第十二章 细胞骨架 (cytoskeleton)

1. 第十二章 细胞骨架(cytoskeleton)

2. 重 点 内 容 • 掌握细胞骨架及其它重要概念 • 掌握细胞骨架的组成与功能 • 了解细胞骨架的组装

4. 细胞骨架的概念 • 细胞骨架是指真核细胞质中的蛋白质纤维网架体系。它对于细胞的形状、细胞的运动、细胞内物质的运输、染色体的分离和细胞分裂等起着重要的作用。

5. 细胞骨架的发现过程 • 最初人们认为细胞质中无有形结构，但许多生命 现象，如细胞运动、细胞形状的维持等，难以得 到解释。 • 1928年，人们提出了细胞骨架的原始概念。 • 1954年，在电镜下首次看到了细胞中的微管，但 在此时，电镜制片还只能用锇酸或高锰酸钾在低 温条件下来固定，在这样的条件下细胞骨架常发 生聚集现象，因而被破坏。 • 1963年，采用戊二醛常温固定后，才广泛的地观察到细胞骨架的存在，并正式命名为一种细胞器。

6. 细胞骨架的成分 微管(microtubules) 微丝(microfilaments) 中间纤维(intermediate filaments) 广义上的细胞骨架还包括核骨架、核纤层和细胞外基质

9. 第一节 微 管(microtubules)

10. 微管的一般特征 微管的组成：由微管蛋白和微管结合蛋白 组成。 微管的形状：为中空的管状结构。 基本功能： 细胞器的定位和物质运输。 微管组成的细胞器：纤毛、鞭毛、基体、 中心体、纺缍体等。

11. 一、微管是由微管蛋白组成的中空小管

12. 微 管 的 成 分

13. 微管家族新成员γ-微管蛋白 • γ-微管蛋白位于微管组织中心， • 对微管的形成、微管的数量和位置、微管极性的确定及细胞分裂起重要作用。

14. 微管的动态性： • 微管是以异二聚体为单位， 可自由组装和拆卸。

15. 微管的极性： • 微管具有极性，+极(plus end)生长速度快， -极(minus end)生长速度慢。 • +极的最外端是β球蛋白，-极的最外端是α球蛋白。

16. 微管三种存在形式 • 单 管：由13根原纤维组成，是细胞质中常见的形式， 其结构不稳定，易受环境因素而降解。 • 二联管：由A，B两根单管组成，A管由13根原纤维， B管有10根原纤维，与A管共用3根原纤维， 主要分布于纤毛、鞭毛内。 三联管：由A，B，C三根单管组成，A管有13根 原纤维，B、C各有10根原纤维，主要分布 于中心粒及鞭毛和纤毛的基体中。

18. 二、微管结合蛋白(microtubule-associaded protein MAP) • MAP：是与微管结合的辅助蛋白，并与微管共存， 参与微管的装配。 • MAP有四个成员MAP1, MAP2,tau, MAP4,前三种主要存在与神经中， MAP4在神经元和非神经元细胞内均存在 • MAP有两个区域组成，碱性结合区和酸性突出区。碱性区参与微管的成核作用，酸性区决定成束时的间距

19. MAP

20. 三、微管处于组装和去组装 • 微管本身大多数情况下是不稳定的，需要进行装配和去装配，一般用踏车理论和非稳态动力学模型来进行解释。 • 微管的组装过程可分三个过程：延迟期、聚合期和稳定期。延迟期又分叫成核期。

22. 微管组织中心 • 微管组织中心(microtubule organizing center MTOC)：是微管形成的起点和核心位点，常见的微管组织中心为中心体和纤毛的基体。 • 微管组织中心的作用：是帮助细胞质中的微管在装配过程中成核，接着微管从微管组织中心开始生长。 • γ蛋白的作用：γ蛋白一般形成γ微管蛋白环形复合体，它可刺激微管核心形成，并包裹微管蛋白的负端防止微管蛋白的渗入。

23. 中心体(centrosome) • 中心体的结构： 中心体位于细胞核的附近，在细胞有丝分裂时位于细胞的两级，中心体包括两个中心粒和中心粒旁物质。它是细胞内重要的微管组织中心。 • 中心体的功能：是细胞中决定微管形成的一种细胞器，它与细胞的有丝分裂关系密切，主要参与纺缍体的形成。

25. 微管的体外组装 • 在实验室中微管组装的条件：微管蛋白的浓度、 pH值和温度是主要条件，镁钙离子起重要作用。GTP是重要的调节微管组装的物质，同时还是微管合成时的供能物质。 • 通过微管的体外组装，可以更好的研究微管的组装机理及影响微管组装的因素。

26. 微管的体内装配 • γ微管蛋白环形复合体，它位于微管组织中心，是集结异二聚体的核心，微管从此生长和延长。与微管的负端结合，而使负端稳定。 • 组织微管的能力受细胞周期调解机制调控，

28. 影响微管组装和去组装的因素 • 包括GTP浓度、温度、 pH值、离子浓度、微管蛋白 临界浓度、药物等。 • 常见的影响微管蛋白组装和去组装的药物：紫杉花 醇、秋水仙碱、长春花碱等。

29. 四、微管的主要功能 ㈠支持和维持细胞的形态

30. ㈡参与中心粒、纤毛和鞭毛的组成 中心粒是动物细胞中的主要微管组织中心，在有丝分裂的间期，主要是维持细胞的形状和帮助物质运输；在分裂期组织纺缍体的形成，并与染色体的移动有密切关系。

31. 纤毛与鞭毛 • 细胞表面的运动器官，二者结构基本相同，在电镜下都可见9+2的结构，中央为二联微管称为中央微管，周围有9组二联微管。

32. 鞭毛的基体与中心体相似，由三联管组成，没有中央微管。鞭毛的基体与中心体相似，由三联管组成，没有中央微管。

33. ㈢参与细胞内物质运输 微管参与物质运输主要是由马达蛋白来完成，它可分两大类：胞质动力蛋白(cytoplasmic dynein)和驱动蛋白(kinesin)。两类蛋白都具有ATP酶的活性，并都有将物质沿微管滑动的功能。

34. 微管动力蛋白 微管驱动蛋白

35. ㈣维持细胞内细胞器的定位和分布 ㈤参与染色体的运动调节细胞分割 ㈥参与细胞内信号转导

36. 第二节 微丝(microfilament MF)

37. 微丝的成分：微丝还可称为肌动蛋白纤维(actin filament)，是由肌动蛋白(actin)组成的细丝。 • 微丝分布情况：在肌肉细胞中占细胞总蛋白的10%，结构稳定，组成了肌细胞的收缩单位，在非肌肉细胞中，分布均散，结构与微管一样不稳定。

38. 一、微丝结构的特点 • 微丝的主要成分是肌动蛋白 • 微丝的电镜结构：呈细丝状，比微管短的多，但在细胞中微丝多数成束或与其它细胞结构复合在一起。

39. 肌动蛋白是一个由375个氨基酸组成的单链多肽，与一分子的ATP相连。称为球形-肌动蛋白。微丝是由球形-肌动蛋白形成的聚合体，也称纤维状-肌动蛋白。微丝的结构也具有极性，有正负极之分。肌动蛋白是一个由375个氨基酸组成的单链多肽，与一分子的ATP相连。称为球形-肌动蛋白。微丝是由球形-肌动蛋白形成的聚合体，也称纤维状-肌动蛋白。微丝的结构也具有极性，有正负极之分。

40. 二、微丝的结合蛋白 • 微丝结合蛋白的种类要比微管结合蛋白的种类多，且功能复杂。目前在肌肉细胞和非肌细胞中已经分离出了100多种不同类型的微丝结合蛋白。 ㈠单体隔离蛋白 ㈡交联蛋白 ㈢末端阻断蛋白 ㈣纤维切割蛋白 ㈤肌动蛋白纤维去聚合蛋白 ㈥膜结合蛋白

42. 三、肌动蛋白微丝的装配过程 • 微丝的组装过程与微管相似，多数情况下，其组装过程用踏车行为来解释。

43. 微丝的组装过程 • 三个步骤：成核期、生长或延长期、平衡期 • 成核期与微管不同，微丝的成核作用是发生在质 膜上，这一过程还受到细胞外部信号的调节。 • 微丝组装的动力来自于ATP。

44. 影响微丝组装的因素： • 球形-肌动蛋白的临界浓度，ATP、Ga2+、Na+、K+的浓度及药物的影响。 • 细胞松驰素B与微丝正端结合，影响聚合 • 鬼笔环肽与聚合的微丝结合，抑制微丝的解体

46. 四、微丝的功能 ㈠构成细胞的支架 微丝不能单独发挥作用，必须在形成网络结构或成束状结构时才能发挥作用。

47. 微绒毛的结构特征 ！！微绒毛是细胞表面的一种特化结构， ！！核心是20-30个同向平行的微丝组成束状结 构其中有微丝结合蛋白绒毛蛋白和毛缘蛋白。 ！！另外还有肌球蛋白-1和钙调蛋白将微丝与绒毛处的质膜相连。 正是由于微丝及其结合蛋白的存在，才使得微绒毛的形状得以维持。

48. ㈡参与细胞的运动 细胞整体的移动和位置改变主要是在微丝的作用下完成的，如变形虫、巨噬细胞和白细胞以及器官发生时的胚胎细胞等。

49. ㈢参与细胞分裂 在有丝分裂的末期，细胞膜沿赤道面向内收缩，这一过程主要是在由微丝组成的收缩环的作用下完成的。

50. ㈣参与肌肉收缩 • 骨骼肌收缩的基本结构单位——肌小节： 肌小节的主要成分是肌原纤维，电镜下可见肌原纤维由粗肌丝和细肌丝组成。粗肌丝的成分是肌球蛋白，细肌丝主要成分是肌动蛋白，并辅以原肌球蛋白和肌钙蛋白，组成肌动蛋白丝。