第九章-细胞骨架(沈婷)课件

细胞骨架（cytoskeleton）：是指真核细胞质中的蛋白质纤维网架体系。细胞骨架微管微丝中间纤维线粒体核糖体内质网

对维持细胞形态、固定细胞器、胞内物质运输、细胞分裂及细胞运动等有关。第九章细胞骨架

cytoskeleton细胞骨架（cytoskeleton）：是指真核细胞质中的蛋白Introduction细胞骨架概念：

狭义：在真核细胞中与保持细胞形态结构和细胞运动有关的纤维网络，包括微管、微丝和中间丝。

广义：细胞质骨架、核骨架、膜骨架、细胞外基质。发现：电镜样品，锇酸和高锰酸钾低温固定，细胞骨架破坏。

1963年使用戊二醛常温固定，可观察到三维网络结构。功能：支架作用、物质运输、细胞器位移、细胞运动、细胞信息传递、基因表达、蛋白质合成、细胞分裂分化Introduction细胞骨架概念：结构和支持胞内运输收缩运动空间结构结构和支持胞内运输收缩运动空间结构微管（microtubule,MT）是由微管蛋白和微管结合蛋白组成的中空圆柱状结构。微管在胞质中成网状或束状分布，并能与其他蛋白共同组装成纺锤体、中心粒、鞭毛、纤毛、轴突等结构。微管存在于几乎所有真核细胞质中。在生物进化中十分稳定。微管参与细胞形态的维持、细胞运动和细胞分裂。微管（microtubule,MT）是由微管蛋白和微管结合微管是由13条原纤维构成的中空管状结构，直径24~26nm，内径15nm。每一条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成。微管蛋白二聚体（微管蛋白）由结构相似的α和β微管蛋白构成。α微管蛋白含有450aa，β微管蛋白含有455aa，二者形成微管蛋白异二聚体，是微管装配的基本单位。一、微管蛋白与微管的结构微管蛋白分子模型微管是由13条原纤维构成的中空管状结构，直径24~26nm，微管具有极性。原纤维中重复的αβ—αβ—αβ亚单位排列即构成微管的极性。αβ—αβ即为头—尾的方向。微管蛋白具有方向性(+)极的最外端是β球蛋白，(-)极的最外端是α球蛋白。(+)极生长速度快，(-)极生长速度慢。微管具有极性。原纤维中重复的αβ—αβ—αβ亚单位排列即构成微管的形态结构：

由13根原纤维纵向围绕而成。横断面上看：中空状，管壁由13个球形蛋白亚基组成。81113123456791012微管横断面

15nm

24-26nm

12345678910111213单管

AB二联管

ABC三联管

微管可以装配成单管二联管（纤毛和鞭毛中）三联管（中心粒和基体中）微管的形态结构：81113123456791012微管横微管的分布：单管：13条原纤维组成，细胞质中大部分微管为单管。二联管：两根微管组成，分为A管、B管，A管B管共用三根原纤维，主要构成鞭毛、纤毛。三联管：由A、B、C三根微管组成，A与B、B与C各共用三根纤维，共含33根原纤维，主要构成中心粒和基体。二联管三联管微管的分布：单管：13条原纤维组成，细胞质中大部分微管为单

二、微管结合蛋白(microtubuleassociatedprotein,MAP)：

同微管相结合的辅助蛋白，它们不是构成微管壁的基本构件，而是在微管蛋白组装成微管之后，结合在微管的表面。微管结合蛋白是微管系统结构和功能所必需的组分，它们与运动的产生、微管组装和去组装的调节、微管和其他细胞组分之间的连接等密切相关。二、微管结合蛋白

微管的装配主要表现为动态不稳定性（dynamicinstability），即增长的微管末端有微管蛋白-GTP帽，在微管组装期间或组装后GTP被水解成GDP，从而使GDP-微管蛋白成为微管的主要成分。微管蛋白-GDP帽及短小的微管原纤维从微管末端脱落则使微管解聚。成核期：先由α和β微管蛋白聚合成一个短的寡聚体结构，即核心形成；聚合期：微管蛋白聚合速度大于解聚速度,微管延长；稳定期：游离微管蛋白浓度下降，达到临界浓度，微管的组装与去组装速度相等，微管长度相对恒定。微管的装配主要表现为动态不稳定性（dynamic二、微管的组装极性装配：装配快的一端（β微管蛋白）为（+）极，装配慢或去组装的一端（α微管蛋白）为（-）极踏车现象：微管的一端发生GTP和微管蛋白的添加，是微管不断延长；另一端具有GDP的微管蛋白发生解聚而使微管缩短，组装和去组装达到平衡1.微管的体外组装受多种因素影响二、微管的组装极性装配：1.微管的体外组装受多种因素影响

微管在生理状态及实验处理解聚后重新装配的发生处称为微管组织中心。作用：微管在生理状态及实验处理解聚后重新装配的动物细胞的微管组织中心为中心体。MTOC决定细胞微管的极性，微管的负极(-)指向MTOC，正极(+)背向MTOC。动物细胞的微管组织中心为中心体。在体外微管的装配需要如下条件：1、微管蛋白浓度：低于临界浓度不发生微管聚合。2、最适pHpH=6.9。3、离子

Ca2+应尽可能除去，Mg2+为装配所必须。4、温度

37℃微管蛋白二聚体装配成微管，0℃微管解聚为二聚体。5、GTP的供应。（二）微管的体外组装在体外微管的装配需要如下条件：（二）微管的体外组装微管蛋白的体外组装分为成核(nucleation)和延长(elongation)两个反应,其中成核反应是微管组装的限速步骤。成核反应结束时,形成很短的微管,此时二聚体以比较快的速度从两端加到已形成的微管上,使其不断加长。αβ二聚体同GTP结合后被激活，使二聚体聚合成微管，而GTP则分解GDP和Pi。微管蛋白的体外组装分为成核(nucleation)和延长(e当微管(+)端形成GTP帽，而游离微管蛋白二聚体的浓度又很高时，微管趋于生长。当结合GTP的游离微管蛋白二聚体的浓度降低，引起微管延长的速率下降时，随着GTP水解的不断进行，最后GTP帽结构转变成GDP，逐渐使微管变得不稳定，趋于解聚。细胞内微管的这两种状态是不断发生的,因为细胞内不断有微管解聚,又不断地有新微管的组装。当微管(+)端形成GTP帽，而游离微管蛋白二聚体的浓度又很高如果微管正端结合的是由结合GTP的微管蛋白二聚体组成的GTP帽结构,微管就趋于生长。如果微管的正端结合的是由结合GDP的微管蛋白二聚体组成的GDP帽结构，这种微管就趋于缩短。如果微管正端结合的是由结合GTP的微管蛋白二聚体组成的GTP

+-

踏车

在一定条件下，微管一端发生GTP和微管蛋白的添加，使微管延长，称为正端；另一端具有GDP的微管蛋白发生解聚而使微管缩短，称为负端。微管的这种装配方式称为踏车运动（treadmilling）。+-γ-TuRC组织微管在体内的装配在时间和空间是高度有序的。间期：微管与微管蛋白处于相对平衡状态；γ-TuRC组织微管形成的能力被关闭；分裂前期：γ-TuRC磷酸化，开放γ-TuRC

组织形成微管的能力；γ-TuRC组织微管在体内的装配在时间和空间是高度有序的。第九章_细胞骨架(沈婷)课件（四）影响微管组装和去组装的因素对活细胞进行各种处理可使细胞骨架微管去组装，但不破坏其它细胞结构。低温、流体静力学压力、升高的钙离子浓度微管特异性药物秋水仙素、长春花碱、长春新碱和紫杉醇秋水仙素，最重要的微管工具药物。秋水仙素结合和稳定微管蛋白，阻止微管蛋白聚合，引起微管去组装。长春花碱和长春新碱则结合微管蛋白异二聚体，抑制微管的聚合。细胞周期特异性抗肿瘤药，作用于G1,S&M。阻断增殖细胞纺锤体的形成，使有丝分裂停止于中期。（四）影响微管组装和去组装的因素对活细胞进行各种处理可使细胞2023/10/1622紫杉醇(taxol)促进微管的装配，并使已形成的微管稳定。紫杉醇所致的微管稳定性对细胞是有害的，使细胞周期停止于有丝分裂期。紫杉醇类化合物在体内优先杀死肿瘤细胞，已用于癌症的化疗。2023/10/822紫杉醇(taxol)四、微管的功能构成细胞内的网状支架，支持和维持细胞的形态参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成参与胞内物质运输维持细胞内细胞器的定位和分布参与染色体运动，调节细胞分裂参与细胞内信号传导四、微管的功能构成细胞内的网状支架，支持和维持细胞的形态1、支持和维持细胞的形态用秋水仙素处理培养细胞，发现细胞丧失原有的形态而变圆。说明微管对维持细胞的不对称形状是重要的。微管具有一定刚性，可自然取直，在保持细胞外形方面起支撑作用。细胞突起部分，如伪足、鞭毛、纤毛、神经轴突的形成和维持，都是微管在起关键作用。1、支持和维持细胞的形态用秋水仙素处理培养细胞，发现细胞丧失第九章_细胞骨架(沈婷)课件第九章_细胞骨架(沈婷)课件第九章_细胞骨架(沈婷)课件（线粒体、分泌小泡前体）（线粒体、分泌小泡前体）（细胞器定位和转运）（细胞器定位和转运）第九章_细胞骨架(沈婷)课件第九章_细胞骨架(沈婷)课件用破坏微管的药物处理细胞，发现能够严重影响膜细胞器，特别是高尔基体在细胞内的位置。高尔基体一般在细胞中央，细胞核外侧，中心体附近。用秋水仙素处理细胞后，高尔基体分解成小囊泡，分散于四周；除去药物，微管组装后，高尔基体又恢复其在细胞内的正常位置。用破坏微管的药物处理细胞，发现能够严重影响膜细胞器，特别是高

当细胞从间期进入分裂期时，间期细胞微管网架崩解，微管解聚为微管蛋白，经重组装形成纺锤体，介导染色体的运动；

分裂末期，纺锤体微管解聚为微管蛋白，经重组装形成微管网。当细胞从间期进入分裂期时，间期细胞微管网架崩解，微

微管的信号转导功能具有重要的生物学作用，它与细胞的极化、微管的方向性及微管组织中心的位置均有关。微管的信号转导功能具有重要的生物学作用，它与细胞的极第二节微丝

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。

微丝以束状、网状或分散等多种方式有序地存在于细胞质的特定空间位置上，并由此与微管和中间纤维共同构成细胞骨架，参与细胞形态的维持以及细胞运动等生理功能。第二节微丝

microfilament,MF又称肌动蛋白肌细胞：肌动蛋白占细胞总蛋白10%，微丝形成特定的稳定结构；非肌细胞：肌动蛋白占1%~5%。微丝常分布在细胞膜下方，大多呈现一种动态结构。微丝是比微管细的实心纤维状结构一、肌动蛋白与微丝的结构形态：是一类由肌动蛋白纤维组成的实心螺旋状纤维细丝。

5-8nm，长短不一。在细胞中：微丝横向连接聚合成束。肌细胞：肌动蛋白占细胞总蛋白10%，微丝形成特定的稳定结构；分类：根据等电点不同分为α、β和γ3类肌动蛋白：

α肌动蛋白为横纹肌、心肌、血管平滑肌和肠道平滑肌(肌细胞)特有；

β肌动蛋白和γ肌动蛋白分布于所有肌细胞和非肌细胞。存在方式：肌动蛋白以单体和多聚体的形式存在。单体是一条多肽链构成的球形分子，外观呈哑铃形，称球形肌动蛋白G-actin；多聚体称为纤维形肌动蛋白F-actin。特点：肌动蛋白在进化上高度保守，酵母和兔子肌肉的肌动蛋白有88%的同源性。肌动蛋白的结构及特点分类：根据等电点不同分为α、β和γ3类肌动蛋白：肌动蛋白的单体G-肌动蛋白和纤维状F-肌动蛋白的结构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，分子量为43kDa，由2个亚基，4个亚结构域构成。单体肌动蛋白分子其上有三个结合位点：一个是ATP结合位点,另两个为肌球蛋白结合位点及阳离子结合位点。肌动蛋白单体的结构模型（b）电子显微镜观察的经负染的丝状肌动蛋白的形态(c)肌动蛋白纤维亚基的装配模型单体G-肌动蛋白和纤维状F-肌动蛋白的结构肌动蛋白是一种中第九章_细胞骨架(沈婷)课件及其功能及其功能三、微丝的装配机制（一）微丝的组装分为三个阶段体外实验表明,肌动蛋白纤维的装配分三步进行，并且是三个连续的过程。（质膜）三、微丝的装配机制（质膜）条件：ATP、适宜的温度、存在K+和Mg2+离子。

在体外将Mg2+、K+和Na+等无机离子加入到溶液中，能诱导G-肌动蛋白聚合成F-肌动蛋白纤维。该过程可逆。当降低溶液中离子的浓度，F-肌动蛋白纤维能够解聚成G-肌动蛋白。条件：ATP、适宜的温度、存在K+和Mg2+离子。第九章_细胞骨架(沈婷)课件第九章_细胞骨架(沈婷)课件（三）影响微丝组装的有关因素：

在含有ATP和Ca2+、低浓度的单价离子(Na+、K+等)溶液中微丝趋向解聚

G-actin

在含有ATP和Mg2+、高浓度的Na+、K+离子溶液中微丝趋向聚合（G-actin—F-actin）溶液ｐＨ＞7，易于进行微丝的组装。

肌动蛋白浓度细胞松弛素B：特异性切断微丝，结合在微丝末端抑制肌动蛋白聚合，破坏微丝组装，对微管无作用。鬼笔环肽：只与聚合微丝结合，抑制微丝解聚，破坏动态平衡。（三）影响微丝组装的有关因素：在含有ATP和Ca2+、-I-I细胞依赖肌动蛋白和微丝结合蛋白的相互作用，可进行变形运动。细胞依赖肌动蛋白和微丝结合蛋白的相互作用，可进行变形运动。（A）微绒毛（B）细胞质中的收缩束（C）运动细胞前缘的鞘和指（D）细胞分裂时的收缩环（A）微绒毛第九章_细胞骨架(沈婷)课件第九章_细胞骨架(沈婷)课件第九章_细胞骨架(沈婷)课件参与肌肉的收缩参与肌肉的收缩如通过肌球蛋白-1同微丝结合，将运输小泡沿微丝的负端向正端移动如通过肌球蛋白-1同微丝结合，将运输小泡沿微丝的负端向正端移第三节中间纤维

intermediatefilaments,IF直径10nm左右，介于肌动蛋白细丝和肌球蛋白粗丝之间，故名。中间纤维是最稳定的细胞骨架成分，既不受细胞松弛素影响也不受秋水仙素的影响。没有极性。主要起支撑作用。第三节中间纤维

intermediatefilament中间纤维与微管和微丝的差异：①中间纤维是相当稳定的结构，即使用含有去垢剂和高盐溶液抽提细胞，中间纤维仍然保持完整无缺。②中间纤维在体积和形态上与微管和微丝不同，其成分比微管和微丝都要复杂，且具有组织特异性，不同类型细胞含有不同中间纤维。③中间纤维的亚基并不与核苷酸结合，而微管的亚基与GTP或GDP结合，微丝的亚基则与ATP或ADP结合。中间纤维与微管和微丝的差异：一、中间纤维的分布、结构和类型

（一）分布：中间纤维是一类丝状蛋白多聚体。分布于细胞质中常形成精细发达的纤维网络，外与细胞膜与细胞外基质相连，内与核纤层有直接的联系。中间纤维与微丝、微管及其他细胞器也有着错综复杂的纤维联络。一、中间纤维的分布、结构和类型（一）分布：（二）中间纤维的分子结构中间纤维的基本组成单位——中间纤维单体（丝状蛋白）中间纤维单体共同结构域-螺旋杆状区非螺旋区：310个氨基酸残基组成的ａ螺旋杆部(这是一个高度保守的二级结构)。由4个螺旋构成，螺旋区之间被3个间隔区隔开。头部（N-端）尾部（C-端）（二）中间纤维的分子结构中间纤维的基本组成单位——中间纤维单结构与装配结构杆状区球形头部（N端）尾部（C端）角蛋白波形蛋白神经丝蛋白核纤层结构与装配结构杆状区球形头部（N端）尾部（C端）角蛋白波形蛋（三）具有组织特异性，不同类型细胞含有不同中间纤维。细胞内中间纤维的种类和成分可随细胞的生长或成熟而变化。（三）具有组织特异性，不同类型细胞含有不同中间纤维。二、非极化四个八聚体组装二、非极化四个八聚体组装中间纤维的组装单体二聚体超螺旋COOH单体NH2COOHCOOH二聚体NH2NH2COOHCOOHNH2NH2四聚体NH2NH2COOHCOOH四聚体原纤维八聚体八聚体亚丝中间纤维中间纤维原纤维中间纤维的组装单体二聚体COOH单体NH2COOHCOOH二2.IF的装配过程：①两个单体形成超螺旋二聚体；②两个二聚体反向平行组装成四聚体；③四聚体组成原纤维；④8根原纤维组成中间纤维。特点：无极性；无动态蛋白库；装配与温度和蛋白浓度无关；不需要ATP、GTP或结合蛋白的辅助。二、结构与装配2.IF的装配过程：二、结构与装配磷酸化，中间纤维解体；去磷酸化，中间纤维再形成磷酸化，中间纤维解体；去磷酸化，中间纤维再形成三、中间丝的功能

1.参与构成细胞完整的支撑网架系统

构成细胞完整的支撑网架系统，还与细胞核的形态支持和定位、相邻细胞之间、细胞与基膜之间连接结构的形成，三、中间丝的功能1.参与构成细胞完整的支撑网架系统构成2.为细胞提供机械强度支持四、中间丝的功能

2.为细胞提供机械强度支持四、中间丝的功能第九章_细胞骨架(沈婷)课件第九章_细胞骨架(沈婷)课件胞质骨架三种组分的比较微丝微管中间纤维单体肌动蛋白αβ微管蛋白丝状蛋白结合核苷酸ATPGTP无纤维