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5
10.1.2 细胞骨架的功能
◆作为支架(scaffold)； ◆在细胞内形成一个框架(framework)结构； ◆为细胞内的物质和细胞器的运输及运动提供机械支持； ◆为细胞的位置移动提供力； ◆为信使RNA提供锚定位点，促进 mRNA 翻译成多肽； ◆是细胞分裂的机器； ◆参与信号转导。
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6
◆G-肌动蛋白临界浓度
高于该值，G-肌动蛋白倾向于聚合， 低于该值，F-肌动蛋白将会解聚。
◆离子的影响
●在含有很低的Mg2+、Na+、K+ 等阳离子的溶液中,微丝趋 向于解聚成G-肌动蛋白。在高浓度Mg2+、K+或Na+的诱 导下, G-肌动蛋白则装配成纤维状肌动蛋白。
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65
微丝的动态性质
◆微丝的极性
◆GTP帽(GTP Cap)
在αβ二聚体微管蛋白掺入到新生微管之后不久，β亚基上的GTP被水解成GDP， 如果聚合作用比水解作用快，就会在微管的一端产生结合有GTP的帽子结构,这 就是(+)端
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26
◆影响微管装配的因素
◆造成微管不稳定性的因素很多，包括GTP、压力、 温度(最适温度37℃)、pH(最适pH=6.9)、微管蛋 白临界浓度(critical concentration) 、药物。
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54
◆纤毛动力蛋白(ciliary dynein)
●是多头的动力蛋白； ●基部同A管相连； ●头部同相邻的B管相连； ● 头 部 具 有 ATP结 合 位
点，能够水解ATP。
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55
◆纤毛和鞭毛的运动机制
动力蛋白头部与相 邻二联管的B微管 接触, 促进同动力 蛋白结合的ATP水 解, 并释放ADP和Pi
◆微丝的动态平衡
在游离肌动蛋白分子和微丝之间存在着动态平衡
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67
作用于微丝的药物
◆细胞松弛素B(cytochalasins B)
在细胞内同微丝的正端结合, 并引起微丝解聚，阻断亚基 的进一步聚合。
◆鬼笔环肽(phalloidin)
与聚合的微丝结合,抑制了微丝的解体
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68
10.3.3微丝结合蛋白 Actin-binding proteins
输
(-)
(+)
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43
细胞质动力蛋白dyneins
◆一种巨大的蛋白质，分子量超过10万D ◆由9-10个多肽链组成 ◆沿微管向负端移动。 ◆功能
●参与细胞分裂，有丝分裂中染色体运动的力的来源 ●运输小泡和各种膜结合细胞器
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44
驱
动
蛋
白
与
动
力
蛋
白
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45
10.2.5 微管的功能
◆支架作用 ◆细胞内物质运输轨道
●每一个微管蛋白二聚体有两个GTP结合位点： α亚基GTP结合位点：不可逆的结合位点。 β亚基GTP结合点：可交换位点(E 位点)。
●γ-微管蛋白：功能是帮助αβ微管的聚合。
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10
微管蛋白
不可逆的结合位点
可交换位点
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11
微管的类型
◆根据组成:
●单管：大部分细胞质微管。 ●双联管：构成纤毛和鞭毛的周围小管, 是运动类型的微
10.2 微管(microtuble, MT)
10.2.1 微管的结构和类型
◆中空的管状； ◆ 外径约 24 nm，内径约 14 nm, 壁厚 5 nm； ◆长度变化不定。
细胞内微管呈网状和束状分布, 并能与其他蛋白共同组装 成纺锤体、基粒、中心粒、纤毛、鞭毛、轴突、神经 管等结构。
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7
微管的结构
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27
◆影响微管稳定性的药物
◆秋水仙素(colchicine)
•秋水仙素与未聚合的微管蛋白二聚体结合, 阻止聚合。
◆紫杉醇(taxol)
目前所了解的惟一一种可以促进微管聚合和稳定 已聚合微管的药物。
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28
微管装配的动力学现象
◆踏车现象(treadmilling)
即微管的总长度不
变，但结合上的二
聚体从(+)端不断向
肌动蛋白两种形式：单体和多聚体。
◆球状肌动蛋白 G-actin:
三个结合位点: ●一个ATP结合位点 ●两个肌动蛋白结合蛋白的结合位点。
◆纤维状肌动蛋白 F-actin:
●呈双股螺旋状,直径为8nm, 螺旋间的距离为37nm。
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59
肌动蛋白
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60
微丝的形态结构
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61
10.3.2 微丝的装配动力学
Chapter 10 细胞骨架与细胞运动
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1
细 胞 骨 架
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2
h
3
10.1 细胞骨架的组成和功能
10.1.1 细胞骨架的组成和分布
◆微管：主要分布在核周围,并呈放射状向胞质 四周扩散；
◆微丝：主要分布在细胞质膜的内侧； ◆中间纤维：分布在整个细胞中。
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4
细胞骨架的组成、分布及功能
微丝
微管
中间纤维
◆微管是由微管蛋白异源二聚体为基本构件，螺 旋盘绕而成；
◆在每根微管中二聚体头尾相接, 形成细长的原 纤维(protofilament)；
◆13条原纤维纵向排列组成微管的壁。
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8
内腔
微
原纤维
管
的
结
构
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9
微管蛋白(tubulin)
◆微管蛋白类型：
● α和β微管蛋白：直径4nm的球形分子，形成长度为8nm 的异源二聚体；
肌动蛋白纤维装配
G-肌动蛋白能够聚合成 F-肌动蛋白， F-肌动蛋白也可以解聚成G-肌动蛋白
◆ATP的作用 肌动蛋白通常有四种存在状态:
ATP-G-肌动蛋白、ADP-G-肌动蛋白、
ATP-F-肌动蛋白、ADP-F-肌动蛋白。
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62
微丝的装配
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63
微丝装配过程
成核
延伸
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稳定状态
64
影响装配的因素
类型 肌球蛋白(myosins)家族 驱动蛋白(kinesins)家族 动力蛋白(dyneins)家族
运行轨道 微丝 微管 微管
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36
分子发动机运输的主要特点
◆单方向运输； ●驱动蛋白:从(-)端向(+)端的运输 ●动力蛋白:从(+)端向(-)端运输
◆逐步行进； ◆能源是ATP； ◆通过构象变化完成行进。
●中心粒直径为0.2μm， 长为0.4μm，是中空的短圆 柱状结构。
●圆柱的壁由9组间距均匀的三联管组成。
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17
中心粒
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18
中心体结构(电镜照片)
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19
微管的极性
◆ αβ二聚体以首-尾排列的方式进行组装，具有方向 性(极性)。
◆两端分别称为“+”端和“-”端。 ● (+)端：远离MTOCs的一端，生长速度快。 ● (-)端：靠近MTOCs的一端，生长速度慢。
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37
发动机蛋白单向运输
驱动蛋白
微管
(-)
(+)
动力蛋白
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38
逐步行进
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39
◆驱动蛋白(kinesins)的结构
●四聚体：两条重链和两条轻链。 ●一对同微管结合球状头部，可水解ATP，作为产生动力的
“发动机”。 ●一个扇形的尾，是货物结合部位。
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40
驱动蛋白家族结构特点
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41
◆驱动蛋白功能特点
(-)端推移, 最后到达
负端。造成这一现
象的原因除了GTP
水解之外，另一个
原因是反应系统中
游离蛋白的浓度。
踏车现象实际上是
一种动态稳定现象
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29
◆动态不稳定性(dynamic instability)
微管随反应体系中游离αβ二聚体的浓度变化而 发生的生长状态和缩短状态的转变。
当（＋）端形成GTP帽，而游离微管蛋白二聚 体的浓度又很高时，微管趋向于生长。
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30
微
管
动
态
不
稳
定
性
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31
10.2.3 微管结合蛋白
（microtubule-associated protein, MAPs)
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32
MAPs的功能
◆使微管相互交联形成束状结构; ◆促进微管的聚合; ◆作为分子发动机转运细胞物质的轨道; ◆提高微管的稳定性; ◆MAPs同微管的结合能够控制微管的长度，
◆单体隔离蛋白(monomer-sequestering protein)
同单体G-肌动蛋白结合，并抑制它们聚合
◆交联蛋白(cross-linking protein)
有两个或两个以上的同肌动蛋白结合的位点，能够使两个或多 个肌动蛋白纤维产生交联，使细胞内的肌动蛋白纤维形成网 络结构。
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69
◆末端阻断蛋白，加帽蛋白(capping protein)
ADP ADP
ADP ATP
ATP ATP
肌动蛋白亚基都是从同 一个方向加到多聚体上
结合ATP的一端为正端(+) , 另外一端为h 负端(-)
(+)端生长快，
(-)端生长慢 66
◆踏车现象(treadmilling)
在微丝装配时,聚合的速率正好等于解聚的速率时, 微丝净长度 没有改变, 这种过程称为肌动蛋白的踏车现象
管。A管和B管
●三联管：中心粒和基体。由A、B、C三管组成
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12
三种形式的微管
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13
◆根据稳定性:
●短寿的不稳定微管：纺锤体微管 ●长寿的稳定微管：纤毛中的微管束