真核细胞特有 的保守性结构；出现于细胞周期特定时刻或某一特 定发育过程。 在不同细胞有相同形态。 是一种动态结构，通过其亚单位的装配和去装配能 适应细胞的变化。 呈网状或束状分布,与其他蛋白装配成纺锤体、中 心粒、鞭毛、纤毛、轴突和神经管等结构，参与细 胞形态的维持，细胞内运动和细胞分裂。 一、分子结构一、分子结构 形态结构：形

5、态结构：是由微管蛋白二聚体装配成的长管状细胞器结 构，大小均匀一致，外径25nm，内径15nm，微管壁由13 条原纤维螺旋盘绕一周构成。 Triplet A B A B C In cilia and flagella In centrioles and basal bodies 微管有单管、二联管和三联管三种存在形式。微管有单管、二联管和三联管三种存在形式。 二、微管的化学组成二、微管的化学组成 化学组成化学组成：微管蛋白和微管相关蛋白。 （一）微管蛋白tubulin 微管蛋白和微管蛋白(球形酸性蛋白)是装 配成微管的基本亚单位。 三级结构相似，能紧密联结在一起形成异二聚 体，在进化上高度保守

6、。 每条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成。二聚体由结 构相似的和球蛋白构成，均可结合GTP。 球蛋白结合的GTP从不发生水解或交换。 球蛋白也是一种G蛋白，结合的GTP可发生水解，结合的 GDP可交换为GTP。 二、微管相关蛋白二、微管相关蛋白microtubule associated proteins,MAPs I型：MAP1；分布于神经细胞的轴突和树突中 ，在其他非神经细胞中也有。 II型：MAP2，存在于树突 MAP4，存在于神经细胞核非神经细胞 Tau，存在于轴突和树突 MAPs可与其它细胞组分（如微管束、中间 纤维、质膜）结合。 促进微管组装。增加微管稳定性。促进微管 聚集成束。

7、 具有极性，(+)极生长速度快，(-)极生长速度慢。 (+)极的最外端是球蛋白，(-)极是球蛋白。 可形成稳定结构，如轴突、纤毛、鞭毛。是微管 结合蛋白的作用和酶修饰的原因。 大多数微管处于动态组装和去组装状态（如纺锤 体），具有踏车行为。 秋水仙素、长春花碱抑制微管装配。 紫杉酚能促 进微管的装配, 并使已形成的微管稳定。 三、微管的装配三、微管的装配 （一）微管组织中心是微管装配的起始点（一）微管组织中心是微管装配的起始点 1、微管组织中心、微管组织中心 microtubule organizing center, MTOCs 是微管进行组装的区 域，都具有微管球蛋 白 ，如：中心体、鞭

8、毛基体。 vMT are nucleated by a protein complex MT are nucleated by a protein complex containing containing -tubulin-tubulin The centrosome is the major MTOC of animal cells 中心体由两个相互垂直的中心粒构成。周围是无 定形物质，叫做外中心粒物质（PCM）。 中心粒由9组3联微管构成，具有召集PCM的作用。 MTOC处微管蛋白以环状的球蛋白复合体为模板 核化、先组装出（-）极，然后开始生长。 提纯的微管，在微酸性环境，适宜温度，存在

9、GTP、 Mg2+和去除Ca2+的条件下能自发的组装成11条原纤 维的微管。 微管的装配过程 2. 微管组装微管组装动态不稳定性模型动态不稳定性模型 (1)GTP-微管蛋白微管蛋白 (2)GDP-微管蛋白微管蛋白 GTP微管蛋白 GDP微管蛋白 GTP微管蛋白 GDP微管蛋白 The function of GTP-tubulin cap GTP hydrolysis is not required for microtubule assembly，WHY？ （三）微管的体内组装（三）微管的体内组装 Antimitosis drugs 维持细胞的形态 固定与支持细胞器的位置 红色 显示 微丝

10、绿色 显示 微管 驱动蛋白 Dynein发现于1963年。 由两条相同的重链和 种类繁多的轻链以及 结合蛋白构成。 作用：推动染色体的 分离、驱动鞭毛的运 动、向着微管（-）极 运输小泡。 驱动蛋白 动力蛋白 + （四）微管参与染色体的运动，调节细胞分 裂 有丝分裂时，微管形成纺锤体，牵引染色体到达分裂极有丝分裂时，微管形成纺锤体，牵引染色体到达分裂极 1. 形成纺锤体 。 2. 形成鞭毛和纤毛 结构：由基体和鞭杆两部分构成；鞭毛中的微管 为9+2结构；二联微管A管由13条原纤维组成，B管 由10条原纤维组成；A管向相邻B管伸出两条动力 蛋白臂，并向鞭毛中央发出一条辐；基体的微管 组成为9+0

11、。 运动原理：动力蛋白臂的dynein水解ATP作功，使 相邻的二联微管相互滑动。 纤毛杆部 质膜 轴丝 A B A B A B A B A B A B A B A B A B C2C1 9 X 2 + 2 二联体微管 中央微管 中央鞘（内鞘） 外 臂 内 臂 动力蛋白 B A 辐条头 辐 条 管间连接丝 第三节 中间纤维 直径10nm左右，介于微丝和微管之间，故名。 IF是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑作用。 IF在细胞中围绕着细胞核分布，成束成网，并扩 展到细胞质膜，与质膜相连结。 intermediate filaments，IF Keratin filaments of epithe

12、lial cells are tightly anchored to the plasmamembranes at desmosmes and hemidesmosomes 一、类一、类 型型 分5类：角蛋白、结蛋白、胶质原纤维酸性蛋白、角蛋白、结蛋白、胶质原纤维酸性蛋白、 波形纤维蛋白、神经纤丝蛋白波形纤维蛋白、神经纤丝蛋白。 具有组织特异性，不同类型细胞含有不同IF。 通常一种细胞含有一种IF，少数含2种以上。 肿瘤细胞转移后仍保留源细胞的IF。 （一）角蛋白（一）角蛋白keratinkeratin 表皮细胞特有，分和两类，型存在于细胞 中，型构成头发、指甲。 单体分为：酸性角蛋白（I型）

13、、中性或碱性角蛋 白（II型）。通过两者的异二聚体形成角蛋白纤 维。 （二）结蛋白（二）结蛋白desmin 又称骨骼蛋白skeletin，存在于肌肉细胞中，主 要功能是使肌纤维连在一起。 （三）胶质原纤维酸性蛋白（三）胶质原纤维酸性蛋白glial fibrillary acidic protein，存在于星形神经胶质细胞和许 旺细胞。起支撑作用。 （四）波形纤维蛋白（四）波形纤维蛋白vimentin，存在于间充质细 胞及中胚层来源的细胞中。 （五）神经纤丝蛋白（五）神经纤丝蛋白neurofilament protein，是 由三种分子量不同的多肽组成的异聚体，功能是 提供弹性使神经纤维易于伸展和防止断裂。 二、结构与装配二、结构与装配 （一）结构（一）结构 由螺旋化杆状区、球形头部（N端）和尾部（C端） 构成。 杆状区高度保守，由螺旋1和螺旋2构成，每个螺 旋区分为A、B两个亚区。 intemediate filaments，IF （二）IF的装配 过程： 两个单体形成超螺旋二聚体； 两个二聚体反向平行组装成四聚体； 四