细胞生物学1细胞骨架课上内容整理

1、说明：本文档是细胞生物淫课上内容的精炼和总结，也是考试出题的主要依据。内 容过于精炼则必有若干舍弃之处，希望同学不要为了考试而学习，将这份文字资 料为你节省的复习时间用于阅读小英文教材和查找感兴趣的细胞牛物学领域的 前沿资料，这样才能对这门课程有一个全面的了解。本文档屮出现的英文不要求掌握，只是对复杂屮文名词或重点内容的一个辅 助的英文注解。由于某些中文名称的翻译过于繁琐且不合理，不如英文名称容易 以及，因此中英文只要掌握一种即可，在考试过程屮无论是屮文、英文还是英文 缩写，只要写对任何一种即可得分。需要掌握的英文专业单词将会以名词解释的形式出现，该部分内容将会在考 试前公布。内容编写过程中缺

2、乏足够的审核步骤，如发现错别字或内容明显错误之处请 以教材为准，或及时联系我更止。1细胞骨架(cytoskeleton)的种类:细胞内有三种类型的细胞骨架，分别是微丝(microfilan)ent,mf ),微管 (microtubule,mt)和中间丝(intermediate filament, if)。2肌动蛋白(actin)的种类及分布真核细胞内的肌动蛋口主要分为三大类，名称及分布情况如下：a肌动蛋白主要存在于肌肉细胞的收缩性结构中，目前已发现的四种a肌动蛋白分别属于 横纹肌、心肌、血管平滑肌和肠道平滑肌。卩肌动蛋白存在于所有种类的细胞内，是细胞内绝大部分微丝骨架的基本组分。y肌动蛋白

3、在所有细胞内都有分布，主要存在于与应力纤维相关的结构中。3微丝的组成与极性a微丝由肌动蛋白单体聚合而成。b肌动蛋白是一种球状蛋白，其三维构象具有一道很深的裂缝，在裂缝内部有一 个核昔酸结合位点(可与atp或adp结合)和一个二价阳离子结合位点(可与 mg2+或 ca?+结合)。c肌动蛋白单体聚合形成螺距为36nm (7个单体分子)的双股螺旋状微丝纤维。 每个肌动蛋口单体都与四个其他肌动蛋口单体紧密相邻。d微丝屮的所有肌动蛋白单体分子的缝隙开口端或缝隙底部都朝着同一方向排 列，因此整个微丝纤维具冇极性。缝隙开口端指向的是微丝的负极(minus end), 缝隙底部指向的是微丝的止极(plus e

4、nd)o4微丝和微管的正负极的定义 对于微丝和微管的极性，人们习惯性的以同等条件下蛋白单体分子在纤维末端组装和去组装的速度大小來定义。速度快的是止极，速度慢的是负极。5胞外微丝组装反应的动力学过程a试管中的微丝组装需要的反应组分包括：g-actin, atp, mg", k+, na+b微丝的组装和去组装是一对可逆反应。反应平衡点受外部反应环境影响。c在存在mg2+且k+、na*较高的环境里，微丝趋向于聚合。在存在ca?+且k+、 nf较低的环境里微丝趋向丁解聚。d单体肌动蛋白以g-actin表示(g for global),结合在微丝中的肌动蛋口以 f-actin 表示 (f fo

5、r fibrous) of反应过程中cg-aclm不断减小，cf_aclin不断壇加，直到达到平衡点。平衡点处的 cc-actin定义为整个反应的临界浓度cc (critical concentration)og反应共分三个阶段：延迟期，是发生成核反应的时期，在此时期内数个肌动 蛋口单休分子自发聚合成为可供进一步延伸的“核"，是整个反应的限速步骤；延 长期，是微丝快速组装的吋期，cg.actin>cc,聚合反应速度>解聚反应速度；稳定 期，是反应达到平衡点之后的时期，cg-actin=cc,聚合反应速度=解聚反应速度；6核琶酸atp/adp在微丝组装屮的作用a肌动蛋口本身

6、也是一种atp酶，能够水解与之结合的atp分子使之转变为 adp,肌动蛋白的atp酶活性只有在其组装到微丝末端之后才开始生效。b在游离状态下肌动蛋白分子与atp的亲和力远高于adp,与肌动蛋白结合的 adp分了很容易被atp分了所替换，因此游离状态下的肌动蛋白携带的核昔酸 分子以atp为主。c带有atp的肌动蛋口更容易发主聚合反应，带有adp的肌动蛋口更容易发生 解聚反应。d细胞中的微丝组装时新组装上去的肌动蛋白总是携带atp分子的，该atp分 了在停留一段很短的时间后即被水解为adp,在水解发生而新的携带atp分了 的肌动蛋白单体已经在末端聚合，使得整根微丝最前端的几个肌动蛋白总是携带 at

7、p的，这样的末端定义为t型末端。e细胞屮微丝的去组装总是发生在末端肌动蛋白携带adp的吋候，这样的末端 定义为d型末端。f细胞内的d型微丝末端主耍是由于负极端成核蛋口的脱落形成的。7微丝组装的踏车行为(treadmilling)a理论上如果没冇atp水解为adp的过程，那么微丝组装时正极和负极的cc 是相等的。在实际反应过程中由于有atp水解过程的存在，止负极反应的cc不 再相等，cc"<cc ob当反应环境里cch <cg.actin< cc时候，正极端发生的是聚合反应，负极端发 生的是解聚反应，这种反应形式称为踏车行为。c在试管内的微丝组装反应的总cc介于正负极

8、cc之间，因此试管内聚合反应 达到平衡期z后实际上发生的是踏车反应。正极端的聚合速度等于负极端的解聚 速度。d踏车行为是细胞内微丝动态组装和去组装的主要形式之一。8影响微丝组装的药物a细胞松弛素(cytochalasin)：能够切割微丝并与游离的末端结合，结合后能够 阻止新的肌动蛋口单体分子在末端的组装，同时并不影响末端肌动蛋口分子的解 离。因此细胞松弛素的总体效果是促进微丝解聚。b鬼笔环肽(phalloidin):与微丝中的肌动蛋白(f-actin)结合,阻止其解离。 总体效果是阻断微丝解聚，稳定微丝。9微丝网络结构的调节方式细胞内微丝网络结构的调节主要是通过各种微丝结合蛋白的共同作用来实现

9、的。10细胞内微丝结合蛋口的种类冇六大类，分别是肌动蛋白单体结合蛋白，成核蛋白与加帽蛋白，延仲保护蛋 a,交联蛋口，割断及解聚蛋口，马达蛋口。11肌动蛋白单体结合蛋白的种类及作用a胸腺素p4(thymosin p4)：与肌动蛋白单体结合并封闭其发生聚合反应的位点, 英作用是维持细胞内游离态肌动蛋白库的总容量远大于微丝组装反应的临界浓 度，有利于细胞大规模组装微丝的快速启动。b前纤维蛋白(profilin)：只与肌动蛋白单体的正极端(底部)结合，抑制其在 微丝负极端的聚合，不影响具在微丝正极端的聚合。因此前纤维蛋白的作用是增 加微丝组装反应的极性，促进止极端的生长。12成核蛋口与加帽蛋口a成核蛋

10、白：成核蛋白包括arp2 arp3和与之相关的其他几种蛋白质，这些蛋白 共同组成arp2/3复合物。arp2和arp3在结构上与肌动蛋白单体分了极其相似，在复合物中形成异源 二聚体，肌动蛋白单体以arp2/3异源二聚体为基点开始新微丝的组装。arp2/3复合物的组装受到胞内信号转导系统的控制。可以凭空岀现，诱发新 的微丝的组装。也可以在微丝快速生长的t型末端处组装，诱导微丝的分叉生 长。arp2/3复合物的存在具有稳定微丝负极的作用，一但arp2/3从微丝末端脱 落，暴露出来的负极d型末端会迅速降解。b加帽蛋白：在微丝停止生长之后，与正极端结合并使其稳定的一类蛋白质。 被加帽蛋白稳定的微丝正极

11、端曲于atp的水解作用，属于d型末端，但加 帽蛋口的存在保护其不发生解聚反应。加帽蛋白的代表：cap乙c成核蛋白和加帽蛋白都是对微丝末端进行调节的蛋白，其屮成核蛋白作用于 负极，加帽蛋白作用于正极。二者在微丝相应末端的结合与解离是造成微丝网络 结构动态性的主要原因z-o13延伸保护蛋白主要指的是形成蛋白(fonnin),形成蛋白能在微丝正极端形成二聚体环状 结构，二聚体环中的两个单体分了交错向正极端移动并募集新的肌动蛋白单体分 子在正极端组装，同时保护正极端新形成的微丝不被降解或者是被arp2/3复合 物接近。通过这种方式，形成蛋口能够维持微丝在正极端的稳定生长，形成k的、 无分叉的微丝结构。

12、14交联蛋口a交联蛋白根据微丝的排列方式可分为两类：成束蛋白和凝胶形成蛋白。b交联蛋口能够单独或以二聚体的形式将相邻的微丝交联起来。c起到交联作用的蛋白单体或二聚体都携带有两个肌动蛋白结合位点，两个位 点间的距离决定了所形成的微丝束或网的松紧程度。d成束蛋白包括丝束蛋白（fimbrin）、绒毛蛋口（villin）和a辅肌动蛋口 （a-actinin）,其两个肌动蛋白结合位点间的区威是僵直的，能够将多根微丝平行 交联成束。e成束蛋白屮的丝束蛋白和绒毛蛋白以单体形式起作用，两个肌动蛋白结合位 点间的距离较小，形成的微丝束比较紧密，内部很难进入其他功能性蛋h分子。f成束蛋白中的a辅肌动蛋口以二聚体的

13、形式起作用，两个肌动蛋白结合位点 间的距离较大，形成的微丝束比较松散，内部能够进入英他功能性蛋白分子如肌 球蛋口。g凝胶形成蛋白包括细丝蛋白（filamin）和血影蛋白（spectrin）,其两个肌动蛋 白结合位点间的区域是柔软的，能以一定角度将两根相邻的微丝交联，最终形成 二维网状结构或三维凝胶样结构。15割断及解聚蛋口a主要包括凝溶胶蛋白（gelsolin）和肌动蛋白解聚因子/丝切蛋白（adf/cofilin）o b凝溶胶蛋白能够结合在微丝表面并切断微丝。在某些条件下，微丝切断后凝 溶胶蛋口可以与暴露出來的止极末端结合，促进其进一步解聚。相反，在另一些 条件下，微丝切断后产生的正极末端可以

14、成为新的微丝生长点，从而加速微丝网 络的形成。c丝切蛋白能与含有adp的微丝表面结合并加速其解聚速度，主要在脱离了加 帽蛋白的微丝负极端起到促进微丝解聚的作用。16肌球蛋白（myosin）的结构及种类a肌球蛋口是依赖于微丝的马达蛋口。b肌球蛋白的主要结构分为三部分，分别是马达结构域、调控结构域（或杠杆 臂结构域）、尾部结构域。c马达结构域是肌球蛋白沿微丝运动的主要结构元件；尾部结构域是肌球蛋白 与货物分子、其他细胞结构或自身形成多聚体时相连的部位；d细胞内肌球蛋白的种类有很多，每种肌球蛋白的结构和功能都不相同。e ii型肌球蛋白（myosimii）因最先发现并研究被称为传统类型的肌球蛋白， 其

15、他肌球蛋白都是非传统类型的肌球蛋rof ii型肌球蛋白有两个马达结构域，在细胞内以二聚体或多聚体的形式存在， 主要在应力纤维的相互滑动以及肌纤维的收缩过程屮起作用。e i型肌球蛋口 （myosin-i）只有一个马达结构域，在细胞内以单体形式存在， 主要在细胞皮层区的囊泡运输以及皮层与细胞质膜的相对滑动过程屮起作用。17 细胞皮层(cell cortex)a细胞皮层是微丝通过交联形成的三维凝胶样网络结构。b细胞皮层存在于细胞质膜以下。c细胞皮层为质膜提供机械支撑，帮助质膜维持特定的形状，调节膜蛋白的流 动性。18 伪足(podium)a伪足是细胞迁移过程屮在细胞前缘形成的突起结构b伪足按照形态和

16、内部骨架结构区分可以划分为两种类型：片状伪足 (lamellipodium)和丝状伪足(filopodium)c片状伪足内的微丝正极端结合了大量的arp2/3复合物，产生大量的分叉，形 成片状的二维网状结构。d丝状伪足内的微丝正极端在形成蛋白的保护下笔直生长，不分叉，形成笔直 平行的束状结构。19 应力纤维(stress fiber)a应力纤维由微丝反和平行排列而成，主妾通过a辅肌动蛋白二聚体交联，在 反相微丝束之间含有ii型肌球蛋白二聚体，使应力纤维具备收缩的能力。b应力纤维主要存在于细胞皮层区域，通过黏着斑与相邻细胞或胞外基质相连, 在细胞形状发生变化时能够产生张力并主动收缩，有助于细胞完

17、成形状的改变。20 细胞迁移(cell migration/crawling)过程a细胞迁移过程分为四个主要步骤。1外源信号触发细胞迁移2细胞前缘产生突 起3突起部分与胞外基质形成新的锚定位点4后放骨架收缩，锚定点分离，细 胞整体前移。b细胞前缘形成的突起即为伪足，丝状伪足在前，片状伪足在后。丝状伪足为 片状伪足提供更大的扩展面，加速突起前移速度。c细胞前缘部位微丝的快速组装依赖于三方面反应。1 arp2/3复合物在微丝正极 端的装配成核2前纤维蛋白维持微丝的正极组装，抑制负极组装3形成蛋白维 持丝状伪足内微丝的笔直无分叉组装。d随着细胞前缘骨架的不断生长，伪足屮组装的微丝网络在一段时间后便被

18、新 牛的微丝落下，逐渐成为细胞质整体前移的障碍，此时arp2/3复合物从微丝负 极端脱落，促使这部分微丝解聚。e前缘形成突起后，细胞皮层处于拉伸状态，细胞皮层内的应力纤维产生张力, 在ii型肌球蛋口的作用卜应力纤维收缩，拖拽细胞后随部分両移。f在细胞迁移过程中，细胞质膜在i型肌球蛋白的作用下沿皮层表而滑动，以适 应细胞皮层的形状变化。21 微绒毛(microvilli)a小肠上皮细胞的游离面存在大量的微绒毛。b微绒毛的轴心结构是同向平行排列的微丝束，微丝束正极端指向微绒毛顶端, 负极端终止于端网结构。c微绒毛屮的微丝朿由绒毛蛋白和丝束蛋白紧密交联而成，微丝朿内部无肌球 蛋口，因此微绒毛不貝备运

19、动的能力。d微绒毛轴心外围的微丝通过i型肌球蛋白与微绒毛质膜相连。22胞质分裂环a胞质分裂环在细胞分裂过程中的胞质分裂期产生。迫使细胞质膜在两个子细 胞核z间内陷，将胞质均匀分配到了细胞中。b胞质分裂环由反相平行排列的微丝束组成，其间含冇ii型肌球蛋白二聚体， 具有收缩能力。23肌纤维收缩的原理及肌丝的组成a肌肉收缩的动力來源于肌球蛋口 ii介导的粗细肌丝间滑动。b细肌丝是单股的微丝纤维。c粗肌丝由数百个ii型肌球蛋口通过尾部结构域聚合而成，所有马达结构域头 部都暴露在粗肌丝两端的外表面。d粗细肌丝在肌纤维中平行交错分布，每根粗肌丝被六根细肌丝包围，每根细 肌丝被两根粗肌丝所共用。e粗肌丝两端

20、的数百个马达结构域头部沿相反方向拖拽细肌丝以形成粗细肌丝 的滑动。24原肌球蛋白位移a在肌细胞处丁静息状态时，原肌球蛋口 （tropomyosin, tm）与细肌丝紧密结 合，封闭了细肌丝与粗肌丝马达结构域头部的结合位点，收缩装置不启动。b在肌细胞接受到上游神经信号后，原肌球蛋口发生位移，暴露出细肌丝与粗 肌丝马达结构与头部的结合位点，收缩装置启动。25肌球蛋口沿微丝运动的分了机制（以肌球蛋口 ii为代表）a肌球蛋白每一个马达结构域都具冇atp酶活性，包含一个atp结合位点和 一个肌动蛋口结合位点。b肌球蛋白马达结构域沿微丝运动吋，每个运动周期消耗1分子atp,移动一 步距离，即一个肌动蛋白单

21、体的长度（约5nm）oc肌球蛋口马达结构域每一个运动周期可分为五个阶段。1在上一个运动周期结束后，释放了 adp分子的ii型肌球蛋白头部马达结 构域（以下简称头部）在一段很短暂的时间内没有与任何核甘酸分子结合，此时 的头部处于僵直状态，与细肌丝紧密结合。2僵直状态十分短暂，随后头部与1分子atp结合，构象发生轻微变化，使 头部与细肌丝的紧密结合松开。3松开细肌丝后头部的atp酶活性启动，atp水解为adp和1分子pi, atp 水解释放的能量使得头部的构想发牛很大改变，向正极端移动一个肌动蛋口分子 的距离，此吋的头部处于高能构象，adp和pi仍然停留在头部内。4向前移动后的头部与前方下一个肌动

22、蛋白分子的结合位点接触，这种分子 接触使得头部内的pi分了释放，pi的释放使得头部与肌动蛋白分了紧密结合并 触发了头部的能量释放，头部恢复低能构象并向负极方向拖拽细肌丝，滑动距离 为一个肌动蛋口分子的距离。5在能量释放过程屮，adp分子释放，头部在完成拖拽动作后重新恢复到僵直状态，与肌动蛋口分了紧密结合。d ii型肌球蛋白的两个马达结构域头部独立运动，彼此间无明显协调性。e ii型肌球蛋白每一个运动周期内肌球蛋白头部与细肌丝紧密结合的时间只占 总时间的5%o由于一根细肌丝同时与多个(约50个)肌球蛋口头部相互作用， 因此任意一个时间点总冇一个以上的肌球蛋白头部与细肌丝紧密相连，使得粗细 肌丝间

23、的滑动可以连续进行而不会因肌球蛋口头部脱离细肌丝而冋弹。26微管的组成与极性a组成微管的基木结构单元是由两种非常相似的微管蛋白亚基结合而成的异源 二聚体，叫做a卩微管蛋白二聚体(a卩tubulin dimer)。b a卜微管蛋白二聚体由a微管蛋白(a-tubulin)和卩微管蛋白(p-tubulin)首尾 相连而成。两个亚基内部均有一个核昔酸结合位点(可与gtp或gdp结合)， 但曲于构象上的原因，只有结合在卩微管蛋白上的gtp可以被水解并在水解后 被新的gtp分了所替换，而a微管蛋口上的gtp分了通常情况卞不会被水解。c微管管壁由a卩微管蛋白二聚体纵向排列而成的原纤丝构成，13根原纤丝合拢

24、构成中空的微管结构。d微管屮所有a卩微管蛋白二聚体的极性方向都是相同的，指向微管正极端的都 是卩微管蛋白，指向微管负极端的都是a微管蛋白。27胞外微管组装反应的动力学过程a与胞外微丝组装反应相似b分为三个时期：延迟期，延长期和稳定期c胞外微管组装反应中也会出现踏车行为，但踏车行为在细胞内几乎不存在。28核苜酸gtp/gdp在微管组装中的作用a微管蛋口本身也是一种gtp酶，能够水解与之结合的gtp分子使之转变为 gdp,微管蛋白的gtp猶活性只有在其组装到微管末端之后才开始生效。b在游离状态下微管蛋白与gtp的亲和力远高于gdp,与微管蛋白结合的gdp 分了很容易被gtp分了所替换，因此游离状态

25、下的微管蛋白携带的核昔酸分了 以gtp为主。c带有gtp的微管蛋口更容易发生聚合反应，带有gdp的微管蛋口更容易发 生解聚反应。d细胞中的微管组装吋新组装上去的微管蛋白总是携带gtp分子的，该gtp分 了在停留一段很短的时间后即被水解为gdp,在水解发生前新的携带gtp的微 管蛋白二聚体已经在末端聚合，使得整根微管最前端的几个微管蛋白总是携带 gtp的，称为gtp帽子。这样的末端称为t型末端。e细胞屮微管的去组装总是发生在末端微管蛋白携带gdp的吋候，这样的末端 定义为d型末端。f细胞内的d型微管末端主耍是由于止极端微管在远端未能及时找到起稳定作 用的微管结合蛋白或是该微管结合蛋白因环境改变而

26、脱落造成的。29微管组装与去组装的动力学不稳定性(dynamic instability) a由于构象上的显著羌异，d型微管末端的解聚速度远大于t型微管末端的解聚 速度。因此在正常的细胞内环境下，d型末端一旦出现，该末端将立刻进入解聚 状态，解聚速度儿乎是不可逆的，直至整根微管完全消失为止。微管装配过程中 的这种反应特性称为动力学不稳定性。b细胞内环境中微管的延伸速度和gtp的水解速度相近，因此细胞内微管的组 装随时都有可能因末端微管蛋口的水解而使t型末端转变为d型末端，从而进 入不可逆的解聚状态。c带有gdp的微管蛋口形成的原纤丝具有向外侧弯折的倾向，因此处于组装过 程屮的t型末端由于有gt

27、p帽子保护，其末端是笔直的管状。而处于去组装过 程中的d型末端曲于失去了 gtp帽子保护，其末端的13根原纤丝彼此分离向 外侧弯折，这种弯折构象更有利于微管的解聚反应。30微管组织中心a细胞内微管的组装没有成核反应阶段，所有微管均以微管组织屮心为起点开始 组装，与微管组织中心相连的总是负极端，向外延仲的总是正极端。b细胞内的微管组织中心有两种，分别是中心体和基体。中心体是细胞内微管 组装的组织中心，基体是纤毛或鞭毛内微管组装的组织中心。31中心体结构及功能a中心体曲中心粒，中心粒外周物质（或中心体基质），丫微管蛋白环状复合物 三部分组成。中心粒被中心体基质包围，丫微管蛋白环状复合物分布在中心体

28、基 质表而。b 丫微管蛋口环状复合物是微管组装的起点，该复合物由丫微管蛋口（y-tubulin） 及其他辅助蛋白共同装配而成，其屮13个丫微管蛋白组成一个直径与微管直径 相同的环，游离的a卜微管蛋白二聚体能够在这个环上继续组装形成新的微管。c中心体含有一对桶装的中心粒，它们彼此垂直分布，每个中心粒由9组三联 体微管围拢而成，每一组三联体微管中只有一根是完整的，定义为a管，与之 相邻的分别是b管和c管。d间期细胞的屮心体只有一个，总是存在于细胞核附近。e分裂期细胞的中心体冇两个，分别存在于细胞两极。32细胞内的微管网络组织形式a细胞内微管以中心体为中心向四周延伸，形成星型辐射状微管网络。b微管网

29、络具有高度的动态性，屮心体不间断地向四周随机启动微管的组装， 延仲的微管曲于具冇动力学不稳定性，随时都可能丢掉gtp帽子进入不可逆的 降解状态，任何时刻都有一部分微管在延伸，同时另一部分微管在崩解。c细胞通过特殊的微管末端稳定结构（如加帽蛋白）来保留需耍的微管，当延 伸中的微管末端遇到这种稳定结构后其末端就被保护起来，即使转变为d型末 端也不会触发解聚反应，微管因此而稳定存在。33微管去稳定蛋口（stathmin）a微管去稳定蛋白通过自身的磷酸化来调控微管的动力学不稳定性。b去磷酸化的微管去稳定蛋口与两个a卩微管蛋口二聚体相结合，阻断其参与微 管的组装，降低了胞内游离a卩微管蛋白二聚体的有效浓

30、度，微管组装速度变慢, 动力学不稳定性升高。c磷酸化的微管去稳定蛋白丧失了与a卩微管蛋白二聚体结合的活性，胞内游离 叩微管蛋口二聚体浓度提高，微管组装速度加快，动力学不稳定性降低。34微管结合蛋白(map)微管结合蛋口通过带止电的微管结合结构域与带负电的微管表面结合，能够稳定 微管，调节微管网络的结构和功能35 map2和tau蛋白amap2和tau是神经元细胞内研究的比较透彻的两种微管结合蛋白，二者的作 用都是将平行的微管交联成束。bmap2存在于神经元细胞的胞体和树突内，它的n端结构域较长，由其交联的 胞体及树突微管束的间距较大。c tau存在于神经元细胞的轴突内，它的n端结构域较短，由其

31、交联的轴突微管 束间距较小。36影响微管组装的特异性药物a秋水仙素(colchicine)和诺考达啤(nokodazole):与微管末端的微管蛋口结 合，阻止新的微管蛋白继续组装在该末端。同时并不影响该末端的解聚。总体效 果是促进微管解聚。b紫杉醇(taxol)：与微管末端的微管蛋白结合，阻止其解聚，同时并不影响该 末端的继续组装。总体效果是稳定微管结构。37依赖于微管的马达蛋白a依赖于微管的马达蛋片有两种，分别是驱动蛋白(kinesin)和动力蛋白 (dynein)。b绝大部分驱动蛋白的运动方向是向微管的正极端，绝大部分动力蛋白的运动 方向是向微管的负极端。38驱动蛋白的结构及种类a驱动蛋口

32、由重链和轻链组成，重链构成了头部马达结构域和中部杆状区，并 与轻链一同构成尾部货物结合结构威。b驱动蛋口超家族(kinesin superfamily proteins, kifs)的成员众多，可被分为 14个驱动蛋白家族。c按照驱动蛋白马达结构域在重链氨基酸序列中的位置可将驱动蛋白分为n驱 动蛋口、m驱动蛋口和c驱动蛋口。n驱动蛋口的马达结构域在多肽链n端， 这类蛋白总是向微管正极移动；m驱动蛋白的马达结构威在多肽链的屮部，这 类蛋口往往结合在微管的末端，使微管处于不稳定状态，促进微管的解聚；c- 驱动蛋白的马达结构与在多肽链的c端，这类蛋白总是向微管负极方向移动。39动力蛋口 (dynei

33、n)的结构及种类a动力蛋白是已知马蛋白中分子量最大，移动速度最快的。b动力蛋口由重链、中间链、中间轻链及轻链四部分组成。与微管结合的马达 结构域在重链上。c胞质动力蛋口的种类很少，不具备多样化的货物识别结构域。在细胞内存在 着一类被称为动力蛋白激活蛋白(dynactin)的蛋白复合物，能够调节动力蛋白 活性并帮助动力蛋口识别不同的货物分子。d动力蛋白包括胞质动力蛋白(cytoplasmic dynein)和轴丝动力蛋白(axonemal dynein)两人类，胞质动力蛋白游离希细胞质基质中，轴丝动力蛋白只存在于纤 毛和鞭毛的轴丝结构中。e胞质动力蛋白有两个家族，分别是cytoplasmic d

34、ynein 1 heavy chain 1 (dyne 1 h 1)和 cytoplasmic dynein 2 heavy chain 1 (dync2hl )。dynel hl 主要负 责向微管负极端的胞质转运；dync2hl主要负责鞭毛和纤毛内的反向物质转运。 f轴丝动力蛋白按其在轴丝中的位置可分为内侧动力蛋白臂(inner dynein arm) 和外侧动力蛋口臂(outer dynein arm)。40駆动蛋口沿微管运动的两种分子模型分别是“步行” (handoverhand)模型和“尺蟆”(inchworm)爬行模型。步 行模型中驱动蛋白的两个马达结构域交替向前移动。尺蟆爬行模型中

35、驱动蛋白的 两个马达结构域一个总在前，另一个紧随其后。41駆动蛋口沿微管运动的步行模型(以駆动蛋口 i为代表)a驱动蛋白每一个马达结构域都具有atp嗨活性，包含一个atp结合位点和一 个微管结合位点。b i型驱动蛋石'马达结构域沿微管运动时，每个运动周期两个马达结构域各消耗 1分子atp,整个驱动蛋白分子移动两步距离，即两个微管蛋白二聚体的长度(约 16nm )oci型驱动蛋白马达结构域每一个运动周期可分为三个阶段。1在上一个运动周期结束后，i型驱动蛋白的两个头部马达结构域(以下简称 头部)一前一后排列在微管上。前方头部没有核昔酸，与微管表面紧密结合，处 于低能构彖；后方头部含有adp

36、,不与微管表而结合，处于高能构象。2 atp与前方头部结合，触发后方头部的能量释放，以前方头部为支点后方 头部前移两步距离，超过原木在前方的头部一步的距离，并恢复到低能构象，与 微管紧密结合。3两头部的前后位置互换后，处于后方的头部水解其中的atp分了并释放1 分子pi,使该头部转换为高能构彖并与微管表而脱离。同时，处于前方的头部释 放adp分子。此时整个张动蛋口分子乂恢复到阶段1中的状态，只是两个头部 的位置互换了。4重复1-3的步骤，两个头部再次互换位置，完成一个运动循环。d i型驱动蛋白的两个马达结构域头部在运动过程屮互相i办调，交替前移。e i型驱动蛋白每一个运动周期内两个马达结构域头

37、部分别占据总时间的50%以 上，因此整个运动过程中，微管与驱动蛋白间一直是紧密相连的，使得i型驱动 蛋白沿微管的运动貝有可持续性。这种可持续性在囊泡运输过程中是必不可少 的。42细胞极化a多细胞生物体内大多数细胞貝有极性结构。b极性细胞结构的极化过程依赖于微管的动态组装与去组装。c在细胞极化方向上有一些能够稳定微管末端的蛋口或细胞结构，使得再该方 向上的微管能够稳定生长而不发生降解，从而推动极化结构的形成。43膜性细胞器运输a在细胞质内部的物质运输主要依赖丁微管系统。b通过微管系统运输的物质主要以囊泡的形式存在。c向微管正极方向的运输主要由驱动蛋白来完成。向微管负极方向的运输主要 由胞质动力蛋

38、白來完成。44内质网小管及咼尔基体的定位a内质网小管从细胞核膜延伸而出，遍布整个细胞质区域。b高尔基体总是出现在细胞核附近，紧邻屮心体。c内质网小管的定位是曲驱动蛋白沿微管正极方向拖拽内质网膜结构而实现 的。d高尔基体的定位是由胞质动力蛋白沿微管负极方向拖拽高尔基体膜结构而实 现的。e破坏细胞内微管系统后，内质网小管回缩到细胞核膜附近，高尔基体分解成 许多小的囊泡状结构分散到细胞质中。微管系统修复后内质网小管和高尔基体的 定位也随z恢复。45纤毛与鞭毛的结构a纤毛(cilia)和鞭毛(flagellae)是由质膜包围，突出于细胞表面，由微管和 动力蛋片等构成的高度特化的细胞结构。b纤毛和鞭毛内

39、部是由微管及其他附属蛋白组装而成的轴丝，轴丝从细胞皮层 内的基体发出。c基体结构与中心粒结构基本相同，由九组三联体微管围拢而成。其中a管和 b管向上延伸构成轴丝的二联体微管，c管只存在于基体屮。基体的结构也被称 为9+0型结构。d轴丝由基体延伸出來的九组二联体微管围拢而成，在中间还含有两根由中央 鞘包围着的屮央微管。这种结构也被称为9+2型结构。屮央鞘与外围九组二联微 管间由放射辐(说ialspoke)相连，相邻二联微管间由连接蛋口 (nexin)相连， 每组二联微管都有两条动力蛋白臂(dynein arm)从a管伸出，分别位于轴丝的 内侧和外侧，他们在纤毛和鞭毛弯曲运动时与相邻二联体微管的b

40、管发生相互 作用。46纤毛和鞭毛的组装纤毛的形成分为四个阶段1从高尔基体上分离出來的膜泡形成中心粒膜泡(centriolar vesicle, cv),包 裹在成熟的母中心粒的顶端，一些中心体蛋口从母中心粒顶端移除。2母屮心粒开始延仲并获取成为基体所需的附屈结构，初生轴丝开始显现， cv因新的膜泡不断融合而变大，最终成为次级中心粒膜泡(secondary centriolar vesicle, scv)。3母中心粒随同scv向质膜下迁移，到达纤毛或鞭毛组装位点后scv与质 膜融合形成环状结构，称为纤毛或鞭毛项链。4在纤毛或鞭毛内物质运输系统的介导下，纤毛或鞭毛进一步装配并延长。47纤毛和鞭毛内

41、的双向物质运输a纤毛和鞭毛结构的组装和维持依赖于其内部的双向物质运输系统。b纤毛和鞭毛内的双向物质运输系统由鞭毛内运输系统（intraflagellartransport, ift）复合物介导完成。c ift复合物从胞体向纤毛和鞭毛顶端的运输指向微管的正极方向，由驱动蛋白 ii协助完成。d ift复合物从纤毛和鞭毛顶端向胞体的运输指向微管的负极方向，由胞质动力 蛋白dync2h 1协助完成。48纤毛和鞭毛的运动机制a与轴丝二联体微管a管相连的轴丝动力蛋白在被激活后延相邻二联体微管b 管向微管负极滑动。b相邻二联体微管的相互滑动因连接蛋白的阻碍i佃无法实现，滑动力因此转化 为轴丝的扭动力，使纤毛或鞭毛发生局部弯曲运动。c纤毛或鞭毛的弯曲首先发生在基部，因为这里的动力蛋白首先被活化。随着 轴丝上的动力蛋白依次被活化或者失活，弯曲冇规律地沿着轴丝向顶端传播。49中间丝的主要类型a不同来源的组织细胞表达不同类型的中间丝蛋口。中间丝蛋口可分为6种主 要类型。（