核心
延伸
动态平衡
肌动蛋白单体浓度对微丝装配的影响
临界浓度(Cc)是肌动蛋白单体与微丝达到动态平衡时的浓度 •肌动蛋白单体浓度大于 Cc, 则装配微丝 •肌动蛋白单体浓度小于 Cc, 则微丝解聚
踏车行为
ADP ADP
ATP ADP ADP
ATP ATP
ATP ATP


(+) 极装配快于 (–) 极 Cc（负极) > Cc (正极) (+) 极装配, (–) 极 解聚 Cc (正极) < C < Cc （负极)
体外装配 聚合： 微管蛋白浓度≥1mg/mL、 370C、有Mg2+、有GTP供应 解聚： 低温、高压、高Ca2+


体内装配 微管在体内的装配和去装配在时间和空间上是高度有序的。 细胞内存在一些非常稳定的微管结构，如纤毛、鞭毛等， 也存在微管 微管蛋白之间的动态变化
微管在细胞内的分布
基体
树突
鞭毛和纤毛
踏车行为
微丝的体内外组装
体外装配 组装：有Mg2+和高浓度的Na+、K+阳离子 解聚：有Ca2+和低浓度的Na+、K+阳离子 体内装配 在体内，有些微丝是永久性的结构，如肌细胞 中的细丝和小肠上皮细胞微绒毛中的微丝等。 有些微丝是暂时性的结构，如胞质分裂时的收 缩环、血小板激活时丝状突起中的微丝等。通 常微丝是一种动态结构，不断进行装配和解聚。
中心粒
染色体
中心粒 纺锤体
微管的动力学不稳定性
•将荧光标记的微管 蛋白显微注射到细 胞内 •先低温下解聚细胞 内存在的微管，然 后升温后重新组装 微管，使荧光标记 的微管蛋白掺入微 管中 •观察微管的装配和 去装配
微管的动力学不稳定性
决定微管装配和解聚的因素
1. 微管蛋白的浓度
添加结合 GTP的微 管蛋白
微管由微管蛋白(tubulinα、β)异二聚体装配而成； 微管蛋白二聚体有2个GTP结合位点，二价阳离子结合位点，1个秋水 仙素、1个长春花碱和1个紫杉醇结合位点


微管的结构特点
原纤维

异二聚体头尾相连形成原纤维； 13根原纤维侧向连接形成外径24—26nm的中空的圆柱体
微管蛋白α、β
微管
一. 微丝的组成及结构

微丝是由肌动 蛋白（actin） 组成的直径为 7nm 的骨架纤 维。
微丝的化学组成——肌动蛋白
正极 正极
负极 肌动蛋白单体
负极 肌动蛋白丝（微丝AF）
肌动蛋白单体有ATP 或 ADP结合位点 微丝由两根原纤丝组成, 呈螺旋状
Actin的种类
共有6种actin
α肌动蛋白



细胞骨架参与各种形式的细胞运动

细胞内物质和细胞器的运动 细胞的运动和定位 肌肉收缩 (心肌, 平滑肌, 骨骼肌) 细胞形态的维持和改变 细胞与其周围环境之间的黏附 细胞极性的调节 细胞分裂 对外界机械和化学刺激的反应
第一节 微丝 (microfilament， actin filament)
Microtubule Polymerization
微管的装配特点
αβ αβ的排列方式构成了微管的极性。 微管（+）极的装配速度快于（—）极的装 配速度； 微管正极发生装配使微管延长，而负极发生 去装配使微管缩短，这种现象称为踏车行为。

踏车行为 treadmilling
微管的体内外组装


Arp2/3 actin-ADP actin-ATP
actin-ADP actin-ATP



formin
plasma membrane
微丝结合蛋白的作用
成核，促使微丝装配(ARP2/3) 与肌动蛋白单体结合，阻止或促使微丝 装配(thymosin, profilin) 与微丝末端结合 (CapZ) 交联作用，使微丝呈束状或网状排列 截断和封端作用(gelsolin, cofilin) 使微丝与细胞膜相连接(formins)
4. ADP结合形式的肌动蛋 白易被 cofilin (green) 解聚。
四. 微丝的功能


肌肉收缩 应力纤维 细胞皮层 细胞伪足 微绒毛 胞质分裂环
第二节
微管 (microtubule)
一. 微管的组成及结构
微管蛋白α上 的GTP是不 能交换的
微管蛋白β上 的GDP能与 GTP发生交 换

四. 微丝的功能



肌肉收缩 应力纤维 细胞皮层 细胞伪足 微绒毛 胞质分裂环
Three types of muscle
肌纤维束
肌原纤维
肌节
肌纤维(肌细胞)
肌节的结构
H区 Z盘 H区
Z盘 A区 A区
Z盘 明带 暗带
肌原纤维的组成成分

细丝----- 肌动蛋白 原肌球蛋白 肌钙蛋白 ( TnC、 TnT、 TnI) 粗丝---- 肌球蛋白HMM（S1头部、S2 杆部） 肌球蛋白LMM

血小板的形态变化
A. 细胞处于静止状态
B. 细胞固着并伸出伪足
C. 细胞处于铺展状态
影响微丝组装的特异性药物
细胞松弛素B：切断微丝，并结合在微丝 末端阻止聚合； 鬼笔环肽：稳定微丝，抑制解聚。

三. 微丝结合蛋白
微丝结合蛋白有40多种，功能多样 α辅肌动蛋白：参与微丝与膜的结合， 也可横向连接微丝形成束； 纽蛋白： 介导微丝结合于细胞膜； 绒毛蛋白：在微绒毛的发生中起关键作用； 毛缘蛋白：形成微丝束； 封端蛋白：结合于纤维一端，阻止肌动蛋白单体的增 加或减少； 截断蛋白：低等真核细胞中，将微丝切断； 肌球蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白：与肌肉收缩有关

细胞中的微丝分布状态
A
B C
张力纤维
皮层 伪足
A. 反平行束状分布，起收缩作用 B. 二维网状分布，起支持作用 C. 平行分布，使细胞膜突起
四. 微丝的功能


肌肉收缩 应力纤维 细胞皮层 细胞伪足 微绒毛 胞质分裂环
细胞皮层和细胞伪足
细胞皮层(cell cortex)是指细胞膜下一层富 含微丝的区域，由微丝结合蛋白将不同方向 的微丝交联形成三维网络结构，使该区域的 细胞质呈凝胶状，因此皮层又可称为凝胶层。 细胞伪足中充满着网状排列或同向平行排列 的微丝，细胞可以沿着伪足形成的方向前进。
filamin cross-links in loose networks
Cross-linking of actin filaments
微丝的束状或网状排列
以Arp2/3 为核心形成 分支的微丝,呈现网状 分布； 以formins 为核心形成 不分支的微丝,如张力 纤维(stress fibers), 微丝平行排列, 并附着 到细胞膜上。
粗丝的结构

肌球蛋白尾尾相对，排列成粗丝； 肌球蛋白的头部具有ATP酶活性，构成粗丝 的横桥，与肌动蛋白分子结合。
细丝的组成成分


肌动蛋白 呈微丝结构 原肌球蛋白(Tropomyosin) 由两条平行的多肽链形成α螺旋，位于肌动蛋白 丝螺旋结构的沟中。一个原肌球蛋白分子的长度 相当于７个肌动蛋白分子。 肌钙蛋白(Troponin) 含３个亚基，TnC、 TnT、 TnI TnC与Ca2+结合，TnT与原肌球蛋白结合，TnI 抑制肌球蛋白ATPase的活性
高浓度的 结合GTP 的微管蛋 白
低浓度的 结合GTP 的微管蛋 白
2. 微管正极的 “GTP cap”
装配
解聚
The GTP cap model
如果在正极，GTP水解速度大于装配速度， 则失去GTP Cap，微管发生解聚
装配
解聚
温度和二聚体浓度对微管装 配和解聚的影响

370C
40C
临界浓度(Cc) 是 微管蛋白二聚体与微管之间达到动态平衡时的浓度； 当二聚体浓度低于临界浓度, 则微管解聚； 当二聚体浓度高于临界浓度, 则组装微管。
影响微管组装的特异性药物
秋水仙素、长春花碱——阻止微管装配 紫杉醇——阻止微管解聚

三. 微管组织中心（MTOC）
微管在生理状态以及实验处理解聚后重新装 配的发生处称为微管组织中心。 多数微管的一端固着MTOC， 如基体（basal body）或中心体 （centrosome）， MTOC决定微管的极性，负极指向MTOC， 正极背向MTOC
原纤维
正极（微管蛋白β ）
负极（微管蛋白α）

细胞内微管呈网状或束状分布 微管呈现为单管、双联管（鞭毛、纤毛）和三联管（中心粒、 基体）三种形式。
二. 微管的组装及动力学特征
1972年，Richard实验室提出：
核心（ring）、延伸二步骤组装过程
微管组装过程
原纤维装配
核心形成
微管延长

ARP2/3组装片状伪足中的微丝网络
•Arp2/3 以70度角结合到微丝上, 组装新的微丝； •产生Y形的分支； •在运动的细胞中, 网状分布的微丝结构产生推力, 推动细胞膜向前移动。
微丝推动细胞膜突起运动
1. ARP2/3 (orange) 以70 度角组装新微丝； 2. 微丝延伸, 推动细胞膜向 前伸出； 3. 达到稳定状态后, 微丝被 帽状蛋白(blue)封端, 新 的单体就不能添加上去。 微丝中的肌动蛋白呈现 ADP结合形式；
分别为横纹肌、心肌、血管平滑肌和 肠道平滑肌所特有； β肌动蛋白 γ肌动蛋白 所有肌肉细胞和非肌肉细胞都有

微丝的结构特点
actin-ADP
+