《细胞骨架》PPT课件.ppt

第九章第九章 细胞骨架细胞骨架(Cytoskeleton)细胞骨架是指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系.均由单体蛋白以较弱的非共价键结合在一起，构成纤维型多聚体。有狭义和广义两种概念 在细胞质基质中包括微丝、微管和中间纤维构成细胞质骨架。广义的细胞骨架还包括核骨架（核骨架（nucleoskeleton）、核纤核纤层（层（nuclear lamina）和细胞外基质（细胞外基质（extracellular matrix），形成贯穿于细胞核、细胞质、细胞外的一体化网络结构。第一节第一节 微丝与细胞运动微丝与细胞运动一、微丝一、微丝(microfilament,MF)(microfilament,MF)又称又称肌动蛋白纤维肌动蛋白纤维(actin filament),(actin filament),由两条线性排列的肌动蛋白链动蛋白链(actin)(actin)组成、直径为组成、直径为7nm7nm的骨架纤维。的骨架纤维。分布：分布：普遍存在于所有真核细胞中，是一个实心状的纤维；普遍存在于所有真核细胞中，是一个实心状的纤维；在细胞质膜的内侧和细胞核膜的内侧。在细胞质膜的内侧和细胞核膜的内侧。功能：功能：微丝对细胞贴附、铺展、运动、内吞、细胞分裂等许微丝对细胞贴附、铺展、运动、内吞、细胞分裂等许多细胞功能具有重要作用。多细胞功能具有重要作用。(一一)结构与成分结构与成分肌动蛋白肌动蛋白(actin)是微丝的主要结构成分,外观呈哑铃状,actin又叫球形肌动蛋白（G-actin），将G-actin形成的多聚体称纤维形肌动蛋白F-actin（微丝，肌动蛋白丝微丝，肌动蛋白丝）。根据等电点分为3类：肌动蛋白分布于肌肉细胞；肌动蛋白和肌动蛋白分布于肌细胞和非肌细胞。actin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。肌动蛋白要经过翻译后修饰，如N-端乙酰化或组氨酸残基的甲基化。电子显微镜下微丝是由两条线性排列的肌动蛋白链 形成的双股螺旋，形状如双线捻成的绳子。(二)微丝的组装及动力学特性组装条件：组装条件：ATPATP、适宜的温度、适宜的温度、Mg2+、高浓度高浓度K K+和和MgMg2+2+离子离子组组装装过过程程：2-32-3个个actinactin聚聚集集成成一一个个核核心心（核核化化）；ATP-actinATP-actin分分子子向向核核心心两两端端加加合合。微微丝丝具具有有极极性性，ATP-actinATP-actin加加到到(+)(+)极极的的速速度度要要比比加到加到(-)(-)极的速度快极的速度快5-105-10倍。倍。l溶溶液液中中ATP-ATP-肌肌动动蛋蛋白白的的浓浓度度处处于于临临界界浓浓度度时时，ATP-ATP-肌肌动动蛋蛋白白在在(+)(+)端添加，而从端添加，而从(-)(-)端分离，表现出端分离，表现出“踏车踏车”现象。现象。l体体内内装装配配时时，MFMF呈呈现现出出动动态态不不稳稳定定性性，主主要要取取决决于于F-actinF-actin结结合合的的ATPATP水解速度水解速度与与游离的游离的G-actinG-actin单体浓度单体浓度之间的关系。之间的关系。l MF动动态态变变化化与与细细胞胞生生理理功功能能变变化化相相适适应应。在在体体内内,除除肌肌原原纤纤维维、微微绒绒毛毛等等属属于于永永久久性性的的稳稳定定结结构构外外，其其他他大大都都处处于于动动态态的的组组装装和和去组装过程中去组装过程中.核化蛋白Treadmilling+-肌动蛋白单体组装成微丝：肌动蛋白单体组装成微丝：1.成核反应(Arp2/3蛋白参与)2.纤维延长l细胞中大多数微丝结构处于动态的组装和去组装过程中，并通过这种方式实现其功能。l细胞松弛素（细胞松弛素（cytochalasin）可切断微丝纤维，并结合在微丝末端抑制肌动蛋白加合到微丝纤维上，特异性的抑制微丝功能。l鬼笔环肽（鬼笔环肽（phalloidin）与微丝能够特异性的结合，使微丝纤维稳定而抑制其功能。荧光标记的鬼笔环肽可特异性的显示微丝。l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体库间的动态平衡。这种动态平衡受actin单体浓度单体浓度和微丝结合蛋白微丝结合蛋白的影响。（三）影响微丝组装的特异性药物（三）影响微丝组装的特异性药物二、二、微丝网络动态结构的调节与细胞运动微丝网络动态结构的调节与细胞运动（一）非肌肉细胞内微丝的结合蛋白（一）非肌肉细胞内微丝的结合蛋白l已知的的微丝结合蛋白有已知的的微丝结合蛋白有100100多种，分为以下类型：多种，分为以下类型：l1 1核化蛋白：核化蛋白：使游离使游离actinactin核化，开始组装，核化，开始组装，ArpArpl2 2单体隐蔽蛋白：单体隐蔽蛋白：阻止游离阻止游离actinactin向纤维添加，向纤维添加，thymosin thymosin l3 3封端蛋白：封端蛋白：使纤维稳定，使纤维稳定，结合在（结合在（+）或（）或（-）极形成）极形成“帽帽子子”，阻止其它单体添加，阻止其它单体添加 Cap ZCap Zl4 4单体聚合蛋白：单体聚合蛋白：将结合的单体安装到纤维，将结合的单体安装到纤维，profilin profilin l5 5微丝解聚蛋白：微丝解聚蛋白：cofilin cofilin l6 6交联蛋白：交联蛋白：分为成束蛋白和成胶蛋白两类，分为成束蛋白和成胶蛋白两类，fimbrin fimbrin l7 7纤维切断蛋白：纤维切断蛋白：如溶胶蛋白（如溶胶蛋白（gelsolin）l8 8膜结合蛋白：膜结合蛋白：如粘着斑蛋白（如粘着斑蛋白（vinculin）肌肉细胞内微丝的结合蛋白肌肉细胞内微丝的结合蛋白l肌球蛋白l原肌球蛋白l肌钙蛋白l微丝除参与形成肌原纤维外还具有以下功能：l1形成应力纤维（stress fiber）：结构类似肌原纤维，都包含myosin II、原肌球蛋白、细丝蛋白filamin和-actinin。培养的成纤维细胞中具有丰富的应力纤维，并通过粘着斑固定在基质上。使细胞具有抗剪切力。培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色）培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色）微绒毛直径约为0.1m。长度则因细胞种类和生理状况不同而有所不同。小肠上皮细胞刷状缘中的微绒毛，长度约为0.6-0.8m。微绒毛的内芯由肌动蛋白丝束组成，肌动蛋白丝之间由许多微微绒毛的内芯由肌动蛋白丝束组成，肌动蛋白丝之间由许多微绒毛蛋白（绒毛蛋白（villin）和丝束蛋白（）和丝束蛋白（fimbrin）组成的横桥相连。）组成的横桥相连。微绒毛侧面质膜有侧臂(含有myosin I和钙调蛋白)与肌动蛋白丝束相连，从而将肌动蛋白丝束固定。2形形成成微微绒绒毛毛微丝纤维生长，使细胞表面突出，形成片足(lamellipodium)；在片足与基质接触的位置形成粘着斑；在myosin的作用下微丝纤维滑动，以附着点为支点使细胞主体前移；解除细胞后方的粘合点，尾部前移。如此不断循环，细胞向前移动 阿米巴原虫、白细胞、成纤维细胞都能以这种方式运动。3细胞的变形运动细胞的变形运动l4.4.胞质分裂胞质分裂:有丝分裂末期，两个即将分离的子细胞内产生收缩环，有丝分裂末期，两个即将分离的子细胞内产生收缩环，收缩环由平行排列的微丝和收缩环由平行排列的微丝和myosin IImyosin II组成。随着收缩环的收缩，两个组成。随着收缩环的收缩，两个子细胞的胞质分离子细胞的胞质分离 l5.5.顶体反应顶体反应:l6.6.其他功能：如细胞器运动、质膜的流动性、胞质环流均与微丝的活其他功能：如细胞器运动、质膜的流动性、胞质环流均与微丝的活动有关，抑制微丝的药物（细胞松弛素）可增强膜的流动、破坏胞质动有关，抑制微丝的药物（细胞松弛素）可增强膜的流动、破坏胞质环流。环流。收收缩缩环环由由大大量量反反向向平平由由大大量量反反向向平平行行排排列列的的微微丝丝组组成成，其其行行排排列列的的微微丝丝组组成成，其其收收缩缩机机制制是是肌肌动动蛋蛋白白和和收收缩缩机机制制是是肌肌动动蛋蛋白白和和肌肌 球球 蛋蛋 白白 相相 对对 滑滑 动动。肌肌 球球 蛋蛋 白白 相相 对对 滑滑 动动。三三肌球蛋白：依赖于微丝的肌球蛋白：依赖于微丝的分子马达分子马达分子马达的概念分子马达的概念(一一)肌球蛋白（肌球蛋白（myosin）已知）已知15类（类（myosin I-XV）。）。lMyosin II构成肌原纤维的粗丝。由2个重链和4个轻链组成，外观具有两个球形的头和一个螺旋化的干，头部有ATP酶活性。lMyosin V结构类似myosin II，但重链有球形尾部。lMyosin I 由一个重链和两个轻链组成。lMyosin I、II、V都存在于非肌细胞中，II型参与形成应力纤维和胞质收缩环，I、V型结合在膜上与膜泡运输有关。II型肌球蛋白肌球蛋白(myosin)的结构的结构由由2 2条重链和条重链和4 4条轻链组成，并组成三个结构域条轻链组成，并组成三个结构域头部头部 含有与肌动蛋白、含有与肌动蛋白、ATPATP结合的位点，负责产生力。结合的位点，负责产生力。颈部颈部 颈颈部部通通过过同同钙钙调调素素或或类类似似钙钙调调素素的的调调节节轻轻链链亚亚基基的的结结合合来来调节头部的活性。调节头部的活性。尾部尾部 含有决定尾部是否同膜结合还是同其它的尾部结合的位点含有决定尾部是否同膜结合还是同其它的尾部结合的位点Myosin II structurelTwo heavy chains,two essential light chains,and two regulatory light chainslHeavy chain has head domain,neck region,and tail domain三种类型的肌球蛋白的结构比较三种类型的肌球蛋白的结构比较四、肌肉的收缩运动四、肌肉的收缩运动（一）肌纤维的结构（一）肌纤维的结构 肌肌球球蛋蛋白白(myosin)(myosin)所所有有actin-dependent actin-dependent motor motor proteinsproteins都都属属于于该该家家族族，其其头头部部具具ATPATP酶酶活活力力,沿沿微微丝丝从从负负极极到到正正极极进进行行运运动动。有有两两个个球球形形头头部部结结构构域域(具具有有ATPaseATPase活活性性)和和尾尾部部链链,多多个个MyosinMyosin尾尾部部相相互互缠缠绕绕，形形成成myosin filament,myosin filament,即即粗肌丝粗肌丝。原原肌肌球球蛋蛋白白(tropomyosin,(tropomyosin,Tm)Tm)由由两两条条平平行行的的多多肽肽链链形形成成-螺螺旋旋构构型型,位位于于肌肌动动蛋蛋白白螺螺旋旋沟沟内内,结结合合于于细细肌肌丝丝,主主要要作作用用是是加加强强和和稳稳定定肌肌动动蛋蛋白白丝丝，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。肌肌钙钙蛋蛋白白(Troponin,Tn)为为复复合合物物，包包括括三三个个亚亚基基：TnC(Ca2+敏敏感感性性蛋蛋白白),能能特特异异与与Ca2+结结合合;TnT(与与原原肌肌球球蛋蛋白白结结合合);TnI(抑抑制制肌肌球球蛋蛋白白ATPase活性活性)Tropomyosin,actin and troponin原肌球蛋白及其结合蛋白肌节的组成肌节的组成肌节的主要结构有：A带（暗带）：为粗肌丝粗肌丝所在。H区：A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。Z线：细肌丝一端游离，一端附于Z线。肌肉收缩的滑动模型 肌细胞上的动作电位引起肌质网Ca2+电位门通道开启，肌浆中Ca2+浓度升高，肌钙蛋白与Ca2+结合，引发原肌球蛋白构象改变，暴露出肌动蛋白上与肌球蛋白结合的位点。细肌丝向肌节中央滑动，细肌丝滑进了A带之中导致重叠部分增加,使得I带和H带的宽度缩小,其结果是缩短了肌节，减少了肌纤维的长度,肌动蛋白通过结合与水解ATP、不断发生周期性的构象改变、引起粗肌丝和细肌丝的相对滑动。肌收缩时肌节的收缩肌收缩时肌节的收缩肌球蛋白结合ATP，引起头部与肌动蛋白纤维分离；ATP水解，引起头部与肌动蛋白弱结合；Pi释放，头部与肌动蛋白强结合，头部向M线方向弯曲（微丝的负极），引起细肌丝向M线移动；ADP释放ATP结合上去，头部与肌动蛋白纤维分离。第二节第二节 微管及其功能微管及其功能 Microtubule,MT 微管在胞质中形成网络结构，作为运输路轨并起支撑作用。微管是由微管蛋白组成的管状结构，对低温、高压和秋水仙素敏感。微管可装配成单管,二联管(纤毛和鞭毛中),三联管(中心粒和基体中)。主要分布在核周围主要分布在核周围,并呈放射状向胞质四周扩散并呈放射状向胞质四周扩散.A fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucleus(yellow)and microtubules(red)l微管是由13条原纤维构成的中空管状结构，直径2225nm。l每一条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成l微管蛋白二聚体由结构相似的和微管蛋白构成。l微管蛋白结合的GTP从不发生水解或交换(N位点位点)。l微管蛋白也是一种 G蛋白，结合的GTP可发生水解，结合的GDP可交换为GTP(E位点位点)。一、微管的结构组成与极性一、微管的结构组成与极性l微管具有极性，(+)极生长速度快，(-)极生长速度慢。l(+)极的最外端是微管蛋白，(-)极的最外端是微管蛋白。l微管和微丝一样具有踏车行为踏车行为。l微管形成的有些结构是比较稳定，是由于微管结合蛋白的作用和酶修饰的原因。如轴突、纤毛、鞭毛。l大多数微管处于动态组装和去组装状态（如纺锤体）。l秋水仙素、长春花碱抑制微管装配。l 紫杉酚能促进微管的装配,并使已形成的微管稳定。lThe function of GTP-tubulin caplGTP hydrolysis is not required for microtubule assembly，WHY？微管球蛋白结合的GTP水解并不是微管组装所必需的步骤，但是结合GTP的微管蛋白二聚体能加合到微管纤维上，在快速生长的纤维两端微管球蛋白结合的GTP来不及水解，形成的“帽子”，使微管纤维较为稳定。一旦暴露出结合GDP的亚单位微管，则开始去组装。lMicrotubule disassemble when GDP-tubulin are exposed 二、微管的组装与去组装所有的微管都有确定的极性:1.组装的方向性 微管具有极性，（+）极的最外端是球蛋白，（-）极的最外端是球蛋白.2.生长速度的快慢 (+）极(plus end)生长速度快，（-）(minus end)生长速度慢，也就是说微管蛋白在（+）极的添加速度高于(-)。微管的体内组装除遵循体外装配的规律外，还受严格微管的体内组装除遵循体外装配的规律外，还受严格微管的体内组装除遵循体外装配的规律外，还受严格微管的体内组装除遵循体外装配的规律外，还受严格的时间和空间的控制。的时间和空间的控制。的时间和空间的控制。的时间和空间的控制。时间控制时间控制时间控制时间控制细胞生命活动的特殊时刻。（纺锤丝微管的聚合细胞生命活动的特殊时刻。（纺锤丝微管的聚合细胞生命活动的特殊时刻。（纺锤丝微管的聚合细胞生命活动的特殊时刻。（纺锤丝微管的聚合与解聚发生在细胞分裂期）。可受特殊因素的影与解聚发生在细胞分裂期）。可受特殊因素的影与解聚发生在细胞分裂期）。可受特殊因素的影与解聚发生在细胞分裂期）。可受特殊因素的影响：某些特殊蛋白质、响：某些特殊蛋白质、响：某些特殊蛋白质、响：某些特殊蛋白质、CaCaCaCa2+2+2+2+浓度等。浓度等。浓度等。浓度等。空间控制空间控制空间控制空间控制1.1.1.1.微管装配的特殊始发区域的影响（微管组织中心：微管装配的特殊始发区域的影响（微管组织中心：微管装配的特殊始发区域的影响（微管组织中心：微管装配的特殊始发区域的影响（微管组织中心：着丝点、中心体）。着丝点、中心体）。着丝点、中心体）。着丝点、中心体）。2.2.2.2.微管的定向、延长和排列及与细胞其它成分的连微管的定向、延长和排列及与细胞其它成分的连微管的定向、延长和排列及与细胞其它成分的连微管的定向、延长和排列及与细胞其它成分的连接等。接等。接等。接等。-微管蛋白和-微管蛋白形成二聚体,二聚体先形成原纤维，经过侧面增加二聚体而扩展为螺旋带,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13根原纤维时,即合拢形成一段微管。微管的装配方式微管的装配方式 微管装配的动力学不稳定性是指微管装配生长与快速去装配的一个交替变换的现象,是实现其功能所必需的过程.动态不稳定性(dynamic instability)产生的原因：微管两端具GTP帽(取取决决于于结结合合GTPGTP的的微微管管蛋蛋白白二二聚聚体体浓浓度度、GTPGTP帽中帽中GTPGTP水解速度水解速度),微管将继续组装,反之,具GDP帽则解聚。提纯的微管，在微酸性环境，适宜的温度，存在GTP、Mg2+和去除Ca2+的条件下能自发的组装成11条原纤维的微管。踏踏车车现现象象(trend(trend milling):milling):又又称称轮轮回回现现象象,是是微微管管组组装装后后处处于于动动态态平衡的一种现象。平衡的一种现象。微管装配是一个动态不稳定过程微管装配是一个动态不稳定过程GTP在组装中的作用在组装中的作用 聚合过程需要加入GTP，因为亚基能够同GTP结合。对于微管的组装来说不需要GTP水解成GDP，但是发现微管蛋白二聚体加入到微管之后不久所结合的GTP就被水解成GDP。去组装过程中释放出来的微管蛋白二聚体上的GDP要与GTP交换，使微管蛋白二聚体重新结合GTP，才能作为微管组装的构件。（二）作用于微管的特异性药物紫杉醇紫杉醇(taxol)存存在在于于红红豆豆杉杉属属植植物物中中的的一一种种复复杂杂的的次次生生代代谢谢产产物物,也也是是目目前前所所了了解解的的惟惟一一一一种种可以促进微管聚合和稳定已聚合微管的药物可以促进微管聚合和稳定已聚合微管的药物。秋水仙素秋水仙素(colchicine)秋秋水水仙仙素素与与未未聚聚合合的的微微管管蛋蛋白白二二聚聚体体结结合合,阻止聚合。阻止聚合。三、微管组织中心三、微管组织中心microtubule organizing center,MTOCs微管组织中心微管组织中心(microtubule organizing center,MTOC)(microtubule organizing center,MTOC)活细胞内，能够起始微管的成核作用，并使之延伸的细胞结构.是微管进行组装的区域，着丝粒、成膜体、中心体、基体均具有微管组织中心的功能。所有微管组织中心都具有微管球蛋白，这种球蛋白的含量很低，可聚合成环状复合体，像模板一样参与微管蛋白的核化，帮助和球蛋白聚合为微管纤维。MTOCMTOC在细胞质微管装配过程的成核步骤起重要作用。在细胞质微管装配过程的成核步骤起重要作用。常见微管组织中心常见微管组织中心间期细胞MTOC：中心体(动态微管)分裂细胞MTOC：有丝分裂纺锤体(动态微管)鞭毛和纤毛细胞MTOC：基体(永久性结构)l是动物细胞中决定微管形成的一种细胞器,包括中心粒和中心粒和中心粒周质基质中心粒周质基质(PCM,pericentriolar matrix)。在细胞间期,位于细胞核的附近,在有丝分裂期,位于纺锤体的两极。l中心体由两个相互垂直的中心粒构成。中心粒是中心体的主要结构,成对存在,即一个中心体含有一对中心粒，且互相垂直形成“L”形排列。l中心粒由9组3联微管构成，不直接参与微管蛋白的核化不直接参与微管蛋白的核化,具有召集PCM的作用。lMTOC处微管蛋白以环状的球蛋白复合体为模板核化、先组装出（-）极，然后开始生长。因此,中心体周围的微管（-）极指向中心体，（+）级远离中心体。(一一)中心体中心体中心体结构模型中心体结构模型 中心体复制周期中心体复制周期中心体中心体G1期末开始复制，期末开始复制，S期结束，期结束，G2期开始分开并向两期开始分开并向两级移动。级移动。管蛋白管蛋白位于中心体周围的基质中，环形结构，结构稳定，为微管蛋白二聚体提供起始装配位点，所以又叫成核位点.-微管蛋白通过与-微管蛋白的相互作用帮助微管的成核反应(nucleation)。(二二)基体基体(basal body)与其他微管组织中心与其他微管组织中心位于鞭毛和纤毛根部的类似结构称为基体（basal body）中心粒和基体均具有自我复制性质纤毛本体纤毛本体纤毛本体纤毛本体纤毛的整体结构纤毛的整体结构基体基体基体基体纤毛小根纤毛小根纤毛小根纤毛小根纤毛本体纤毛本体基基 体体纤毛小根纤毛小根：由细胞表面向外伸出的由细胞表面向外伸出的由细胞表面向外伸出的由细胞表面向外伸出的细柱状突起。细柱状突起。细柱状突起。细柱状突起。：纤毛基部质膜下的圆筒状纤毛基部质膜下的圆筒状纤毛基部质膜下的圆筒状纤毛基部质膜下的圆筒状结构。结构。结构。结构。：基体发出的微细原基体发出的微细原基体发出的微细原基体发出的微细原纤维，尖端集中形成纤维，尖端集中形成纤维，尖端集中形成纤维，尖端集中形成一圆锥形束，止于细一圆锥形束，止于细一圆锥形束，止于细一圆锥形束，止于细胞核的一侧。胞核的一侧。胞核的一侧。胞核的一侧。轴丝微管组成与排列特点轴丝微管组成与排列特点99组三联管组三联管:基体基体(basal body)(basal body)99组双联管组双联管:近基体近基体9+2:9+2:轴丝轴丝单管单管:纤毛顶部纤毛顶部纤纤毛毛本本体体基基体体 （9 X 3+0）纤毛小根纤毛小根横横 纹纹：有有ATP酶的活性即可固定纤毛，又有收缩功能。酶的活性即可固定纤毛，又有收缩功能。四、微管的动力学性质(microtubule dynamics)除了特化细胞的微管外，大多数细胞质微管都是不稳定的，能够很快地组装和去组装。低温、提高Ca2+浓度、用某些化学试剂(如秋水仙素)处理生活细胞都会破坏细胞质微管的动态变化。微管动力学研究方法：体外培养细胞（化学试剂处理、荧光标记），不同分裂期微管的动态组装与去组装。秋水仙素秋水仙素(colchicine(colchicine).与秋水仙素结合的微管蛋白可加合到微管上，并阻止其他微管蛋白单体继续添加，破坏纺锤体结构。紫杉酚紫杉酚(taxol)(taxol)能促进微管的装配,并使已形成的微管稳定。微管的稳定性与细胞生理状态及所结合细胞组分相关。lMAP分子至少包含一个结合微管的碱性结构域和一个向外突出酸性的结构域。突出部位伸到微管外与其它细胞组分（如微管束、中间纤维、质膜）结合。五、微管结合蛋白五、微管结合蛋白 microtubule associated proteins MAPs类型类型:包括I 型和II型两大类，I 型：MAP1A和MAP1B，含有几个重复的氨基酸序列:Lys-Lys-Glu-X,作为同带负电的微管蛋白结合的位点。这些位点可中和微管中微管蛋白间的电荷,维持聚合体的稳定。对热敏感，如MAP1a、MAP1b，主要存在于神经细胞。II型：包括 MAP2a、b、c，MAP4和tau蛋白。其中 MAP2只存在于神经细胞,，MAP2a的含量减少影响树突的生长。这些蛋白热稳定性高，有几个与微管蛋白结合的18氨基酸重复序列。MAPs的功能使微管相互交联形成束状结构，也可以使微管同其它细胞结构交联。通过与微管成核点的作用促进微管的聚合。在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒，因为一些分子马达能够同微管结合转运细胞的物质。提高微管的稳定性由于MAPs同微管壁的结合，自然就改变了微管组装和解聚的动力学。MAPs同微管的结合能够控制微管的长度防止微管的解聚。由此可见,微管结合蛋白扩展了微管蛋白的生化功能。六、微管对细胞结构的组织作用1.细胞内部高度区室化的维持2.支持细胞的功能 在神经细胞的轴突和树突中，微管束沿长轴排列，起支撑作用，在胚胎发育阶段微管帮助轴突生长，突入周围组织。在成熟的轴突中，微管是物质运输的路轨。七、细胞内依赖微管的物质运输 微管起细胞内物质运输的路轨作用，破坏微管会抑制细胞内的物质运输。真核细胞内部是高度区域化的体系,细胞中合成的物质和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(Motor protein)有关。与微管结合而起运输作用的马达蛋白有两大类：驱动蛋白驱动蛋白kinesin，动力蛋白动力蛋白dyenin，均需ATP供能。驱动蛋白发现于1985年，由两条轻链和两条重链构成的四聚体，通过结合和水解ATP，导致颈部发生构象改变，使两个头部交替与微管结合，从而沿微管“行走”，将“尾部”结合的运输泡或细胞器转运到其它地方。驱动蛋白驱动蛋白:从从(-)(-)端向端向(+)(+)端的运输端的运输。驱动蛋白及其功能驱动蛋白及其功能(二)驱动蛋白沿微管运动的分子机制 大多数大多数 驱动蛋白（驱动蛋白（N-驱动蛋白和驱动蛋白和M-驱动蛋白）能向着微管正极运输驱动蛋白）能向着微管正极运输小泡，也有些如小泡，也有些如 Ncd 蛋白（一种着丝点相关的蛋白，蛋白（一种着丝点相关的蛋白，C-驱动蛋白）趋向驱动蛋白）趋向微管的负极。微管的负极。其作用主要有以下几个方面：在细胞分裂中推动染色体的其作用主要有以下几个方面：在细胞分裂中推动染色体的分离、驱动鞭毛的运动、向着微管（分离、驱动鞭毛的运动、向着微管（-）极运输小泡。）极运输小泡。步行步行(“hand-over-hand”)模型模型 驱动蛋白的两个头部交替与微管结合驱动蛋白的两个头部交替与微管结合,以步行方式沿微管运动以步行方式沿微管运动,运动的运动的步幅是步幅是8 nm。目前。目前,ATP水解与肌球蛋白和驱动蛋白的机械运动之间的水解与肌球蛋白和驱动蛋白的机械运动之间的化学机械偶联的关系还不清楚。近来的研究发现它们有相同的中心核结化学机械偶联的关系还不清楚。近来的研究发现它们有相同的中心核结构构,并以相似的构象变化将并以相似的构象变化将ATP能量转变为蛋白运动。能量转变为蛋白运动。Dynein发现于1963年，因与鞭毛和纤毛的运动有关而得名。由两条相同 的重链和一些种类繁多的轻链以及结合蛋白构成,(鞭毛二联微管外臂的动力蛋白鞭毛二联微管外臂的动力蛋白具有三个重链具有三个重链）。其作用主要有以下几个方面：1.在细胞分裂中推动染色体的分离2.驱动鞭毛的运动.3.3.从从(+)(+)端向端向(-)(-)端运输端运输(三三)动力蛋白动力蛋白dyenin及其功及其功能能动动力力蛋蛋白白与与小小泡泡的的结结合合八、纤毛和鞭毛的结构与功能（一）、纤毛和鞭毛的结构l纤毛与鞭毛是相似的两种细胞外长物，前者较短，5-10um；后者较长，约150um，两者直径相似，均为。l结构：由基体和鞭杆两部分构成。鞭毛中的微管为9+2结构。二联微管A管由13条原纤维组成，B管由10条原纤维组成。A管向相邻B管伸出两条动力蛋白臂，并向鞭毛中央发出一条辐。基体的微管组成为9+0。结构：由基体和鞭杆两部分构成。鞭毛中的微管为9+2结构。二联微管A管由13条原纤维组成，完全微管、内外动完全微管、内外动力臂、放射辐条力臂、放射辐条;B管由10条原纤维组成。A管向相邻B管伸出两条动力蛋白臂，并向鞭毛中央发出一条辐。基体的微管组成为9+0,结构与中心粒相类似,它缺少两根中央微管,而周围 9 组是三联管。鞭毛与纤毛的运动纤毛动力蛋白纤毛动力蛋白(ciliary dynein)是多头的动力蛋白是多头的动力蛋白 基部同基部同A A管相连管相连 头部同相邻的头部同相邻的B B管相连管相连 头部具有头部具有ATPATP结合位点，能够水解结合位点，能够水解ATPATP。（二）纤毛活鞭毛的运动机制（二）纤毛活鞭毛的运动机制纤纤毛毛动动力力蛋蛋白白微管滑动模型微管滑动模型 (sliding-microtubule model)纤毛和鞭毛的动力蛋白头部与相邻二联管的B微管接触,促进同动力蛋白结合的ATP水解,并释放ADP和Pi;由于ATP水解,改变了A微管动力蛋白头部的构象,促使头部朝向相邻二联管的正极滑动,使相邻二联管之间产生弯曲力;新的ATP结合,促使动力蛋白头部与相邻B微管脱离;ATP水解,使动力蛋白头部的角度复原;带有水解产物的动力蛋白头部与相邻二联管的B微管上的另一位点结合,开始下一个循环。九、纺锤体与染色体运动l纺锤体纺锤体l 与染色体的分离直接相关，主要由微管和微管蛋白组成，与染色体的分离直接相关，主要由微管和微管蛋白组成，两端为星体。动粒微管连接动粒和中心体，极微管的一端两端为星体。动粒微管连接动粒和中心体，极微管的一端游离，从两级发出的极微管常在赤道处搭桥。游离，从两级发出的极微管常在赤道处搭桥。l 中心体装配涉及中心体周围微管的装配和中心体分离，中心体装配涉及中心体周围微管的装配和中心体分离，中心体分离需要中心体分离需要驱动蛋白驱动蛋白(kinesin)和和细胞质动力蛋白细胞质动力蛋白(dynein)的作用。前者负责微管向正极移动，后者负责微的作用。前者负责微管向正极移动，后者负责微管向负极移动。负向运动的蛋白先负责搭桥，将被结合的管向负极移动。负向运动的蛋白先负责搭桥，将被结合的微管牵拉在一起，正向运动蛋白将纺锤体拉长。微管牵拉在一起，正向运动蛋白将纺锤体拉长。纺锤体是一种微管构成的动态结构，其作用是在分裂细胞中牵引染色体到达分裂极动粒微管（kinetochore mt）：由中心体发出，连接在着丝点上，负责将染色体牵引到纺锤体上，着丝点上具有马达蛋白。星体微管（astral mt）：由中心体向外放射出，末端结合有分子马达，负责两极的分离，同时确定纺锤体纵轴的方向。极微管（polar mt或overlap mt）：由中心体发出，在纺锤体中部重叠，重叠部位结合有分子马达，负责将两极推开。有丝分裂过程中纺锤体和染色体的运动有丝分裂过程中纺锤体和染色体的运动第三节 中间丝（intermediate filament,IF)直径10nm纤维,因其直径介于肌粗丝和细丝之间,故被命名为中间纤维。IFIF几乎分布于所有动物细胞，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。如上皮细胞中。除了胞质中，在内核膜下的核纤层也属于IF。lIF是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑作用。lIF在细胞中围绕着细胞核分布，成束成网，并扩展到细胞质膜，与质膜相连结。一、一、中间丝的主要类型和组成成分中间丝的主要类型和组成成分 IF成分比MF,MT复杂，IF在形态上相似，而化学组成有明显的差别。中间丝的化学组成中间丝的化学组成中间丝的化学组成中间丝的化学组成-中间纤维蛋白中间纤维蛋白中间纤维蛋白中间纤维蛋白l分分为为6类类:角角蛋蛋白白、角角蛋蛋白白、型型中中间间丝丝（结结蛋蛋白白、胶胶质质纤纤维维酸酸性性蛋蛋白白、波波形形蛋蛋白白和和外外周周蛋蛋白白），型型中中间间丝丝，型中间丝，型中间丝，型中间丝型中间丝。l具有组织和种属特异性，不同类型细胞含有不同具有组织和种属特异性，不同类型细胞含有不同IF。l通通常常一一种种细细胞胞含含有有一一种种中中间间纤纤维维，少少数数含含有有2种种以以上上,如如骨骨骼肌细胞含有结蛋白和波形蛋白。骼肌细胞含有结蛋白和波形蛋白。l肿肿瘤瘤细细胞胞转转移移后后仍仍保保留留源源细细胞胞的的IF。因因此此可可用用IF抗抗体体来来鉴鉴定肿瘤的来源。定肿瘤的来源。l（一）角蛋白（一）角蛋白keratinl为表皮细胞特有，具有和两类，角蛋白存在于细胞中，角蛋白形成头发、指甲等坚韧结构。l分为：酸性角蛋白（I型）、中性或碱性角蛋白（II型）。组装时首先由I型和II型组成异二聚体，再形成中间纤维。l（二）结蛋白（二）结蛋白desminl又称骨骼蛋白skeletin，存在于肌肉细胞中，主要功能是使肌纤维连在一起。l（三）、胶质纤维酸性蛋白（三）、胶质纤维酸性蛋白glial fibrillary acidic proteinl存在于星形神经胶质细胞和许旺细胞许旺细胞。起支撑作用。l（四）、波形纤维蛋白（四）、波形纤维蛋白vimentinl存在于间充质细胞及中胚层来源的细胞中。l（五）、神经纤丝蛋白（五）、神经纤丝蛋白neurofilament proteinl是由三种分子量不同的多肽组成的异聚体，功能是提供弹性使神经纤维易于伸展和防止断裂。类型举 例细胞内分布型酸性角蛋白(acidic keratins)表皮细胞型中性/碱性角蛋白表皮型波形蛋白(vimentin)成纤维细胞、血管平滑肌细胞结蛋白(desmin)肌肉周边蛋白(peripherin)神经元(neuron)胶质纤维酸性蛋白(glial firillary acidic protein)胶质细胞(Glial cells)型神经原纤维蛋白(neurofilament protein)神经细胞型核纤层蛋白(lamins)A,B和C真核细胞的核纤层型巢蛋白Nestin中央神经系统的干细胞 脊椎动物细胞中中间丝蛋白的主要类型脊椎动物细胞中中间丝蛋白的主要类型中间丝的形态结构中间丝的形态结构中间丝的基本组成单位中间丝的基本组成单位中间丝的基本组成单位中间丝的基本组成单位中间纤维单体中间纤维单体中间纤维单体中间纤维单体中间丝单体中间丝单体共同结构域共同结构域 -螺旋杆状区螺旋杆状区螺旋杆状区螺旋杆状区非螺旋区非螺旋区非螺旋区非螺旋区：310310310310个氨基酸残基个氨基酸残基个氨基酸残基个氨基酸残基(I-IV(I-IV(I-IV(I-IV型和型和型和型和VIVIVIVI型型型型IF)IF)IF)IF)或或或或352352352352个氨基酸残基个氨基酸残基个氨基酸残基个氨基酸残基(V(V(V(V型型型型IF)IF)IF)IF)组成。组成。组成。组成。头部（头部（头部（头部（N-N-N-N-端）端）端）端）尾部（尾部（尾部（尾部（C-C-C-C-端）端）端）端）L1连连接接区区L12连连接接区区L2连连接接区区 8-14 8 16-17杆状杆状 区区头部头部（N-端端）尾部尾部（C-端）端）N-端端C-端端1A -螺旋螺旋1B -螺旋螺旋2A-螺旋螺旋2B -螺旋螺旋35 1 0 1 9 121几种中间丝的模式图几种中间丝的模式图(a)IF亚基单体亚基单体;(b)两个单体组成二聚体两个单体组成二聚体;(c)两个二聚体组两个二聚体组成四聚体成四聚体;(d)3个四聚体纵向连成原纤维；个四聚体纵向连成原纤维；(f)8根原纤维根原纤维组成中间丝。组成中间丝。特点：特点：IFIF没有极性；无动态蛋白库；装配与温度和蛋白浓没有极性；无动态蛋白库；装配与温度和蛋白浓度无关；不需要度无关；不需要ATPATP、GTPGTP或结合蛋白的辅助。或结合蛋白的辅助。中间丝的装配过程l功能：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l已已知知的的IFAPs约约15种种左左右右，分分别别与与特特定定的的中中间间纤纤维维结结合合，如：如：flanggrin、Plectin、Ankyrinl特点：具有细胞特异性特点：具有细胞特异性IF的结合蛋白的结合蛋白 IFAP 中间丝是相当稳定的结构,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。中间丝在体积上与微管和微丝是不同的,微管的直径是24nm,微丝的直径是7nm,而中间纤维则是10nm。而且形态上也不相同,微管是由微管蛋白二聚体组装成的中空管状,微丝是由球形亚基装配成的螺旋纤维,而中间纤维的亚基是-螺旋杆状装配成似杆状的结构。中间丝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,但是对于中间纤维装配的许多细节尚不清楚。中间丝与其他两种骨架的结构和功能差异中间丝与其他两种骨架的结构和功能差异IF装配与MF