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1、细胞骨架细胞骨架-细胞的支撑系统细胞的支撑系统内容概括内容概括 一一.细胞骨架概述细胞骨架概述 二二.微管结构、组装及其功能研究微管结构、组装及其功能研究 三三.微丝微丝结构、组装及其功能研究结构、组装及其功能研究 四四.中间丝中间丝 五五.细胞骨架和疾病细胞骨架和疾病一、概述一、概述 细胞骨架细胞骨架(cytoskeleton)(cytoskeleton)细胞骨架是细胞内蛋白质组成的一个复合网络系统，广广义义的的细细胞胞骨骨架架应包括细胞质骨架、细胞膜骨架、核纤层、细胞核骨架和细胞外基质等纤维体系。狭狭义义的的细细胞胞骨骨架架是指细胞质骨架，主要有三种成分微丝、微管和中间纤维。其功能主要表现

2、为：决定细胞的形状，赋予其强度、支撑作用，并在细胞运动、膜泡运输、细胞分裂、信号转导中起重要作用。二、微管（二、微管（microtuble）1.1.形态：中空圆筒状，外径形态：中空圆筒状，外径25nm25nm，内径，内径15nm15nm，大多数，大多数微管壁由微管壁由1313条原纤维包围而成。条原纤维包围而成。2.2.微管的化学组成微管的化学组成1 1）微管蛋白：）微管蛋白：微管蛋白（tubulin）与-tubulin形成二聚体。微管蛋白（tubulin）与-tubulin形成二聚体。微管蛋白（tubulin）促进微管核心形成,稳定负端。GTP结合位点(N site&E site)、二价阳离子

3、结合位点、秋水仙素和长春花碱结合位点（可抑制微管蛋白组装成微管）。微管的类型：单管、二联管（微管的类型：单管、二联管（A A、B B）、三联管（）、三联管（A A、B B、C C）（中心粒、中心体、纤毛、鞭毛）。）（中心粒、中心体、纤毛、鞭毛）。TransmissionelectronmicrographsofChlamydomonas reinhardtiicells2 2）微管结合蛋白微管结合蛋白(微管相关蛋白MAPs&微管聚合蛋白Tau)MAPs的主要功能的主要功能:促进微管聚集成束；增加微管稳定性或强度；促进其与其他细胞器连接。MAPs的分类：的分类：MAP-1(MAP-1A和MAP-

4、1B神经元的轴突和树突)MAP-2(神经元的胞体和树突中)MAP-4(各类细胞)Tau(神经细胞轴突)1 1）微管的极性）微管的极性3.3.微管的组装和极性微管的组装和极性微管是以二聚体作为基本构件进行组装的，并且是以首尾排列的方式进行组装，所以每一根原纤维都有相同的极性(方向性)，这样,组装成的微管的一端是-微管蛋白亚基组成的环，而相对的一端是以-微管蛋白亚基组成的环。极性的另一层涵义是两端的组装速度是不同的,正端生长得快,负端则慢,同样,如果微管去组装也是正端快负端慢成核期成核期延迟期延迟期延长期延长期稳定期稳定期2）体外组装）体外组装3）体内组装）体内组装微管组织中心（微管组织中心（mi

5、crotubuleorganizingcenter，MTOCs）微管进行组装的区域，着丝粒、成膜体、中心体、基体均具有微管组织中心的功能。所有微管组织中心都具有微管球蛋白，这种球蛋白的含量很低，可聚合成环状复合体，像模板一样参与微管蛋白的核化，帮助和球蛋白聚合为微管纤维。体内组装体内组装 影响微管组装的因素：影响微管组装的因素：温度、Ca+浓度、pH、压力等，秋水仙素可抑制微管聚合。秋水仙素(colchicine)结合的微管蛋白可加合到微管上，但阻止其他微管蛋白单体继续添加，从而破坏纺锤体结构。长春花碱具有类似的功能。紫杉酚(taxol)能促进微管的装配,并使已形成的微管稳定。但这种稳定性会破

6、坏微管的正常功能。以上药物均可以阻止细胞分裂，可用于癌症的治疗。4.微管的动能微管的动能1)构成细胞支架并维持细胞形态构成细胞支架并维持细胞形态2）参与细胞内物质运输）参与细胞内物质运输l微管起细胞内物质（运输小泡、分泌颗粒、色素颗粒等）运输的路轨作用，破坏微管会抑制细胞内的物质运输。l微管结合而起运输作用的马达蛋白有两大类：驱动蛋驱动蛋白白kinesinkinesin，动力蛋白，动力蛋白dyenindyenin，两者均需ATP提供能量。A.驱动蛋白：驱动蛋白：发现于1985年，是由两条轻链和两条重链构成的四聚体，外观具有两个球形的头（具有ATP酶活性）、一个螺旋状的杆和两个 扇子状的尾。向着

7、微管（+）极运输小泡。lB.B.动力蛋白动力蛋白:发现于1963年，由两条相同的重链和一些种类繁多的轻链以及结合蛋白构成。其作用主要有以下几个方面：在细胞分裂中推动染色体的分离、驱动鞭毛的运动、向着微管（-）极运输小泡。3）维持细胞内细胞器的空间定位和分布。）维持细胞内细胞器的空间定位和分布。4）参与细胞运动如收缩变形运动及鞭毛、纤毛的摆动。）参与细胞运动如收缩变形运动及鞭毛、纤毛的摆动。5）参与染色体运动，调节细胞分裂。）参与染色体运动，调节细胞分裂。动粒微管，极微管，星体微管6）参与细胞内信号传递。）参与细胞内信号传递。三、微丝三、微丝（microfilamentmicrofilament

8、）1.1.形形态态：微丝是一种由肌动蛋白组成的骨架纤维,直径57nm。普遍存在于真核细胞中，特别在有运动功能的细胞中。2.2.微丝的结构和肌动蛋白微丝的结构和肌动蛋白 肌动蛋白（actin）：球形单体G-肌动蛋白由两个亚基组成。纤维状多聚体F-肌动蛋白。G-actin串联形成纤维型肌动蛋白(fibrous actin,F-actin)，两条F-actin缠绕形成双螺旋，螺距36nm。3.肌动蛋白结合蛋白肌动蛋白结合蛋白约70多种，与肌动蛋白结合形成具有不同功能的亚细胞结构。按其功能可分为三大类:.与F肌动蛋白聚合有关的蛋白:如胸腺素(thymosin)，阻止肌动蛋白聚合；前纤维蛋白(profi

9、lins),促进肌动蛋白聚合。.与微丝结构有关的蛋白:如截断蛋白(fragmenting protein)，打断肌动蛋白纤维和细丝蛋白(filamin),可将微丝连接成网。.微丝收缩有关的蛋白:肌球蛋白(myosin)、原肌球蛋白(tropomyosin)和肌钙蛋白(troponin)。l肌球蛋白肌球蛋白（myosinmyosin）。细胞中大多数运动如肌肉收）。细胞中大多数运动如肌肉收缩等都靠肌动蛋白和肌球蛋白相互作用完成。缩等都靠肌动蛋白和肌球蛋白相互作用完成。3.3.微丝的组装微丝的组装 G-G-肌动蛋白肌动蛋白 -F-F-肌动蛋白肌动蛋白 在适宜的温度，存在ATP、K+、Mg2+离子的条

10、件下，肌动蛋白单体 可自组装为纤维。ATP-actin（结合ATP的肌动蛋白)对微丝纤维末端的亲和力高，ADP-actin对纤维末端的亲和力低，容易脱落。当溶液中ATP-actin浓度高时，微丝快速生长，在微丝纤维的两端形成ATP-actin“帽子”，这样的微丝有较高的稳定性。伴随着ATP水解，微丝结合的ATP就变成了ADP，当ADP-actin暴露出来后，微丝就开始去组装而变短。影响微丝组装的药物影响微丝组装的药物l细胞松弛素（细胞松弛素（cytochalasins）：真菌的一种代谢产物，可以切断微丝，并结合在微丝末端阻抑肌动蛋白聚合，但对解聚没有明显影响，因而可以破坏微丝的三维网络。l鬼笔

11、环肽（鬼笔环肽（phalloidin）是一种由毒蕈（Amanita phallodies）产生的双环杆肽，与微丝有强亲合作用，使肌动蛋白纤维稳定，抑制解聚，且只与F-肌动蛋白结合，而不与G-肌动蛋白结合，荧光标记的鬼笔环肽可清晰地显示细胞中的微丝。小鼠胚胎主动脉细胞小鼠胚胎主动脉细胞人胚胎心肌祖细胞人胚胎心肌祖细胞毒蕈毒蕈微丝性细胞骨架的功能微丝性细胞骨架的功能）肌肉收缩）肌肉收缩骨骼肌细胞的收缩单位是肌原纤维（myofibrils），肌原纤维由粗肌丝和细肌丝组装形成，粗肌丝的成分是肌球蛋白，细肌丝的主要成分是肌动蛋白，辅以原肌球蛋白和肌钙蛋白。肌肉收缩系由肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动所致

12、。）构成细胞支架并维持细胞形态）构成细胞支架并维持细胞形态 应力纤维和微绒毛应力纤维是真核细胞中广泛存在的微丝束结构，应力纤维是真核细胞中广泛存在的微丝束结构，由大量平行排列的微丝组成，与细胞间或细胞与由大量平行排列的微丝组成，与细胞间或细胞与基质表面的附着有密切关系，可能在细胞形态发基质表面的附着有密切关系，可能在细胞形态发生、细胞分化和组织的形成等方面具有重要作用生、细胞分化和组织的形成等方面具有重要作用小肠上皮细胞微绒毛中心的轴丝是由微丝通过微小肠上皮细胞微绒毛中心的轴丝是由微丝通过微丝结合蛋白平行交联成束，起到维持绒毛形状的丝结合蛋白平行交联成束，起到维持绒毛形状的作用，其中不含肌球蛋

13、白、原肌球蛋白和作用，其中不含肌球蛋白、原肌球蛋白和a-辅肌辅肌动蛋白，因而无收缩功能动蛋白，因而无收缩功能）溶胶层和阿米巴运动）溶胶层和阿米巴运动细胞膜下有一层富含肌动蛋白纤维的区域，称为溶胶。这些肌动蛋白纤维平行于质膜排列，并与膜有连接。这一纤维网络可以为细胞膜提供强度和韧性，维持细胞形状。细胞的多种运动，如胞质环流（cyclosis）、阿 米 巴 运 动（amoiboid）、变 皱 膜 运 动（ruffled membranelocomotion）及吞噬（phagocytosis）都与肌动蛋白的溶胶与凝胶状态及其相互转化有关。这些运动能为细胞松弛素所抑制。原生动物中的变形虫、高等动物的巨

14、噬细胞、白细胞等可以依靠细胞体的形态变化进行阿米巴运动，这是许多细胞骨架成分协同作用的结果，最直接依赖的是紧贴细胞质膜下一层含丰富微丝的区域。）胞质分裂环）胞质分裂环l有丝分裂末期，两个即将分裂的子细胞之间产生一个收缩环。研究表明，收缩环是由大量平行排列的微丝组成，由分裂末期胞质中的肌动蛋白组装而成。随着收缩环的收缩，两子细胞被分开。胞质分裂后，收缩环即消失。收缩环是非肌肉细胞中具有收缩 功能的微丝束的典型代表，在很短的时间内，微丝能迅速装配与去装配以完成细胞功能，其收缩机制亦是肌动蛋白和肌球蛋白的相对滑动。动物细胞的有丝分裂末期，两动物细胞的有丝分裂末期，两个即将分离的子细胞之间产生个即将分

15、离的子细胞之间产生一个由大量平行排列的微丝束一个由大量平行排列的微丝束构成的缢缩环，微丝束中肌动构成的缢缩环，微丝束中肌动蛋白和肌球蛋白的相对滑动引蛋白和肌球蛋白的相对滑动引起缢缩环收缩，两个子细胞分起缢缩环收缩，两个子细胞分离离三、中间纤维三、中间纤维（intermediate filamentintermediate filament）1.1.形态：中间纤维是一种空心纤维结构，直径形态：中间纤维是一种空心纤维结构，直径10nm10nm。2.2.中间纤维的化学组成中间纤维的化学组成 角蛋白角蛋白(Keratin)(Keratin)上皮细胞上皮细胞 神经丝蛋白神经丝蛋白(neurofilame

16、nt protein)(neurofilament protein)分布于神经细胞分布于神经细胞结蛋白结蛋白(desmin)(desmin)存在于肌肉细胞存在于肌肉细胞胶质细胞原纤维酸性蛋白胶质细胞原纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protienglial fibrillary acidic protien）中枢神经系统胶质细胞中枢神经系统胶质细胞 波形蛋白波形蛋白（VimentinVimentin）分布于间质细胞）分布于间质细胞3.中间纤维的结构中间纤维的结构中间纤维的共同结构为一中间纤维的共同结构为一a螺旋的杆状区和两侧非螺旋的头部区螺旋的杆状区和两侧非螺旋的头部区（氨基区）和尾部区（羧基区）。（氨基区）和尾部区（羧基区）。中间纤维的组装中间纤维的组装根据X衍射，电镜观察和体外装配的实验结果推测，中间纤维的装配过程如下：两个单体，形成两股超螺旋二聚体（角蛋白为异二聚体）；两个二聚体反向平行组装成四聚体，三个四聚体长向连成原丝；两个原丝组成原纤维；4根原纤维组成中间纤维。.中间纤维的功能中间纤维的功能 中间纤维对细胞核有固定作用 细胞内物质运输作用 参与细胞分裂活动 参与信息传递活动