第10章细胞骨架

细胞为什么能维持一定的形态？“人”有一定的形态是由于有骨骼系统作为支架。细胞质：微管微丝中等纤维细胞核：核骨架第十章细胞骨架上皮细胞（红色：微丝；绿色：微管）细胞骨架(cytoskeleton):是指真核细胞中由微管、微丝和中等纤维等蛋白质成分构成的一个复合的网架系统。作用：维持细胞一定的形状网络各游离的细胞器与细胞的运动有关

细胞骨架的发现过程最初人们认为细胞质中无有形结构，但许多生命现象，如细胞运动、细胞形状的维持等，难以得到解释。

1928年，人们提出了细胞骨架的原始概念。

1954年，在电镜下首次看到了细胞中的微管，但在此时，电镜制片还只能用锇酸或高锰酸钾在低温条件下来固定，在这样的条件下细胞骨架常发生聚集现象，因而被破坏。

1963年，采用戊二醛常温固定后，才广泛的地观察到种类细胞骨架的存在，并正式命名为一种细胞器。第一节微管

一、微管的形态结构和化学组成1.形态结构：1、微管的形态结构：微管是细胞中由蛋白质组成的外形笔直、中空且有一定刚性和弹性的管状结构。10-15nm20--30nm微管蛋白微管蛋白(tubulin)：由α和β两个亚单位组成,以异二聚体(heterodimer)的形式存在。α+βαβ二聚体——细胞质内游离态微管主要形式αβ+…+αβ多聚体原纤维13条原纤维微管α亚单位β亚单位GDP结合位点GTP结合位点不可交换位点可交换位点图示微管蛋白组成微管微管的正极与负极2.化学组成微管蛋白：占80%微管结合蛋白：占20%碱性的微管蛋白结构域（与微管结合）酸性的突出结构域（与质膜、中间纤维和其它细胞组分结合）3.微管在细胞中存在的类型单管:13根原纤维包绕而成(胞质微管);二联管:纤毛和鞭毛的微管三联管:中心粒微管纤毛和鞭毛的基体二.微管的组装和解聚1.微管组织中心（MTOC）:活细胞内微管组装时总是以某部位为中心开始聚集，这个中心称为微管组织中心,包括中心体、基体和着丝粒等。常见微管组织中心间期细胞MTOC：中心体

(动态微管)

分裂细胞MTOC：有丝分裂

纺锤体极(动态微管)

鞭毛纤毛MTOC：基体

(永久性结构)微管在体外的组装过程可分为成核和延伸两个阶段。①一些微管蛋白（α微管蛋白和β微管蛋白）二聚体（①αβ二聚体）首先纵向聚合形成短的丝状结构（②原纤维），即所谓的成核反应②然后通过两端以及侧面增加二聚体而扩展成片状，当片状聚合物加宽到大致13根原纤丝时，即合拢成为一段微管（③微管）。新的微管蛋白二聚体不断地组装到这段微管的两端，使之延长2.微管的组装和解聚3.微管的极性

一是组装的方向性,二是生长速度的快慢

正端生长得快,负端则慢,

同样,如果微管去组装也是正端快负端慢

4.微管的动态不稳定性决定微管正端是GTP帽还是GDP帽,受两种因素影响,一是结合GTP的游离微管蛋白二聚体的浓度,二是GTP帽中GTP水解的速度。5.踏车微管的总长度不变，但结合上的二聚体从(+)端不断向(-)端推移,最后到达负端。踏车现象实际上是一种动态稳定现象。影响微管稳定性的某些条件

影响微管稳定性的药物

秋水仙素(图中红色所示）与二聚体结合而抑制微管的聚合。紫杉酚能和微管紧密结合防止微管蛋白亚基的解聚。由于新的微管蛋白仍可加上去结果微管只增长不缩短。为行使正常的微管功能，微管出于动态的装配和解聚状态是重要的。影响微管装配的因素微管蛋白的浓度温度：<4。C解聚，>37。C促进组装[Ca2+]：低则促进组装,高则趋向解聚压力：高则趋向解聚药物：如秋水仙素、长春花碱等能使微管解聚，紫杉酚能促进微管的组装并稳定已组装的微管。三、微管的功能:1.构成细胞的支架深绿：微管

浅兰：内质网

黄色：高尔基体上图：高尔基抗体染色下图：微管抗体染色上图：内质网抗体染色下图：微管抗体染色2.物质的快速运输与细胞器的转运微管参与细胞器位移与微管马达蛋白（motorprotein）有关微管马达蛋白：驱动蛋白（kinesin)：正向转运动力蛋白(dynein)反向转运3.构成纤毛、鞭毛和中心粒的主要骨架，

参与细胞运动纤毛与鞭毛的结构：（1）纤毛本体：细胞表面突出部分，结构图示92+2

（2）基体：质膜下圆筒结构，来源于中心粒，结构图示93+0（3）纤毛小根：有横纹，具固定和收缩功能纤毛本体横切面结构组成：（1）二联体:A、B微管；（2）内外臂:动力蛋白构成（实为ATP酶）（3）中央微管和鞘连接蛋白：二联体微管的连桥及中央微管的横桥之中。动物、某些藻类和菌类细胞中的圆筒状细胞器。中心粒位于间期细胞核附近或有丝分裂细胞的纺锤体极区中心，有时移至细胞表面纤毛和鞭毛的基部，则称基粒。—中心粒电镜结构：一对圆柱状小体，彼此相互垂直排列；结构图示：9*3+0功能：（1）组织形成鞭毛和纤毛（2）参与细胞有丝分裂（3）中心粒上的ATP酶为细胞运动和染色体移动提供能量4.参与染色体的运动，调节细胞分裂极体微管延长，结合在极体微管重叠部分的马达蛋白提供动力，推动两极分离，另一方面星体微管去组装而缩短第二节微丝（Microfilament）一、微丝的形态与组成图示1、微丝的结构：微丝(microfilament)是由肌动蛋白亚单位组成的实心螺旋状纤维，直径约５--７nm。

肌动蛋白单位Actin中央有ATP结合位点，actin聚合时，ATP被水解成ADP，actin解聚时，ADP又磷酸化成ATP肌动蛋白（单体，外观呈球型G-actin，43kDa，三个结合位点；多聚体

F-actin）

肌动蛋白在真核细胞进化过程中高度保守，多种肌动蛋白来源于同一个祖先基因；经过翻译后修饰，因此具有多样性

微丝是由双股肌动蛋白丝以右手螺旋排列成的纤维，肌动蛋白单体间以同样的方式结合，肌动蛋白单体都有极性，因此，微丝也有极性2、微丝的分子组成：肌动蛋白结合蛋白分子（微丝结合蛋白）多以简单的方式与肌动蛋白结合，形成不同功能。在非肌细胞中它们与肌动蛋白的结合方式不清。在肌细胞中则形成有规律的结合，如：肌球蛋白(myosin)、原肌球蛋白(tropornyosin)、肌钙蛋白与肌动蛋白丝的结合。肌动蛋白(actin)分子：肌动蛋白是一种中等大小的蛋白质,由375个氨基酸残基组成,并且是由一个大的、高度保守的基因编码。单体肌动蛋白分子的分子量为43kDa,其上有三个结合位点。一个是ATP结合位点,另两个都是与肌动蛋白结合的结合蛋白结合位点。肌动蛋白至少表达成6种异构形式，根据等电点的不同可将高等动物细胞内的肌动蛋白分为3类为α、β、γ三种类型，α分布于各种肌肉细胞中，β和γ分布于肌细胞和非肌细胞中。如：肌球蛋白常聚合为两极纤维肌球蛋白在肌细胞中含量丰富，规则排列，在非肌细胞中含量少，且无序排列。是微丝动力蛋白。Dynein肌细胞中的肌球蛋白有规律性的排列形成粗肌丝原肌球蛋白和肌钙蛋白在横纹肌细肌丝中与肌动蛋白的结合示肌肉收缩的滑动模型Z线(Zdisk)是纤维网状结构

3.微丝的组装G-actin在正极端装配，负极去装配，叫踏车。4.影响微丝组装的因素

组装：鬼笔环肽(从一种毒性菇类中分离的剧毒生物碱)，肌动蛋白单体的浓度（临界浓度）解聚：细胞松弛素B（cytochalasin）,可切断微丝纤维，并结合在微丝末端抑制肌动蛋白加合到微丝纤维上，特异性的抑制微丝功能。二、微丝的功能：1.参与肌肉收缩

2.支撑功能（微绒毛形态的维持、应力纤维）在细胞质膜的特定区域与基质之间常形成紧密黏附的黏着斑，在紧贴黏着斑的细胞膜质内侧有大量的微丝紧密排列成束，这种微丝束成为应力纤维。3.参与细胞运动

细胞皮层、伪足变形虫的胞质运动胞吞、胞吐作用等。微丝参与细胞分裂吞噬（phagocytosis）

胞质环流（cyclosis)阿米巴运动（amoiboid）

微管微丝

形态结构

中空管状纤维

实心细纤维

化学组成微管蛋白二聚体

肌动蛋白

组装二聚体

原纤维

G-肌动蛋白

微管

F-肌动蛋白功能支架、细胞器运动、支架、细胞运物质运输动、肌肉收缩、细胞分裂

微管与微丝的比较三.中等纤维.1.结构：实心，纤维状中等纤维蛋白分子结构的共同特点是拥有一个约３１０个氨基组成的α－螺旋杆状区，杆状区两端分别是非螺旋的头部（氨基端）和尾部（羧基端）中间纤维结合蛋白中间纤维结合蛋白(IFAP)是一类在结构和功能上与中间纤维有密切联系，但其本身不是中间纤维结构组分的蛋白。确定IFAP的标准：1.在细胞内与中间纤维共分布2.抗高盐与非离子去垢剂抽提，与中间纤维同分离3.与中间纤维经历相同的解聚和重装配周期；4.在体外能与中间纤维结合2.中间纤维的成分与分布

IF成分比MF,MT复杂，具有组织特异性。

IF在形态上相似，而化学组成有明显的差别。◆中间纤维类型与分布

按其组织来源及免疫原性分类

根据中间纤维蛋白的氨基酸序列的同源性◆中间纤维蛋白的表达具有严格的组织特异性中间纤维的成分按其组织来源及免疫原性可分为5类。纤维类型蛋白组织来源角蛋白纤维角蛋白（keratin）上皮细胞波形纤维波形纤维蛋白间质细胞和中胚层来源的细胞结蛋白纤维结蛋白肌细胞神经元纤维神经元纤维蛋白神经元神经胶质纤维胶质纤维酸性蛋白神经胶质细胞中等纤维的类型角蛋白：为表皮细胞特有，形成头发、指甲等坚韧结构。结蛋白：存在于肌肉细胞中，主要功能是使肌纤维连在一起。胶质原纤维酸性蛋白：存在于星形神经胶质细胞和许旺细胞。起支撑作用。波形纤维蛋白：存在于间充质细胞及中胚层来源的细胞中。神经纤丝蛋白：提供弹性使神经纤维易于伸展和防止断裂。多肽分子（２对超螺旋）二聚体四聚体原纤维二根原丝四根中等纤维3.组装中间纤维的装配特征◆IF装配与MF,MT装配相比，有以下几个特点：

·IF装配的单体是纤维状蛋白(MF,MT的单体呈球形)；

·反向平行的四聚体导致IF不具有极性；

·IF在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅助，在体内装配后，细胞中几乎不存在IF单体(但IF的存在 形式也可以受到细胞调节，如核纤层的装配与解聚)。4.中等纤维的功能

(1)信息传递的功能

(2)骨架功能

（3）增强细胞抗机械压力的能力小结

细胞骨架的分布微管主要分布在核周围,