细胞骨架蛋白

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1、第八章第八章 细胞骨架蛋白细胞骨架蛋白 第一节第一节 概论概论 第二节第二节 中间丝蛋白质中间丝蛋白质 第三节第三节 肌动蛋白微丝系统肌动蛋白微丝系统 第四节第四节 微管系统蛋白质微管系统蛋白质细胞骨架蛋白：细胞骨架蛋白：细胞质中由蛋白丝组成的非膜相细胞质中由蛋白丝组成的非膜相 结构系统的蛋白质结构系统的蛋白质称为细胞骨架蛋白称为细胞骨架蛋白.细胞骨架系统：细胞骨架系统：微丝、微管和中间丝组成微丝、微管和中间丝组成。三个系统分别由许多性质不同的蛋白质所构三个系统分别由许多性质不同的蛋白质所构成，但它们的成，但它们的三维结构、装配和解聚、以及功能三维结构、装配和解聚、以及功能却有明显的共同之处。

2、却有明显的共同之处。微管、微丝和中间丝蛋白免疫荧光图片微管、微丝和中间丝蛋白免疫荧光图片大鼠肾细胞系（大鼠肾细胞系（PtK-1PtK-1）；绿色荧光（蛋白质）：红色荧光（细胞核）；绿色荧光（蛋白质）：红色荧光（细胞核DNADNA）广义的细胞骨架还包括广义的细胞骨架还包括 核骨架核骨架（nucleoskeletonnucleoskeleton）、）、核纤层核纤层（nuclear nuclear laminalamina）细胞外基质细胞外基质（extracellular matrixextracellular matrix）三者三者形成贯穿于形成贯穿于细胞核、细胞质、细胞外的一体化细胞核、细胞质、

3、细胞外的一体化网络结构。网络结构。构成细胞骨架的构成细胞骨架的主要蛋白质主要蛋白质：肌动蛋白（肌动蛋白（肌动蛋白相关蛋白肌动蛋白相关蛋白）微管蛋白（微管蛋白（微管相关蛋白微管相关蛋白）中丝间蛋白（中丝间蛋白（各种中间丝相关蛋白各种中间丝相关蛋白）本章主要介绍它们的本章主要介绍它们的分子特征分子特征，功能，功能，纤丝的形成与解聚纤丝的形成与解聚的调控。的调控。细胞骨架的功能：细胞骨架的功能：维持细胞一定的形状；维持细胞一定的形状；参与动物细胞的运动参与动物细胞的运动（如巨噬细胞、白细胞通过（如巨噬细胞、白细胞通过 阿米巴样的作用在组织中迁移与骨架的聚合阿米巴样的作用在组织中迁移与骨架的聚合 和解

4、聚相关。细胞分裂、收缩、细胞的纤毛和解聚相关。细胞分裂、收缩、细胞的纤毛 活动都与细胞骨架有关。活动都与细胞骨架有关。)细胞内部成分的转运细胞内部成分的转运（如神经轴突的生长，达（如神经轴突的生长，达 500cm500cm或更长。细胞分裂时，染色质向细胞的或更长。细胞分裂时，染色质向细胞的 转移）转移）细胞骨架的主要功能细胞骨架的主要功能（来自（来自 G.Karp 2002G.Karp 2002）第一节第一节 概论概论 一、细胞骨架的概念一、细胞骨架的概念 二、纤丝系统的功能二、纤丝系统的功能 三、相关蛋白的功能三、相关蛋白的功能 一、细胞骨架的概念一、细胞骨架的概念 当当细胞膜被非离子型表面

5、活性剂细胞膜被非离子型表面活性剂破坏破坏时，大部分胞质流失，这一部时，大部分胞质流失，这一部分称分称胞液（胞液（cytosolcytosol）。细胞骨架（细胞骨架（cytoskeletoncytoskeleton）：）：细胞流失胞液后的不细胞流失胞液后的不溶残余部分溶残余部分,仍保持细胞外形仍保持细胞外形,具有决定细胞形态作用的具有决定细胞形态作用的纤维网络。纤维网络。细胞骨架相关蛋白：细胞骨架相关蛋白：在肌动蛋白微丝、中间丝、微在肌动蛋白微丝、中间丝、微管纤丝纯化时被共同纯化的蛋白质，称为管纤丝纯化时被共同纯化的蛋白质，称为相关蛋白相关蛋白（associated proteinsassoci

6、ated proteins）。）。二、纤丝系统的功能二、纤丝系统的功能 纤丝的功能有很多共同之处，如：纤丝的功能有很多共同之处，如：形成网络决定细胞的形状；形成网络决定细胞的形状；加固细胞成分；加固细胞成分；纤维收缩纤维收缩（反平行纤丝滑行）如肌肉收缩；（反平行纤丝滑行）如肌肉收缩；杆体收缩杆体收缩（平行纤丝滑行）（平行纤丝滑行）,如纤毛和鞭毛活动；如纤毛和鞭毛活动；导向转运的轨道导向转运的轨道，如神经细胞中沿微管转运物质或颗粒；，如神经细胞中沿微管转运物质或颗粒；沿纤丝传导信息。沿纤丝传导信息。三、相关蛋白的功能三、相关蛋白的功能相关蛋白通过以下方式相关蛋白通过以下方式控制纤丝聚合控制纤丝聚

7、合：与单体结合与单体结合,防止单体聚合；防止单体聚合；启动聚合过程；启动聚合过程；当聚合达到一定长度后封闭纤丝的尾端（加帽）；当聚合达到一定长度后封闭纤丝的尾端（加帽）；通过等量蛋白结合促进纤丝延长；通过等量蛋白结合促进纤丝延长；促进解聚，包括切短；促进解聚，包括切短；通过酶学作用修饰聚合体的亚单位；通过酶学作用修饰聚合体的亚单位；结合在纤丝的周边而加固纤丝；结合在纤丝的周边而加固纤丝；将纤丝交联成束或网络；将纤丝交联成束或网络；有时形成纤丝突起，与其他类型纤丝、膜系统相互作用，通有时形成纤丝突起，与其他类型纤丝、膜系统相互作用，通过结构间的张力，形成交联桥，产生运动。过结构间的张力，形成交联

8、桥，产生运动。第二节第二节 中中 间间 丝丝 一、中间丝的结构一、中间丝的结构 二、组成中间丝的蛋白质及其分类二、组成中间丝的蛋白质及其分类 三、中间丝相关蛋白三、中间丝相关蛋白 四、中间丝的功能四、中间丝的功能 一、中间丝的结构一、中间丝的结构 各种各种中间丝（中间丝（IFIF）结构非常相似，直径结构非常相似，直径10nm,10nm,处于微处于微管和微丝之间，故名中间丝（或管和微丝之间，故名中间丝（或10nm10nm纤丝）。纤丝）。几种中间纤维的模式图几种中间纤维的模式图 中间丝中间丝巢蛋白巢蛋白 (Nestin,(Nestin,一种中间丝一种中间丝蛋白，绿蛋白，绿)神经胶质纤维酸性蛋白神经

9、胶质纤维酸性蛋白（GFAP,GFAP,红）红）IFIF的蛋白质的蛋白质分子量和等电点分子量和等电点不同，分成几类：不同，分成几类：细胞角蛋白（细胞角蛋白（cytokeratincytokeratin）结蛋白（结蛋白（desmindesmin）波形蛋白（波形蛋白（vimentinvimentin）神经丝蛋白（神经丝蛋白（neurofilament proteinneurofilament protein）胶质原纤维酸性蛋白（胶质原纤维酸性蛋白（glial fibrillary glial fibrillary acidic protein,GFAP acidic protein,GFAP）核纤层

10、蛋白（核纤层蛋白（laminlamin）等。）等。有些细胞有些细胞IFIF很多，如上皮细胞很多，如上皮细胞(皮肤抗磨擦和皮肤抗磨擦和脱水脱水)，有的细胞完全没有。，有的细胞完全没有。IFIF蛋白的分子特征蛋白的分子特征 分子中有一个分子中有一个中间结构域中间结构域，其中，其中93%93%氨基酸可形成氨基酸可形成螺旋，螺旋，也称也称杆状结构域（杆状结构域（rod domainrod domain），N N端有端有Mr15kDMr15kD头部，头部，C C端为端为Mr5-10kDMr5-10kD尾部。尾部。杆状结构域杆状结构域具有具有7 7氨基酸重复序列氨基酸重复序列，它们形成，它们形成卷曲螺卷曲

11、螺旋（旋（coiled coilcoiled coil），杆状结构域长度比较恒定（约，杆状结构域长度比较恒定（约310310个氨基酸残基）个氨基酸残基）。两端两端为为非螺旋区非螺旋区，尾部尾部耐受胰凝乳蛋白酶耐受胰凝乳蛋白酶的水解，的水解，头部头部有许多有许多折叠结构折叠结构，可被，可被胰凝乳蛋白酶水解胰凝乳蛋白酶水解。中间丝的结构 中间丝结构装配和排列尚有争议。中间丝结构装配和排列尚有争议。IF单体二聚体 双极性四聚体（中间丝中为平行四聚体）原丝（双股结构）中间丝(八条原纤维)二、中间丝的蛋白质及其分类二、中间丝的蛋白质及其分类 据据氨基酸序列、基因结构、组装特性及组织特异性表达氨基酸序列、

12、基因结构、组装特性及组织特异性表达模式模式型型（酸性）角蛋白；（酸性）角蛋白；型型（中性和碱性）角蛋白；（中性和碱性）角蛋白；型，型，如波形蛋白、结蛋白、胶质纤维酸性蛋白及外周蛋白；如波形蛋白、结蛋白、胶质纤维酸性蛋白及外周蛋白；型，型，包括神经丝蛋白和包括神经丝蛋白和-介连蛋白；介连蛋白；型，型，包括核纤层蛋白包括核纤层蛋白A A及其剪切体核纤层蛋白及其剪切体核纤层蛋白C C，核纤层蛋白，核纤层蛋白B1B1和和B2B2；型，型，包括巢蛋白、微管卷曲蛋白和包括巢蛋白、微管卷曲蛋白和desmuslindesmuslin。植物、真核微生物、非脊椎动物细胞也有植物、真核微生物、非脊椎动物细胞也有IF

13、IF，结构基本相，结构基本相似，了解还不多。似，了解还不多。（一）角蛋白（一）角蛋白（IFIF多肽多肽型和型和型的异多聚体）型的异多聚体）角蛋白家族角蛋白家族是是IFIF蛋白中存在蛋白中存在最多的一类最多的一类。据硫含量的多少（即二硫键）将据硫含量的多少（即二硫键）将角蛋白分为角蛋白分为硬角蛋白和软角硬角蛋白和软角蛋白，蛋白，占上皮细胞胞质蛋白的占上皮细胞胞质蛋白的80%80%。角蛋白种类很多，皮肤细胞。角蛋白种类很多，皮肤细胞至少至少3030种种。角蛋白分子通常形成角蛋白分子通常形成异多聚体异多聚体，即由一个，即由一个型型（酸性的）二（酸性的）二聚体和一个聚体和一个型型（中性（中性/碱性）二

14、聚体组成碱性）二聚体组成异四聚体异四聚体。角蛋白有形成束的特性。角蛋白有形成束的特性。最易观察到的是最易观察到的是硬角蛋白硬角蛋白，分布在分布在毛发、甲、角和蹄等毛发、甲、角和蹄等。这些组织的形成是由于。这些组织的形成是由于整个细胞的固化，整个细胞的固化，而不是简单的将硬角蛋白分泌到表面。而不是简单的将硬角蛋白分泌到表面。（二）同多聚体（二）同多聚体型型IFIF 在各种在各种非表皮细胞非表皮细胞内形成中间丝，其氨基酸内形成中间丝，其氨基酸同源性很高。包括以下几种：同源性很高。包括以下几种：1.1.波形蛋白波形蛋白2.2.结蛋白结蛋白 3.3.胶质原纤维酸性蛋白（胶质原纤维酸性蛋白（GFAPGF

15、AP）4.4.外周蛋白（外周蛋白（peripherinperipherin）1.1.波形蛋白波形蛋白（vimentinvimentin）间质细胞（如成纤维细胞）的主要结构蛋白，间质细胞（如成纤维细胞）的主要结构蛋白，C C端端尾部尾部特异地结合于特异地结合于细胞核外膜细胞核外膜，N N端头部结合细胞膜端头部结合细胞膜，故在故在细胞核和细胞膜之间形成联接。细胞核和细胞膜之间形成联接。波形蛋白有波形蛋白有蛋白激酶蛋白激酶C C和蛋白激酶和蛋白激酶A A磷化位点，通过磷化位点，通过磷酸化与去磷酸化磷酸化与去磷酸化，可改变不溶，可改变不溶的中间丝网络。的中间丝网络。波形蛋白波形蛋白/胆碱乙酰基转移酶

16、2.2.结蛋白结蛋白 结蛋白（结蛋白（desmindesmin）是是肌细胞的主要肌细胞的主要IFIF蛋白蛋白，在平滑肌，在平滑肌中含量特别丰富。中含量特别丰富。在平滑肌细胞中，结蛋白中间丝形成一个相互连接在平滑肌细胞中，结蛋白中间丝形成一个相互连接的网络，连接的网络，连接胞质的致密体（胞质的致密体（dense bodiesdense bodies，相当于横，相当于横纹 肌 的纹 肌 的 Z-Z-盘）和 细 胞 膜 的 致 密 体 斑 块（盘）和 细 胞 膜 的 致 密 体 斑 块（d e n s e d e n s e plaquesplaques）。在横纹肌中，结蛋白靠近两个细胞在横纹肌中，

17、结蛋白靠近两个细胞的细胞膜连接的细胞膜连接 ，也存在于，也存在于Z-Z-盘。盘。心肌结蛋白染色心肌结蛋白染色3.3.胶质原纤维酸性蛋白（胶质原纤维酸性蛋白（GFAPGFAP）胶质细胞专一的中间丝，具有胶质细胞专一的中间丝，具有支持神经支持神经细胞细胞的作用。的作用。GFAPGFAP可作为免疫标记。可作为免疫标记。4.4.外周蛋白（外周蛋白（peripherinperipherin）存在于存在于外周神经系统和某些中枢神经系统的神经细外周神经系统和某些中枢神经系统的神经细胞胞。它可与。它可与型型IFIF多肽聚集，但在性质上更类似于结多肽聚集，但在性质上更类似于结蛋白和波形蛋白。蛋白和波形蛋白。皮肤

18、过度松弛症皮肤过度松弛症(遗传遗传缺陷缺陷)胶原纤维不能正确地装配胶原纤维不能正确地装配（三）神经丝蛋白（三）神经丝蛋白 神经细胞的中间丝神经细胞的中间丝称为称为神经丝神经丝（neurofilaments,neurofilaments,NFsNFs），由神经丝蛋白组成。），由神经丝蛋白组成。神经丝蛋白神经丝蛋白:异多聚体异多聚体，三种亚基：三种亚基：NF-NF-轻链（轻链（NF-NF-L L）、）、NF-NF-中间链（中间链（NF-MNF-M）和）和NF-NF-重链（重链（NF-HNF-H）。单一的单一的NF-LNF-L可聚合成丝状体可聚合成丝状体，而，而NF-MNF-M和和NF-HNF-H不

19、能聚不能聚合；合；分子中多个磷酸化位点，带多个负电荷分子中多个磷酸化位点，带多个负电荷。C C末端：末端：富含谷氨酸富含谷氨酸；用；用蛋白酶处理蛋白酶处理后，残余的后，残余的10nm10nm纤丝与其他类型的中间丝差异很小。纤丝与其他类型的中间丝差异很小。（四）核纤层蛋白（四）核纤层蛋白 核膜内表面的一层网络状纤维蛋核膜内表面的一层网络状纤维蛋白质白质，称，称核纤层（核纤层（nuclear laminanuclear lamina）脊椎动物细胞中有脊椎动物细胞中有三种类型的核纤层蛋白三种类型的核纤层蛋白(A,B,C),(A,B,C),A A和和C:C:是是不同的剪接体不同的剪接体；B:B:由另一

20、基因编码由另一基因编码,经翻译后经翻译后修饰修饰,在在C C端添加端添加疏水的异丙基疏水的异丙基,以帮助核纤层蛋白以帮助核纤层蛋白B B插插入到核膜的内脂层入到核膜的内脂层。核纤层蛋白的功能：核纤层蛋白的功能：1.1.保持核的形态：保持核的形态：是是核被膜的支架核被膜的支架。用用高盐溶液、非离子去污剂和核酸酶高盐溶液、非离子去污剂和核酸酶去除核物质，剩去除核物质，剩余的余的核纤层仍能维持核的轮廓核纤层仍能维持核的轮廓。使胞质骨架和核骨架形。使胞质骨架和核骨架形成网络结构。成网络结构。2.2.参与染色质和核的组装：参与染色质和核的组装：核纤层在细胞分裂时呈周期核纤层在细胞分裂时呈周期性变化性变化

21、.间期核中：间期核中：为染色质提供核为染色质提供核周边锚定位点。周边锚定位点。前期结束时：前期结束时：核纤肽磷酸化，核纤肽磷酸化，核膜解体。核膜解体。分裂末期：分裂末期：核纤肽去磷酸化、核纤肽去磷酸化、重新组装，介导核膜重建。重新组装，介导核膜重建。四、中间丝的功能四、中间丝的功能 了解甚少，主要功能：了解甚少，主要功能：加强细胞韧性、抗张力破坏。加强细胞韧性、抗张力破坏。使使细胞器固定于细胞质，如细胞器固定于细胞质，如角蛋白角蛋白K14K14剔除小鼠线粒剔除小鼠线粒体成簇聚集。体成簇聚集。缺少缺少IFIF的成纤维细胞，细胞核形态失常。的成纤维细胞，细胞核形态失常。第三节第三节 肌动蛋白微丝系

22、统肌动蛋白微丝系统 主要成分是主要成分是肌动蛋白肌动蛋白，肌动蛋白是，肌动蛋白是含量最多的细胞含量最多的细胞骨架蛋白骨架蛋白；物种间；物种间氨基酸高度保守氨基酸高度保守，单体聚合成微丝，单体聚合成微丝后结构也几乎不变。后结构也几乎不变。但是但是不同单体不同单体产生的微丝在产生的微丝在稳定性稳定性和和与其他蛋白与其他蛋白质质（如肌球蛋白）（如肌球蛋白）相互相互作用方面有作用方面有细微的差别细微的差别。一、肌动蛋白单体一、肌动蛋白单体肌动蛋白肌动蛋白是是微丝的结构蛋白微丝的结构蛋白,由由单体和多聚体单体和多聚体两种形式两种形式存在，存在，单体也称球状肌动蛋白单体也称球状肌动蛋白(G-actin),

23、(G-actin),Mr:43kDMr:43kD，由，由两两个结构域个结构域组成，结构域之间为短的组成，结构域之间为短的柔性连接肽（柔性连接肽（ATPATP结合结合部位部位）。单体单体可与其他分子作用可与其他分子作用,包括包括:肌球蛋白（肌球蛋白（myosinmyosin，）、，）、原肌球蛋白原肌球蛋白(tropomyosin)(tropomyosin)、肌动蛋白抑制蛋白、肌动蛋白抑制蛋白（profilinprofilin）和肌动蛋白蚕食蛋白（）和肌动蛋白蚕食蛋白（depactindepactin）等。）等。微丝纤维的负染电镜照片微丝纤维的负染电镜照片微丝纤维结构模型微丝纤维结构模型 二、肌动

24、蛋白微丝的聚合二、肌动蛋白微丝的聚合肌动蛋白多聚体肌动蛋白多聚体形成肌动蛋白丝形成肌动蛋白丝,也称纤维状肌动也称纤维状肌动蛋白蛋白(F-actin)(F-actin)。肌动蛋白纤维由。肌动蛋白纤维由两条线性排列的肌动两条线性排列的肌动蛋白链形成螺旋，蛋白链形成螺旋，状如状如双线捻成的绳子双线捻成的绳子。肌动蛋白微丝的聚合过程肌动蛋白微丝的聚合过程 肌动蛋白纤维装配过程肌动蛋白纤维装配过程:成核、生长、动态平衡成核、生长、动态平衡三个连续的过程。三个连续的过程。肌动蛋白单体有肌动蛋白单体有极性极性,装配呈装配呈头尾相接头尾相接,故故微丝微丝(MF)(MF)有正极与负极有正极与负极。体外实验：体外

25、实验：MFMF正极与负极都能生长，正极生长快，负极慢；正极与负极都能生长，正极生长快，负极慢；去装配去装配时，负极比正极快。时，负极比正极快。由于由于G-actinG-actin在正极端装配，负极去装配。在正极端装配，负极去装配。在体内在体内,有些微丝是永久性的结构有些微丝是永久性的结构,有些微丝是暂时性的结构。有些微丝是暂时性的结构。肌动蛋白丝的分支肌动蛋白丝的分支肌动蛋白可肌动蛋白可聚合成长纤维聚合成长纤维,同时形成同时形成分支结构分支结构。原子力显微镜原子力显微镜(atomic force(atomic force microscope,AFM)microscope,AFM)图图在生长、

26、发育的信号调控中在生长、发育的信号调控中具有重要的调控作用具有重要的调控作用.三、肌动蛋白相关蛋白三、肌动蛋白相关蛋白 肌动蛋白肌动蛋白+肌动蛋白相关蛋白肌动蛋白相关蛋白（actin-actin-associated proteins,AAPassociated proteins,AAP）性质发生改变）性质发生改变.已分离到许多已分离到许多AAPAAP，多数细胞含有，多数细胞含有1010多种多种APPAPP，AAP与肌动蛋白的互作是与肌动蛋白的互作是竞争性的。竞争性的。（一）钙结合蛋白（一）钙结合蛋白 许多许多肌动蛋白相关蛋白（肌动蛋白相关蛋白（AAPAAP）与肌动蛋白结合受）与肌动蛋白结合受

27、CaCa2+2+控制控制,分子中有分子中有专一的专一的CaCa2+2+结合部位结合部位。如如小白蛋白（小白蛋白（parvalvuminparvalvumin）,是一种钙结合蛋白是一种钙结合蛋白,分子中具有分子中具有EFEF手结构手结构,在在钙浓度为钙浓度为1010-6-6mol/Lmol/L时能与钙结时能与钙结合合(胞内外胞内外CaCa2+2+浓度相差浓度相差1 1万倍左右万倍左右),许多钙结合蛋白都许多钙结合蛋白都有类似结构。有类似结构。（二）控制聚合的蛋白质（二）控制聚合的蛋白质 这类蛋白质能够通过这类蛋白质能够通过加帽加帽（cappingcapping）、单、单体结合体结合（monome

28、r-sequesteringmonomer-sequestering）和解聚和解聚(depolymerizationdepolymerization)来控制来控制肌动蛋白的聚合肌动蛋白的聚合，有以下几类：有以下几类：1.1.加帽蛋白（加帽蛋白（capping proteincapping protein）可可选择性阻断选择性阻断F-F-肌动蛋白微丝的一端肌动蛋白微丝的一端.如如倒刺端加帽蛋白会造倒刺端加帽蛋白会造成微丝缩短成微丝缩短，而，而尖端加帽蛋白会造成微丝的延长尖端加帽蛋白会造成微丝的延长。这种作用使这种作用使细胞骨架重排细胞骨架重排，对那些，对那些高运动性细胞高运动性细胞特别重要。特别

29、重要。尖端加帽蛋白尖端加帽蛋白:辅肌动蛋白（辅肌动蛋白（-actinin-actinin）,Mr,Mr类似肌动蛋白。类似肌动蛋白。倒刺端加帽蛋白倒刺端加帽蛋白:简称简称HAIHAI，MrMr约约20kD20kD，可能是，可能是MrMr为为150kD-200kD150kD-200kD 蛋白质的水解产物。蛋白质的水解产物。肌动蛋白丝两端生长肌动蛋白丝两端生长 用加帽蛋白用加帽蛋白封住负端封住负端,微丝继续快速加长微丝继续快速加长,假如用加帽蛋白假如用加帽蛋白封住正端封住正端,F-,F-肌动蛋白加长的速率非常慢，表明肌动蛋白加长的速率非常慢，表明正端是生长端。正端是生长端。2.F-2.F-肌动蛋白切

30、割蛋白肌动蛋白切割蛋白 钙结合蛋白，但无钙结合蛋白，但无EFEF手结构，故不属钙调蛋白类。手结构，故不属钙调蛋白类。常见有常见有胶溶蛋白（胶溶蛋白（gelsolingelsolin），），该蛋白该蛋白既具有倒刺既具有倒刺端加帽蛋白活性，又具有钙激活的微丝切割活性。端加帽蛋白活性，又具有钙激活的微丝切割活性。存在于细胞中，也可分泌入血存在于细胞中，也可分泌入血（有一段分泌前导（有一段分泌前导肽）。血中肽）。血中胶溶蛋白胶溶蛋白具有具有清除死亡细胞释放入血的清除死亡细胞释放入血的F-F-肌动蛋白肌动蛋白功能。功能。肠绒毛蛋白（肠绒毛蛋白（villinvillin）：）：具具CaCa2+2+依赖性切

31、割活性；依赖性切割活性；片段化蛋白（片段化蛋白（fragminfragmin）：）：参与肌动蛋白的切割调节；参与肌动蛋白的切割调节；肌割蛋白（肌割蛋白（severinseverin）：）：具具加帽和切割活性；加帽和切割活性；胶溶蛋白及相关切割蛋白胶溶蛋白及相关切割蛋白也有也有肌动蛋白聚合的肌动蛋白聚合的成核作成核作用用。当将其当将其加入加入G-G-肌动蛋白溶液时，肌动蛋白溶液时，G-G-肌动蛋白的聚合肌动蛋白的聚合反应加强。反应加强。3 3肌动蛋白单体结合蛋白肌动蛋白单体结合蛋白 能与能与G-G-肌动蛋白单体形成肌动蛋白单体形成1:11:1复合物，阻止肌动蛋白复合物，阻止肌动蛋白聚合。聚合。如

32、如肌动蛋白抑制蛋白（肌动蛋白抑制蛋白（profilinprofilin）是一种小分子碱是一种小分子碱性多肽（性多肽（M Mr12kD-15kDr12kD-15kD），首先从），首先从胸腺获得胸腺获得，血小板中，血小板中含量最高；含量最高；酵母中酵母中也发现一些大小和性质相似的蛋白质。也发现一些大小和性质相似的蛋白质。体外实验发现，体外实验发现，它能它能降低降低G-G-肌动蛋白单体聚合反应肌动蛋白单体聚合反应。敲除其基因的酵母不能成活敲除其基因的酵母不能成活(致死性致死性)。4 4F-F-肌动蛋白解聚蛋白肌动蛋白解聚蛋白 小分子肌动蛋白，小分子肌动蛋白，具有胶溶蛋白和肌动蛋白抑制蛋具有胶溶蛋白和

33、肌动蛋白抑制蛋白的双重活性白的双重活性，能，能切割切割F-F-肌动蛋白肌动蛋白并结合并结合G-G-肌动蛋白肌动蛋白单体，这些蛋白被称为单体，这些蛋白被称为肌动蛋白解聚因子。肌动蛋白解聚因子。如如人类大脑人类大脑分离的分离的cofilincofilin（磷蛋白，去磷酸化后易位到细磷蛋白，去磷酸化后易位到细胞核，胞核，CofilinCofilin在在细胞的运动细胞的运动中具有广泛而重要的作用中具有广泛而重要的作用），），肾肾脏脏分离的分离的destrindestrin，从，从星鱼卵细胞星鱼卵细胞分离的分离的肌动蛋白蚕食蛋白肌动蛋白蚕食蛋白（depactindepactin）和从）和从星鱼星鱼分离的

34、分离的载肌动蛋白（载肌动蛋白（actophorinactophorin）均属均属于这一类。于这一类。（三）产生力的蛋白质（分子马达）（三）产生力的蛋白质（分子马达）主要为主要为肌球蛋白类肌球蛋白类，可，可组成粗丝，组成粗丝，具具ATPATP酶活酶活。肌球蛋白超家族肌球蛋白超家族分分1818类类，分为，分为传统肌球蛋白传统肌球蛋白和和非传统非传统肌球蛋白肌球蛋白，只有，只有肌球蛋白肌球蛋白为传统肌球蛋白，为传统肌球蛋白，其余为非其余为非传统肌球蛋白。传统肌球蛋白。这类蛋白在肌肉中含量非常丰富，易聚合和解聚，故这类蛋白在肌肉中含量非常丰富，易聚合和解聚，故很容易纯化。很容易纯化。常见：常见：肌球蛋

35、白肌球蛋白:（不加入粗丝不加入粗丝），使），使膜性小囊泡沿着肌动蛋白束膜性小囊泡沿着肌动蛋白束运动运动；从阿米巴中曾分离到两种不同的肌球蛋白，即；从阿米巴中曾分离到两种不同的肌球蛋白，即肌肌球蛋白球蛋白IAIA和肌球蛋白和肌球蛋白IBIB。肌球蛋白肌球蛋白:(聚合并加入粗丝聚合并加入粗丝）,与肌肉收缩相关。与肌肉收缩相关。（四）交联和促进成束的蛋白（四）交联和促进成束的蛋白 1 1、血影蛋白及相关蛋白、血影蛋白及相关蛋白 血影蛋白（血影蛋白（spectrinspectrin）首先从首先从红细胞红细胞获得，故得名。从获得，故得名。从脑脑获获得的称得的称胞影蛋白（胞影蛋白（fodrinfodrin

36、）。红细胞膜骨架的主要成份，红细胞膜骨架的主要成份，分子含分子含a a链和链和链，链，Mr.Mr.均约为均约为230kD230kD。两个亚基两个亚基反向平行排列反向平行排列,扭曲成麻花状，形成异扭曲成麻花状，形成异二聚体二聚体,两个异二聚体两个异二聚体头头-头连接头连接成成200nm200nm长的长的四聚体。四聚体。再进一步形成再进一步形成“连连接复合物接复合物”。连接复合物的形成连接复合物的形成 2.2.辅肌动蛋白辅肌动蛋白 辅肌动蛋白（辅肌动蛋白（-actinin-actinin）是保持肌节是保持肌节（sarcomeressarcomeres）的重要元件。）的重要元件。该蛋白是该蛋白是肌动

37、蛋白成束的主要交联蛋白之一肌动蛋白成束的主要交联蛋白之一，使使肌动蛋白束次序排列肌动蛋白束次序排列。在。在非肌细胞中非肌细胞中则与则与F-F-肌动蛋白肌动蛋白的作用大致相同（的作用大致相同（有血影蛋白样结构域有血影蛋白样结构域）。）。辅肌动蛋白通过与辅肌动蛋白通过与整连蛋白、钙粘蛋白等整连蛋白、钙粘蛋白等作用作用,稳定细胞粘附、调节细胞形状及细胞运动等稳定细胞粘附、调节细胞形状及细胞运动等.3 3、凝胶因子、凝胶因子 有有肌动蛋白结合位点肌动蛋白结合位点，将肌动蛋白丝交织成网，将肌动蛋白丝交织成网，使之形成疏松而高度黏稠的胶体。使之形成疏松而高度黏稠的胶体。如如 肌 动 蛋 白 结 合 蛋 白

38、（肌 动 蛋 白 结 合 蛋 白（A B PA B P）和和 细 丝 蛋 白细 丝 蛋 白（filaminfilamin）。都是。都是双极同二聚体双极同二聚体，长杆状分子，有相，长杆状分子，有相当的弯曲性，与肌动蛋白结合时对钙不敏感。当的弯曲性，与肌动蛋白结合时对钙不敏感。4 4、肌肉收缩相关的蛋白质、肌肉收缩相关的蛋白质（1）肌动蛋白肌动蛋白 肌动蛋白纤维肌动蛋白纤维由由两条肌动蛋白链形成的螺旋两条肌动蛋白链形成的螺旋，如双，如双线捻成的绳子。肌动蛋白线捻成的绳子。肌动蛋白单体为球形分子单体为球形分子，称，称球形肌动球形肌动蛋白蛋白(G-actin)，其多聚体称，其多聚体称纤维形肌动蛋白纤维

39、形肌动蛋白F-actinF-actin 。（2 2）肌球蛋白（）肌球蛋白（myosinmyosin）如前述，属于如前述，属于马达蛋白马达蛋白，利用，利用ATPATP产能，最初发现于产能，最初发现于肌肉组肌肉组织织(myosin II)(myosin II)，后发现多种，后发现多种非肌细胞非肌细胞myosinmyosin。目前已发现。目前已发现1818种种类型类型。Myosin IIMyosin II是构成肌纤维的主要成分之一。由是构成肌纤维的主要成分之一。由两条重链和两条重链和两条两条轻链组成，并两个分子尾部相连，缔合形成粗丝双极性结构，轻链组成，并两个分子尾部相连，缔合形成粗丝双极性结构，球

40、形的头部具有球形的头部具有ATPATP酶活性酶活性肌球蛋白缔合形成肌球蛋白缔合形成粗丝双极性结构粗丝双极性结构由由2 2条轻链和条轻链和2 2条重链条重链组成的肌球蛋白分子组成的肌球蛋白分子肌小节模式图肌小节模式图M lineM M蛋白蛋白(肌联蛋白肌联蛋白,titin,titin）肌小节中粗丝在细丝肌小节中粗丝在细丝间滑动模式间滑动模式（3 3）原肌球蛋白（）原肌球蛋白（tropomyosintropomyosin）原肌球蛋白（原肌球蛋白（tropomyosin.Tmtropomyosin.Tm）分子量分子量64KD64KD，由两条平行的，由两条平行的多肽链扭成螺旋，每个多肽链扭成螺旋，每个

41、TmTm分子长分子长41nm41nm，具有，具有7 7个肌动蛋白结合位个肌动蛋白结合位点点，呈长杆状，呈长杆状，结合于肌动蛋白结合于肌动蛋白双螺旋的沟中双螺旋的沟中。作用作用:是加强和稳定肌动蛋白丝，是加强和稳定肌动蛋白丝，抑制肌动蛋白与肌球蛋白结合。抑制肌动蛋白与肌球蛋白结合。细丝细丝:F F肌动蛋白、原肌球蛋白和肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白组成。肌钙蛋白组成。（4 4）肌钙蛋白（）肌钙蛋白（troponintroponin）肌钙蛋白（肌钙蛋白（troponin,Tntroponin,Tn），Mr.80KDMr.80KD，三个亚基三个亚基：肌钙蛋白肌钙蛋白C C（TnCTnC）特异地与钙结

42、合特异地与钙结合;肌钙蛋白肌钙蛋白T T（TnTTnT）与原肌球蛋白有高与原肌球蛋白有高度亲和力，度亲和力，肌钙蛋白肌钙蛋白I I（TnITnI）抑制肌球蛋白的抑制肌球蛋白的ATPATP酶活性，细丝酶活性，细丝中每隔中每隔40nm40nm就有一个肌钙蛋白复合体。就有一个肌钙蛋白复合体。当当肌质内钙离子浓度升高肌质内钙离子浓度升高时，时，CaCa2 2与与TnCTnC结合，构象改变，结合，构象改变，TnTTnT牵动原肌球蛋白牵动原肌球蛋白，使其与，使其与F-F-肌动蛋白脱离接触，从而肌动蛋白脱离接触，从而暴露肌暴露肌动蛋白单体上的肌球蛋白结合位点动蛋白单体上的肌球蛋白结合位点。促使。促使肌球蛋白

43、与肌动蛋白肌球蛋白与肌动蛋白相互作用形成横桥相互作用形成横桥，引起肌肉引缩。，引起肌肉引缩。troponin肌肉收缩肌肉收缩(摆动联桥模型，摆动联桥模型，swinging cross-swinging cross-bridge model)bridge model)肌细胞膜兴奋肌细胞膜兴奋传导到终池传导到终池终池终池Ca2+Ca2+释放释放肌浆肌浆Ca2+Ca2+浓度增高浓度增高Ca2+Ca2+与肌钙蛋白结与肌钙蛋白结合合原肌球蛋白变构原肌球蛋白变构肌球蛋白横桥头与肌动蛋白结合肌球蛋白横桥头与肌动蛋白结合横桥头横桥头ATPATP酶激活分解酶激活分解ATPATP横桥扭动横桥扭动细丝向粗肌丝滑行细

44、丝向粗肌丝滑行肌小节缩短肌小节缩短。5 5钙调结合蛋白（钙调结合蛋白（caldesmoncaldesmon）是与是与肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和钙调蛋白互作肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和钙调蛋白互作的的平平滑肌和非肌调节蛋白滑肌和非肌调节蛋白。平滑肌钙调结合蛋白。平滑肌钙调结合蛋白C-C-末端具有钙调蛋末端具有钙调蛋白、原肌球蛋白和肌动蛋白结合区白、原肌球蛋白和肌动蛋白结合区，N-N-末端具有肌球蛋白结合末端具有肌球蛋白结合区区。通过二硫键形成寡聚体，通过二硫键形成寡聚体，分子的两端可与分子的两端可与F-F-肌动蛋白结合使肌动蛋白结合使其成束其成束,与与肌动蛋白的作用可被原肌球蛋白所增强

45、。肌动蛋白的作用可被原肌球蛋白所增强。1 1个钙调结个钙调结合蛋白可结合合蛋白可结合1414个肌动蛋白单体。个肌动蛋白单体。（五）连接细胞膜与（五）连接细胞膜与F-F-肌动蛋白的蛋白质肌动蛋白的蛋白质 如如粘着斑蛋白（粘着斑蛋白（vinculinvinculin）、踝蛋白）、踝蛋白（talintalin）、锚蛋白（）、锚蛋白（ankyrinankyrin）、膜联蛋白）、膜联蛋白（annexinsannexins）、膜桥蛋白（）、膜桥蛋白（ponticulinponticulin）等。等。可与可与F-F-肌动蛋白结合并将其连接到细胞膜。肌动蛋白结合并将其连接到细胞膜。四、肌动蛋白微丝的功能四、肌

46、动蛋白微丝的功能 细胞结构与细胞运动。细胞结构与细胞运动。细胞分裂细胞分裂，特别是后期，需肌动蛋白锚定于细胞膜。，特别是后期，需肌动蛋白锚定于细胞膜。近来发现，近来发现，细胞骨架与细胞凋亡有关。细胞骨架与细胞凋亡有关。LanerolleLanerolle和同事发现和同事发现,HL-60,HL-60细胞株凋亡时，细胞株凋亡时，F-F-肌肌动蛋白先短暂聚合动蛋白先短暂聚合，但，但后期即发生解聚后期即发生解聚，肌动蛋白微丝，肌动蛋白微丝形态上发生剧烈的变化。形态上发生剧烈的变化。细胞器的转运细胞器的转运肌动蛋白纤维肌动蛋白纤维肌球蛋白肌球蛋白含细胞器和囊泡的胞质流含细胞器和囊泡的胞质流静态胞质中的叶

47、绿体静态胞质中的叶绿体液泡液泡第四节第四节 微管系统微管系统 几乎所有真核细胞都含微管几乎所有真核细胞都含微管,大多数微管是大多数微管是单一圆筒单一圆筒状状,少数微管呈少数微管呈双圆筒状双圆筒状（如鞭毛）（如鞭毛）,囊状体（囊状体（busal busal bodiesbodies）和中心粒中的微管）和中心粒中的微管是是三圆筒状三圆筒状。目前认为目前认为微管中微管中（但不是全部）（但不是全部）含有高度保守的微管含有高度保守的微管蛋白蛋白。微管蛋白微管蛋白M Mr r在在55kD55kD左右左右,微管蛋白（小）微管蛋白（小）,微管蛋微管蛋白（大）白（大）,形成形成二聚体二聚体。向细胞中央辐射的微管

48、向细胞中央辐射的微管 一、微管的结构一、微管的结构 多数天然微管由多数天然微管由1313条原丝组成条原丝组成，少数微管有少数微管有7 7、9 9、1212或或1515条原丝条原丝。纯化的微管蛋白在纯化的微管蛋白在体外重新聚合，体外重新聚合，得到的微管得到的微管大大多数含多数含1313条原丝条原丝，但也会出现一定比例的，但也会出现一定比例的1414和和1515条原条原丝微管丝微管，表明在，表明在蛋白纯化时丢失了一些细胞成分，使蛋白纯化时丢失了一些细胞成分，使原丝数目发生了变化。原丝数目发生了变化。微管纤维微管纤维 微管是微管是由由1313条原丝（条原丝（protofilamentprotofil

49、ament）构成的中空管状结构。）构成的中空管状结构。二、微管蛋白二、微管蛋白 微管蛋白的微管蛋白的和和两种亚基两种亚基均可结合均可结合GTPGTP，但但GTPGTP是是亚基的亚基的固有组分，不发生水解或交换固有组分，不发生水解或交换；亚基的亚基的GTPGTP可发生水解，结合的可发生水解，结合的GDPGDP可交换为可交换为GTPGTP，可见，可见亚基也是一种亚基也是一种G G蛋白蛋白。多烯紫杉醇 三、微管相关蛋白三、微管相关蛋白 微管相关蛋白微管相关蛋白（microtubule associated microtubule associated proteinsproteins，MAPsMAP

50、s）：至少含一个）：至少含一个结合微管的结构域结合微管的结构域和和一个一个向外突出的结构域。向外突出的结构域。突出部位突出部位伸到微管外与其它细胞组分伸到微管外与其它细胞组分（如微管束、（如微管束、中间纤维、质膜等）结合。中间纤维、质膜等）结合。MAPMAP的主要功能：的主要功能：促进微管聚集成束；促进微管聚集成束；增加微管稳定性或强度；增加微管稳定性或强度；促进微管组装。促进微管组装。主要有两类微管相关蛋白：主要有两类微管相关蛋白：MAPMAP:热敏感热敏感，如，如MAP1aMAP1a、MAP1bMAP1b，主要存在于，主要存在于神经细胞神经细胞 。MAPMAP:热稳定，热稳定，包括包括MA

51、P2aMAP2a、b b、c c，MAP4MAP4和和tautau蛋白。蛋白。MAP2MAP2有多有多个磷酸化位点，磷酸化后与微管的亲和力下降，个磷酸化位点，磷酸化后与微管的亲和力下降，含量减少含量减少会影响树突的生长。会影响树突的生长。四、微管的组装四、微管的组装 微管组织中心微管组织中心（microtubule organizing center MTOCsmicrotubule organizing center MTOCs）是是微管进行组装的区域微管进行组装的区域。着丝粒、成膜体、中心体、基体着丝粒、成膜体、中心体、基体均均具有微管组织中心的功能具有微管组织中心的功能。微管组织中心微管

52、组织中心的的微管球蛋白微管球蛋白，可聚合成环状复合体可聚合成环状复合体，像，像F-F-肌动蛋白的聚合一样肌动蛋白的聚合一样参与微管蛋白的参与微管蛋白的核化核化，帮助帮助和和球蛋白聚球蛋白聚合为微管纤维。合为微管纤维。Gary J.BrouhardGary J.Brouhard（CellCell）20082008，发现，一种催化微管生长的，发现，一种催化微管生长的聚合酶聚合酶（XMAP215XMAP215）促进微管蛋白聚合物结合到微管正极生长端促进微管蛋白聚合物结合到微管正极生长端。中心体（中心体（centrosomecentrosome）由两个相互由两个相互垂直的垂直的中心粒（中心粒（cent

53、riolecentriole）构成）构成，周，周围是一些围是一些无定形或纤维形、高电子密无定形或纤维形、高电子密度的物质，度的物质，叫做叫做外中心粒物质外中心粒物质（pericentriolar materialpericentriolar material，PCMPCM）。）。中心粒中心粒由由9 9组组3 3联微管构成联微管构成，不直接，不直接参与微管蛋白的核化，具有召集参与微管蛋白的核化，具有召集PCMPCM的的作用。作用。中心体中心体中心粒中心粒五、微管的功能五、微管的功能 1、支架作用 微管就像混凝土中的钢筋，微管就像混凝土中的钢筋，起支撑作用。起支撑作用。在培养的细胞中，微管呈在培养

54、的细胞中，微管呈放射放射状排列在核外状排列在核外,（+）端指向质膜，）端指向质膜，平贴在平皿上。平贴在平皿上。以细胞核为中心向外放射状排以细胞核为中心向外放射状排列的微管纤维列的微管纤维（红色）（红色）http:/www.itg.uiuc.edu/http:/www.itg.uiuc.edu/2 2、细胞内运输、细胞内运输 微管起微管起细胞内物质运输的路轨作用细胞内物质运输的路轨作用，破坏微管，破坏微管会抑制细胞内的物质运输。会抑制细胞内的物质运输。与微管结合起运输作用的与微管结合起运输作用的马达蛋白马达蛋白有两大类：有两大类：驱动蛋白（驱动蛋白（kinesinkinesin），），动力蛋白（

55、动力蛋白（dyneindynein），），两者均需两者均需ATPATP提供能量。提供能量。驱动蛋白（驱动蛋白（Kinesin Kinesin）：）：分子特征：分子特征：四聚体：四聚体：两条轻链和两条重链；两条轻链和两条重链；重链重链两个球形的头两个球形的头具有具有ATPATP酶活性；酶活性；螺旋状的杆螺旋状的杆和和两个扇子状的尾两个扇子状的尾。哺乳动物哺乳动物kinesinkinesin样蛋白超过样蛋白超过5050种种。驱动蛋白（驱动蛋白（kinesinkinesin）结合并水解结合并水解ATPATP，分子，分子颈部发生构象改变颈部发生构象改变，使，使两个头部交替两个头部交替与微管结合与微管结

56、合，从而，从而沿微管行走沿微管行走，分子的尾部与，分子的尾部与受体（受体（kinectinkinectin）结合，从而对结合，从而对“货物货物”进行转运进行转运(如轴突如轴突axonaxon末端末端)。动力蛋白（动力蛋白（DyneinDynein）：）：分子量巨大（近分子量巨大（近1.5Md1.5Md），由），由两条两条相同的重链相同的重链和一些和一些种类繁多的轻链种类繁多的轻链以及结合蛋白以及结合蛋白构成。因与鞭毛和纤构成。因与鞭毛和纤毛的运动有关而得名。毛的运动有关而得名。主要作用：主要作用：在细胞分裂中推动染在细胞分裂中推动染色体的分离、驱动鞭毛的运动、向色体的分离、驱动鞭毛的运动、向着

57、微管（着微管（-）极运输小泡。）极运输小泡。3 3、形成纺锤体、形成纺锤体 纺锤体是一种微管构成的动态结构，纺锤体是一种微管构成的动态结构，其作用是其作用是在分裂细胞中牵引染色体到达在分裂细胞中牵引染色体到达分裂极。分裂极。4.4.纤毛与鞭毛的微管构成纤毛与鞭毛的微管构成AB鞭毛中的微管为鞭毛中的微管为9+29+2结结构构，即由，即由9 9个二联微管个二联微管和一对中央微管构成。和一对中央微管构成。二联微管由二联微管由ABAB两个管两个管组成，组成，A A管：管：1313条原纤维组成条原纤维组成B B管：管：1010条原纤维组成条原纤维组成,两者共用两者共用3 3条。条。A A管对着相邻的管对着相邻的B B管伸管伸出出两条动力蛋白臂两条动力蛋白臂,向向外侧伸出外侧伸出3 3条条.