第十二章细胞骨架(cytoskeletons)细胞骨架概况1.细胞骨架概念: 为真核细胞胞质中的蛋白质构成的纤维系统，对细胞的形态维持、细胞本身的运动及细胞内部物质的运输有着重要作用。
2. 细胞骨架组成：微丝(microfilaments, MF)微管(microtubules, MT)中间丝(intermediate filaments, IF)第一节微管（microtubule，MT一、微管是由微管蛋白组成的中空小管1.微管蛋白（tubulin）α、β亚基2.微管蛋白异二聚体组成13条具有极性的原丝3.微管蛋白的级性结构：增长端（快速生长端）缩减端（慢生长端）二、微管结构具备多变性1.微管的分布式样在细胞间期和分裂期有明显的不同2.微管的抑制剂：秋水仙碱（colchicine）：阻止聚合紫杉醇（taxol）：稳定微管，对抗解聚三、微管组织的动力学不稳定性—不停地解聚和重聚合（一）微管的组装1. 微管蛋白微管2.低温、可以使微管解聚3.微管成核阶段困难: 成核中心位点―种子‖(二) 微管的极性1.（+）端：即正端或（快）增长端，生长和缩短都快的那端2.（-）端：即负端或缩减端，在动物细胞中一般朝向中心体三）微管的动态不稳定性•微管的动态不稳定性对细胞形态的发生有重要作用，细胞极性的发生与微管的定向生长有关微管的抑制剂•秋水仙素：可与微管蛋白分子紧紧结合，阻止微管蛋白分子间的聚合•紫杉酚：可与微管紧紧结合，使之稳定均可抑制细胞的有丝分裂四、管蛋白转译后的修饰标志微管的―分子钟‖α-管蛋白的修饰:赖氨酸乙酰化C末端去酪氨酸化微管结合蛋白微管结合蛋白（microtubule-associated proteins，MAPs）脑中主要有两类：高分子量的：MAP1，MAP2，低分子量的：tau蛋白α-微管蛋白特殊赖氨酸的乙酰化和α-微管蛋白C末端酪氨酸的切除可提供MAPs的特异性结合位点微管-依赖性动力蛋白:驱动蛋白、动力蛋白及其功能1.神经轴突的快速运输：驱动蛋白（kinesin）胞质动力蛋白（dynein）2.微管与细胞器在细胞内分布的关系密切:内质网膜上有驱动蛋白高尔基体上有胞质动力蛋白六、微管组织中心（MTOC）1.动物细胞：中心体中心体基质中的γ-管蛋白2.植物细胞：高等植物无中心体，但仍有MTOC3.霉菌、藻类：纺锤体-极体γ微管蛋白1.以环状结构存在于微管组织中心围核物质（perinuclear material）中心体基质（centrosome matrix）2.与微管聚合的起始密切相关γ-管蛋白与α／β-管蛋白相互作用七、纤毛和鞭毛运动（一）组成与运动功能１.组成：真核细胞中微管构成的稳定结构２.结构：质膜包围，轴丝轴丝：9x2+2，二联体侧臂（动力蛋白臂）其他结构：连接蛋白，辐条七、纤毛和鞭毛运动３.运动功能：轴丝二联体之间的相对滑动引起纤毛或鞭毛弯曲动力来源：动力蛋白是一种ATP酶中心体和基体•中心体、中心粒：9x3+0微管排列•基体：纤毛和鞭毛根部的结构，与中心粒结构非常相似•微管的功能：•维持细胞的形态•构成纤毛、鞭毛和中心粒等细胞运动器官，参与细胞运动•维持细胞器的位置，参与细胞器的位移•参与细胞内物质运输•参与染色体的运动，调节细胞分裂•参与细胞内信号转导第二节肌动蛋白微丝(actin filament, microfilament, MF)•由肌动蛋白组成的紧密螺旋状纤维，直径7纳米•肌动蛋白（actin）：–球状(G-actin)和纤维状（F-actin）–多基因所编码，不同的细胞（心肌、骨骼肌、平滑肌、成纤细胞）各不相同，可分三类：α-肌动蛋白、β-肌动蛋白和γ–肌动蛋白•肌动蛋白微丝在细胞内形成稳定或不稳定的结构稳定的肌动蛋白微丝：肌节•肌动蛋白微丝是极性结构生长快的正端―秃端‖生长慢的负端―指向端‖细胞皮层–质膜下由微丝构成的动态网络–维持细胞形状和调控细胞表面运动–细胞松弛素处理细胞，皮层破坏，核很容易去掉。
二、肌动蛋白微丝的装配机制1.肌动蛋白—————微丝2.微丝具有极性,正端聚合速度比负端快10倍肌动蛋白微丝的动态变化需要ATP水解1.ATP水解及ATP-ADP置换特点2.肌动蛋白库微丝组装的动态调节•踏车模型正端不断增加肌动蛋白与负端不断丢失肌动蛋白保持等速•动力不稳定模型与微管组装原理一致，微丝的长度呈动力学不稳定状态微丝稳定及解聚药物的作用1.细胞松弛素（cytochalsin）：结合正端，抑制聚合2.鬼笔环肽（phalloidin）：稳定微丝，对抗解聚细胞内小分子蛋白质调节肌动蛋白的聚合肌动蛋白-单体-结合蛋白1.胸腺素（thymosin）：抑制微丝聚合机制：覆盖单体分子抑制ATP-ADP置换2.前纤维蛋白：促进肌动蛋白聚合机制：感受细胞外刺激促进ADP-ATP置换3.其它：肌动蛋白解聚因子（ADF）微刺及片状伪足是从细胞表面伸出的含肌动蛋白的膜突起1.片状伪足（lamellipodia）2.微刺或丝状伪足（filopodia）二者都是由局部肌动蛋白在质膜内面皮层的聚合运动细胞的前沿是肌动蛋白聚合的成核区运动前沿质膜启动微丝聚合的模式：1.微丝正端插在质膜内，通过踏水车机制增长和解聚推动前沿向前2.不插在质膜，短微丝在前沿形成，另一些向后移再解聚肌动蛋白微丝动态变化的信号通路三、微丝结合蛋白（ABPs，actin binding proteins）1.微丝结合蛋白结构类型广泛，以不同方式调节微丝的特性和功能2.最重要的微丝结合蛋白多存在于细胞的最外周区•血影蛋白（spectrin）与ankyrin结合肌动蛋白形成膜-附着骨架•交联蛋白（cross-linking protein）调节肌动蛋白的组装形式捆绑蛋白；成胶性蛋白•凝溶胶蛋白（gelsolin ）可被Ca2+激活而切断微丝•肌球蛋白（myosin）是唯一已知的动力蛋白（一）血影蛋白和ankyrin结合肌动蛋白形成膜覆着骨架1.血影蛋白（spectrin）四聚体与肌动蛋白微丝连接2.血影蛋白通过ankyrin桥与跨膜载体蛋白band 3相连3.它们在成熟RBC中构成了支持质膜的细胞骨架网的结构模式（二）交联蛋白调节肌动蛋白的组装形式1.动物细胞皮层肌动蛋白微丝三类组装形式：平行束、收缩束、胶体样网架2.交联蛋白（cross-linking proteins）分类：（1）捆绑蛋白（bundling proteins）毛缘蛋白（fimbrin）α-辅肌动蛋白（α -actinin）(2)成胶性蛋白（gel-forming proteins）细丝蛋白（filamin）(三)凝溶胶蛋白被Ca2+激活而切断微丝1.凝溶胶蛋白活化切断微丝(gelsosin) 覆盖微丝破坏微丝交联网胞质局部液态化胞质液流/细胞收缩(四)肌球蛋白是肌动蛋白微丝的唯一已知动力蛋白，在真核细胞中有许多肌球蛋白家族成员1.肌球蛋白家族能水解A TP（1）肌球蛋白-II含有两条重链和四条轻链（2）头部由轻链和重链N-端组成，有ATPase 活性（3）尾部由重链C-端组成，形成双股螺旋2.肌球蛋白能使分子聚合成双杆状四、细胞内微丝收缩结构（一）收缩环(contractile ring)-非肌肉细胞内的瞬时性肌肉样结构(二)应力纤维(stress fibers)-由微丝与肌球蛋白II组装的另一种不稳定性收缩束（三）粘着带(adhesion belt)-非肌肉细胞的一种相对稳定的结构五、微丝的相关结构及功能（一）焦点接触是细胞附着结构1.焦点接触由细胞外基质成分、跨膜连接蛋白和细胞内粘着斑组成，内与肌动蛋白微丝相连2.整合蛋白、粘着斑蛋白talin、vinculin蛋白、α -actinin、应力纤维肌动蛋白微丝3.焦点接触作用：机械、信号转导（src家族）（二）微绒毛的特化微丝束1.微绒毛核心由肌动蛋白-捆绑蛋白捆绑成束，后者包括fimbrin和最重要的vilin(绒毛蛋白)2.微绒毛基部微丝束与质膜间有侧桥连接，内含肌球蛋白-I3.微绒毛基部的质膜皮层区成为终末网（terminal web），含spectrin网和中间丝肌肉是以肌动蛋白为基础的运动器(一)骨骼肌由许多单核成肌细胞融合而成1.骨骼肌——肌纤维——肌原纤维——肌小节2.肌节：为横纹肌的基本结构和功能单位明带，暗带，Z线（盘）细肌丝粗肌丝3.肌肉收缩—滑动学说(1)收缩时暗带（粗肌丝所在）长度不变, 明带缩短(2) 细肌丝和粗肌丝之间相互滑动的结果(3)收缩的能量来自横桥水解A TP所释放的化学能4.肌肉收缩的调节(1)肌浆网为特殊的内质网，是一种储钙结构(2)T管系统终末池(3)肌钙蛋白（troponin）有T、I、C三个亚基Interaction of myosin and actin(二)心肌的肌丝装配与骨骼肌相同1.相同点:有横纹,通过动作电位-肌浆网-Ca-troponin-tropo肌球蛋白复合体2.不同点:单个核的细胞闰盘(intercalated discs)3.闰盘功能:桥粒连接;执行Z线连接功能;允许动作电位迅速扩散(三)平滑肌为最原始的肌肉形式不同点:1.平滑肌无横纹，有致密斑2.收缩的控制：肌球蛋白轻链的磷酸化微丝的功能•构成细胞的支架，维持细胞的形态•作为肌纤维的组成成分，参与肌肉收缩•参与细胞分裂•参与细胞运动•参与细胞内物质运输•参与细胞内信号转导第三节中间丝(intermediate filament, IF)•中等纤维（中间纤维）直径10nm的纤维（10nm纤维）•是一多基因家族编码的多种异源性纤维状蛋白组成，至少包括50种中间丝是丝状蛋白多聚体1.基本结构:头、尾和杆状区头、尾:大小和组成变化大杆状区:保守,是七位复件的 螺旋2.双体分子,形成同向的双股螺旋二聚体3.两个二聚体异向、交错排列形成无极性的四聚体中间丝的分类•I、II型：角蛋白（K，keratin）上皮组织•III型：波形纤维蛋白类，包括•波形纤维蛋白（V，vimentin）：间质细胞•结蛋白（D，desmin）肌肉细胞•胶质纤维酸性蛋白（GFAP）胶质细胞•IV型：神经丝蛋白（NF）三个肽•V型：核层蛋白（lamin），A、B、C•VI型：融合蛋白、平行蛋白、巢素蛋白•未归类：phakinin、filensin核板(核纤层)由特级中间丝蛋白-板蛋白（纤层蛋白)构建(1)杆状区域更长(2)含有核交通信号(3)组装成二维的片状网格(4)网格的不寻常动态性中间丝的功能•提供细胞的机械强度•维持细胞和组织完整性•与DNA复制有关•与细胞分化及细胞生存有关细胞骨架与疾病•肿瘤微丝、微管被破坏•神经系统退行性变疾病老年性痴呆症（Alzheimer’s disease，AD）•肌肉病部分横纹肌肉瘤•遗传性疾病遗传性单纯性大泡性表皮松解症（EBS）。