1、第一節第一節 細胞質骨架細胞質骨架 一、微絲一、微絲 微絲微絲(microfilament，MF) 是指真核細胞中是指真核細胞中 由肌動蛋白由肌動蛋白(actin)組成，直徑為組成，直徑為7 nm的骨架的骨架 纖維纖維。 (一一)微絲的成分微絲的成分 肌動蛋白肌動蛋白 單體外觀呈啞鈴狀單體外觀呈啞鈴狀,具有極性具有極性， ( (二二) )微絲微絲結構與裝配結構與裝配 球形肌動蛋白球形肌動蛋白( (G Gactin)actin)單體頭尾相接形成具單體頭尾相接形成具 有極性的多聚體螺旋纖維形肌動蛋白有極性的多聚體螺旋纖維形肌動蛋白( (F Factin)actin) 球形肌動蛋白球形肌動蛋白( (

2、G Gactin) actin) 加到微絲兩端，加到微絲兩端，( (十十) ) 極裝配的速度較極裝配的速度較( () )極快極快 在一定條件下，微絲可以表現出一端因加亞單在一定條件下，微絲可以表現出一端因加亞單 位而延長，而另一端因亞單位脫落而減短，這位而延長，而另一端因亞單位脫落而減短，這 種現象稱為種現象稱為踏車現象踏車現象 ( (tread milling)tread milling)。 ( (三三) )微絲結合蛋白微絲結合蛋白 肌動蛋白纖維的存在形式與微絲結合蛋白的種肌動蛋白纖維的存在形式與微絲結合蛋白的種 類有關。類有關。 微絲結合蛋白參與形成微絲纖維高級結構，對微絲結合蛋白參與形成

3、微絲纖維高級結構，對 肌動蛋白纖維的動態裝配有調節作用肌動蛋白纖維的動態裝配有調節作用。 1 1肌肉收縮系統中的有關蛋白肌肉收縮系統中的有關蛋白 肌球蛋白肌球蛋白( (myosin)myosin) 約占肌肉總蛋白的一半約占肌肉總蛋白的一半 含含2 2條重鏈，條重鏈，2 2條輕鏈，兩股重鏈盤繞成雙股條輕鏈，兩股重鏈盤繞成雙股a a 螺旋，長約螺旋，長約140 140 nmnm，直徑直徑2 2 nmnm。 型肌球蛋白參與肌絲滑動。型肌球蛋白參與肌絲滑動。 型和型和V V型肌球蛋白，參與細胞骨架和細胞膜型肌球蛋白，參與細胞骨架和細胞膜 的相互作用，如膜泡運輸。的相互作用，如膜泡運輸。 原肌球蛋白原肌

4、球蛋白(tropomyosin，Tm) 。 在肌肉中占總蛋白的在肌肉中占總蛋白的510 由兩條平行的多肽鏈形成由兩條平行的多肽鏈形成a螺旋構型，長螺旋構型，長 40nm 位于肌動蛋白螺旋溝內。結合于細肌絲，調節位于肌動蛋白螺旋溝內。結合于細肌絲，調節 肌動蛋白與肌球蛋白頭部的結合肌動蛋白與肌球蛋白頭部的結合 肌鈣蛋白肌鈣蛋白(tropoin，Tn) 含含3個亞基個亞基 肌鈣蛋白肌鈣蛋白 C(TnC)特異與特異與Ca2+結合結合 肌鈣蛋白肌鈣蛋白T(TnT)與原肌球蛋白有高度親和與原肌球蛋白有高度親和 力力 肌鈣蛋白肌鈣蛋白I(TnI)抑制肌球蛋白抑制肌球蛋白ATPase的活的活 性。性。 細肌

5、絲中每隔細肌絲中每隔40nm有一個肌鈣蛋白復合體結有一個肌鈣蛋白復合體結 合到原肌球蛋白上合到原肌球蛋白上 2 2非肌肉細胞中的微絲結合蛋白非肌肉細胞中的微絲結合蛋白 肌球蛋白肌球蛋白 原肌球蛋白原肌球蛋白 a a輔肌動蛋白輔肌動蛋白 肌鈣蛋白肌鈣蛋白 與微絲裝配及功能與微絲裝配及功能 有密切關系有密切關系。 ( (四四) )微絲特異性藥物微絲特異性藥物 細胞松弛素細胞松弛素( (cytochalasins)cytochalasins) 是真菌的一種代謝產物，可以切斷微絲，并結合在微是真菌的一種代謝產物，可以切斷微絲，并結合在微 絲末端阻抑肌動蛋白聚合，但對解聚沒有明顯影響，絲末端阻抑肌動蛋白

6、聚合，但對解聚沒有明顯影響， 因而可以破壞微絲的三維網絡。因而可以破壞微絲的三維網絡。 鬼筆環肽鬼筆環肽( (philloidin)philloidin) 是一種由毒蕈產生的雙環桿肽，與微絲有強親合作用，是一種由毒蕈產生的雙環桿肽，與微絲有強親合作用， 使肌動蛋白纖維穩定，抑制解聚，且只與使肌動蛋白纖維穩定，抑制解聚，且只與F F肌動蛋白結肌動蛋白結 合，而不與合，而不與G G肌動蛋白結合，熒光標記的鬼筆環肽可清肌動蛋白結合，熒光標記的鬼筆環肽可清 晰地顯示細胞中的微絲。晰地顯示細胞中的微絲。 ( (五五) )微絲性細胞骨架的功能微絲性細胞骨架的功能 1 1肌肉收縮肌肉收縮 2 2微絨毛微絨毛

7、 3 3應力纖維應力纖維 4 4溶膠層和阿米巴運動溶膠層和阿米巴運動 5 5胞質分裂環胞質分裂環 二、微管二、微管( (microtubule)microtubule) 真核細胞中由微管蛋白真核細胞中由微管蛋白( (tubulin)tubulin)裝配成的長管狀極性裝配成的長管狀極性 細胞器結構細胞器結構 能與其他蛋白共同裝配成紡錘體、基粒、中心粒、鞭能與其他蛋白共同裝配成紡錘體、基粒、中心粒、鞭 毛、纖毛、軸突、神經管等結構，毛、纖毛、軸突、神經管等結構， 參與細胞形態的維持、細胞運動和細胞分裂。參與細胞形態的維持、細胞運動和細胞分裂。 所有原核生物中沒有微管。所有原核生物中沒有微管。 (

8、(一一) )微管成分微管成分 由由a a微管蛋白和微管蛋白和b b微管蛋白微管蛋白 組成組成, , 微管裝配的基本單位微管裝配的基本單位 a a微管蛋白和微管蛋白和b b微管蛋白形微管蛋白形 成微管蛋白異二聚體成微管蛋白異二聚體 ( (二二) )微管形態微管形態 長管狀結構，平均外徑為長管狀結構，平均外徑為24 24 nmnm，內徑內徑15 15 nmnm 管壁由管壁由1313根原纖維排列構成。根原纖維排列構成。 可裝配成單管，二聯管可裝配成單管，二聯管( (纖毛和鞭毛中纖毛和鞭毛中) )，三聯，三聯 管管( (中心粒和基體中中心粒和基體中) )。 所有的微管都有確定的極性。微管的兩個末端所有

9、的微管都有確定的極性。微管的兩個末端 在結構上不是等同的在結構上不是等同的 纖毛纖毛 纖毛軸心含有一束纖毛軸心含有一束“9 9十十2 2”排列的平行微管排列的平行微管 中央微管均為完全微管，外圍二聯體微管由中央微管均為完全微管，外圍二聯體微管由A A、 B B亞纖維組成亞纖維組成 A A亞纖維為完全微管，由亞纖維為完全微管，由1313個球形亞基環繞而個球形亞基環繞而 成成 B B亞纖維由亞纖維由1010個亞基構成，另個亞基構成，另3 3個亞基與個亞基與A A亞纖亞纖 維共用。維共用。 纖毛運動機制：滑動學說認為纖毛運動由相鄰纖毛運動機制：滑動學說認為纖毛運動由相鄰 二聯體間相互滑動所致二聯體間

10、相互滑動所致 ( (六六) )功能功能 基體和中心粒基體和中心粒 中心體由一對相互垂直中心體由一對相互垂直 的中心粒構成。位于鞭的中心粒構成。位于鞭 毛和纖毛根部的類似結毛和纖毛根部的類似結 構稱為基粒構稱為基粒。 基粒和中心粒均是微管基粒和中心粒均是微管 性結構，呈圓柱狀性結構，呈圓柱狀。其其 壁由壁由9 9組微管三聯體組成，組微管三聯體組成， 三聯體亞纖維三聯體亞纖維A A為完全微為完全微 管，亞纖維管，亞纖維B B和和C C為不完為不完 全微管。全微管。 中心粒和基粒是同源的，中心粒和基粒是同源的， 在某些時候可以相互轉在某些時候可以相互轉 變。變。 均具有自我復制均具有自我復制 性質性

11、質 ( (三三) )裝配裝配 a a微管蛋白和微管蛋白和b b微管蛋白形成長度微管蛋白形成長度 為為8 8 nmnm的的abab二聚體二聚體 abab 二聚體以二聚體以 ab-ab-abab-ab-ab方向方向先先 形成原纖維形成原纖維 原纖維經過側面增加而擴展為片原纖維經過側面增加而擴展為片 層，至層，至1313根原纖維時，即合攏形根原纖維時，即合攏形 成一段微管。成一段微管。 新的二聚體再不斷加到微管新的二聚體再不斷加到微管(+)(+)極極 端點使之延長。端點使之延長。 最終微管蛋白與微管達到平衡最終微管蛋白與微管達到平衡, , 踏車現象踏車現象( (treadmilling)treadm

12、illing) 微管裝配動態微管裝配動態 微管蛋白的合成是自我調節的，多余的微管蛋白單體微管蛋白的合成是自我調節的，多余的微管蛋白單體 結合于合成微管蛋白的核糖體上，導致微管蛋白結合于合成微管蛋白的核糖體上，導致微管蛋白mRNAmRNA 降解。降解。 微管在體內的裝配和去裝配在時間和空間上是高度有微管在體內的裝配和去裝配在時間和空間上是高度有 序的，序的， 間期細胞中，細胞質微管與微管蛋白亞單位庫處于相間期細胞中，細胞質微管與微管蛋白亞單位庫處于相 對平衡狀態；對平衡狀態； 有絲分裂前期，胞質微管網絡中的微管去裝配，游離有絲分裂前期，胞質微管網絡中的微管去裝配，游離 的微管蛋白亞單位裝配為紡錘

13、體；分裂末期，發生逆的微管蛋白亞單位裝配為紡錘體；分裂末期，發生逆 向轉變。向轉變。 微管組織中心微管組織中心 微管在解聚后重新微管在解聚后重新 裝配的發生處稱為裝配的發生處稱為 微管組織中心微管組織中心 ( (MTOC)MTOC)。 MTOCMTOC決定了細胞微決定了細胞微 管的極性，微管的管的極性，微管的 ( () )極指向極指向MTOCMTOC，(+)(+) 極背向極背向MTOCMTOC。 動物細胞的動物細胞的MTOCMTOC為為 中心體。中心體。 ( (四四) )微管相關蛋白質微管相關蛋白質 附著于微管多聚體上，參附著于微管多聚體上，參 與微管的裝配并增加微管與微管的裝配并增加微管 的

14、穩定性的穩定性dede蛋白稱為微管蛋白稱為微管 相關蛋白質相關蛋白質( (MAP)MAP)。 一般認為微管相關蛋白質一般認為微管相關蛋白質 與骨架纖維間的連接有關，與骨架纖維間的連接有關， ( (五五) )微管特異性藥物微管特異性藥物 秋水仙素秋水仙素 ( (colchicine)colchicine) 秋水仙素阻斷微管蛋秋水仙素阻斷微管蛋 白裝配成微管。用低濃度的秋水仙素處理活細白裝配成微管。用低濃度的秋水仙素處理活細 胞，可立即破壞紡錘體結構胞，可立即破壞紡錘體結構 紫杉酚紫杉酚( (taxol)taxol)能促進微管的裝配，并使已形能促進微管的裝配，并使已形 成的微管穩定。成的微管穩定。

15、 重水重水 ( (D D2 2O)O)也會促進微管裝配，增加其穩定性。也會促進微管裝配，增加其穩定性。 紫杉酚和重水所致的微管穩定性增加對細胞是紫杉酚和重水所致的微管穩定性增加對細胞是 有害的，使細胞周期停止于有絲分裂期有害的，使細胞周期停止于有絲分裂期 ( (六六) )功能功能 1 1維持細胞形態維持細胞形態 2 2細胞內運輸細胞內運輸 (1) (1)神經元軸突運輸神經元軸突運輸 (2) (2)色素顆粒的運輸色素顆粒的運輸 3 3鞭毛運動和纖毛運動鞭毛運動和纖毛運動 4 4紡錘體和染色體運動紡錘體和染色體運動 5 5基體和中心粒基體和中心粒 三三 中間纖維中間纖維 2020世紀世紀6060年

16、代中期，在哺乳動物細胞中發現年代中期，在哺乳動物細胞中發現10 10 nmnm纖維，因其直徑介于粗肌絲和細肌絲之間，纖維，因其直徑介于粗肌絲和細肌絲之間， 故被命名為中間纖維故被命名為中間纖維( (又稱中間絲，又稱中間絲， intermediate filamentintermediate filament， ( (一一) )成分成分 角蛋白纖維角蛋白纖維，存在于上皮細胞中存在于上皮細胞中 波形纖維波形纖維 ，存在于間質細胞和中胚層來源的存在于間質細胞和中胚層來源的 細胞中細胞中 結蛋白纖維結蛋白纖維 ，存在于肌細胞中存在于肌細胞中 神經元纖維神經元纖維，存在于神經元中存在于神經元中 神經膠質

17、纖維神經膠質纖維，存在于神經膠質細胞存在于神經膠質細胞 中間纖維的分布具有嚴格的組織特異性。中間纖維的分布具有嚴格的組織特異性。 ( (二二) )結構結構 分子肽鏈中部有一段高度保守的約分子肽鏈中部有一段高度保守的約310310個氨基個氨基 酸殘基的酸殘基的螺旋區，螺旋區， 兩個相鄰亞基的對應兩個相鄰亞基的對應螺旋區形成雙股超螺旋，螺旋區形成雙股超螺旋， 裝配為中間纖維的主干裝配為中間纖維的主干，這是中間纖維的共同這是中間纖維的共同 結構特征。結構特征。 分子非螺旋化的頭部分子非螺旋化的頭部( (N N端端) )和尾部和尾部( (C C端端) )的氨基的氨基 酸順序和肽鏈長度在不同中間纖維蛋白

18、分子中酸順序和肽鏈長度在不同中間纖維蛋白分子中 有很大差異。有很大差異。 ( (三三) )裝配裝配 兩個相鄰亞基的對應兩個相鄰亞基的對應a a螺旋區形成雙股超螺旋，螺旋區形成雙股超螺旋， 即二聚體即二聚體 二聚體裝配為四聚體二聚體裝配為四聚體( (tetramer)tetramer) 由四聚體或八聚體進一步裝配為中間纖維由四聚體或八聚體進一步裝配為中間纖維 最多見的是由最多見的是由8 8個四聚體或個四聚體或4 4個八聚體裝配為中個八聚體裝配為中 間纖維，間纖維，。 ( (四四) )中間纖維結合蛋白中間纖維結合蛋白( (IFAP)IFAP) 是一類在結構和功能上與中間纖維有密切聯系，是一類在結構

19、和功能上與中間纖維有密切聯系， 但其本身不是中間纖維結構組分的蛋白。但其本身不是中間纖維結構組分的蛋白。 IFAPIFAP可能在中間纖維上或其兩端與中間纖維緊可能在中間纖維上或其兩端與中間纖維緊 密或松散結合。密或松散結合。 可能作為細胞中中間纖維超分子結構的調節者。可能作為細胞中中間纖維超分子結構的調節者。 ( (五五) )功能功能 中間纖維在胞質中形成精細發達的纖維網絡，中間纖維在胞質中形成精細發達的纖維網絡， 外與細胞膜及細胞外基質相連，內與核纖層有外與細胞膜及細胞外基質相連，內與核纖層有 直接聯系。直接聯系。 在胞質中中間纖維與微絲、微管及其他細胞器在胞質中中間纖維與微絲、微管及其他細

20、胞器 有錯綜復雜的纖維聯絡。有錯綜復雜的纖維聯絡。 中間纖維在細胞質中起支架作用，并與細胞核中間纖維在細胞質中起支架作用，并與細胞核 定位有關。定位有關。 中間纖維在細胞間或者組織中起支架作用中間纖維在細胞間或者組織中起支架作用 近年來發現中間纖維與近年來發現中間纖維與mRNAmRNA的運輸有關，的運輸有關， 第二節第二節 細胞核骨架細胞核骨架 細胞核骨架是存在于真核細胞核內的以蛋白成細胞核骨架是存在于真核細胞核內的以蛋白成 分為主的纖維網架體系。分為主的纖維網架體系。 狹義的核骨架指核內除核膜、核纖層、染色質、狹義的核骨架指核內除核膜、核纖層、染色質、 核仁和核孔復合體以外的以纖維蛋白成分為

21、主核仁和核孔復合體以外的以纖維蛋白成分為主 的纖維網架體系的纖維網架體系 廣義的核骨架包括核基質、核纖層和核孔復合廣義的核骨架包括核基質、核纖層和核孔復合 體。體。 核骨架與核骨架與DNADNA復制、復制、RNARNA轉錄和加工、染色體裝轉錄和加工、染色體裝 配及病毒復制等一些重要的生命活動有關。配及病毒復制等一些重要的生命活動有關。 ( (一一) )形態結構形態結構 核骨架纖維直徑為核骨架纖維直徑為3 330 30 nmnm，估計單絲直徑約估計單絲直徑約 3 34 4 nmnm，粗纖維可能是單纖維的復合體粗纖維可能是單纖維的復合體 核內骨架與核纖層有豐富的纖維聯絡，構成統核內骨架與核纖層有豐

22、富的纖維聯絡，構成統 一的核骨架網絡一的核骨架網絡 ( (二二) )成分成分 核骨架蛋白核骨架蛋白 核骨架結合蛋白核骨架結合蛋白 少量少量RNARNA。 1 1核骨架蛋白核骨架蛋白 這類蛋白與富含這類蛋白與富含ATAT的的DNADNA核骨架結合序列核骨架結合序列( (MAR)MAR) 結合，又稱為結合，又稱為MARMAR結合蛋白結合蛋白 將將DNADNA錨定在核骨架上，以形成錨定在核骨架上，以形成DNADNA放射環。放射環。 2 2核骨架結合蛋白核骨架結合蛋白 (1)(1)轉錄因子轉錄因子 (2) (2)酶酶 (3) (3)受體受體 (4) (4)供體供體 ( (三三) )核骨架結合序列核骨架

23、結合序列 MARMAR一般位于一般位于DNADNA放射環或活性轉錄基因的兩端放射環或活性轉錄基因的兩端 MARMAR的結構特征的結構特征 富含富含ATAT； 富含富含DNADNA解旋元件解旋元件( (DNA unwinding elements)DNA unwinding elements)； 富含反向重復序列富含反向重復序列( (inverted repeats)inverted repeats) 含有轉錄因子結合位點含有轉錄因子結合位點 MARMAR的功能的功能 通過與核骨架蛋白的結合，將通過與核骨架蛋白的結合，將DNADNA放射環錨定在核骨放射環錨定在核骨 架上架上 作為許多功能性基因調

24、控蛋白的結合位點。作為許多功能性基因調控蛋白的結合位點。 ( (四四) )功能功能 1 1核骨架與核骨架與DNADNA復制復制 2 2核骨架與基因表達核骨架與基因表達 3 3核骨架與病毒復制核骨架與病毒復制 4 4核骨架與染色體構建核骨架與染色體構建 二、染色體支架二、染色體支架 染色體支架是指染色體中由非組蛋白構成的結染色體支架是指染色體中由非組蛋白構成的結 構支架。構支架。 染色體支架含大約染色體支架含大約3030種非組蛋白種非組蛋白, ,DNADNA拓撲異構拓撲異構 酶酶 三、核纖層三、核纖層 核纖層核纖層( (nuclearlamina)nuclearlamina)是位于細胞核內層核是

25、位于細胞核內層核 膜下的纖維蛋白片層或纖維網絡，核纖層由膜下的纖維蛋白片層或纖維網絡，核纖層由1 1 至至3 3種核纖層蛋白多肽組成。種核纖層蛋白多肽組成。 核纖層與中間纖維、核骨架相互連接，形成貫核纖層與中間纖維、核骨架相互連接，形成貫 穿于細胞核與細胞質的骨架結構體系。穿于細胞核與細胞質的骨架結構體系。 核纖層形態結構核纖層形態結構 由核纖層蛋白構成的直徑為由核纖層蛋白構成的直徑為10 10 nmnm左右的核纖左右的核纖 層纖維，縱橫排列整齊，呈正交狀編織成球狀層纖維，縱橫排列整齊，呈正交狀編織成球狀 或籠狀網絡，分布于內層核膜與染色質之間。或籠狀網絡，分布于內層核膜與染色質之間。 功能功

26、能 核纖層與核膜、染色質及核孔復合體在結構上核纖層與核膜、染色質及核孔復合體在結構上 有密切聯系有密切聯系 一般認為核纖層在細胞核中起支架作用，為核一般認為核纖層在細胞核中起支架作用，為核 膜及染色質提供了結構支架。膜及染色質提供了結構支架。 (一一)微絲的成分微絲的成分 肌動蛋白肌動蛋白 單體外觀呈啞鈴狀單體外觀呈啞鈴狀,具有極性具有極性， 1 1肌肉收縮系統中的有關蛋白肌肉收縮系統中的有關蛋白 ( (二二) )微管形態微管形態 長管狀結構，平均外徑為長管狀結構，平均外徑為24 24 nmnm，內徑內徑15 15 nmnm 管壁由管壁由1313根原纖維排列構成。根原纖維排列構成。 可裝配成單管，二聯管可裝配成單管，二聯管( (纖毛和鞭毛中纖毛和鞭毛中) )，三聯，三聯 管管( (中心粒和基體中中心粒和基體中) )。 所有的微管都有確定的極性。微管的兩個末端所有的微管都有確定的極性。微管的兩個末端 在結構上不是等同的在結構上不是等同的 ( (五五) )微管特異性藥物微管特異性藥物 秋水仙素秋水仙素 ( (colchicine)colchicine) 秋水仙素阻斷微管蛋秋水仙素阻斷微管蛋 白裝配成微管。用低濃度的秋水仙素處理活細白裝配成微管。用低濃度的秋水仙素處理活細 胞，可立即破壞紡錘體結構胞，可立即破壞紡錘體結構 紫杉酚紫杉酚( (taxol)taxol)能促進