第九章 细胞的骨架体系

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1、第十章第十章 细胞骨架细胞骨架赖晓芳赖晓芳第一节第一节 细胞骨架概述细胞骨架概述 细胞骨架：细胞骨架：cytoskeleton，是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系。，是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系。 1924年，在光学显微镜下发现了应力纤维年，在光学显微镜下发现了应力纤维 1928年，年，Klotzoff提出了细胞骨架的原始概念提出了细胞骨架的原始概念 1963年，采用戊二醛常温固定在细胞中发现微管年，采用戊二醛常温固定在细胞中发现微管 60年代后期，开始了细胞骨架的认识年代后期，开始了细胞骨架的认识 细胞骨架的特点：弥散性、整体性、变动性细胞骨架的特点：弥散性、整体性、变动性 狭义的细胞骨架

2、：细胞质骨架（微丝、微管、中等纤维）狭义的细胞骨架：细胞质骨架（微丝、微管、中等纤维） 广义的细胞骨架：细胞质骨架、细胞核骨架、细胞膜骨架、细广义的细胞骨架：细胞质骨架、细胞核骨架、细胞膜骨架、细胞外基质胞外基质细细胞胞骨骨架架微管微管微丝微丝中间纤维中间纤维细胞骨架的功能细胞骨架的功能 作为动态支架，提供结构支撑，决定细胞形状，抵抗细胞变作为动态支架，提供结构支撑，决定细胞形状，抵抗细胞变形形 作为细胞内一种框架结构，定位细胞器，从而决定细胞的极作为细胞内一种框架结构，定位细胞器，从而决定细胞的极性性 作为细胞内的高速公路网，指导物质和细胞器在细胞内的运作为细胞内的高速公路网，指导物质和细胞

3、器在细胞内的运动动 作为细胞的产力装置，使细胞的迁移行为得以完成作为细胞的产力装置，使细胞的迁移行为得以完成 作为细胞有丝分裂装置的必需组分，参与细胞分裂的完成作为细胞有丝分裂装置的必需组分，参与细胞分裂的完成 作为锚定作为锚定mRNA并促进其翻译成多肽的位点并促进其翻译成多肽的位点 作为信号转导的成分，参与信号转导作为信号转导的成分，参与信号转导细胞骨架功能细胞骨架功能细胞骨架的研究方法细胞骨架的研究方法 荧光显微术荧光显微术-观察细胞骨架及骨架的动态变化观察细胞骨架及骨架的动态变化 将小分子荧光染料与细胞骨架结构的蛋白质亚基共将小分子荧光染料与细胞骨架结构的蛋白质亚基共价偶联价偶联 目的蛋

4、白与荧光蛋白基因构建到同一个表达载体上目的蛋白与荧光蛋白基因构建到同一个表达载体上 利用录像显微术和聚焦激光束的离体运动分析利用录像显微术和聚焦激光束的离体运动分析 基因工程细胞的应用基因工程细胞的应用 基因敲除基因敲除第二节第二节 微管微管 微管：微管：microtubule，是存在于真核细胞中由微管蛋白，是存在于真核细胞中由微管蛋白装配成的长管状细胞器结构，平均外径为装配成的长管状细胞器结构，平均外径为24nm，内径，内径15nm，通过其亚单位的装配和去装配能改变其长度。，通过其亚单位的装配和去装配能改变其长度。 微管在胞质中形成网络结构，作为运输路轨并起支撑微管在胞质中形成网络结构，作为

5、运输路轨并起支撑作用。对低温、高压、秋水仙素等药物敏感。作用。对低温、高压、秋水仙素等药物敏感。 细胞内微管呈网状或束状分布，并能与其他蛋白共同细胞内微管呈网状或束状分布，并能与其他蛋白共同装配成纺锤体、基粒、中心粒、鞭毛、纤毛、轴突、装配成纺锤体、基粒、中心粒、鞭毛、纤毛、轴突、神经管等结构，参与细胞形态的维持、细胞运动、细神经管等结构，参与细胞形态的维持、细胞运动、细胞分裂。胞分裂。微管微管一、微管的成分、结构及存在形式一、微管的成分、结构及存在形式 由由和和两种微管蛋白亚基二聚体为基本单位装配而成两种微管蛋白亚基二聚体为基本单位装配而成 微管壁一周有微管壁一周有13个个二聚体盘绕成二聚体

6、盘绕成1、微管的成分和结构、微管的成分和结构 微管是由微管是由13 条原纤维构成的中空管状结构，条原纤维构成的中空管状结构， 直径直径2225nm。 每一条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成每一条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成 微管蛋白二聚体由结构相似的微管蛋白二聚体由结构相似的和和球蛋白构成。球蛋白构成。 球蛋白结合的球蛋白结合的GTP从不发生水解或交换。从不发生水解或交换。 球蛋白也是一种球蛋白也是一种G蛋白，结合的蛋白，结合的GTP可发生水解，可发生水解，结合的结合的GDP可交换为可交换为GTP。微管的结构和组成微管的结构和组成秋水仙素或长春碱秋水仙素或长春碱2、微管的存在形式、微管

7、的存在形式 微管可装配面单管、二联管（鞭毛、纤毛）、微管可装配面单管、二联管（鞭毛、纤毛）、三联管（中心粒、基体）三联管（中心粒、基体） 单管：单管：singlet，可随细胞周期发生变化，在低，可随细胞周期发生变化，在低温、温、Ca2+和秋水仙素作用下容易解聚，属于不和秋水仙素作用下容易解聚，属于不稳定微管，如纺锤体稳定微管，如纺锤体 二联管和三联管只存在于某些特定的细胞器中，二联管和三联管只存在于某些特定的细胞器中，对低温、对低温、Ca2+和秋水仙素不敏感，属于稳定微和秋水仙素不敏感，属于稳定微管管二、微管的装配二、微管的装配 1、体外装配方式、体外装配方式-分为分为3个时期：成核期、延长期

8、、稳定期个时期：成核期、延长期、稳定期 成核期成核期 -微管蛋白和微管蛋白和-微管蛋白形成微管蛋白形成二聚体，二聚体，二聚体先形二聚体先形成环状核心成环状核心(ring)，经过侧面增加二聚体而扩展为片状，经过侧面增加二聚体而扩展为片状螺旋带，螺旋带，二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维(protofilament)。当螺旋带加宽至。当螺旋带加宽至13根原纤维时，即合根原纤维时，即合拢形成一段微管。拢形成一段微管。 延长期延长期 细胞内高浓度的游离微管蛋白使微管聚合速度习快于解细胞内高浓度的游离微管蛋白使微管聚合速度习快于解聚速度，新的二聚体不断加到微管的端点使之

9、延长。聚速度，新的二聚体不断加到微管的端点使之延长。 稳定期稳定期 随着细胞质中游离微管蛋白浓度的下降，达到临界浓度随着细胞质中游离微管蛋白浓度的下降，达到临界浓度时，微管的聚合与解聚速度达到平衡，微管长度相对恒时，微管的聚合与解聚速度达到平衡，微管长度相对恒定。定。 所有的微管都有确定的所有的微管都有确定的极性极性。 （-） （+） 细胞内由微管构成的亚细胞结构也是有极性的。细胞内由微管构成的亚细胞结构也是有极性的。 微管的加上和释放主要发生在（微管的加上和释放主要发生在（+）极，延长主）极，延长主要依靠在（要依靠在（+）极装配）极装配GTP微管蛋白微管蛋白 低温、高的钙浓度使装配平衡趋向于

10、解聚，另外低温、高的钙浓度使装配平衡趋向于解聚，另外微管蛋白浓度、最适微管蛋白浓度、最适pH及能量也影响及能量也影响2、体内装配方式、体内装配方式 装配和去装配在时间和空间上是高度有序的，装配和去装配在时间和空间上是高度有序的，间期，相对平衡；分裂期，受细胞周期的控制，间期，相对平衡；分裂期，受细胞周期的控制，前期胞质微管去装配，再装配成纺锤体，末期前期胞质微管去装配，再装配成纺锤体，末期逆向转变。逆向转变。3、微管装配的动态调节机制、微管装配的动态调节机制动态调节机制：动态调节机制：踏车模型和非稳态动力学模型踏车模型和非稳态动力学模型踏车模型：微管结构具有极性，（踏车模型：微管结构具有极性，

11、（+ +）极的最外端是）极的最外端是，（，（- -）极的）极的最外端是最外端是，二者添加异二聚体的能力不同。初期，游离的微管蛋，二者添加异二聚体的能力不同。初期，游离的微管蛋白二聚体浓度高，在（白二聚体浓度高，在（+ +）极的添加速度高于（）极的添加速度高于（- -）极，微管趋于延）极，微管趋于延长，随着游离的微管蛋白二聚体浓度的下降，长，随着游离的微管蛋白二聚体浓度的下降， （+ +）极的添加速度）极的添加速度与（与（- -）极的解聚速度达到平衡，微管长度相对恒定。）极的解聚速度达到平衡，微管长度相对恒定。非稳态动力学模型：非稳态动力学模型：动力学不稳定性产生的原因：动力学不稳定性产生的原因

12、： 微管两端具微管两端具GTPGTP帽帽( (取决于微管蛋白浓度取决于微管蛋白浓度) )，微管将继续组装，微管将继续组装，反之，形成反之，形成GDPGDP帽则解聚。帽则解聚。微管装配的非稳态动力学模型微管装配的非稳态动力学模型三、微管结合蛋白（三、微管结合蛋白（MAP）MAPMAP分子至少包含一个分子至少包含一个结合微管的结构域和一结合微管的结构域和一个向外突出的结构域。个向外突出的结构域。突出部位伸到微管外与突出部位伸到微管外与其它细胞组分（如微管其它细胞组分（如微管束、中间纤维、质膜）束、中间纤维、质膜）结合。结合。主要功能：主要功能：调节微管调节微管装配。装配。增加微管稳定增加微管稳定性

13、和强度。性和强度。作为细胞作为细胞外信号的靶位点参与信外信号的靶位点参与信号转导。号转导。四、特异性药物四、特异性药物 秋水仙素：秋水仙素：colchicine，阻断阻断微管蛋白装配成微微管蛋白装配成微管，可破坏纺锤体结构。在二聚体上有其结合管，可破坏纺锤体结构。在二聚体上有其结合位点，改变或封闭微管蛋白。与鬼臼素竞争位点，改变或封闭微管蛋白。与鬼臼素竞争 长春花碱：作用同上，但结合位点不同。与美长春花碱：作用同上，但结合位点不同。与美登木竞争登木竞争 紫杉酚：紫杉酚：taxol，促进促进微管装配，并使已形成的微管装配，并使已形成的微管稳定。但其稳定作用对细胞是有害的，使微管稳定。但其稳定作用

14、对细胞是有害的，使细胞停止于有丝分裂期。细胞停止于有丝分裂期。五、微管组织中心五、微管组织中心 Microtubule organizing center，MTOC 间期细胞间期细胞-中心体（中心体（centrosome，动态微管），动态微管） 管蛋白：位于中心体周围的基质中，环管蛋白：位于中心体周围的基质中，环形结构，结构稳定，为形结构，结构稳定，为微管蛋白二聚体提供微管蛋白二聚体提供起始装配位点，所以又叫成核位点起始装配位点，所以又叫成核位点 分裂细胞分裂细胞-有丝分裂纺锤体（动态微管）有丝分裂纺锤体（动态微管） 鞭毛（纤毛）鞭毛（纤毛）-基体（永久性微管）基体（永久性微管） 基体与中心体

15、一样可以自我复制基体与中心体一样可以自我复制中心体中心体管蛋白及成核位点管蛋白及成核位点基体基体六、微管的功能六、微管的功能 维持细胞形态：用秋水仙素处理细胞破坏微管，维持细胞形态：用秋水仙素处理细胞破坏微管，导致细胞变圆导致细胞变圆参与细胞内物质运输参与细胞内物质运输 真核细胞内部是高度区域化的体系真核细胞内部是高度区域化的体系, , 细胞中合成的细胞中合成的物质、一些细胞器等必须经过细胞内运输过程。这种物质、一些细胞器等必须经过细胞内运输过程。这种运输过程与细胞骨架体系中的微管及其马达蛋白运输过程与细胞骨架体系中的微管及其马达蛋白（Motor proteinMotor protein）有关

16、。如神经轴突运输及鱼色素）有关。如神经轴突运输及鱼色素细胞色素颗粒的运输（皮肤颜色变化）。细胞色素颗粒的运输（皮肤颜色变化）。 马达蛋白：需马达蛋白：需ATPATP提供能量作为动力提供能量作为动力 驱动蛋白驱动蛋白(kinesin(kinesin):):通常朝微管的正极方向运动通常朝微管的正极方向运动 胞质动力蛋白胞质动力蛋白(cytoplasmic dynein(cytoplasmic dynein) )：朝微管的：朝微管的负极运动负极运动驱动蛋白和胞质动力蛋白驱动蛋白和胞质动力蛋白驱动蛋白和胞质动力蛋白运输方式驱动蛋白和胞质动力蛋白运输方式神经元轴突的运输类型神经元轴突的运输类型种类种类速

17、度速度成分成分快速转运快速转运顺梯度顺梯度逆梯度逆梯度50400mm/天天200mm/天天膜溶性细胞器和物质、线粒体、突触小泡膜溶性细胞器和物质、线粒体、突触小泡前溶酶体小泡、溶酶体酶、，内吞小泡前溶酶体小泡、溶酶体酶、，内吞小泡慢速转运慢速转运慢成分慢成分b慢成分慢成分a28mm/天天0.21mm/天天微丝、血影蛋白、包涵素、钙调素微丝、血影蛋白、包涵素、钙调素微管、神经纤维、血影蛋白微管、神经纤维、血影蛋白神经元轴突的运输模式神经元轴突的运输模式色素颗粒运输色素颗粒运输细胞器定位细胞器定位染色体和纺锤体的运动染色体和纺锤体的运动 当细胞从间期进入分裂期，间期细胞胞质微管网架崩解，当细胞从间

18、期进入分裂期，间期细胞胞质微管网架崩解，微管解聚为微管蛋白，经重组装配成纺锤体，介导染色微管解聚为微管蛋白，经重组装配成纺锤体，介导染色体运动，分裂末期，纺锤体微管解聚为微管蛋白，经重体运动，分裂末期，纺锤体微管解聚为微管蛋白，经重装配形成胞质微管网。装配形成胞质微管网。 染色体运动机制：染色体运动机制： 动力平衡学说：与微管的装配与去装配有关动力平衡学说：与微管的装配与去装配有关 滑行学说：与微管的相互滑动有关滑行学说：与微管的相互滑动有关染色体运动染色体运动星体微管星体微管动粒微管动粒微管极微管极微管中心体中心体鞭毛和纤毛运动鞭毛和纤毛运动 许多细胞具有适应液态环境内运动的特性许多细胞具有

19、适应液态环境内运动的特性-能能收缩的丝状附属物收缩的丝状附属物-鞭毛和纤毛鞭毛和纤毛 鞭毛：长而少，鞭毛纲、精子鞭毛：长而少，鞭毛纲、精子 纤毛：短而多，软体动物、棘皮动物、多细胞纤毛：短而多，软体动物、棘皮动物、多细胞动物腔及内部管道的上皮细胞。如气管、生殖动物腔及内部管道的上皮细胞。如气管、生殖道道鞭毛和纤毛的结构鞭毛和纤毛的结构 由基体和鞭杆两部分构成。由基体和鞭杆两部分构成。 鞭毛为二联体，其中的微管为鞭毛为二联体，其中的微管为9+2结构。结构。 二联微管二联微管A管由管由13条原纤维组成，条原纤维组成，B管由管由10条原纤条原纤维组成。维组成。 基体为三联管，其中的微管为基体为三联管

20、，其中的微管为9+0结构。结构。鞭毛和纤毛的结构鞭毛和纤毛的结构 动力蛋白臂：动力蛋白臂：dynein arm，ATP酶酶 微管连接蛋白：微管连接蛋白：nexin，双二联体微管间细丝连接，双二联体微管间细丝连接 放射辐条：放射辐条：radial spoke，A亚纤维与鞘连接亚纤维与鞘连接 中央鞘：中央鞘：inner sheath鞭毛和纤毛的运动机制鞭毛和纤毛的运动机制 ADP+Pi 释放变构、滑动ATPATP水解角度复原与B管结合第三节第三节 微丝微丝 一、微丝的成分和结构一、微丝的成分和结构 微丝：微丝：microfilament，MF，又称为肌动蛋白纤，又称为肌动蛋白纤维（维（actin

21、filament），是指真核细胞中由肌动蛋），是指真核细胞中由肌动蛋白组成，直径为白组成，直径为7nm的骨架纤维，每圈螺旋的骨架纤维，每圈螺旋37nm。 微丝是细胞中最主要的利用细胞化学能产生运动微丝是细胞中最主要的利用细胞化学能产生运动的机械的机械-化学系统。化学系统。微微丝丝的的结结构构 根据等电点分为根据等电点分为3类：类：分布于肌肉细胞；分布于肌肉细胞；和和分布于肌细胞和非肌细胞。分布于肌细胞和非肌细胞。 actin单体外观呈哑铃形，称球形肌动蛋白单体外观呈哑铃形，称球形肌动蛋白G-actin；多聚体称为纤维形肌动蛋白；多聚体称为纤维形肌动蛋白F-actin。 actin在进化上高度保

22、守，酵母和兔子肌肉的肌在进化上高度保守，酵母和兔子肌肉的肌动蛋白有动蛋白有88%的同源性。的同源性。 肌动蛋白要经过翻译后修饰，如肌动蛋白要经过翻译后修饰，如N-端乙酰化或端乙酰化或组氨酸残基的甲基化。组氨酸残基的甲基化。二、微丝装配二、微丝装配 MF是由是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性，装单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性，装配时呈头尾相接配时呈头尾相接, 故微丝具有极性，既正极与负极之别。故微丝具有极性，既正极与负极之别。 体外实验表明，体外实验表明，MF正极与负极都能生长，生长快的一端为正极与负极都能生长，生长快的一端为正极正极，慢的一端为慢的一端为负极负极；

23、去装配时，负极比正极快。由于；去装配时，负极比正极快。由于G-actin在正在正极端装配，负极去装配，从而表现极端装配，负极去装配，从而表现为为踏车行为踏车行为。 体内则由于末端被封端蛋白结合，阻止体内则由于末端被封端蛋白结合，阻止actin加上和脱落，无踏车。加上和脱落，无踏车。 微丝的装配必需一定的盐浓度（主要是微丝的装配必需一定的盐浓度（主要是Mg2+），一定的），一定的G-actin浓度和浓度和ATP存在下才能进行存在下才能进行。在。在Ca2+及低浓度的及低浓度的Na+、K+趋向于趋向于解聚，在解聚，在Mg2+及高浓度的及高浓度的Na+、K+趋向于装配。趋向于装配。踏踏车车行行为为 非

24、稳态动力学模型：非稳态动力学模型：1984年，年，Carlier 1个个G-actin分子可结合分子可结合1分子分子ATP，结合，结合ATP的的actin对纤维末对纤维末端的亲和性高，当端的亲和性高，当ATP-actin结合到末端后，结合到末端后，actin构象改变，构象改变，然后然后ATP水解为水解为ADP+Pi。而。而ADP-actin对纤维末端的亲和性对纤维末端的亲和性低，容易脱落，使纤维缩短。低，容易脱落，使纤维缩短。ATP-actin浓度与其聚合速度浓度与其聚合速度成正比，当成正比，当ATP-actin高浓度时，高浓度时， ATP-actin在末端聚合速度在末端聚合速度快，由于快，由

25、于ATP水解稍后发生，从而在纤维末端形成一连串的水解稍后发生，从而在纤维末端形成一连串的ATP-actin，称为，称为ATP帽帽，而近中部为，而近中部为ADP-actin，当，当ATP-actin不断耗竭使浓度下降时不断耗竭使浓度下降时, ATP-actin在末端的聚合速度就在末端的聚合速度就下降下降,而而ATP水解为水解为ADP+Pi 的速度不变，结果使的速度不变，结果使ATP帽不断帽不断缩小而消失，最后暴露出缩小而消失，最后暴露出ADP-actin，由于，由于ADP-actin对末端对末端的亲和性小，结果的亲和性小，结果ADP-actin不断解聚脱落，纤维缩短。不断解聚脱落，纤维缩短。AD

26、P-actin中的中的ADP又被又被ATP置换重新形成置换重新形成ATP-actin参加聚参加聚合，一些缩短的纤维在其末端可重新形成合，一些缩短的纤维在其末端可重新形成ATP帽再延长。帽再延长。非稳态动力学模型非稳态动力学模型 体内装配时，体内装配时，MF呈现出动态不稳定性，主要呈现出动态不稳定性，主要取决于取决于F-actin结合的结合的ATP水解速度与游离的水解速度与游离的G-actin单体浓度之间的关系。单体浓度之间的关系。 MF动态变化与细胞生理功能变化相适应。在动态变化与细胞生理功能变化相适应。在体内体内, 有些微丝是有些微丝是永久性的结构（肌肉中的细永久性的结构（肌肉中的细丝、微绒

27、毛的轴心微丝）丝、微绒毛的轴心微丝）, 有些微丝是有些微丝是暂时性暂时性的结构（胞质分裂环微丝、哺乳动物血小板微的结构（胞质分裂环微丝、哺乳动物血小板微丝、无脊椎动物精子顶体中的微丝）丝、无脊椎动物精子顶体中的微丝）。微丝结构微丝结构三、微丝结合蛋白三、微丝结合蛋白 微丝系统的主要成分是肌动蛋白纤维，肌动蛋白纤微丝系统的主要成分是肌动蛋白纤维，肌动蛋白纤维要装配成不同的微丝网络结构（应力纤维、肌肉维要装配成不同的微丝网络结构（应力纤维、肌肉细丝、绒毛轴心），参与细胞生命活动，在很大程细丝、绒毛轴心），参与细胞生命活动，在很大程度上度上受微丝结合蛋白的调节受微丝结合蛋白的调节。微丝结合蛋白种类、

28、。微丝结合蛋白种类、数量和活性状态的不同，可以导致肌动蛋白纤维各数量和活性状态的不同，可以导致肌动蛋白纤维各种各样的结构和功能方式。种各样的结构和功能方式。actin单体结合蛋白单体结合蛋白 这些小分子蛋白与这些小分子蛋白与actin单体结合，阻止其添加到微丝末单体结合，阻止其添加到微丝末端，当细胞需要单体时才释放，主要用于端，当细胞需要单体时才释放，主要用于actin装配的调装配的调节，如节，如thymosin（血小板或嗜中性白细胞参与血管创伤、（血小板或嗜中性白细胞参与血管创伤、受精时的顶体反应）、受精时的顶体反应）、proflin（细胞膜上参与细胞外刺（细胞膜上参与细胞外刺激）等。激）等

29、。微丝结合蛋白微丝结合蛋白 纽蛋白和纽蛋白和-辅肌动蛋白辅肌动蛋白：将微丝：将微丝固着固着于细胞膜上，肌肉于细胞膜上，肌肉细胞及粘着带和粘着斑细胞及粘着带和粘着斑 封端蛋白封端蛋白：特异结合身微丝的正端或负端的结合蛋白，：特异结合身微丝的正端或负端的结合蛋白，抑制抑制这一端上的微丝的这一端上的微丝的聚合或解聚聚合或解聚。 截断蛋白截断蛋白：在一定条件下可把长的微丝：在一定条件下可把长的微丝切断切断的结合蛋白，的结合蛋白，绒毛蛋白、凝溶胶蛋白，绒毛蛋白、凝溶胶蛋白，高钙高钙时打断微丝，低钙时重新时打断微丝，低钙时重新连接微丝。连接微丝。微丝结合蛋白微丝结合蛋白微丝结合蛋白微丝结合蛋白单体结合蛋白

30、单体结合蛋白解聚蛋白解聚蛋白微丝结合蛋白微丝结合蛋白截断蛋白截断蛋白单体隐蔽蛋白单体隐蔽蛋白微丝结合蛋白微丝结合蛋白 交联蛋白交联蛋白微丝结合蛋白微丝结合蛋白 纽蛋白和纽蛋白和-辅辅肌动蛋白肌动蛋白微丝结合微丝结合蛋白组织微蛋白组织微丝形式丝形式 Parallel bundle: MF同向平行排列，主同向平行排列，主要发现于微绒毛与要发现于微绒毛与丝状伪足丝状伪足MF反向反向平行平行排列，排列，主要主要发现发现于应于应力纤力纤维和维和有丝有丝分裂分裂收缩收缩环环Gel-like network: 细胞皮层细胞皮层(cell cortex)中微丝排列形式，中微丝排列形式，MF相互交错排列相互交错

31、排列四、微丝特异性药物四、微丝特异性药物 细胞松驰素细胞松驰素：cytochalasins，可以切断微丝，可以切断微丝，并结合在微丝正末端阻抑肌动蛋白聚合，并结合在微丝正末端阻抑肌动蛋白聚合，导致导致微丝解聚微丝解聚。 鬼笔环肽鬼笔环肽：phalloidin，与，与F肌动蛋白结合，而肌动蛋白结合，而不与不与G肌动蛋白结合，使肌动蛋白纤维稳定，肌动蛋白结合，使肌动蛋白纤维稳定，抑制解聚抑制解聚。 影响微丝装配动态性的药物对细胞都有毒害，影响微丝装配动态性的药物对细胞都有毒害，说明微丝功能的发挥依赖于微丝与肌动蛋白单说明微丝功能的发挥依赖于微丝与肌动蛋白单体库间的动态平衡。这种动态平衡受体库间的动

32、态平衡。这种动态平衡受actin单体单体浓度和微丝结蛋白的影响。浓度和微丝结蛋白的影响。细胞松驰素使微丝解聚细胞松驰素使微丝解聚五、微丝的功能五、微丝的功能 1、构成细胞的支架并维持细胞形态、构成细胞的支架并维持细胞形态 细胞皮层为质膜提供机械强度和韧性细胞皮层为质膜提供机械强度和韧性应力纤维应力纤维 广泛存在于真核细胞，与细胞对基质的附着、维持广泛存在于真核细胞，与细胞对基质的附着、维持细胞扁平铺展的形状有关，使细胞具有抗剪切力细胞扁平铺展的形状有关，使细胞具有抗剪切力 成分：肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和成分：肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和 - -辅辅肌肌动蛋白。介导细胞间或细胞与基质

33、表面的粘着。动蛋白。介导细胞间或细胞与基质表面的粘着。培养的上培养的上皮细胞中皮细胞中的应力纤的应力纤维（微丝维（微丝红色、微红色、微管绿色）管绿色）应力纤维应力纤维小肠上皮细胞小肠上皮细胞微绒毛微绒毛 是肠上皮细胞的指是肠上皮细胞的指状突起，用以增加状突起，用以增加肠上皮细胞表面积，肠上皮细胞表面积，以利于营养的快速以利于营养的快速吸收。但不含肌球吸收。但不含肌球蛋白、原肌球蛋白，蛋白、原肌球蛋白，因而无收缩功能。因而无收缩功能。2、参与细胞运动、参与细胞运动 运动形式：胞质环流、阿米巴运动、变皱膜运动、运动形式：胞质环流、阿米巴运动、变皱膜运动、细胞吞噬细胞吞噬 运动机理：肌动蛋白的溶胶与

34、凝胶的相互转换运动机理：肌动蛋白的溶胶与凝胶的相互转换。 溶胶：细胞膜下一层富含肌动蛋白纤维的区域。溶胶：细胞膜下一层富含肌动蛋白纤维的区域。 条件：低条件：低pH及低浓度的钙离子，及低浓度的钙离子，-辅肌动蛋白使肌辅肌动蛋白使肌动蛋白从粘绸的流体变成凝胶；当动蛋白从粘绸的流体变成凝胶；当pH升高及高浓度升高及高浓度钙离子，阻断蛋白插入到微丝的亚单位之间，截断钙离子，阻断蛋白插入到微丝的亚单位之间，截断微丝，溶胶化。微丝，溶胶化。需需ATP胞质环流胞质环流原因：由于一些成束的微原因：由于一些成束的微丝分布在含有大量交织微丝分布在含有大量交织微丝网架的凝胶层表面，而丝网架的凝胶层表面，而内质溶胶

35、中游离的或与一内质溶胶中游离的或与一些颗粒结构相连接的肌球些颗粒结构相连接的肌球蛋白分子沿着微丝束产生蛋白分子沿着微丝束产生滑动，从而带动整个胞质滑动，从而带动整个胞质的环流。的环流。成纤维细成纤维细胞爬行：胞爬行：变皱膜运变皱膜运动动细胞变形运动细胞变形运动1、肌动蛋白聚合伸出伪足、肌动蛋白聚合伸出伪足2、伪足与基质间形成新的锚定位点、伪足与基质间形成新的锚定位点3、胞质溶胶向前流动、胞质溶胶向前流动3、参与细胞的分裂、参与细胞的分裂 细胞分裂末期产生细胞分裂末期产生的收缩环由大量反的收缩环由大量反向平行排列的微丝向平行排列的微丝组成，其收缩机制组成，其收缩机制是肌动蛋白和肌球是肌动蛋白和肌

36、球蛋白相对滑动。细蛋白相对滑动。细胞松驰素胞松驰素B4、参与细胞内信息传递、参与细胞内信息传递 5、参与细胞内物质的运输、参与细胞内物质的运输 肌球蛋白作为分子马达，微丝作为轨道。肌球蛋白作为分子马达，微丝作为轨道。6、参与肌肉收缩、参与肌肉收缩 肌肉是动物体占体重百分比最大的组织，高等肌肉是动物体占体重百分比最大的组织，高等动物的骨骼肌、心肌、平滑肌总量达到体重的动物的骨骼肌、心肌、平滑肌总量达到体重的4050%。肌肉可看作一种特别富含细胞骨架。肌肉可看作一种特别富含细胞骨架的效力非常高的能量转换器，它直接将化学能的效力非常高的能量转换器，它直接将化学能转变为机械能。转变为机械能。F=3.5

37、KG/cm2 有机体的一切机械运动及各脏器的重要生理功有机体的一切机械运动及各脏器的重要生理功能，都要通过肌肉的收缩与松驰才能实现。如能，都要通过肌肉的收缩与松驰才能实现。如肢体的运动、心脏的跳动、肺的呼吸等。肢体的运动、心脏的跳动、肺的呼吸等。肌肉的超微结构肌肉的超微结构 肌肉由肌原纤维组成，肌原纤维包括粗肌丝和细肌肉由肌原纤维组成，肌原纤维包括粗肌丝和细肌丝，粗肌丝主要成分是肌球蛋白，细肌丝的主肌丝，粗肌丝主要成分是肌球蛋白，细肌丝的主要成分是肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白。要成分是肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白。 肌肉收缩的基本单位是肌小节（肌肉收缩的基本单位是肌小节（sarcomere

38、）。）。肌小节是相邻两肌小节是相邻两Z线间的单位。主要结构有：线间的单位。主要结构有： A带（暗带）：为粗肌丝所在。带（暗带）：为粗肌丝所在。 H区：区：A带中央色浅部份，此处只有粗肌丝。带中央色浅部份，此处只有粗肌丝。 I带（明带）：只含细肌丝部分。带（明带）：只含细肌丝部分。 Z线：细肌丝一端游离，一端附于线：细肌丝一端游离，一端附于Z线。线。肌小节的组成肌小节的组成收缩系统的分子结构收缩系统的分子结构 肌球蛋白肌球蛋白：myosin，约占肌肉总蛋白的一半，约占肌肉总蛋白的一半，其头部具其头部具ATPATP酶活力酶活力, ,沿微丝沿微丝从负极到正极进行运动。从负极到正极进行运动。Myosi

39、n II主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构域域( (具有具有ATPaseATPase活性活性) )和尾部链和尾部链, ,多个多个MyosinMyosin尾部相互缠绕，形成尾部相互缠绕，形成myosin myosin filament,filament,即即粗肌丝粗肌丝。 原肌球蛋白原肌球蛋白：tropomyosintropomyosin，TmTm，由两条平行的多肽链形成，由两条平行的多肽链形成-螺旋构型螺旋构型, ,位位于肌动蛋白螺旋沟内于肌动蛋白螺旋沟内, ,结合于细丝结合于细丝, , 调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。

40、 肌钙蛋白肌钙蛋白：troponintroponin，TnTn，为复合物，包括三个亚基：为复合物，包括三个亚基：TnC(Ca2+敏感性蛋敏感性蛋白白)能特异与能特异与Ca2+结合；结合； TnT(与原肌球蛋白结合与原肌球蛋白结合)； TnI(抑制肌球蛋白抑制肌球蛋白ATPase活性活性) 肌动蛋白肌动蛋白：肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白组成肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白组成细肌丝细肌丝CapZCapZ：定位于肌细胞：定位于肌细胞Z Z线，结合于肌动蛋白纤维（线，结合于肌动蛋白纤维（+ +）端，阻止解聚）端，阻止解聚-辅肌动蛋白：横向连接微丝成束辅肌动蛋白：横向连接微丝成束纽蛋白：介导微丝结合于

41、细胞膜纽蛋白：介导微丝结合于细胞膜肌联蛋白：保持粗丝在收缩时位于肌节中央肌联蛋白：保持粗丝在收缩时位于肌节中央肌球蛋白肌球蛋白肌钙蛋白及细肌丝结构肌钙蛋白及细肌丝结构肌钙蛋白及细肌丝结构肌钙蛋白及细肌丝结构肌肉收缩滑动模型肌肉收缩滑动模型肌肉收缩过程图解肌肉收缩过程图解l动作电位的产生动作电位的产生 lCaCa2+2+的释放的释放l原肌球蛋白位移原肌球蛋白位移 l肌动蛋白丝与肌球蛋白丝肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动的相对滑动 lCaCa2+2+的回收的回收 第四节第四节 中间纤维中间纤维（intermediate filament,IF) 中间纤维：中间纤维：10nm纤维，因其直径介于肌粗丝

42、和纤维，因其直径介于肌粗丝和细丝之间细丝之间, 故被命名为中间纤维。故被命名为中间纤维。IF几乎分布于几乎分布于所有动物细胞，往往形成一个网络结构，特别所有动物细胞，往往形成一个网络结构，特别是在需要承受机械压力的细胞中含量相当丰富。是在需要承受机械压力的细胞中含量相当丰富。如上皮细胞中。除了胞质中，在内核膜下的核如上皮细胞中。除了胞质中，在内核膜下的核纤层也属于纤层也属于IF。上皮细胞（上）核纤层（下）上皮细胞（上）核纤层（下）一、中间纤维的成分和结构一、中间纤维的成分和结构 IFIF成分比成分比MFMF，MTMT复杂，具有组织特异性。复杂，具有组织特异性。 IFIF在形态上相似，而化学组成

43、有明显的差别。在形态上相似，而化学组成有明显的差别。 中间纤维蛋白的表达具有严格的组织特异性。中间纤维蛋白的表达具有严格的组织特异性。 主要成分：角蛋白纤维：上皮细胞主要成分：角蛋白纤维：上皮细胞波形蛋白纤维：间质细胞和中胚层来源波形蛋白纤维：间质细胞和中胚层来源的细胞的细胞结蛋白纤维：肌细胞，使肌纤维连接结蛋白纤维：肌细胞，使肌纤维连接神经元纤维：神经元，提供弹性使神经纤维神经元纤维：神经元，提供弹性使神经纤维易于伸展和防止断裂。易于伸展和防止断裂。神经胶质纤维：神经胶质细胞，支撑作用神经胶质纤维：神经胶质细胞，支撑作用IFIF装配与装配与MF,MTMF,MT装配相比，有以下几个特点：装配相

44、比，有以下几个特点： IFIF装配的单体是纤维状蛋白装配的单体是纤维状蛋白(MF(MF，MTMT的单体呈球的单体呈球形形) )； 反向平行的四聚体导致反向平行的四聚体导致IFIF不具有极性；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，细胞中几乎不存在助，在体内装配后，细胞中几乎不存在IF单体单体(但但IF的存在形式也可以受到细胞调节，如核纤层的装的存在形式也可以受到细胞调节，如核纤层的装配与解聚配与解聚)。二、中间纤维的装配二、中间纤维的装配中间纤维的装配中间纤维的装配三、中间纤维结合蛋白（三、中间纤维结合蛋白（IFAP） 功

45、能：功能： 使中间纤维交联成束、成网，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把中间纤维交联到质膜或其它骨架成分上 已知的已知的IFAPs约约15种左右，分别与特定的中间种左右，分别与特定的中间纤维结合，如：纤维结合，如：flanggrin、Plectin、Ankyrin 特点：具有细胞特异性特点：具有细胞特异性四、中间纤维的功能四、中间纤维的功能 构成细胞完整的支撑网络系统构成细胞完整的支撑网络系统 为细胞提供机械强度支持为细胞提供机械强度支持 维持细胞核膜稳定维持细胞核膜稳定 中间纤维与中间纤维与mRNAmRNA的运输有关的运输有关 参与细胞分化参与细胞分化 参与细胞内信息传递参与细胞内信息传递 与与mRNAmRNA的定位有关的定位有关增强细胞抗机械压力的能力增强细胞抗机械压力的能力角蛋白纤维参与桥角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持粒的形成和维持