第九章細(xì)胞骨架主要內(nèi)容1、概述2、細(xì)胞質(zhì)骨架微絲、微管、中間絲3、細(xì)胞核骨架第一節(jié)概述一、細(xì)胞骨架（cytoskeleton）的定義——狹義真核細(xì)胞中蛋白纖維網(wǎng)架體系二、組成廣義細(xì)胞骨架血影蛋白、錨蛋白帶4.1蛋白等膠原蛋白、層/纖粘連蛋白、彈性蛋白、蛋白聚糖等細(xì)胞核骨架細(xì)胞質(zhì)骨架細(xì)胞膜骨架細(xì)胞外基質(zhì)核基質(zhì)（狹義核骨架）核纖層、核孔復(fù)合體（廣義核骨架）微絲、微管、中間纖維微梁（不能確定）（狹義細(xì)胞骨架）三、功能1、維持細(xì)胞外形2、保持細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性3、構(gòu)成某種細(xì)胞器4、與細(xì)胞的生命活動(dòng)密切相關(guān)一、微絲(microfilament,MF)又稱肌動(dòng)蛋白纖維(actinfilament),是指真核細(xì)胞中由肌動(dòng)蛋白(actin)組成、直徑為7nm的骨架纖維。第二節(jié)細(xì)胞質(zhì)骨架1、微絲的成分肌動(dòng)蛋白(actin)是微絲的結(jié)構(gòu)成分,外觀呈啞鈴狀,這種actin又叫G-actin，將

G-actin形成的微絲又稱為F-actin。2、微絲的裝配◆MF是由G-actin單體形成的多聚體，肌動(dòng)蛋白單體具有極性,裝配時(shí)呈頭尾相接,故微絲具有極性，既正極與負(fù)極之別?！趔w外實(shí)驗(yàn)表明，MF正極與負(fù)極都能生長，生長快的一端為正極，慢的一端為負(fù)極；去裝配時(shí)，負(fù)極比正極快。由于G-actin在正極端裝配，負(fù)極去裝配，從而表現(xiàn)為踏車行為?！趔w內(nèi)裝配時(shí)，MF呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性，主要取決于F-actin結(jié)合的ATP水解速度與游離的G-actin單體濃度之間的關(guān)系。 ◆MF動(dòng)態(tài)變化與細(xì)胞生理功能變化相適應(yīng)。在體內(nèi),有些微絲是永久性的結(jié)構(gòu),有些微絲是暫時(shí)性的結(jié)構(gòu)。1)裝配過程：兩種可能①G-actinF-actin

形成螺旋②G-actinF-actin

螺旋，單體周圍有

4個(gè)亞基2)體外（invitro）的影響裝配因素①ATP，Ca2+，低[Na+]和[K+]→解聚成G-actin②Mg2+，高[Na+]和[K+]，actin→MF3)體內(nèi)（invivo）影響裝配因素①游離actin單體的濃度②MF交織成網(wǎng)的程度③MF結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié)n個(gè)首尾連接2條n個(gè)首尾連接1條踏車行為動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性暫時(shí)性結(jié)構(gòu)3、微絲特異性藥物◆細(xì)胞松弛素(cytochalasins)：可以切斷微絲,并結(jié)合在微絲正極阻抑肌動(dòng)蛋白聚合,因而導(dǎo)致微絲解聚?！艄砉P環(huán)肽(philloidin)：與微絲側(cè)面結(jié)合,防止MF解聚。◆影響微絲裝配動(dòng)態(tài)性的藥物對(duì)細(xì)胞都有毒害，說明微絲功能的發(fā)揮依賴于微絲與肌動(dòng)蛋白單體庫間的動(dòng)態(tài)平衡。這種動(dòng)態(tài)平衡受actin單體濃度和微絲結(jié)合蛋白的影響。4、微絲結(jié)合蛋白 整個(gè)骨架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能在很大程度上受到不同的細(xì)胞骨架結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié)?！鬭ctin單體結(jié)合蛋白 這些小分子蛋白與actin單體結(jié)合，阻止其添加到微絲末端，當(dāng)細(xì)胞需要單體時(shí)才釋放，主要用于actin裝配的調(diào)節(jié)，如proflin等?！粑⒔z結(jié)合蛋白◆微絲結(jié)合蛋白將微絲組織成以下三種主要形式：

微絲結(jié)合蛋白

1）Parallelbundle:MF同向平行排列，主要發(fā)現(xiàn)于微絨毛與絲狀偽足。微絲的三種組織形式：2）Contractilebundle:MF反向平行排列，主要發(fā)現(xiàn)于應(yīng)力纖維和有絲分裂收縮環(huán)。

3）Gel-likenetwork:細(xì)胞皮層(cellcortex)中微絲排列形式，MF相互交錯(cuò)排列。5、微絲的功能1）維持細(xì)胞形態(tài)，賦予質(zhì)膜機(jī)械強(qiáng)度微絲遍及胞質(zhì)各處，集中分布于質(zhì)膜下，和其結(jié)合蛋白形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，維持細(xì)胞形狀和賦予質(zhì)膜機(jī)械強(qiáng)度，如哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞膜骨架的作用。2）細(xì)胞運(yùn)動(dòng)成纖維細(xì)胞爬行與微絲裝配和解聚相關(guān)3）微絨毛(microvillus)是腸上皮細(xì)胞的指狀突起，用以增加腸上皮細(xì)胞表面積，以利于營養(yǎng)的快速吸收。4）應(yīng)力纖維(stressfiber)應(yīng)力纖維（stressfiber）:廣泛存在于真核細(xì)胞。成分：肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和-輔肌動(dòng)蛋白。介導(dǎo)細(xì)胞間或細(xì)胞與基質(zhì)表面的粘著。（細(xì)胞貼壁與粘著斑的形成相關(guān)，在形成粘合斑的質(zhì)膜下，微絲緊密平行排列成束，形成應(yīng)力纖維,具有收縮功能。）

5）參與胞質(zhì)分裂

收縮環(huán)由大量反向平行排列的微絲組成，其收縮機(jī)制是肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白相對(duì)滑動(dòng)。6、肌肉收縮(musclecontraction) 肌肉可看作一種特別富含細(xì)胞骨架的效力非常高的能量轉(zhuǎn)換器，它直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。1）肌肉的細(xì)微結(jié)構(gòu)(以骨骼肌為例)2）肌小節(jié)的組成3）肌肉收縮系統(tǒng)中的有關(guān)蛋白①肌球蛋白(myosin)—所有actin-dependentmotorproteins都屬于該家族，其頭部具ATP酶活力,沿微絲從負(fù)極到正極進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

·MyosinⅡ主要分布于肌細(xì)胞，有兩個(gè)球形頭部結(jié)構(gòu)域(具有ATPase活性)和尾部鏈,多個(gè)Myosin尾部相互纏繞，形成myosinfilament,即粗肌絲。②原肌球蛋白(tropomyosin,Tm)由兩條平行的多肽鏈形成α-螺旋構(gòu)型,位于肌動(dòng)蛋白螺旋溝內(nèi),結(jié)合于細(xì)絲,調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白頭部的結(jié)合。③肌鈣蛋白(Troponin,Tn)為復(fù)合物，包括三個(gè)亞基：TnC(Ca2+敏感性蛋白)能特異與Ca2+結(jié)合;TnT(與原肌球蛋白結(jié)合);TnI(抑制肌球蛋白ATPase活性)4）肌肉收縮的滑動(dòng)模型5）由神經(jīng)沖動(dòng)誘發(fā)的肌肉收縮基本過程

·動(dòng)作電位的產(chǎn)生

·Ca2+的釋放

·原肌球蛋白位移

·肌動(dòng)蛋白絲與肌球蛋白絲的相對(duì)滑動(dòng)

·Ca2+的回收二、微管（Microtubules）1、微管結(jié)構(gòu)與組成微管是存在于所有真核細(xì)胞中由微管蛋白（tubulin）裝配成的長管狀細(xì)胞器結(jié)構(gòu)。微管由微管蛋白亞基組裝而成。1）裝配過程：αβαβ異二聚體n個(gè)首尾連接原絲13根微管n個(gè)二聯(lián)管（纖毛和鞭毛）三聯(lián)管（中心粒和基粒）2）αβ異二聚體上的結(jié)合位點(diǎn)①2個(gè)鳥嘌呤核苷酸GTP、GDP②2價(jià)陽離子③長春花堿④秋水仙素2、微管的組裝和去組裝1）微管的裝配－－踏車行為兩端具GTP帽（取決于微管蛋白濃度）繼續(xù)裝配，具GDP帽則解聚，在一定條件下，微管一段發(fā)生裝配使微管延長，另一段發(fā)生去裝配而使微管縮短，實(shí)際上是微管正極的裝配速度快于微管負(fù)極的裝配速度，這種現(xiàn)象稱為踏車現(xiàn)象（treadmilling）。2）裝配條件①體外：a、GTP提供能量

b、Mg2+存在

c、tubulin濃度<1mg/mL時(shí)不裝配

d、最適pH＝6.9f、溫度37℃適宜；0℃解聚

g、[Ca2+]濃度上升解聚，下降促進(jìn)裝配②體內(nèi)裝配的調(diào)節(jié)多余的蛋白單體與核糖體結(jié)合，導(dǎo)致微管蛋白mRNA降解3）微管的特異性藥物A、抑制微管裝配的藥物：1、eg：秋水仙素，秋水酰胺、鬼臼素，長春花堿，美登本等等。2、原理：藥物與微管蛋白二聚體形成絡(luò)合物，改變二聚體的結(jié)構(gòu)，當(dāng)被添加到微管的生長端時(shí)，可有效的阻止二聚體的進(jìn)一步添加。B、穩(wěn)定微管的藥物：1、紫杉醇，重水等2、對(duì)細(xì)胞有害，使細(xì)胞周期停止于有絲分裂期。3、微管組織中心1）概念：微管在生理狀態(tài)或?qū)嶒?yàn)處理解聚后重新裝配的發(fā)生處稱為微管組織中心(microtubuleorganizingcenter,MTOC)。2）常見微管組織中心◆間期細(xì)胞MTOC：中心體(動(dòng)態(tài)微管)◆分裂細(xì)胞MTOC：有絲分裂紡錘體極(動(dòng)態(tài)微管)◆鞭毛纖毛細(xì)胞MTOC：基體(永久性結(jié)構(gòu))3）中心體a/結(jié)構(gòu)b/γ管蛋白：位于中心體周圍的基質(zhì)中，環(huán)形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，為αβ微管蛋白二聚體提供起始裝配位點(diǎn)，所以又叫成核位點(diǎn)。4、微管結(jié)合蛋白1）MAP的種類MAP1、

MAP2、

MAP4、τ(tau)蛋白可以分為兩種類型：如下Ⅰ型MAPs往往通過結(jié)合結(jié)構(gòu)域與微管結(jié)合，通過突出結(jié)構(gòu)域在微管間形成橫橋（crossbridge）。Ⅱ型MAPs的微管結(jié)合結(jié)構(gòu)域中具有3~4個(gè)18個(gè)氨基酸殘基的重復(fù)序列。Ⅱ型MAPs可將微管交聯(lián)成粗的微管束。

黃色為微管結(jié)合結(jié)構(gòu)域含有KKEX（Lys-Lys-Glu-X）重復(fù)序列，紅色為突出結(jié)構(gòu)域。

MAP4是一個(gè)非神經(jīng)元微管結(jié)合蛋白，與細(xì)胞間期和有絲分裂期的微管共定位。2）功能：①調(diào)節(jié)MT的裝配MAP-2-抑制MT裝配

MAP1和tau蛋白控制MT延伸②橫向連接MT,對(duì)其空間結(jié)構(gòu)起穩(wěn)定作用，從而使MT抵御化學(xué)物質(zhì)（秋水仙素）和物理因子（冷）的影響。

τ蛋白→橫向連接相鄰MT→穩(wěn)定MT均具熱穩(wěn)定性MAP1(對(duì)熱敏感)→橫向連接MT,不使MT成束

MAP2→橫向連接MT,使MT成束③調(diào)節(jié)自身與tubulin及肌動(dòng)蛋白的相互作用；④使MT與其它MT、細(xì)胞器或膜結(jié)構(gòu)相互作用⑤產(chǎn)生動(dòng)力動(dòng)力蛋白→纖毛中的動(dòng)力蛋白臂P5、微管的功能1）維持細(xì)胞形態(tài)用秋水仙素處理細(xì)胞破壞微管,導(dǎo)致細(xì)胞變圓,說明微管對(duì)維持細(xì)胞的不對(duì)稱形狀是重要的。對(duì)于細(xì)胞突起部分,如纖毛、鞭毛、軸突的形成和維持,微管亦起關(guān)鍵作用。2）維持有關(guān)細(xì)胞器的空間定位分布用抗體染色后，顯示出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分布與MT分布一致深綠：微管淺蘭：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)黃色：高爾基體上圖：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)抗體染色下圖：微管抗體染色上圖：高爾基抗體染色下圖：微管抗體染色3）細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸

真核細(xì)胞內(nèi)部是高度區(qū)域化的體系,細(xì)胞中合成的物質(zhì)、一些細(xì)胞器等必須經(jīng)過細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸過程。這種運(yùn)輸過程與細(xì)胞骨架體系中的微管及其Motorprotein有關(guān)。a/Motorproteins：目前已鑒定的Motorproteins多達(dá)數(shù)十種。根據(jù)其結(jié)合的骨架纖維以及運(yùn)動(dòng)方向和攜帶的轉(zhuǎn)運(yùn)物不同而分為不同類型。胞質(zhì)中微管motorprotein分為兩大類：驅(qū)動(dòng)蛋白(kinesin):通常朝微管的正極方向運(yùn)動(dòng)動(dòng)力蛋白(cytoplasmic

dynein)：朝微管的負(fù)極運(yùn)動(dòng)

Kinesin與Dynein的分子結(jié)構(gòu)

Kinesin與Dynein的運(yùn)輸方式Kinesin與Dynein的分子結(jié)構(gòu)Kinesin-dept.transport:conyeys

Mit(by

KIF),Lys,MvERorperiphery.

Cytosolic

dynein-depttransport:conyeys

elementsofER,lateendosome,LyscellcenterKinesin與Dynein的運(yùn)輸方式b/神經(jīng)元軸突運(yùn)輸c/色素顆粒的運(yùn)輸4）鞭毛和纖毛運(yùn)動(dòng)a/結(jié)構(gòu)b/運(yùn)動(dòng)形式c/運(yùn)動(dòng)機(jī)制5）紡錘體與染色體運(yùn)動(dòng)MT中心粒（體）三聯(lián)體MT

紡錘體，牽引染色體運(yùn)動(dòng)三、中間絲1、定義

10nm纖維,因其直徑介于肌粗絲和細(xì)絲之間,故被命名為中間纖維。IF幾乎分布于所有動(dòng)物細(xì)胞，往往形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，特別是在需要承受機(jī)械壓力的細(xì)胞中含量相當(dāng)豐富。如上皮細(xì)胞中。除了胞質(zhì)中，在內(nèi)核膜下的核纖層也屬于IF。2、類型：根據(jù)組織來源及免疫原性中間纖維分類與分布3、結(jié)構(gòu)：頭N-桿-C尾4、裝配1）過程：2）中間纖維結(jié)合蛋白（IFAP）(自學(xué))5、IF的功能1）保持細(xì)胞的完整性在細(xì)胞骨架中起到廣泛的作用2）參與橋粒與半橋粒的形成——支架作用3）增強(qiáng)細(xì)胞機(jī)械壓力

eg：大泡性表皮松懈癥（遺傳病）：表皮松懈脫落，是由于角蛋白基因發(fā)生突變?cè)斐傻摹?）結(jié)蛋白纖維是肌肉Z盤的重要結(jié)構(gòu)組分，對(duì)于維持肌肉細(xì)胞的收縮裝置起重要作用5）神經(jīng)元纖維在神經(jīng)細(xì)胞軸突運(yùn)輸中起作用6）參與傳遞細(xì)胞內(nèi)機(jī)械的或分子的信息微管微絲中間絲成分微管蛋白肌動(dòng)蛋白6類中間纖維蛋白纖維直徑22nm7nm10nm纖維結(jié)構(gòu)13根原纖維組成的空心管狀纖維雙股螺旋多級(jí)螺旋極性有有無單體蛋白庫有有無踏車現(xiàn)象有有無特異性藥物秋水仙素細(xì)胞松弛素B長春花堿鬼筆環(huán)肽紫杉酚結(jié)合蛋白有有有細(xì)胞質(zhì)骨架主要成分的比較第三節(jié)細(xì)胞核骨架一、定義<一>狹義：1、定義：指存在真核細(xì)胞核內(nèi)的以蛋白質(zhì)成分為主的纖維網(wǎng)架體系。2、即廣義中的核基質(zhì)（neuclearmatrix）<二>廣義：核基質(zhì)、核纖層——核孔復(fù)合體系、殘存的核仁核染色體骨架。二、核基質(zhì)1、形態(tài)結(jié)構(gòu)◆研究核骨架的分級(jí)抽提方法 非離子去垢劑溶解膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng),胞質(zhì)中可溶性成分隨之流失;再用Tween40和脫氧膽酸鈉處理,胞質(zhì)中的微管、微絲與一些蛋白結(jié)構(gòu)被溶去,胞質(zhì)中只有中間纖維網(wǎng)能完好存留;然后用核酸酶與0.25mol/L硫酸銨處理,染色質(zhì)中DNA、RNA和組蛋白被抽提,最終核內(nèi)呈現(xiàn)一個(gè)精細(xì)發(fā)達(dá)的核骨架網(wǎng)絡(luò),結(jié)合非樹脂包埋-去包埋劑電鏡制樣方法,可清晰地顯示核骨架-核纖層-中間纖維結(jié)構(gòu)體系。2、化學(xué)組成蛋白質(zhì)：79％少量RNA：維持核基質(zhì)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。少量DNA：存在核基質(zhì)結(jié)合序列（MAR），不為高鹽溶液破壞。3、核基質(zhì)蛋白分類及其功能1）核基質(zhì)蛋白D、E、F、G和4等：核基質(zhì)上DNA袢環(huán)的結(jié)合蛋白。2）Nuc2+蛋白：與富含AT的DNA序列有特異的親合性，可能在分裂期染色體的分離過程中起重要作用。3）核內(nèi)肌動(dòng)蛋白：可能在mRNA合成過程中起主要作用。4）附著區(qū)結(jié)合蛋白（ARBP）：與富含AT的基質(zhì)連接區(qū)（MAR）序列結(jié)合，在轉(zhuǎn)錄過程中可能與維持DNA的特定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)。5）其他核基質(zhì)結(jié)合蛋白（自學(xué)）即一些與DNA和RNA代謝密切相關(guān)的酶類，細(xì)胞信號(hào)識(shí)別因子和細(xì)胞周期的調(diào)控因子。eg：酶、轉(zhuǎn)錄因子、受體、供體。4、核基質(zhì)的結(jié)合序列（MAR）1）存在于DNA中位于DNA放射環(huán)或活性轉(zhuǎn)錄基因的兩端。2）基本特征·富含AT·富含DNA解旋元件(DNAunwindingelements)·富含反向重復(fù)序列(InvertedRe