細胞骨架作用機理第1頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日Cytoskeleton細胞骨架第2頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日細胞骨架：真核細胞中的蛋白纖維立體網架體系。

狹義：指細胞質骨架：微絲microfilament、微管microtubule、中間絲intemediatefilament

廣義：核骨架、細胞質骨架、細胞膜骨架、細胞外基質特點：彌散性、整體性、變動性功能：維持細胞形態，保持細胞內部結構的有序性細胞運動、物質運輸、能量轉換、信息傳遞、細胞分裂、基因表達、細胞分化概述第3頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日MicrotubulesMicrofilamemtsIntermediatefilaments第4頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日Low-magnificationimageofepithelialcellsstainedtoshowactin(inred),microtubules(ingreen)andDNA(inblue).

Notethefourroundedcellsundergoingcelldivision.

Cytoskeletonofaculturedepithelialcell.Microtubulesareshowningreen,actinisshowninredandDNAisinblue.ImagebySteveRogers.(FluorescenceMicroscope)第5頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日細胞骨架微管微絲中間纖維線粒體核糖體內質網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運輸導軌。中間纖維使細胞具有張力和抗剪切力。第6頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日Thethreetypesofprotein第7頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日第一節微管microtubule,MT微管普遍存在于真核細胞的胞質中，分布于核周圍，呈放射狀向四周擴散。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。第8頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日Afluorescentlystainedimageofculturedepithelialcellsshowingthenucleus(yellow)andmicrotubules(red)第9頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日光鏡下黃色熒光顯示微管第10頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日光鏡下的微管第11頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日電鏡下的微管第12頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日真核細胞中微管所處的三種位置。第13頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日特點和功能：存在于所有真核細胞的細胞質中；是真核細胞特有的保守性結構；出現于細胞周期特定時刻或某一特定發育過程。在不同細胞有相同形態。是一種動態結構，通過其亞單位的裝配和去裝配能適應細胞的變化。呈網狀或束狀分布,與其他蛋白裝配成紡錘體、中心粒、鞭毛、纖毛、軸突和神經管等結構，參與細胞形態的維持，細胞內運動和細胞分裂。第14頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日一、分子結構形態結構：是由微管蛋白二聚體裝配成的長管狀細胞器結構，大小均勻一致，外徑25nm，內徑15nm，微管壁由13條原纖維螺旋盤繞一周構成。第15頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日SingletDoubleTripletABABCInciliaandflagellaIncentriolesandbasalbodies微管有單管、二聯管和三聯管三種存在形式。第16頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日第17頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日二、微管的化學組成化學組成：微管蛋白和微管相關蛋白。（一）微管蛋白tubulinα微管蛋白和β微管蛋白(球形酸性蛋白)是裝配成微管的基本亞單位。三級結構相似，能緊密聯結在一起形成異二聚體，在進化上高度保守。第18頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日每條原纖維由微管蛋白二聚體線性排列而成。二聚體由結構相似的α和β球蛋白構成，均可結合GTP。α球蛋白結合的GTP從不發生水解或交換。β球蛋白也是一種G蛋白，結合的GTP可發生水解，結合的GDP可交換為GTP。第19頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日二、微管相關蛋白microtubuleassociatedproteins,MAPs1.概念：

2.MAP由兩個區域組成：

(1)堿性的微管結合結構域(2)酸性的突出結構域第20頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日I型：MAP1；分布于神經細胞的軸突和樹突中，在其他非神經細胞中也有。II型：MAP2，存在于樹突

MAP4，存在于神經細胞核非神經細胞Tau，存在于軸突和樹突MAPs可與其它細胞組分（如微管束、中間纖維、質膜）結合。3.種類：

4.功能：①促進微管組裝。②增加微管穩定性。③促進微管聚集成束。第21頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日具有極性，(+)極生長速度快，(-)極生長速度慢。(+)極的最外端是β球蛋白，(-)極是α球蛋白。可形成穩定結構，如軸突、纖毛、鞭毛。是微管結合蛋白的作用和酶修飾的原因。大多數微管處于動態組裝和去組裝狀態（如紡錘體），具有踏車行為。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。第22頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日成核期（延遲期）：和微管蛋白聚合成短的寡聚體，核心形成。聚合期（延長期）：微管蛋白聚合速度大于解聚速度，為微管延長。穩定期（平衡期）：微管蛋白濃度達到臨界濃度，微管的組裝與去組裝速度相等。三、微管的裝配微管的組裝分三個時期：第23頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日（一）微管組織中心是微管裝配的起始點

1、微管組織中心

microtubuleorganizingcenter,MTOCs是微管進行組裝的區域，都具有γ微管球蛋白，如：中心體、鞭毛基體。第24頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日MTarenucleatedbyaproteincomplexcontaining-tubulinThecentrosomeisthemajorMTOCofanimalcells第25頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日中心體由兩個相互垂直的中心粒構成。周圍是無定形物質，叫做外中心粒物質（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γ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。第26頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日第27頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日（二）微管的體外組裝1.微管的組裝：條件：微管蛋白濃度、GTP、37℃、pH6.9。微管的裝配過程第28頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日2.微管組裝—動態不穩定性模型(1)GTP-微管蛋白與微管末端親和性大—微管蛋白聚集。(2)GDP-微管蛋白與微管末端親和性小—微管蛋白解聚。GTP微管蛋白GDP微管蛋白(3)當GTP-微管蛋白的組裝速度大于GTP的水解速度時，形成一GTP帽,微管延長。第29頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日(4)

隨著GTP-微管蛋白濃度下降，不穩定性。GTP微管蛋白GDP微管蛋白第30頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日ThefunctionofGTP-tubulincapGTPhydrolysisisnotrequiredformicrotubuleassembly，WHY？第31頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日（三）微管的體內組裝1.細胞內微管組裝的特點：隨細胞周期和生理狀況處于動態變化之中，頻率高于體外。2.γ-微管蛋白環形復合體存在微管組織中心。第32頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日

（四）影響微管組裝的因素

1.促進微管組裝的因素：

微管蛋白濃度高于Cc、37℃、GTP和Mg2+存在時，微管組裝；

2.抑制微管組裝的因素：微管蛋白濃度低于Cc，低于4℃、高Ca2+

，微管解聚；3.藥物：紫杉醇：促進微管的組裝。

秋水仙素、長春花堿：抑制微管的組裝。第33頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日Antimitosisdrugs第34頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日（一）、微管構成細胞內的網狀支架，支持和維持細胞的形態。微管具有一定的強度，能夠抗壓和抗彎曲，給細胞提供機械支持力。五、微管的功能第35頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日

維持細胞的形態固定與支持細胞器的位置紅色顯示微絲綠色顯示微管第36頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日在細胞內，微管作為內物質運輸的軌道。具體功能由馬達蛋白（

motorprotein）：主要分為三類:1.動力蛋白（cytoplasmicdynein）2.驅動蛋白(kinesin)3.肌球蛋白（myosin)將物質沿微絲運輸（二）、微管參與細胞內物質運輸將物質沿微管運輸第37頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日

1.驅動蛋白kinesin超家族：結構：兩個球形的頭部：具有ATP活性，水解ATP產生能量，與微管結合；尾部與被轉運分子結合。方向性：由微管的負端向正端，蛋白的運動是一步一步地進行的。第38頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日2.微管動力蛋白（cytoplasmicdynein）超家族△由微管的正端向負端運動△動力蛋白通過可溶的多亞基蛋白復合體與被運輸物結合多亞基蛋白動力蛋白驅動蛋白第39頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日Dynein發現于1963年。由兩條相同的重鏈和種類繁多的輕鏈以及結合蛋白構成。作用：推動染色體的分離、驅動鞭毛的運動、向著微管（-）極運輸小泡。第40頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日驅動蛋白動力蛋白沿微管運輸的馬達蛋白+第41頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日（三）微管維持細胞器的定位和分布

線粒體的分布與微管相伴隨。游離核糖體附著于微管和微絲的交叉點上。（四）微管參與染色體的運動，調節細胞分裂

微管是構成有絲分裂器的主要成分。染色體的分裂和位移與微管馬達蛋白有關。第42頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日有絲分裂時，微管形成紡錘體，牽引染色體到達分裂極第43頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日1.形成紡錘體。第44頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日第45頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日2.形成鞭毛和纖毛結構：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。運動原理：動力蛋白臂的dynein水解ATP作功，使相鄰的二聯微管相互滑動。第46頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日第47頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日纖毛桿部質膜軸絲ABABABABABABABABABC2C19X2+2二聯體微管中央微管中央鞘（內鞘）外臂內臂動力蛋白BA輻條頭輻條管間連接絲第48頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日第三節中間纖維直徑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。第49頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日intermediatefilaments，IF第50頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日第51頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日Keratinfilamentsofepithelialcellsaretightlyanchoredtotheplasmamembranesatdesmosmesandhemidesmosomes第52頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日一、類型分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，不同類型細胞含有不同IF。通常一種細胞含有一種IF，少數含2種以上。腫瘤細胞轉移后仍保留源細胞的IF。第53頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日（一）角蛋白keratin表皮細胞特有，分α和β兩類，β型存在于細胞中，α型構成頭發、指甲。單體分為：酸性角蛋白（I型）、中性或堿性角蛋白（II型）。通過兩者的異二聚體形成角蛋白纖維。（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。第54頁，共61頁，2023年，2月20日，星期日（三）膠質原纖維酸性蛋白glialfibrillaryacidicprotein，存在于星形神經