細(xì)胞骨架

cytoskeleton生命科學(xué)學(xué)院

學(xué)習(xí)目的與要求掌握細(xì)胞骨架的概念及基本組成成分。掌握微管、微絲、中間纖維的結(jié)構(gòu)、組成、裝配及其功能。熟悉微管、微絲、中間纖維的形態(tài)及影響其組裝的因素。羅納德·里根

１９９４年，他患了老年癡呆癥。

阿茨海默?。ɡ夏晷园V呆）與微管聚集缺陷有關(guān)，可能引起軸質(zhì)流阻塞，神經(jīng)信號(hào)傳遞紊亂。?細(xì)胞骨架：是真核細(xì)胞中存在的由蛋白質(zhì)纖維組成的網(wǎng)架體系。

細(xì)胞骨架

細(xì)胞質(zhì)骨架細(xì)胞核骨架細(xì)胞外基質(zhì)狹義細(xì)胞質(zhì)骨架（微管、微絲、中間纖維）廣義微管微絲中間纖維

細(xì)胞質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)紅色顯示微絲，綠色顯示微管

◆微管主要分布在核周?chē)?呈放射狀向胞質(zhì)四周擴(kuò)散?！粑⒔z

主要分布在細(xì)胞膜的內(nèi)側(cè)?！糁虚g纖維分布在整個(gè)細(xì)胞中。特點(diǎn)：彌散性：細(xì)胞的核、質(zhì)、膜都存在整體性：相互連結(jié)成復(fù)雜的聯(lián)合體變動(dòng)性：骨架的結(jié)構(gòu)隨生理?xiàng)l件而改變，進(jìn)行組裝和去組裝

細(xì)胞骨架的功能構(gòu)成細(xì)胞內(nèi)支撐的網(wǎng)架參與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸參與細(xì)胞的分裂活動(dòng)參與細(xì)胞器的空間定位參與細(xì)胞內(nèi)信息傳遞微管的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)微管結(jié)合蛋白微管的組裝與特點(diǎn)微管的功能

第一節(jié)微管(microtubule,MT)

（一）微管的化學(xué)組成

α微管蛋白、β微管蛋白γ-微管蛋白

常以異二聚體形式存在

α-微管蛋白

β-微管蛋白1.α和β微管蛋白

一、微管的化學(xué)組成與形態(tài)結(jié)構(gòu)在α微管蛋白和β微管蛋白上各有一個(gè)GTP結(jié)合位點(diǎn)、Mg2+、Ca2+結(jié)合位點(diǎn)和一個(gè)秋水仙素結(jié)合位點(diǎn)。

α微管蛋白結(jié)合的GTP不發(fā)生水解或交換。而β-微管蛋白的GTP可發(fā)生水解或交換。2.γ微管蛋白環(huán)狀復(fù)合物由γ微管蛋白和一些其他相關(guān)蛋白構(gòu)成，是微管的一種高效的集結(jié)結(jié)構(gòu)，在中心體中是微管裝配的起始結(jié)構(gòu)。A.微管結(jié)構(gòu)模式圖B.微管橫切面C.電鏡圖象(二)微管的形態(tài)結(jié)構(gòu)◆微管蛋白異二聚體是構(gòu)成微管的

基本亞單位?！粑⒐艿鞍桩愒炊垠w頭尾相接,

形成細(xì)長(zhǎng)的原纖維。◆13條原纖維縱向排列組成微管的壁。（三）微管的三種存在形式●單管●二聯(lián)管●三聯(lián)管

◆根據(jù)穩(wěn)定性:

●不穩(wěn)定微管●穩(wěn)定微管單管微管由13根原絲組成，是胞質(zhì)微管的主要存在形式。二聯(lián)管主要分布在纖毛和鞭毛的桿狀部分。三聯(lián)管主要分布在中心粒及纖毛和鞭毛的基體中。二、微管結(jié)合蛋白

(microtubule-associatedprotein，MAP)

MAP是一類(lèi)與微管結(jié)合的蛋白，決定不同類(lèi)型微管的獨(dú)特屬性，參與微管的裝配，是維持微管結(jié)構(gòu)和功能的必需成份。1．微管結(jié)合蛋白的種類(lèi)和特點(diǎn)InsectcellexpressingMAP2Insectcellexpressingtau微管結(jié)合蛋白主要包括：

MAP-2

MAP-1

Tau

MAP-4主要存在于神經(jīng)元細(xì)胞中廣泛存在于各種細(xì)胞中微管結(jié)合蛋白MAP-2ThiselectronmicrographshowsmicrotubulesincrosssectionwiththeMAPbridge.Thearrowspointtobridgesbetweenmicrotubules.ThestarpointstoaMAPbridgetothevesicle.Insummary,MAPsacceleratepolymerization,serveas"motors"forvesiclesandgranules,andessentiallycontrolcellcompartmentation.

通過(guò)驅(qū)動(dòng)蛋白的囊泡運(yùn)輸2.微管結(jié)合蛋白的功能（1）調(diào)節(jié)微管裝配（2）增加微管的穩(wěn)定性和強(qiáng)度（3）沿微管轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡和顆粒（4）作為細(xì)胞外信號(hào)的靶位點(diǎn)參

與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

三、微管的組裝

+-

踏車(chē)

1，微管的體外組裝：體外組裝條件：微管蛋白異二聚體達(dá)到臨界濃度、有Mg2+存在，（無(wú)Ca2+）、pH6.9、37℃、異二聚體即組裝成微管，同時(shí)需要由GTP提供能量。

（一）微管的體外組裝

微管蛋白微管蛋白異二聚體聚合首尾相連原纖維微管（13）12345678910111213微管橫斷面

組裝過(guò)程分三個(gè)時(shí)期：成核期、聚合期和穩(wěn)定期1.組裝過(guò)程：成核期：先由α和β微管蛋白聚合成一個(gè)短的寡聚體結(jié)構(gòu)，即核心形成。聚合期：微管蛋白聚合速度大于解聚速度，微管延長(zhǎng)。穩(wěn)定期：游離微管蛋白濃度下降，達(dá)到臨界濃度，微管的組裝與去組裝速度相等，微管長(zhǎng)度相對(duì)恒定。2.微管組裝的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)---非穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)模型

該模型認(rèn)為，微管組裝過(guò)程在增長(zhǎng)和縮短兩種狀態(tài)中轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性。

體外組裝時(shí):游離微管蛋白的濃度;GTP水解成GDP的速度;

決定微管的穩(wěn)定性。當(dāng)GTP微管蛋白異二聚體添加到微管正極（+）組裝速度大于GDP的水解速度時(shí),形成GTP帽,微管延長(zhǎng);當(dāng)GTP的微管蛋白聚合速度小于GTP的水解速度，GTP帽不斷縮小暴露出GDP微管蛋白，并迅速脫落,使微管縮短，導(dǎo)致微管結(jié)構(gòu)上的不穩(wěn)定。3.微管體外組裝的特性：

極性:裝配快的一端（β微管蛋白）為（+）極裝配慢的一端（α微管蛋白）為（-）極踏車(chē)行為：

組裝和去組裝達(dá)到平衡動(dòng)態(tài)：組裝/去組裝

4.作用于微管的特異性藥物微管蛋白微管

D2O，紫杉醇

秋水仙素，長(zhǎng)春新堿秋水仙素：抑制微管的組裝紫衫醇：阻止微管的去組裝，增強(qiáng)微管的穩(wěn)定性（二）微管的體內(nèi)裝配

1.微管組織中心（microtubuleorganizingcenter，MTOC）在空間上為微管裝配提供始發(fā)

區(qū)域，控制細(xì)胞質(zhì)中微管的數(shù)量

位置及方向。包括：中心體、基體、動(dòng)粒。MTOC處以γ微管蛋白為微管裝配的起始結(jié)構(gòu)。γ蛋白形成γ-管蛋白環(huán)形復(fù)合體，它可刺激微管核心形成，組裝出負(fù)極，然后延長(zhǎng)。2.γ-管蛋白3.中心體(centrosome)⑴中心體的結(jié)構(gòu)中心體位于細(xì)胞核的附近，在細(xì)胞有絲分裂時(shí)位于細(xì)胞的兩極，中心體包括兩個(gè)中心粒和中心粒旁物質(zhì)。它是細(xì)胞內(nèi)重要的微管組織中心。周?chē)|(zhì)中心粒的結(jié)構(gòu)橫切面：可見(jiàn)圓柱狀小體的壁由9組三聯(lián)體

微管組成，每組微管之間呈傾斜排列。

結(jié)構(gòu)圖式：“9×3+0”

主要成分：微管蛋白、鳥(niǎo)苷酸周?chē)|(zhì)⑵中心體的功能※微管組織中心。

※

參與細(xì)胞的有絲分裂，形成紡綞體。微管的體內(nèi)裝配微管在中心體上的聚合A.中心體的無(wú)定形蛋白基質(zhì)中含有γ微管蛋白環(huán),它是微管生長(zhǎng)的起始部位;B.中心體上的γ微管蛋白環(huán);C.中心體與附著其上的微管,負(fù)端被包圍在中心體中,正端游離在細(xì)胞質(zhì)中;G1期細(xì)胞分裂期細(xì)胞有纖毛的細(xì)胞一個(gè)中心體兩個(gè)中心體

基體微管組織中心（MTOC）永遠(yuǎn)是負(fù)極！

參與細(xì)胞的有絲分裂四、微管的功能（一）構(gòu)成細(xì)胞的支架并維持細(xì)胞的形態(tài)微管?chē)@細(xì)胞核向外呈放射狀分布

微管具有一定的強(qiáng)度，能夠抗壓和抗彎曲，給細(xì)胞提供機(jī)械支持力，是支撐和維持細(xì)胞形狀的主要物質(zhì)。

神經(jīng)細(xì)胞的軸突和樹(shù)突；紅細(xì)胞﹑血小板膜下的環(huán)形微管；精子的尾部等。（二）參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸微管為細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸提供軌道,通過(guò)馬達(dá)蛋白完成物質(zhì)運(yùn)輸任務(wù)。

馬達(dá)蛋白（motorprotein）是指介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)沿細(xì)胞骨架運(yùn)輸?shù)牡鞍?/p>

馬達(dá)蛋白可分為三個(gè)不同的家族：驅(qū)動(dòng)蛋白（kinesin）動(dòng)力蛋白（dynein）

肌球蛋白（myosin）將物質(zhì)沿微管運(yùn)輸將物質(zhì)沿微絲運(yùn)輸驅(qū)動(dòng)蛋白：介導(dǎo)沿微管的（-）極向（+）極的運(yùn)輸動(dòng)力蛋白：介導(dǎo)從微管的（+）極向（-）極的運(yùn)輸1.微管驅(qū)動(dòng)蛋白結(jié)構(gòu)：兩個(gè)球形頭部：具有ATP酶活性，水解ATP產(chǎn)生能量，與微管結(jié)合尾部：

與被轉(zhuǎn)運(yùn)組分結(jié)合運(yùn)輸方式：沿微管由負(fù)端向正端移動(dòng)2.微管動(dòng)力蛋白結(jié)構(gòu)：兩個(gè)球形頭部：具有ATP酶活性，水解ATP產(chǎn)生能量，與微管結(jié)合尾部：

與被轉(zhuǎn)運(yùn)組分結(jié)合運(yùn)輸方式：沿微管由正端向負(fù)端移動(dòng)沿微管運(yùn)輸?shù)鸟R達(dá)蛋白

動(dòng)力蛋白沿微管滑動(dòng)----膜泡運(yùn)動(dòng)模型細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸(三)維持細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器的定位和分布微管及其相關(guān)的馬達(dá)蛋白在真核細(xì)胞內(nèi)的膜性細(xì)胞器的定位上起著重要作用。

線(xiàn)粒體的分布與微管相伴隨；

游離核糖體附著于微管和微絲的交叉點(diǎn)上；

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)沿微管在細(xì)胞質(zhì)中展開(kāi)分布；

高爾基體沿微管向核區(qū)牽拉，定位于細(xì)胞中央。細(xì)胞中微管介導(dǎo)的細(xì)胞器定位（四）形成紡錘體，參與染色體運(yùn)動(dòng)染色體運(yùn)動(dòng)（五）參與中心粒、纖毛和鞭毛形成纖毛和鞭毛伸出細(xì)胞表面能運(yùn)動(dòng)的特化結(jié)構(gòu)鞭毛(flagellum)少而長(zhǎng)如：精子的尾部纖