1、細胞生物學教程第9章+細胞骨架成分：微絲（microfilament）、微管（microtubule）和中間纖維（intemediate filament）構成。均由單體蛋白以較弱的非共價鍵結合在一起，構成纖維型多聚體。微絲確定細胞表面特征，使細胞能夠運動和收縮。微管確定膜性細胞器的位置和作為膜泡運輸的導軌。中間纖維使細胞具有張力和抗剪切力。其它骨架成分：核骨架、核纖層、細胞外基質。 The three types of protein第一節 微絲 microfilament , MF又稱肌動蛋白纖維actin filament，是由兩條線性排列的肌動蛋白鏈形成的螺旋 ，形狀如雙線捻成的繩子，

2、直徑約7nm 。根據等電點分為3類：分布于肌肉細胞；和分布于肌細胞和非肌細胞。actin單體外觀呈啞鈴形，稱球形肌動蛋白G-actin；多聚體稱為纖維形肌動蛋白F-actin。actin在進化上高度保守，酵母和兔子肌肉的肌動蛋白有88%的同源性。肌動蛋白要經過翻譯后修飾，如N-端乙酰化或組氨酸殘基的甲基化。一、分子結構條件：ATP、適宜的溫度、存在K+和Mg2+離子。過程：2-3個actin聚集成一個核心（核化）；ATP-actin分子向核心兩端加合。微絲具有極性，ATP-actin加到(+)極的速度要比加到(-)極的速度快5-10倍。溶液中ATP-肌動蛋白的濃度處于臨界濃度時，ATP-肌動蛋

3、白在(+)端添加，而從(-)端分離，表現出 “踏車”現象。Treadmilling+-細胞中大多數微絲結構處于動態的組裝和去組裝過程中，并通過這種方式實現其功能。細胞松弛素（cytochalasin）可切斷微絲纖維，并結合在微絲末端抑制肌動蛋白加合到微絲纖維上，特異性的抑制微絲功能。鬼筆環肽（phalloidin）與微絲能夠特異性的結合，使微絲纖維穩定而抑制其功能。熒光標記的鬼筆環肽可特異性的顯示微絲。 二、微絲結合蛋白已知的的微絲結合蛋白有100多種，分為以下類型：1核化蛋白：使游離actin核化，開始組裝，Arp2單體隱蔽蛋白：阻止游離actin向纖維添加，thymosin 3封端蛋白：使

4、纖維穩定，Cap Z4單體聚合蛋白：將結合的單體安裝到纖維，profilin 5微絲解聚蛋白：使微絲去組裝，cofilin 6交聯蛋白：fimbrin 7纖維切斷蛋白：將微絲切斷，gelsolin8膜結合蛋白：vinculin 核化蛋白三、肌肉的組成由肌原纖維組成，肌原纖維包括粗肌絲和細肌絲，粗肌絲主要成分是肌球蛋白，細肌絲的主要成分是肌動蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白。肌肉收縮的基本單位是肌小節（sarcomere）。肌小節是相鄰兩Z線間的單位。主要結構有：A帶（暗帶）：為粗肌絲所在。H區：A帶中央色淺部份，此處只有粗肌絲。I帶（明帶）：只含細肌絲部分。Z線：細肌絲一端游離，一端附于Z線 。Sa

5、rcomere（一）肌球蛋白（myosin）屬于馬達蛋白，趨向微絲的（+）極。已知15類（myosin I-XV）。Myosin II構成粗肌絲。由2個重鏈和4個輕鏈組成，外觀具有兩個球形的頭和一個螺旋化的干，頭部有ATP酶活性。Myosin V結構類似myosin II，但重鏈有球形尾部。Myosin I 由一個重鏈和兩個輕鏈組成。Myosin I、II、V都存在于非肌細胞中，II型參與形成應力纖維和胞質收縮環，I、V型結合在膜上與膜泡運輸有關 。 Myosin II structureTwo heavy chains, two essential light chains, and two

6、 regulatory light chainsHeavy chain has head domain, neck region, and tail domain（二）原肌球蛋白（tropomyosin.Tm）每個Tm的長度相當于7個肌動蛋白，呈長桿狀。組成兩條平行纖維，位于肌動蛋白雙螺旋的溝中，主要作用是加強和穩定肌動蛋白絲，抑制肌動蛋白與肌球蛋白結合。（三）肌鈣蛋白（troponin,Tn），含三個亞基，肌鈣蛋白C特異地與鈣結合，肌鈣蛋白T與原肌球蛋白有高度親和力，肌鈣蛋白I抑制肌球蛋白的ATP酶活性，主要作用是調節肌肉收縮。 Tropomyosin, actin and troponin

7、（四）肌肉的收縮 肌球蛋白結合ATP，引起頭部與肌動蛋白纖維分離；ATP水解，引起頭部與肌動蛋白弱結合； Myosin movement (continued)Pi釋放，頭部與肌動蛋白強結合，頭部向M線方向彎曲，引起細肌絲向M線移動；ADP釋放ATP結合上去，頭部與肌動蛋白纖維分離。如此循環 四、微絲的功能微絲除參與形成肌原纖維外還具有以下功能：1形成應力纖維（stress fiber）：結構類似肌原纖維，使細胞具有抗剪切力。 培養的上皮細胞中的應力纖維（微絲紅色、微管綠色） 2形成微絨毛。3細胞的變形運動。 4. 胞質分裂；5. 頂體反應；6. 其他功能：抑制微絲的藥物（細胞松弛素）可增強膜

8、的流動、破壞胞質環流。 第二節 微管 Microtubule, MT微管在胞質中形成網絡結構，作為運輸路軌并起支撐作用。微管是由微管蛋白組成的管狀結構，對低溫、高壓和秋水仙素敏感。A fluorescently stained image of cultured epithelial cells showing the nucleus (yellow) and microtubules (red)微管是由13條原纖維構成的中空管狀結構，直徑2225nm。每一條原纖維由微管蛋白二聚體線性排列而成微管蛋白二聚體由結構相似的和球蛋白構成。球蛋白結合的GTP從不發生水解或交換。球蛋白也是一種 G蛋白，

9、結合的GTP可發生水解，結合的GDP可交換為GTP。一、分子結構微管具有極性，(+)極生長速度快，(-)極生長速度慢。(+)極的最外端是球蛋白，(-)極的最外端是球蛋白。微管和微絲一樣具有踏車行為。微管形成的有些結構是比較穩定，是由于微管結合蛋白的作用和酶修飾的原因。如軸突、纖毛、鞭毛。大多數微管處于動態組裝和去組裝狀態（如紡錘體）。秋水仙素、長春花堿抑制微管裝配。 紫杉酚能促進微管的裝配, 并使已形成的微管穩定。The function of GTP-tubulin capGTP hydrolysis is not required for microtubule assembly，WHY？

10、Microtubule disassemble when ADP-tubulin are exposed MAP分子至少包含一個結合微管的結構域和一個向外突出的結構域。突出部位伸到微管外與其它細胞組分（如微管束、中間纖維、質膜）結合。主要功能：促進微管組裝。增加微管穩定性。促進微管聚集成束。二、微管結合蛋白 microtubule associated proteins MAPs三、微管組織中心microtubule organizing center, MTOCs是微管進行組裝的區域，都具有微管球蛋白 ，如：中心體、鞭毛基體。中心體由兩個相互垂直的中心粒構成。周圍是一些無定形物質，叫做外中心

11、粒物質（PCM）。中心粒由9組3聯微管構成，具有召集PCM的作用。MTOC處微管蛋白以環狀的球蛋白復合體為模板核化、先組裝出（-）極，然后開始生長。提純的微管，在微酸性環境，適宜的溫度，存在GTP、Mg2+和去除Ca2+的條件下能自發的組裝成11條原纖維的微管。The Orientation of Microtubules in a Cell 五、微管的功能1、支架作用2、細胞內運輸是胞內物質運輸的路軌。涉及兩大類馬達蛋白：驅動蛋白kinesin，動力蛋白dyenin，均需ATP供能。Kinesin發現于1985年，是由兩條輕鏈和兩條重鏈構成的四聚體 ，能向著微管（+）極運輸小泡 。Kines

12、in walk along microtubule towards plus endDynein發現于1963年，因與鞭毛和纖毛的運動有關而得名。由兩條相同的重鏈和一些種類繁多的輕鏈以及結合蛋白構成。作用：在細胞分裂中推動染色體的分離、驅動鞭毛的運動、向著微管（-）極運輸小泡。 3、形成紡錘體 在細胞分裂中牽引染色體到達分裂極。纖毛與鞭毛是相似的兩種細胞外長物，前者較短。結構：由基體和鞭桿兩部分構成。鞭毛中的微管為9+2結構。二聯微管A管由13條原纖維組成，B管由10條原纖維組成。A管向相鄰B管伸出兩條動力蛋白臂，并向鞭毛中央發出一條輻。基體的微管組成為9+0。鞭毛運動原理：動力蛋白臂的dyn

13、ein水解ATP作功，使相鄰的二聯微管相互滑動。第三節 中間纖維intermediate filaments，IF直徑10nm左右，介于微絲和微管之間，故名。IF是最穩定的細胞骨架成分，主要起支撐作用。IF在細胞中圍繞著細胞核分布，成束成網，并擴展到細胞質膜，與質膜相連結。Keratin filaments of epithelial cells are tightly anchored to the plasmamembranes at desmosmes and hemidesmosomes分為5類：角蛋白、結蛋白、膠質原纖維酸性蛋白、波形纖維蛋白、神經纖絲蛋白。具有組織特異性，不同類型細

14、胞含有不同IF。通常一種細胞含有一種中間纖維，少數含有2種以上。腫瘤細胞轉移后仍保留源細胞的IF。一、類 型（一）角蛋白keratin為表皮細胞特有，具有和兩類，角蛋白存在于細胞中，角蛋白形成頭發、指甲等堅韌結構。分為：酸性角蛋白（I型）、中性或堿性角蛋白（II型）。組裝時首先由I型和II型組成異二聚體，再形成中間纖維。（二）結蛋白desmin又稱骨骼蛋白skeletin，存在于肌肉細胞中，主要功能是使肌纖維連在一起。（三）、膠質原纖維酸性蛋白glial fibrillary acidic protein存在于星形神經膠質細胞和許旺細胞。起支撐作用。（四）、波形纖維蛋白vimentin存在于間充質細胞及中胚層來源的細胞中。（五）、神經纖絲蛋白neurofilament protein是由三種分子量不同的多肽組成的異聚體，功能是提供彈性使神經纖維易于伸展和防止斷裂。二、結構與裝配（一）結構由螺旋化桿狀區，以及兩端非螺旋化的球形頭（N端）尾（C端）部構成。桿狀區高度保守，由螺旋1和螺旋2構成，每個螺旋區還分為A、B兩個亞區。intemediate filaments，IF（二）