細胞骨架

細胞骨架（cytoskeleton）是指真核細胞中的蛋白纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)較晚，主要是因為一般電鏡制樣采用低溫（0-4℃）固定，而細胞骨架會在低溫下解聚。直到20世紀(jì)60年代后，采用戊二醛常溫固定，才逐漸認識到細胞骨架的客觀存在。廣義的細胞骨架包括細胞質(zhì)骨架、細胞核骨架、細胞膜骨架、細胞外基質(zhì)四部分，形成貫穿于細胞核、細胞質(zhì)、細胞外的一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。狹義的細胞骨架是指真核細胞的細胞質(zhì)中支持細胞形狀和引導(dǎo)細胞及細胞成分運動的纖維性細胞質(zhì)骨架網(wǎng)體系。

微管（Microtubule）（細胞質(zhì)骨架）

微絲

纖絲中間絲

粗絲一個培養(yǎng)細胞的細胞骨架培養(yǎng)細胞經(jīng)固定后用考馬斯亮藍染色，顯示遍布整個細胞內(nèi)的各種蛋白質(zhì)性的絲狀結(jié)構(gòu)。微管分布在核周圍,并呈放射狀向胞質(zhì)四周擴散。微絲分布在細胞質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)。中間纖維則分布在整個細胞中

細胞骨架的主要作用：1.細胞骨架決定動物細胞形態(tài)，維持細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性，抵制外界壓力對細胞的破壞；2.負責(zé)多種細胞器在細胞內(nèi)的定位；3.指導(dǎo)物質(zhì)和細胞器在胞內(nèi)的移動；4.為細胞本身移動和構(gòu)成細胞運動的力量來源裝置；5.為mRNA提供錨定位點，幫助mRNA翻譯成多肽鏈；6.是細胞分裂機制中的重要成分。微絲8中間絲微管第十一章

微管和微管結(jié)構(gòu)一．微管的形態(tài)結(jié)構(gòu)微管：細胞質(zhì)中由微管蛋白組成的一種細長而具有一定剛性的中空圓管狀的結(jié)構(gòu)。廣泛存在于各種真核細胞中，在細胞中多呈網(wǎng)狀或束狀分布，與維持細胞形態(tài)、細胞運動及細胞分裂有關(guān)。中空圓管13條原纖維外徑：24~26nm內(nèi)徑：15nm在胞質(zhì)中微管可裝配成單管（主要存在形式）二聯(lián)管（纖毛和鞭毛）三聯(lián)管（中心粒和基體）二．微管的化學(xué)組成構(gòu)成微管的主要蛋白為微管蛋白（85-95%），目前發(fā)現(xiàn)微管蛋白有7種亞型，認識較為深入的為α、β和r三種微管蛋白。（一）α、β和r微管蛋白α、β微管蛋白是微管結(jié)構(gòu)的主要成分，兩者組成異二聚體，是構(gòu)成微管的基本單位，二聚體首位相連形成原絲，13條原絲組成一個微管。αβ微管蛋白原絲或原纖維微管蛋白異二聚體上的結(jié)合位點：

a.秋水仙素結(jié)合位點：α微管蛋白第201位的Cys，抑制微管組裝。b.長春花堿結(jié)合位點：β微管蛋白的175-213殘基，抑制微管蛋白的組裝。c.鳥嘌呤核苷酸（GTP）結(jié)合位點d.二價陽離子Mg2+的結(jié)合位點微管的裝配需GTP提供能量，且需要Mg2+的存在。每一二聚體上均有GTP和Mg2+的結(jié)合位點，當(dāng)α和β微管蛋白同GTP結(jié)合后被激活，引起微管蛋白分子的構(gòu)象改變，從而使異二聚體結(jié)合成微管。r微管蛋白

近年來發(fā)現(xiàn)的一種微管蛋白，含量不足微管蛋白的1%。存在于微管組織中心，對微管的組成和極性的確定至關(guān)重要。80%的r微管蛋白以環(huán)狀復(fù)合體的形式存在。a.4個未知蛋白組成了環(huán)狀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ);b.13個r微管蛋白以左手螺旋的形式彼此排列成環(huán)狀；c.α/β微管蛋白異二聚體與r微管蛋白分子相連，故微管只能裝配成13根原絲，這樣便形成了微管的負極端；d.以此為基礎(chǔ)，微管向正極延伸，建立起微管的極性。（二）微管結(jié)合蛋白(Microtubule-AssociatedProtein,MAP)

MAP不是構(gòu)成微管壁的基本元件，是微管蛋白裝配成微管后結(jié)合在微管表面的輔助蛋白，具有穩(wěn)定微管結(jié)構(gòu)以及介導(dǎo)微管與其他細胞成分相互作用的功能。1.種類：高分子量MAP：MAP1（三種亞型），常在微管間形成橫橋，調(diào)控微管延長，但不能使微管成束；MAP2

（三種亞型），“L”形，能在微管間以及微管與中間絲間形成橫橋，能使微管成束。低分子量MAP：MAP4，起穩(wěn)定微管的作用tau

蛋白:5種亞型，大小在55～62kDa，最顯著的結(jié)構(gòu)特點是有Pro-Gly-Gly-GLy重復(fù)序列，增加微管裝配的起始點和促進起始裝配速度，進而促進二聚體組裝成多聚體。此外具有控制微管延伸的作用。MAP-2與微管結(jié)合的模式圖L型短臂結(jié)合在微管突出的長臂可界定微管在成束時彼此之間的間距大小。短臂為微管促進裝配區(qū)，可調(diào)節(jié)微管裝配。MAP2上有一些磷酸化位點，磷酸化的MAP2可抑制微管的裝配Tau的作用：加快微管的形成MAP2的過表達可使微管成束時保持較寬距離；Tau的過表達可使微管成束時保持較窄距離。2.微管結(jié)合蛋白的功能①調(diào)節(jié)微管裝配；②對微管有穩(wěn)定作用；MAP通過橫向連接相鄰微管，使微管按一定的方式排列，并對已裝配好的微管有穩(wěn)定作用。③MAP1和tau具有調(diào)節(jié)微管蛋白及肌動蛋白與MAP2和tau的相互作用；④動力蛋白臂具ATP酶活性，為鞭毛和纖毛運動提供動力。（三）微管蛋白的結(jié)合蛋白除了與微管纖維結(jié)合的蛋白外，游離的微管蛋白二聚體也有其結(jié)合蛋白，可調(diào)控體內(nèi)微管的裝配。控裝蛋白（癌蛋白18）是一類小的熱穩(wěn)定蛋白，能夠結(jié)合兩分子的微管蛋白異二聚體，從而阻止他們安裝到微管上。微管的延伸速率與可獲得的自由的微管蛋白的亞基的濃度有關(guān)。三、微管的特性1、自我裝配（1）體外裝配條件：受微管蛋白的濃度、pH、溫度的影響。A：微管蛋白濃度—1mg/ml；B：最適PH6.9；C：溫度，37℃裝配，0℃解聚；D：Mg2+必須，Ca2+盡可能除去，鈣離子濃度的提高可引起微管解聚；E：需要GTP供能。（2）體內(nèi)裝配：包括核聚和延伸兩個步驟，具有嚴(yán)格時空性，微管和微管蛋白處于一種相對平衡狀態(tài)。穩(wěn)定微管：纖毛、鞭毛；不穩(wěn)定微管：紡錘體（3）裝配方式：α,β微管蛋白——異二聚體——原纖維——片狀原纖維——微管。

踏車現(xiàn)象：在一定條件下，微管的一端發(fā)生裝配，使微管不斷延長，而在另一端發(fā)生解聚而使微管縮短。2、微管組織中心（MicrotubuleOrgnanizingCenter,MTOC）微管的裝配總是先由一定區(qū)域開始的，該區(qū)域為MTOC。所有動物細胞中，中心體（centrosome)是主要的微管組織中心。真正起MTOC作用的可能是位于中心粒周圍的一些蛋白質(zhì)成分。3、極性（Polarity）

結(jié)構(gòu)有極性：微管兩端結(jié)構(gòu)不同，β微管蛋白所處的一端為正極（+），以裝配為主；α微管蛋白所處的一端為負極（-），以拆除為主。

生長有極性：MTOC處為負極，背向MTOC處為正極。生長端為+，起始端為-。+-βαβαβαβαβαβαβα

遠端生長端起始端正端（+）負端（-）頭端尾端

微管的聚合和解聚具有頭尾極性。微管的延長主要靠在“＋”極組裝GTP微管蛋白。4、穩(wěn)定性與微管蛋白濃度及GTP的存在有關(guān)GTP—微管蛋白GDP—微管蛋白在微管生長端，GTP微管蛋白不斷添加到（+）游離端，速度大于GTP的水解，GTP微管蛋白在游離端彼此結(jié)合，形成GTP帽，此帽可防止微管解裝配，從而微管繼續(xù)生長。當(dāng)微管生長速度下降，GTP微管蛋白聚合速度小于GTP的水解，GTP帽消失，暴露出GDP微管蛋白，由于其結(jié)合不緊密，微管解聚而縮短。微管總是處于動態(tài)不穩(wěn)定狀態(tài)。5、微管的特異性藥物

只能與α,β微管蛋白或微管結(jié)合，成為研究微管作用機制的有力工具1、抑制微管組裝藥物：秋水仙素、秋水仙胺、鬼臼素、長春花堿等。秋水仙素(colchicine)結(jié)合的微管蛋白可加合到微管上，但阻止其他微管蛋白單體繼續(xù)添加，從而破壞紡錘體結(jié)構(gòu)，長春花堿具有類似的功能。2、穩(wěn)定微管的藥物：紫杉酚、重水。紫杉酚(taxol)等能促進微管的裝配,并使已形成的微管穩(wěn)定。但這種穩(wěn)定性會破壞微管的正常功能。以上藥物均可以阻止細胞分裂，可用于癌癥的治療。四、微管的功能1．支持和維持細胞形態(tài)2．維持細胞內(nèi)細胞器的空間定位分布摩托蛋白與微管的相互作用影響某些細胞器的空間定位分布。

驅(qū)動蛋白與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的胞質(zhì)面結(jié)合，沿微管向細胞四周施以拉力，從而使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在細胞質(zhì)溶質(zhì)中展開。細胞質(zhì)溶質(zhì)動力蛋白與高爾基體膜結(jié)合，沿微管向近核方向牽拉，從而使高爾基體位于細胞中央，定位于中心體附近。深綠：微管淺蘭：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)黃色：高爾基體上圖：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)抗體染色下圖：微管抗體染色上圖：高爾基抗體染色下圖：微管抗體染色

3、細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸真核細胞內(nèi)部是高度區(qū)域化的體系,細胞中合成的物質(zhì)、一些細胞器等必須經(jīng)過細胞內(nèi)運輸過程。這種運輸過程與細胞骨架體系中的微管及其Motorprotein有關(guān)。微管為膜泡和細胞器的胞內(nèi)運輸提供軌道并指導(dǎo)運輸方向。運輸動力來自兩種摩托蛋白：胞質(zhì)動力蛋白—具有ATP酶活性，移動方向“+”“-”；有識別能力，選擇性運輸；向著微管（-）極運輸小泡。驅(qū)動蛋白：有ATP酶活性，移動方向“-”“+”，能向著微管（+）極運輸小泡。驅(qū)動蛋白kinesin動力蛋白dyenin動力肌動蛋白復(fù)合體驅(qū)動連接蛋白4．細胞運動：細胞的運動器—纖毛、鞭毛由微管構(gòu)成。5．紡錘體與染色體的運動：紡錘體由微管構(gòu)成6．植物細胞壁的形成：微管對植物細胞纖維素纖維形成的方向有一定的控制作用。纖維素纖維為構(gòu)成植物細胞的初生壁和次生壁的主要成分。質(zhì)膜下方的微管排列與質(zhì)膜外側(cè)纖維素的沉積方向一致。7．纖毛與鞭毛的運動紡錘體與染色體的運動五微管組成的細胞器SingletDoubleTripletABABCInciliaandflagellaIncentriolesandbasalbodies（一）、中心體核附近圓管狀短筒2個相互垂直1．中心體的結(jié)構(gòu)：中心粒+中心粒周圍物質(zhì)中心粒：中心體中兩個深染的顆粒中心粒周圍物質(zhì)：中心粒周圍透亮的細胞質(zhì)區(qū)，無線粒體、高爾基復(fù)合體和核糖體等細胞器的存在中心粒周圍物質(zhì)中含有數(shù)百個γ微管蛋白環(huán)狀復(fù)合體—微管生成的誘導(dǎo)起點，“晶種”2.中心粒的發(fā)生A.結(jié)構(gòu)*九組三聯(lián)體微管排列成筒狀三聯(lián)體微管由內(nèi)到外：A、B、C微管A——完全微管B、C——不完全微管B.中心粒的自我裝配在S期產(chǎn)生前中心粒，至分裂前期，前中心粒延長形成兩個成熟中心粒分配到2個子細胞。C.中心粒的主要功能組織形成纖毛、鞭毛和紡錘體（二）、纖毛、鞭毛1、結(jié)構(gòu)：兩者結(jié)構(gòu)基本相同，所不同的是纖毛短而多，鞭毛長而少。

纖毛本體

（細胞游離面向外伸出的細柱狀突起，表面包有一層質(zhì)膜）轉(zhuǎn)變區(qū)：基體向外延伸，到達質(zhì)膜處三聯(lián)體微管的C微管終止，此區(qū)內(nèi)微管結(jié)構(gòu)為二聯(lián)體微管基體（纖毛基部質(zhì)膜下方的圓筒形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)與中心粒完全相同）

纖毛有些細胞具有纖毛小根，從基體上發(fā)出，大多數(shù)具有橫紋，由一些平行的微絲構(gòu)成，有固定纖毛和收縮的作用，橫紋處有ATP酶活性纖毛本體的軸絲——“9+2型”微管結(jié)構(gòu)外周：9組二聯(lián)體微管外周二聯(lián)絲軸絲A亞絲，整管；B亞絲，C型半管中央：2條中央微管外周二聯(lián)絲中央鞘放射輻中央微管A亞絲：短臂（內(nèi)臂和外臂：動力蛋白）放射輻（輻頭）中央微管：外周為蛋白質(zhì)性質(zhì)的中央鞘外周二聯(lián)絲之間靠二聯(lián)絲間連橋連接二聯(lián)絲跟中央微管靠放射幅連接外動力蛋白臂內(nèi)動力蛋白臂中央鞘放射輻連接蛋白橋中央單體微管2．化學(xué)組成：微管蛋白，動力蛋白，連接蛋白軸心微管組成：-微管蛋白二聚體-缺乏秋水仙素結(jié)合位點

軸心蛋白結(jié)構(gòu)-微管蛋白二聚體-動力蛋白臂—動力蛋白，具ATP酶活性，纖毛運動的動力來源。