中心体
γ管蛋白及成核位点
基体
六、微管的功能
• ①维持细胞形态：用秋水仙素处理细胞破坏微管，
导致细胞变圆
②参与细胞内物质运输
• 真核细胞内部是高度区域化的体系, 细胞中合成的物 质、一些细胞器等必须经过细胞内运输过程。这种运 输过程与细胞骨架体系中的微管及其马达蛋白
（Motor protein）有关。如神经轴突运输及鱼色素
• 当细胞从间期进入分裂期，间期细胞胞质微管网架崩解， 微管解聚为微管蛋白，经重组装配成纺锤体，介导染色 体运动，分裂末期，纺锤体微管解聚为微管蛋白，经重 装配形成胞质微管网。 • 染色体运动机制：
动力平衡学说：与微管的装配与去装配有关
滑行学说：与微管的相互滑动有关
星体微管
动粒微管
中心体
极微管
Байду номын сангаас
染色体运动
⑤鞭毛和纤毛运动
• 许多细胞具有适应液态环境内运动的特性---能 收缩的丝状附属物---鞭毛和纤毛
• 鞭毛：长而少，鞭毛纲、精子
• 纤毛：短而多，软体动物、棘皮动物、多细胞
动物腔及内部管道的上皮细胞。如气管、生殖
道
鞭毛和纤毛的结构
• 由基体和鞭杆两部分构成。
• 鞭毛为二联体，其中的微管为9+2结构。
微管装配的非稳态动力学模型
三、微管结合蛋白（MAP）
•MAP分子至少包含一个 结合微管的结构域和一 个向外突出的结构域。 突出部位伸到微管外与 其它细胞组分（如微管 束、中间纤维、质膜） 结合。 •主要功能：①调节微管 装配。②增加微管稳定 性和强度。③作为细胞 外信号的靶位点参与信 号转导。
四、特异性药物
微丝结构
三、微丝结合蛋白
• 微丝系统的主要成分是肌动蛋白纤维，肌动蛋白纤 维要装配成不同的微丝网络结构（应力纤维、肌肉
细丝、绒毛轴心），参与细胞生命活动，在很大程
度上受微丝结合蛋白的调节。微丝结合蛋白种类、 数量和活性状态的不同，可以导致肌动蛋白纤维各 种各样的结构和功能方式。
①actin单体结合蛋白
第十章 细胞骨架
赖晓芳
第一节 细胞骨架概述
• 1924年，在光学显微镜下发现了应力纤维
• 细胞骨架：cytoskeleton，是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系。
• 1928年，Klotzoff提出了细胞骨架的原始概念
• 1963年，采用戊二醛常温固定在细胞中发现微管 • 60年代后期，开始了细胞骨架的认识 • 细胞骨架的特点：弥散性、整体性、变动性 • 狭义的细胞骨架：细胞质骨架（微丝、微管、中等纤维）
– 延长期
• 细胞内高浓度的游离微管蛋白使微管聚合速度习快于解 聚速度，新的二聚体不断加到微管的端点使之延长。
– 稳定期
• 随着细胞质中游离微管蛋白浓度的下降，达到临界浓度 时，微管的聚合与解聚速度达到平衡，微管长度相对恒
• 所有的微管都有确定的极性。 （-）αβ →αβ→ αβ（+）
• 细胞内由微管构成的亚细胞结构也是有极性的。
• 这些小分子蛋白与actin单体结合，阻止其添加到微丝末
端，当细胞需要单体时才释放，主要用于actin装配的调
受精时的顶体反应）、proflin（细胞膜上参与细胞外刺 激）等。
节，如thymosin（血小板或嗜中性白细胞参与血管创伤、
②微丝结合蛋白
• 纽蛋白和α-辅肌动蛋白：将微丝固着于细胞膜上，肌肉
秋水仙素或长春碱
2、微管的存在形式
• 微管可装配面单管、二联管（鞭毛、纤毛）、 三联管（中心粒、基体）
• 单管：singlet，可随细胞周期发生变化，在低 温、Ca2+和秋水仙素作用下容易解聚，属于不 稳定微管，如纺锤体
• 二联管和三联管只存在于某些特定的细胞器中， 对低温、Ca2+和秋水仙素不敏感，属于稳定微 管
• 微管是由13 条原纤维构成的中空管状结构， 直径 22~25nm。
• 每一条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成
• 微管蛋白二聚体由结构相似的α和β球蛋白构成。
• α球蛋白结合的GTP从不发生水解或交换。
• β球蛋白也是一种G蛋白，结合的GTP可发生水解， 结合的GDP可交换为GTP。
微管的结构和组成
– 微丝是细胞中最主要的利用细胞化学能产生运动
的机械-化学系统。
微 丝 的 结 构
• 根据等电点分为3类：α分布于肌肉细胞；β和γ
分布于肌细胞和非肌细胞。
• actin单体外观呈哑铃形，称球形肌动蛋白G-
actin；多聚体称为纤维形肌动蛋白F-actin。
• actin在进化上高度保守，酵母和兔子肌肉的肌 动蛋白有88%的同源性。 • 肌动蛋白要经过翻译后修饰，如N-端乙酰化或 组氨酸残基的甲基化。
鞭毛和纤毛的运动机制
ADP+Pi 释放 变构、滑动 ATP
与B管结合
ATP水解
角度复原
第三节 微丝
• 一、微丝的成分和结构 – 微丝：microfilament，MF，又称为肌动蛋白纤 维（actin filament），是指真核细胞中由肌动蛋 白组成，直径为7nm的骨架纤维，每圈螺旋37nm。
• 秋水仙素：colchicine，阻断微管蛋白装配成微 管，可破坏纺锤体结构。在二聚体上有其结合 位点，改变或封闭微管蛋白。与鬼臼素竞争
• 长春花碱：作用同上，但结合位点不同。与美
登木竞争 • 紫杉酚：taxol，促进微管装配，并使已形成的 微管稳定。但其稳定作用对细胞是有害的，使 细胞停止于有丝分裂期。
逆向转变。
3、微管装配的动态调节机制
• 动态调节机制：踏车模型和非稳态动力学模型
• 踏车模型：微管结构具有极性，（+）极的最外端是β ，（-）极的 最外端是α ，二者添加异二聚体的能力不同。初期，游离的微管蛋 白二聚体浓度高，在（+）极的添加速度高于（-）极，微管趋于延 长，随着游离的微管蛋白二聚体浓度的下降， （+）极的添加速度 与（-）极的解聚速度达到平衡，微管长度相对恒定。 • 非稳态动力学模型： • 动力学不稳定性产生的原因： 微管两端具GTP帽(取决于微管蛋白浓度)，微管将继续组装， 反之，形成GDP帽则解聚。
非稳态动力学模型
• 体内装配时，MF呈现出动态不稳定性，主要 取决于F-actin结合的ATP水解速度与游离的Gactin单体浓度之间的关系。
• MF动态变化与细胞生理功能变化相适应。在
体内, 有些微丝是永久性的结构（肌肉中的细
丝、微绒毛的轴心微丝）, 有些微丝是暂时性
的结构（胞质分裂环微丝、哺乳动物血小板微 丝、无脊椎动物精子顶体中的微丝）。
二、微丝装配
• MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性，装 配时呈头尾相接, 故微丝具有极性，既正极与负极之别。 慢的一端为负极；去装配时，负极比正极快。由于G-actin在正 极端装配，负极去装配，从而表现为踏车行为。
• 体外实验表明，MF正极与负极都能生长，生长快的一端为正极，
二、微管的装配
• 1、体外装配方式---分为3个时期：成核期、延长期、稳定期
– 成核期
• α-微管蛋白和β-微管蛋白形成αβ二聚体，αβ二聚体先形 成环状核心(ring)，经过侧面增加二聚体而扩展为片状 螺旋带，αβ二聚体平行于长轴重复排列形成原纤维 (protofilament)。当螺旋带加宽至13根原纤维时，即合 拢形成一段微管。
• 体内则由于末端被封端蛋白结合，阻止actin加上和脱落，无踏车。
• 微丝的装配必需一定的盐浓度（主要是Mg2+），一定的G-actin 浓度和ATP存在下才能进行。在Ca2+及低浓度的Na+、K+趋向于 解聚，在Mg2+及高浓度的Na+、K+趋向于装配。
踏 车 行 为
• 非稳态动力学模型：1984年，Carlier • 1个G-actin分子可结合1分子ATP，结合ATP的actin对纤维 末端的亲和性高，当ATP-actin结合到末端后，actin构象改 变，然后ATP水解为ADP+Pi。而ADP-actin对纤维末端的亲 和性低，容易脱落，使纤维缩短。ATP-actin浓度与其聚合 速度成正比，当ATP-actin高浓度时， ATP-actin在末端聚合 速度快，由于ATP水解稍后发生，从而在纤维末端形成一连 串的ATP-actin，称为ATP帽，而近中部为ADP-actin，当 ATP-actin不断耗竭使浓度下降时, ATP-actin在末端的聚合 速度就下降,而ATP水解为ADP+Pi 的速度不变，结果使ATP 帽不断缩小而消失，最后暴露出ADP-actin，由于ADP-actin 对末端的亲和性小，结果ADP-actin不断解聚脱落，纤维缩 短。ADP-actin中的ADP又被ATP臵换重新形成ATP-actin参 加聚合，一些缩短的纤维在其末端可重新形成ATP帽再延长。
• 细胞内微管呈网状或束状分布，并能与其他蛋白共同
装配成纺锤体、基粒、中心粒、鞭毛、纤毛、轴突、 神经管等结构，参与细胞形态的维持、细胞运动、细
胞分裂。
微管
一、微管的成分、结构及存在形式
• 由α和β两种微管蛋白亚基二聚体为基本单位装配而成
• 微管壁一周有13个αβ二聚体盘绕成
1、微管的成分和结构
顺梯度
逆梯度 慢速转运
50~400mm/天
200mm/天
膜溶性细胞器和物质、线粒体、突触小泡
前溶酶体小泡、溶酶体酶、，内吞小泡
慢成分b
慢成分a
2~8mm/天
0.2~1mm/天
微丝、血影蛋白、包涵素、钙调素
微管、神经纤维、血影蛋白
神经元轴突的运输模式
色素颗粒运输
③细胞器定位
④染色体和纺锤体的运动
细胞色素颗粒的运输（皮肤颜色变化）。 • 马达蛋白：需ATP提供能量作为动力 驱动蛋白(kinesin):通常朝微管的正极方向运动 胞质动力蛋白(cytoplasmic dynein)：朝微管的 负极运动