医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动培训课件

医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动细胞骨架概念细胞骨架cytoskeleton：真核细胞质中的蛋白质纤维网架体系，由3种不同的蛋白质纤维结构组成—微管、微丝、中间丝特点：由各自蛋白质亚基组成的多聚体，有不同的机械特性，3类骨架成分既分散于细胞质中，又相互联系成一个完整的骨架体系广义：核基质、核纤层和染色体骨架（核骨架），加上细胞骨架MicrotubulesMicrofilamentsIntermediatefilaments2医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动细胞骨架的功能概括定位细胞器①动态网络，支持②定位各种细胞器③引导胞内物质运输④产力结构，负责细胞运动⑤细胞有丝分裂器组分3医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动细胞质骨架分布微丝主要分布在细胞质膜的内侧微管主要分布在核周围,并呈放射状向胞质四周扩散中间纤维分布在整个细胞中4医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微管由微管蛋白、微管结合蛋白组成，中空圆柱状结构控制膜性细胞器的定位、胞内物质运输与其他蛋白质装配成纤毛、鞭毛、基体、中心体、纺锤体维持细胞形态、细胞分裂、细胞运动等微管microtubule10μm微丝微管中间纤维混合5医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微管蛋白与微管的结构分布于所有真核细胞，内径15nm，外径25nm，壁厚5nm基本构件：微管蛋白二聚体——α、β异二聚体α-微管蛋白和β-微管蛋白各有一个GTP结合位点：α-微管蛋白的GTP不进行水解也不交换；β-微管蛋白的GTP可水解成GDP，而此GDP也可换成GTP，这一变换对微管的动态性有重要作用异二聚体头尾相接→原纤维；侧面13条原纤维合拢→微管微管microtubule6医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微管具有极性，两端增长速度不同；增长快的一端为正端，另一端为负端微管的极性分布走向跟细胞器定位、物质运输方向有关微管由三种微管蛋白组成：α管蛋白、β管蛋白(前二者占微管蛋白总量80-95%)；γ管蛋白定位于微管组织中心microtubuleorganizingcenter,MTOC（对微管的形成、数量、位置、极性、细胞分裂有重要作用）真核生物微管有三种存在形式：单管、二联管、三联管微管microtubuleSinglet完整微管Doublet13+10存在于纤毛、鞭毛的轴丝Triplet13+10+10存在于中心粒、基体7医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微管结合蛋白与微管结合的辅助蛋白，总是与微管共存，参与微管的装配，称微管结合蛋白microtubuleassociatedprotein,MAP在微管蛋白组装成微管后，结合在微管表面碱性的微管结合域，加速微管成核作用；酸性的突出区域，以横桥形式跟其它骨架纤维连接突出区域的长度

决定微管成束时间距的大小微管microtubule8医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微管microtubuleMAPs包括：MAP1、MAP2、MAP4和tauMAP1-2和tau只存在于脑组织，神经元中；MAP4哺乳动物

非神经元、神经元细胞中，在进化上具有保守性tau只存在于轴突；MAP2分布于神经元胞体和树突中tau蛋白的高度磷酸化，导致几种致死性退化性神经疾病，包括Alzheimer‘sdisease；因为磷酸化的tau不能结合微管，导致神经纤维缠结微管结合蛋白功能：①使微管相互交联成束，使微管同其它细胞结构交联，如质膜、微丝和中间丝等②与微管成核点的作用，促进微管的聚合③与微管壁的结合，提高微管的稳定性9医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微管microtubule微管的装配与动力学大多微管不稳定，很快根据需要组装或去组装——动力学性质微管的装配表现为动态不稳定性dynamicinstability：增长的微管末端有微管蛋白-GTP帽，组装后GTP被水解成GDP，而使微管蛋白-GDP成为微管的主要成分微管蛋白-GTP帽及短小的微管原纤维从微管末端脱落，则微管解聚微管装配分为三个时期：成核期、聚合期、稳定期①成核期nucleationphase：又称延迟期，α-β异二聚体聚合成短寡聚体，即核心；然后二聚体在其两端和侧面扩展成片状带，当片状带加宽到13根原纤维，合拢成一段微管。该期速度较慢——限速过程②聚合期polymerizationphase：又称延长期，高浓度的游离微管蛋白聚合速度大于解聚速度，新的二聚体不断加到微管正端，微管延长，直至游离微管蛋白浓度降低10医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动③稳定期steadystatephase：又称平衡期，胞质中游离微管蛋白达到临界浓度，微管的聚合与解聚速度相等微管装配起始点是微管组织中心微管的聚合从特异性的核心形成位点开始，主要是中心体、纤毛的基体，称：微管组织中心

microtubuleorganizingcenter,MTOC微管组织中心作用：帮助微管装配的成核nucleation微管从微管组织中心开始生长，是微管装配的独特性质-Tubulin-TubulinProtofilamentassemblySheetassemblyMicrotubuleselongationGTPGTPGTP(+)plusend(-)minusend微管microtubule11医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微管的核心形成是微管组装的限速步骤γ-微管蛋白环形复合体

(γ-tubulinringcomplex,γ-TuRC)

可形成10~13个γ-微管蛋白分子的环形结构(螺旋化排列)，组成一个开放的环状模板，与微管具有相同直径γ-微管蛋白复合体可刺激微管核心形成，包裹微管负端，阻止微管蛋白渗入γ-微管蛋白复合体还能影响微管从中心粒上释放中心体centrosome是动物细胞中决定微管形成的一种细胞器，包括：中心粒centriole和中心粒旁物质pericentriolarmaterial在细胞间期，中心体位于细胞核附近，在有丝分裂期，位于纺锤体的两极微管microtubule12医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动中心体centrosome：动物细胞特有，包括中心粒centriole和中心粒旁物质pericentriolarmaterial,PCM2个桶状垂直排列的中心粒，包埋在中心粒旁物质中每个中心粒由9组三联管组成基体basalbody：纤毛或鞭毛起源于基体；基体与中心粒可互相产生（如：精子）微管microtubulePCMCentrioleCentrosome13医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微管microtubule微管microtubule微管microtubule微管microtubule微管microtubule微管microtubule微管的体外装配体外适当条件下，现存微管可进行自我装配，其装配受到诸多因素影响微管的不稳定行为的发生需要水解GTP供能；因此，聚合条件中，微管蛋白浓度、GTP存在，最重要最适条件：游离微管蛋白浓度达到1mg/ml临界浓度；pH6.9、37℃、加入Mg2+、GTP和EDTA(Ca2+的螯合剂，去除Ca2+的抑制聚合作用)

当α/β异二聚体均结合GTP时，聚合成的微管呈直线型，GTP水解成GDP；当微管蛋白聚合迅速时，新生成的微管上全是GTP-微管蛋白亚基，结合比较牢固，形成GTP帽，防止解聚GTP二聚体GDP二聚体14医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微管microtubule15医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动当微管生长缓慢时，β微管蛋白上的GTP水解为GDP后，微管蛋白构象变化，微管原纤维弯曲，亚基结合不紧密，微管趋于解聚、缩短因此，微管两端的微管蛋白具有GTP帽时，微管继续组装；而具有GDP帽时，原纤维弯曲，微管解聚原纤维中微管蛋白异二聚体亚单位重复排列具有极性，所以微管具有极性；尤其当两端组装速度不同时，有明显极性微管的聚合与解聚持续进行，经常是一端聚合，为正端；另一端解聚，是负端，这种微管装配方式，称“踏车运动”treadmilling微管microtubule微管的组装与去组装（踏车现象）16医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微管的体内装配在细胞内的微管组织中心，γ-TuRC成为α-β异二聚体结合的核心中心体是微管成核的位点；中心粒旁物质含有50拷贝以上的γ-TuRC微管的极性总是相同的：负端与中心体结合，正端远离中心体微管microtubule13个γ-tubulin亚基

螺旋化排列，组成一个开放的环状模板，与微管具有相同直径γ-TuRC由MTOC提供的物质固定其位置，从而决定微管的极性17医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动γ-TuRC组织微管形成的能力受细胞周期调节间期此能力被关闭，G2期到M期，受细胞周期调节激酶作用，磷酸化γ-TuRC

成分，开放其微管组织能力很多因素影响微管的组装和解聚很多因素影响微管的稳定性，比如：GTP浓度、压力、温度、pH、离子浓度、微管蛋白临界浓度、药物等紫杉醇是红豆杉属植物的次生代谢产物，紫杉醇只结合到聚合的微管上，维持了微管的稳定，加速微管聚合，已用于癌症临床化疗秋水仙素，长春花碱或长春新碱、诺可唑，结合并稳定游离的微管蛋白，抑制微管的聚合微管microtubule18医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微管的功能1.微管构成细胞内的网状支架，支持和维持细胞的形态微管本身不能收缩，有一定的强度，抗压力、抗弯曲，为细胞提供机械支持力微管对细胞突起部分，如纤毛、鞭毛、轴突形成和维持起重要作用如血小板中的环形微管束(血小板骨架主要组成成分)，维持血小板的圆盘形结构；当暴露于低温中，环形微管解聚，血小板变成不规则球形微管microtubuleInculturedmousecells,themicrotubulesextendinaradialarrayoutwardfromtheareaaroundthenucleus,givingthesecellstheirround,flattenedshape19医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微管microtubule

血小板体积小，直经为2～4微米，呈双凸圆盘状，易受机械、化学刺激，此时便伸出突起，呈不规则形

哺乳类红细胞的直径为4～8微米（人的为6～9微米）未激活血小板——圆盘状，中间稍凸起20医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动2.微管参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成中心粒是9组三联体微管围成的圆筒状结构纤毛、鞭毛是细胞表面的特化结构，在来源和结构上基本相同两者主干部分都是9组二联管构成，中央是两条微管——中央微管微管microtubule21医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动3.微管参与细胞内物质运输细胞内各细胞器和所有的物质转运都与微管密切相关；微管的物质运输由微管动力蛋白(或称马达蛋白)完成，共有几十种，可分为三大家族：驱动蛋白kinesin、动力蛋白dynein和肌球蛋白myosin家族（肌球蛋白以肌动蛋白纤维为运行轨道）驱动蛋白与动力蛋白的两个球状头部，与微管

空间结构专一的方式结合，具有ATP酶活性，水解ATP供能完成与微管结合、解离、再结合动作微管microtubulekinesindynein22医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动驱动蛋白kinesin（380KD）1985年首先从鱿鱼巨大轴突中分离得到，由两条重链和两条轻链组成一对与微管结合的球状头部——ATP水解酶，水解ATP产生能量进行运动；将货物由负端运输向正端Θ→⊕Kinesin的运输模式：

Hand-over-handmodel＆

Inchwormmodel最大运输速度：1μm

每秒；Kinesin每步需要水解一分子ATP微管microtubule每步长8nm，等于一对α-β异二聚体的长度；总是结合β亚基23医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动动力蛋白dynein（1000KD）目前所知最大的、最快的分子运输蛋白由两条相同的重链和几种中等链、轻链组成，9~12个亚基，头部具有ATP水解酶活性沿着微管的正端向负端移动⊕→Θ为物质运输也为纤毛运动提供动力；分裂间期，参与细胞器定位和转运微管microtubule24医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动4.微管维持细胞内细胞器的定位和分布微管及其相关马达蛋白在膜性细胞器的定位上起着重要作用正常细胞高尔基体（绿色）定位在核周；秋水仙素处理细胞，微管（橙色）解聚，高尔基体分散在整个胞质中微管microtubule小鼠细胞线粒体红色荧光，左图正常，右图缺少一种类型的kinesin，导致线粒体在核周围聚集25医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动5.微管参与染色体的运动，调节细胞分裂微管是有丝分裂器的主要成分，有丝分裂前期微管聚合，核膜崩解时侵入核区，结合动粒；姊妹染色单体的动粒分别与来自两极的微管结合，后期时被拉到细胞两极微管microtubule26医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动6.微管参与细胞内信号传导已证明微管参与hedgehog、JNK、Wnt、ERK、PAK蛋白激酶信号转导通路信号分子直接或通过马达蛋白、支架蛋白等与微管作用，调节包括微管的稳定/不稳定、微管方向性、微管组织中心位置、细胞极化等微管microtubule27医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微丝microfilament,MF又称肌动蛋白丝actinfilament，是由肌动蛋白actin组成的细丝，普遍存在于真核细胞中占肌肉细胞总蛋白的10%，非肌肉细胞的1-5%呈现束状、网状或散在分布于细胞质的特定空间位置肌动蛋白与微丝的结构肌动蛋白丝直径约8nm，由肌动蛋白(actin)单体组成的双股螺旋纤维每个actin单体(G-actin)由375个氨基酸组成，中部沟状区域有一个ATP/ADP结合位点和阳离子结合位点微丝microfilament28医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微丝是G-肌动蛋白单体形成的多聚体，也称F-肌动蛋白(F:纤维状)肌动蛋白单体具有极性，装配时首尾相接，因而微丝也有极性相对生长慢的一端为负端minusend，又称pointend(指向端)；而相对生长快的一端为正端plusend，又称barbedend(秃端)每个细胞内的微丝总长度比微管总长度长30倍以上actin在真核生物中很保守，不同种类生物间有90%的相似性哺乳类有三种actin同源体：α、β、γ(氨基酸序列略有不同)；α-actin只存在于肌肉细胞、β、γ-actin存在

于几乎所有非肌肉细胞微丝microfilament29医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微丝microfilament30医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微丝结合蛋白及其功能单纯的肌动蛋白在体外能聚合成肌动蛋白纤维，但是纤维之间不能相互作用，执行功能，因为缺乏组织者——微丝结合蛋白肌细胞与非肌细胞都有微丝结合蛋白，至少分离出100多种；主要与微丝的装配和功能相关单体隔离蛋白Monomersequesteringproteins包括抑制蛋白、胸腺素等，与肌动蛋白单体结合，抑制聚合，凡是这种作用的蛋白，均是单体隔离蛋白没有单体隔离蛋白，肌动蛋白都将组装成纤维，这些蛋白的活性和浓度，决定了肌动蛋白趋向聚合还是解聚微丝microfilamentActin-profilincomplex

Profilin

ThymosinActin-thymosincomplex

FreeactinmonomerProfilin前纤维蛋白Thymosin胸腺素31医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动交联蛋白Crosslinkingproteins主要功能是改变细胞内肌动蛋白纤维的三维结构每个交联蛋白有两个或两个以上的肌动蛋白结合位点，能与两个或多个肌动蛋白纤维交联，使细胞内肌动蛋白纤维形成网络结构有些交联蛋白是杆状的，能弯曲，交联形成的网络具有弹性，能抵抗机械压力；有的交联蛋白球状，促使肌动蛋白成束排列微丝microfilamentEndcap

丝束蛋白交联蛋白绒毛蛋白32医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动末端阻断蛋白Endblockingproteins与肌动蛋白纤维的一端或两端结合，调节或维持肌动蛋白纤维的长度结合肌动蛋白末端，相当于加上了帽子，抑制微丝生长，导致胞内出现较多短的微丝微丝microfilamentZ-lineThinfilament

Tropomodulin

原肌球调节蛋白33医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动纤维切割蛋白Filamentseveringproteins与肌动蛋白纤维结合并切断它；由于能控制肌动蛋白丝的长度，可大大降低细胞中的黏度切割产生的新末端可作为生长点，促进肌动蛋白装配切割蛋白也可作为帽子封住肌动蛋白纤维的末端微丝microfilament34医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动肌动蛋白纤维解聚蛋白Actinfilamentdepolymerizingproteins存在于肌动蛋白丝骨架快速变化的部位，结合肌动蛋白丝，并引起肌动蛋白丝的快速解聚膜结合蛋白MembranebindingproteinsMuchofthecontractilemachineryofnonmusclecellsliesjustbeneaththeplasmamembrane.Duringnumerousactivities,theforcesgeneratedbythecontractileproteinsactontheplasmamembrane,causingittoprotrudeoutward(asoccurs,forexample,duringcelllocomotion)ortoinvaginateinward(asoccurs,forexample,duringphagocytosisorcytokinesis).Theseactivitiesaregenerallyfacilitatedbylinkingtheactinfilamentstotheplasmamembraneindirectly,bymeansofattachmenttoaperipheralmembraneprotein.微丝microfilament35医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微丝microfilament锚蛋白

原肌球蛋白

血影蛋白

血型糖蛋白A肌动蛋白36医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微丝microfilament37医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微丝的装配机制在非肌肉细胞，微丝是动态结构，不断组装和解聚，与维持细胞形态和运动有关微丝的组装过程分为成核、聚合和稳定三个阶段球形肌动蛋白组装成肌动蛋白纤维需要ATP和一定的Mg2+和K+浓度组装分成三个阶段：成核期、聚合期、稳定期成核期nucleationphase（延迟期lagphase)：成核作用发生在质膜下，由ARP2/3复合物催化，是微丝组装的限速过程聚合期polymerizationphase(生长期growthphase)：微丝两端的组装速度有差异，快速增长的一端是正端，缓慢增长的一端是负端，正端添加单体的速率是负端10倍以上平衡期equilibriumphase：肌动蛋白聚合微丝的速度与其解离微丝的速度达到平衡，微丝长度不变，仍进行着聚合、解聚活动steadyphase微丝microfilament38医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微丝microfilament39医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微丝的组装可用踏车模型和非稳态动力学模型来解释在微丝装配时，当肌动蛋白分子添加到肌动蛋白丝上的速率正好等于肌动蛋白分子从肌动蛋白丝上解离的速率时，微丝净长度没改变，这种过程称“踏车行为”非稳态动力学模型：ATP是调节微丝组装的动力学不稳定性的主因结合了ATP的球状肌动蛋白，对纤维状肌动蛋白末端亲和性高；当ATP-肌动蛋白结合微丝末端后，肌动蛋白构象变化，ATP水解成ADP，亲和性降低，容易脱落，倾向解聚ATP-肌动蛋白浓度与聚合速度呈正比微丝的体内装配也有成核作用，只是发生在质膜许多细胞的质膜下有一层由微丝、各种微丝结合蛋白组成的网状结构，密度较高，称：细胞皮层微丝microfilament40医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动在细胞皮层内，肌动蛋白丝为质膜提供强度和韧性，维持细胞形态；在细胞皮层内，可形成突出细胞表面的微刺、伪足、片状伪足微丝的组装受多种因素影响微丝的组装除了受G-肌动蛋白临界浓度影响，还受ATP及一些离子、药物的影响：有Mg2+存在，Na+↑,K+↑，G-actin组装成微丝有Ca2+存在，Na+↓,K+↓，微丝解聚成G-actin细胞松弛素B：从霉菌中提取，与微丝正端结合，抑制微丝的聚合鬼笔环肽：从有毒蘑菇中提取，结合聚合型微丝，稳定微丝抑制解聚微丝microfilament41医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微丝的功能1.微丝构成细胞的支架并维持细胞的形态微丝在细胞内构成网络、或成束才能发挥作用；如20～30个成束的微丝及微丝结合蛋白构成微绒毛的核心微丝microfilament42医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动而应力纤维，是在细胞膜下方由微丝束构成的纤维状结构，常与细胞的长轴平行，往往一端与细胞膜连接，另一端插入胞质，或与中间丝结合，应力纤维赋予细胞韧性和强度微丝microfilament43医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动2.微丝参与细胞运动许多动物细胞位置移动时采用变形运动；这些细胞含有丰富的微丝，通过肌动蛋白和微丝结合蛋白的相互作用，进行变形运动如在细胞表面形成片状伪足、丝状伪足：当伪足接触到固定表面时，靠伪足膜上的跨膜蛋白——整合素，抓住表面，而向细胞内，整合素又抓住肌动蛋白丝微丝microfilament44医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微丝microfilament微丝microfilament3.微丝参与细胞分裂有丝分裂的核分裂完成后，两个即将形成的子细胞间，在赤道面膜下，肌动蛋白微丝与肌球蛋白Ⅱ组装成瞬时性收缩束——收缩环contractilering，收缩产生动力，将质膜向内拉，完成一分为二后解体（Ca2+参与这个过程）45医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动4.微丝参与肌肉收缩许多微丝结合蛋白都是在肌细胞中发现；肌细胞(纤维)由数百个肌原纤维组成；每根肌原纤维由细肌丝和粗肌丝重叠而形成肌肉收缩基本单位——肌小节sarcomere，由肌原纤维构成微丝microfilament46医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动肌动蛋白肌钙蛋白原肌球蛋白每根粗丝由几百个肌球蛋白(myosinⅡ)分子组成非肌肉细胞内的收缩结构，如：胞质收缩的收缩环、应力纤维、细胞连接的粘着带，都是肌动蛋白与肌球蛋白(myosinⅡ)作用的结果微丝microfilament细肌丝，即肌动蛋白丝粗肌丝，由肌球蛋白组成500KD左右47医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动显示肌节在肌肉松弛与收缩状态中的差别I带只含细丝；H区只含粗丝；H区两侧的A带代表重叠区域，含有粗丝和细丝在收缩过程中，肌球蛋白交联桥与周围的细肌丝接触，水解ATP，产生力量，细肌丝被迫向肌节中央滑动微丝microfilament48医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动接合

肌球蛋白头部牢牢地结合在肌动蛋白纤维上，随即ATP与肌球蛋白头部结合释放

ATP的结合，诱导肌动蛋白结合位点上的肌球蛋白构像变化，肌球蛋白头部对细丝的亲和力下降，脱离肌动蛋白纤维产生间隙

直立

结合的ATP水解激活头部，使其微弱地结合在肌动蛋白纤维上产生力

Pi的释放使肌球蛋白头部更加牢固地连结在细丝上，并引起动力冲程，滑动微丝向肌节中央（+端）移动再接合

释放ADP，结合新的ATP，建立新的循环收缩的分子基础了解微丝microfilament49医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动5.微丝参与细胞内物质运输微丝也介导一些靠近细胞膜的远端物质运输，肌球蛋白Ⅰ——

myosinⅠ，从微丝负端向正端运输货物Θ→⊕肌球蛋白Ⅰ尾部同质膜结合，利用其头部，可将微丝从一个部位运向另一个部位微丝microfilament6.微丝参与细胞内信号传递细胞膜表面的受体在受到外界信号作用时，可触发膜下肌动蛋白结构变化，启动细胞内激酶变化的信号传导50医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动中间纤维intermediatefilaments,IF广泛存在于真核细胞中，最早在平滑肌细胞中发现，介于肌肉细胞的actin细丝和肌球蛋白粗丝之间，是最复杂的一种细胞骨架纤维中间纤维的结构和类型中间纤维是丝状蛋白多聚体中间纤维直径10nm，是一种坚韧、持久的蛋白质纤维，不受细胞松弛素或秋水仙素的影响中间纤维单体(亚基)是蛋白质纤维分子，已经发现50多种，具有共同的结构域：一个α-螺旋的中间区，两侧是球形的N端和C端所有亚基中间螺旋结构域都保守，中间杆状区分为4个螺旋区，之间被3个间隔区隔开，间隔区也是保守的亚基装配时靠α-螺旋区配对形成二聚体N端与C端高度可变，不同亚基在N、C端大小和氨基酸组成差别很大中间纤维intermediatefilaments,IF51医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动中间纤维亚基的大小主要取决于C端的变化中间纤维蛋白的类型和分布较为复杂根据中间纤维氨基酸序列的相似性，可分为六种类型：酸性角蛋白、中性/碱性角蛋白、非上皮细胞的中间纤维蛋白、神经丝蛋白、核纤层蛋白、巢蛋白中间纤维的种类、成分，可随细胞的生长或成熟而改变中间纤维intermediatefilaments,IF310氨基酸组成，在长度和氨基酸序列上非常保守52医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动中间丝有组织特异性，共分6类：IFproteinSequencetypeCellularlocationKeratin(acidic)IEpitheliaKeratin(basic)IIEpitheliaVimentinIIIMesenchymalcellsDesminIIIMuscleGlialfibrillaryacidicprotein(GFAP)IIIGlialcells,astrocytesPeripherinIIIPeripheralneuronsNeurofilamentNF-L,M,HIVAxoninneuronsofcentralandperiphperalnervesLaminproteinsLaminA,B,CVNuclearlamina(innerliningofnuclearenvelope)NestinVIStemcellsofCNS中间纤维intermediatefilaments,IF53医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动Plectin——网蛋白，是细胞质中含量丰富的一种蛋白质(300kDa),与多种中间丝共存，与中间丝、微管和肌球蛋白粗丝的交联和锚定有关

中间纤维intermediatefilaments,IF54医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动中间纤维结合蛋白intermediatefilamentsassociatedproteins：已知15种左右，分别与特定中间纤维结合，如：flanggrin(聚纤蛋白)、plectin(网蛋白)、ankyrin(锚蛋白)等——具有细胞特异性功能：使中间纤维交联成束、成网把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上中间纤维的特点：没有极性，少有游离四聚体，四聚体多组装为中间纤维其装配与稳定、蛋白浓度无关其装配不需要ATP、GTP或结合蛋白的辅助中间纤维intermediatefilaments,IF55医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动中间纤维的装配和调节2个亚基的α螺旋杆状区同向以卷曲螺旋形式互相缠绕，形成约48nm长的绳状二聚体

单体

2个单体的α-螺旋区缠绕

二聚体

2个二聚体反向平行交错

四聚体二聚体指向相反方向，四聚体失去极性

侧向包裹在一起中间丝8个四聚体并排、首尾衔接地相互结合→中间丝（如下页）中间纤维intermediatefilaments,IF组装亚单位56医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动

大量亚基侧向排列，靠疏水作用相连，使得中间丝成棒状，容易弯曲但不容易折断8个四聚体扭转组成中间丝

两个四聚体组装

四聚体侧向组装，形成含8个平行排列原纤维的结构NCCN中间纤维intermediatefilaments,IF57医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动中间纤维intermediatefilaments,IF头、尾部从纤维表面突出，调节与其它成分的相互作用中间纤维蛋白分子呈完全聚合态，很少游离四聚体中间纤维的组装调控与头部特殊丝氨酸残基磷酸化有关58医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动中间纤维intermediatefilaments,IF59医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动中间纤维的功能中间纤维在胞质中形成精细发达的纤维网络，外与胞膜、细胞外基质相连；中与微管、微丝、细胞器相连；内与细胞核内的核纤层相连1.中间纤维在细胞内形成一个完整的网状骨架系统IF与质膜和细胞外基质相连，内与核纤层相连，整个纤维网架围绕细胞核，穿过胞质终止于质膜中间纤维有一定可塑性，对维持细胞整体结构、功能完成有重要作用2.中间纤维为细胞提供机械强度支持在容易受到机械应力的细胞中，中间纤维特别丰富体外实验表明，中间纤维比微管、微丝更耐受剪切力，在受到较大剪切力时不易断裂，在维持细胞机械强度方面有重要作用中间纤维intermediatefilaments,IF60医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动4.中间纤维参与细胞内信息传递及物质运输中间纤维外连质膜、细胞外基质，内穿核骨架，形成跨膜的信息通道中间纤维在体外与单链DNA有高度亲和性，在细胞内明显聚集在核周围，可能与DNA复制、转录有关近年来发现中间纤维与mRNA运输有关，且胞质mRNA锚定于中间纤维，可能对其定位、是否翻译起作用5.中间纤维维持细胞核膜稳定细胞核膜下有一层由核纤层蛋白组成的网络，对于维持细胞核形态有重要作用，核纤层是中间纤维的一种6.中间纤维参与细胞分化中间纤维的表达有组织特异性，表明跟细胞分化可能有密切关系中间纤维intermediatefilaments,IF62医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动除了鞭毛、纤毛的摆动，大多数细胞的移动是通过爬行的方式，在细胞外基质或固体表面移动；比如胚胎发育过程中，胚胎细胞向特定靶部位的迁移；巨噬细胞从血管运动到炎症部位，消灭微生物；成纤维细胞在结缔组织中的迁移有助于创伤修复、重塑；癌细胞的侵袭和转移微管与细胞运动细胞的运动63医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动微丝与细胞运动细胞运动是高度协同的复杂过程，依赖微丝与微丝结合蛋白相互作用，进行细胞的移动，分为三个过程：①细胞在前端/前沿伸出突起——伪足②伪足附着在细胞爬行的表面上③细胞的膜蛋白等通过锚着点上的牵引力，将细胞向前拉细胞的运动以上第一步中，细胞爬行过程中，前缘膜下肌动蛋白聚合，正端接近细胞膜，使细胞膜形成突起——板状、丝状伪足发育中的神经细胞，甚至能长出50μm长的丝状伪足，跟板状伪足同样，帮助探索周围环境，发现到达目标的正确途径64医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动细胞的运动65医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动细胞的运动66医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动细胞的运动67医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动第二步，当片状/丝状伪足接触到表面时，就依靠细胞膜上的整合蛋白——integrin，与细胞外基质中的分子或其他细胞表面的分子结合；而integrin的膜内表面部分，与微丝相连第三步，细胞通过内部收缩产生拉力——肌动蛋白与肌球蛋白相互作用，利用锚着点将胞体向前拉动；对于此拉力的产生机理不清楚细胞运动的调节机制细胞外信号可以引起细胞骨架的重排细胞外信号可以调节微丝结合蛋白活性，是细胞骨架重排，作出应答；比如：质膜镶嵌受体蛋白——RhoGTP酶家族，成员有：Cdc42、Rac、Rho等；通过此家族成员的结合GTP→GDP，控制微丝在胞膜下的聚合→解聚细胞的运动68医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动细胞外信号可以指导细胞运动的方向细胞运动需要在特定方向上进行极化，而细胞分裂和多细胞结构的形成都需要对细胞极化进行精密调控；细胞骨架在细胞极化中有主导作用，而触发极化的许多分子，在进化上保守趋化chemotaxis：在可扩散化学因子调控下，细胞向某个方向的运动如中性粒细胞表面的受体蛋白监测到来自细菌蛋白的浓度极低的N-甲酰化肽(原核细胞ATG：甲酰甲硫氨酸)，引导细胞向靶点运动细胞的运动69医学细胞生物学细胞骨架和细胞的运动细胞骨架与肿瘤细胞骨架异常能引起很多疾病，如肿瘤、神经系统疾病和遗传性疾病恶性转化的细胞，其骨架往往破坏和解聚，而肿瘤浸润转移也与某些骨架成分的改变有关体外培养的肿瘤细胞共同特点：微管数量减少，网架紊乱；微丝应力纤维破坏和消失，肌动蛋白重组，形成小体，聚集于细胞皮层微管和微丝可作为肿瘤化疗的药物靶位，长春花碱、秋水仙素和细胞松弛素及其衍生物作为化疗药物，抑制细胞增殖、诱导凋亡绝大多数肿瘤细