第七章细胞骨架与细胞的运动第一节微管真核细胞中细胞骨架成分之一。

是由微管蛋白和微管结合蛋白组成的中空柱状结构。

还能装配成纤毛、鞭毛、基体、中心体、纺锤体等结构，参与细胞形态的维持、细胞运动、细胞分裂等。

微管蛋白与微观的结构存在：所有真核细胞，脊椎动物的脑组织中最多。

直径：24-26纳米中空小管基本构件：微管蛋白α、β异二聚体。

13根原纤维合拢成一段微管。

极性：增长快的为正端，另一端为负端。

（与细胞器定位分布、物质运输方向灯微管功能密切相关）γ微管蛋白：定位于微管组织中心，对微管的形成、数量、位置、极性的确定、细胞分裂有重要作用。

存在形式：单管（存在于细胞质，不稳定）、二联管（AB两根单管构成，主要分布于纤毛和鞭毛）、三联管（ABC三根单管组成，分布于中心粒、纤毛和鞭毛的基体中）一、微管结合蛋白碱性微管结合区域：明显加速微管的成核作用。

酸性突出区域：决定微管在成束时的间距大小种类：MAP-1，MAP-2，MAP-4，tau不同的微管结合蛋白在细胞中有不同的分布区域：tau只存在于轴突中，MAP-2则分布于胞体和树突中。

三，微管的装配的动力学装配特点：动态不稳定性装配过程：1、成核期（延迟期）α和β微管蛋白聚合成短的寡聚体结构，及核心的形成，接着二聚体再起两端和侧面增加使其扩展成片状带当片状带加宽至13根原纤维时，即合拢成一段微管。

是限速过程。

2、聚合期（延长期）细胞内高浓度的游离微管蛋白聚合速度大于解聚速度，新的二聚体不断加到微管正端使其延长。

3、稳定期（平衡期）胞质中游离的微管蛋白达到临界浓度，围观的组装与去组装速度相等（一）微管装配的起始点是微管组织中心中心体和纤毛的基体称为微管组织中心。

作用：帮助大多数细胞质微管装配过程中的成核。

γTuRC：刺激微管核心形成，包裹微管负端，阻止微管蛋白的渗入。

可能影响微管从中心体上释放。

中心体：包括中心粒，中心粒旁物质。

间期位于细胞核的附近，分裂期位于纺锤体的两极。

星状体：新生微管从中心体发出星型结构（二）微管的体外装配影响因素：微管蛋白的浓度、pH和温度，GTP体外聚合条件：微管蛋白二聚体达到一定的浓度，Mg2+存在（无Ca2+）适当的pH(6.9)和温度（37℃）新生成的微管添加微管蛋白的速度大于它们所携带的GTP水解的速度，所以新生成的微管全是GTP微管蛋白亚基，在微管的末端形成一个称为GTP帽的结构，防止微管解聚。

微管生长较慢时，GTP水解成GDP，携带有GDP的亚基很快从游离端上解聚。

微管内的这两种状态是不断发生的。

微管的两个端点装配速度不同，表现出明显的极性。

正端发生GTP和微管蛋白的添加，负端发生GDP和微管蛋白的解聚。

这种装配方式又叫做踏车运动。

（三）微管的体内装配Αβ微管蛋白异二聚体结合到γTuRC→一段短的微管→再开始微管装配的过程组织微管形成的能力可能受细胞周期的影响而开闭。

在间期组织微管形成的能力被关闭（四）很多因素影响微管组装和降解GTP浓度，压力，温度，pH，离子浓度，微管蛋白临界浓度，药物等。

紫杉醇：和微管紧密结合防止微管蛋白亚基的解聚，加速微管蛋白的聚合。

秋水仙素：结合稳定游离的微管蛋白，使其无法聚合成微管，引起微管的解聚。

长春新碱：结合微管蛋白异二聚体，抑制他们的聚合作用。

四、微管的功能（一）微管构成细胞内的网状支架，支持和维持细胞形态不能收缩，但有一定的强度，能抗压抗弯曲，给细胞提供机械支持力（如血小板）。

对于细胞突起部分，如纤毛，鞭毛，轴突的形成和维持也有重要的作用。

（二）微管参与中心粒、纤毛、鞭毛的形成中心粒：9组三联体微管围成的一个圆筒状结构纤毛、鞭毛：9+2（中央有中央微管，外围有9组二联管围绕）基体：三联管组成，与中心粒相似，无中央微管。

(三)微管参与细胞内物质运输线粒体周围也有微管的存在，有的微管直接连到高尔基体小泡上，核糖体可系在微管和微丝的交叉点上，细胞内的细胞器移动和胞质中的物质转运都和微管有着密切的关系。

参与运输的主要蛋白质：微管马达蛋白（动力蛋白：由正端向负端移动、驱动蛋白：由负端向正端移动、肌球蛋白）（四）微管维持细胞内细胞器的定位和分布（五）微管参与染色体的运动，调节细胞的分裂染色体动粒可以捕捉从纺锤体极伸出的微管，形成侧位连接，并沿着单根微管的侧面向极区方向滑动。

同时另一侧的姐妹染色单体上的动粒也与来自另一极的微管结合。

（六）微管参与细胞内的信号传导微管参与信号转导功能。

与细胞的极化。

微管的不稳定动力学行为、围观的稳定性变化、微管的方向性及微管组织中心的位置均有关。

第二节微丝一、微丝的主要成分与微丝的结构1、微丝的主要成分是肌动蛋白，化学本质为单链多肽，每一肌动蛋白分子与一份子ATP相连，具有极性。

肌动蛋白在细胞中有两种存在形式，分别为球形—肌动蛋白和纤维状—肌动蛋白。

2、肌动蛋白微丝是极性结构，有正端和负端。

一个细胞内的微丝总长度比微管总长度长。

二、微丝结合蛋白及其功能1、微丝结合蛋白的种类：单体隔离蛋白、交联蛋白、末端阻断蛋白、纤维切割蛋白、肌动蛋白纤维解聚蛋白、膜结合蛋白。

2、微丝结合蛋白的功能：可抑制肌动蛋白单体的结合；可使细胞内的肌动蛋白纤维形成网络结构；可加速肌动蛋白丝的去聚合；等等。

三、微丝的装配机制（一）微丝的组装过程分为成核期、聚合期与稳定期1、成核期：此期球状蛋白开始聚合，逐渐形成三聚体，即核心形成。

成核作用发生在质膜，。

2、聚合期：核心一形成便进入聚合期，正端的组装速度远快于负端，微丝的长度不断伸长。

3、稳定期：进入平衡期，微丝的长度基本不变，但要注意这是一个动态平衡过程，正端的延长层速度等于负端的缩短速度。

（二）微丝组装过程的模型解释1、踏车模型：在微丝装配时，肌动蛋白分子添加到肌动蛋白丝上的速率正好等于肌动蛋白分子从肌动蛋白丝上解离的速率时，微丝净长度没有改变，这种过程称为肌动蛋白的踏车行为。

2、非稳态动力学模型：认为ATP是调节微丝组装的动力学不稳定性行为的主要因素，ATP—肌动蛋白比ADP—肌动蛋白对纤维末端的亲和性低高，所以ADP—Ⅱ肌动蛋白容易从末端脱落，使纤维缩短，呈现动力学不稳定状态。

（三）微丝的组装受多种因素的影响1、G—肌动蛋白浓度、A TP浓度、Ca2+、K+、Na+浓度2、细胞松弛素B：是真菌分泌的生物碱，通过与微丝的正端结合起抑制微丝聚合的作用。

对微管没有作用，也不抑制肌收缩，因肌纤维中肌动蛋白丝是稳定的结构。

3、鬼笔环肽：从毒蕈分离的毒素，只与聚合的微丝结合，抑制微丝的解体，因而破坏了微丝的聚合与解聚的的动态平衡。

四、微丝的功能（一）微丝构成细胞的支架并维持细胞的形态——细胞的特化结构包括微绒毛和应力纤维。

微绒毛具有刚性，应力纤维在细胞内紧邻质膜下方，具有收缩功能，能用于维持细胞的形状和赋予细胞韧性和强度。

（二）微丝参与细胞运动——与动物细胞的变形运动相关。

（三）微丝参与细胞分裂——有丝分裂的动物细胞中由微丝与肌球蛋白—丝形成的收缩环，在胞质分裂中起重要作用。

（四）微丝参与肌肉收缩——了解肌细胞收缩的变化过程（五）微丝参与细胞内物质运输—微丝在微丝结合蛋白介导下可与微管一起进行细胞内物质运输。

（六）微丝参与细胞内信号传导第三节中间纤维一、中间纤维的结构和类型（一）中间纤维是三种细胞骨架纤维中结构最为复杂的一种，且最为坚韧和持久。

（二）中间纤维是丝状蛋白多聚体1、中间纤维的单体是蛋白质纤维分子，种类多，但都有结构相同的结构域：一个α—螺旋的中间区（高度保守），两侧是球形的N端和C端。

（三）中间纤维的类型和分布较为复杂1、根据中间纤维氨基酸序列的相似性，分为酸性角蛋白，中性/碱性角蛋白，波形蛋白、结蛋白、外周蛋白、胶质原纤维酸性蛋白，神经丝蛋白，核纤层蛋白和巢蛋白六种类型。

2、不同的中间纤维分布在不同区域二、中间纤维的装配和调节1、中间纤维蛋白单体分子大多为丝状蛋白，有氨基末端的头部、羧基末端的尾部、由α—螺旋区组成的中间杆状区域。

2、二聚体的反向平行排列说明四聚体以及由其形成的高级结构中间纤维都是非极化结构，即在纤维两端是相同的，在沿着纤维长轴上具有对称性。

中间纤维蛋白丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化作用是中间纤维动态调节最常见最有效的调节方式。

三、中间纤维的功能（一）中间纤维在细胞内形成一个完整的网状骨架系统——中间纤维外与质膜和细胞外基质有直接的联系，内与核膜、核基质联系，贯穿整个细胞起着广泛的骨架功能。

具有一定可塑性，与细胞核的定位和固定有关。

（二）中间纤维为细胞提供机械强度支持——中间纤维比微管和微丝更耐受剪切力。

（三）中间纤维参与细胞连接——中间纤维参与黏着连接中的桥粒连接和半桥粒连接。

（四）中间纤维参与细胞内信息传递及物质运输——由于中间纤维外连质膜和胞外基质，内穿到达核骨架，因此形成一个跨膜的信息通道。

（五）中间纤维维持细胞核膜稳定——核纤层蛋白对于细胞核形态的维持具有重要作用。

（六）中间纤维参与细胞分化——微丝微管在各种细胞中是相同的，但是中间纤维的表达则有组织特异性。

第四节细胞的运动一．微管与细胞运动纤毛（动物呼吸道上皮细胞）和鞭毛（精子）的运动微管滑动模型：①动力蛋白头部与相邻的B微管接触，促进同动力蛋白结合的ATP水解，并释放ADP和Pi，改变了A微管动力蛋白头部的构象，促进头部朝相邻二联管的正极滑动，使相邻二联管之间产生弯曲力。

②新的A TP结合，促使动力蛋白头部与相邻的B管脱离。

③A TP水解，放出的能量使动力蛋白头部的角度复原。

④带有水解产物的动力蛋白头部与相邻二联管上的另一个位点结合，开始下一个循环二、微丝与细胞运动依赖：肌动蛋白、微丝结合蛋白过程：①细胞在它的前端或前沿伸出突起（伪足）②这些突起附着在其爬行的表面③细胞的其余部分通过锚着点上的牵引力将自己向前拉。

三个过程都涉及到肌动蛋白丝。

三、细胞运动的调节机制（一）细胞外信号可以引起细胞骨架的重排RhoGTP酶家族介导，主要成员是Cdc42/Rac和Rho。

原理：上述蛋白可以再活性GTP结合的状态和非活性GDP结合状态之间不断转换，从而控制细胞骨架重排。

（二）细胞外信号可以指导细胞运动的方向细胞运动需要在特定的方向上进行极化。

细胞骨架在细胞极化的过程中具有主导作用，触发极化很多分子在进化上是保守的。

例子：细胞的趋化运动，阿米巴向环化的AMP移动第五节细胞骨架与疾病一、细胞骨架与肿瘤某些细胞骨架的成分改变可以增加癌细胞的运动能力癌细胞：微观数量减少，网架紊乱甚至消失；微丝应力纤维破坏和消失，肌动蛋白发生重组，形成小体，聚集分布在细胞皮层，由于其形状为小球形或不规则形，被命名为“肌动蛋白小体”“皮层小体”“面包圈”“玫瑰花”小体等。

药物：长春新碱，细胞松弛素及其衍生物，秋水仙素等可有效抑制细胞增殖，诱导细胞凋亡。

绝大多数癌细胞继续表达中间纤维类型，可以根据中间纤维来确定肿瘤细胞的类型及来源，对诊断有重要作用。