细胞生物学知识点汇总I说明:本文档就是王飞老师细胞生物学课上内容的精炼与总结,也就是考试出题的主要依据。

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II 细胞骨架知识点汇总:核心知识点(约占考试总分值的60%):1 7 20 25 29 32 41 44 45 49 51普通知识点(约占考试总分值的30%):3 9 11 12 14 16 17 18 19 23 26 28 30 31 35 37 38 39 43 47 48 50 54扩展知识点(约占考试总分值的10%):2 4 5 6 8 10 13 15 21 22 24 27 33 34 36 40 42 46 52 53 551 细胞骨架(cytoskeleton)的定义与种类:定义:细胞骨架就是贯穿整个细胞的复杂的纤维状蛋白网络结构细胞内有三种类型的细胞骨架,分别就是微丝(microfilament,MF),微管(microtubule,MT)与中间丝(intermediate filament,IF)。

2 肌动蛋白(actin)的种类及分布真核细胞内的肌动蛋白主要分为三大类,名称及分布情况如下:α肌动蛋白主要存在于肌肉细胞的收缩性结构中,目前已发现的四种α肌动蛋白分别属于横纹肌、心肌、血管平滑肌与肠道平滑肌。

β肌动蛋白存在于所有种类的细胞内,就是细胞内绝大部分微丝骨架的基本组分。

γ肌动蛋白在所有细胞内都有分布,主要存在于与应力纤维相关的结构中。

3微丝的组成与极性A微丝由肌动蛋白单体聚合而成。

B肌动蛋白就是一种球状蛋白,其三维构象具有一道很深的裂缝,在裂缝内部有一个核苷酸结合位点(可与ATP或ADP结合)与一个二价阳离子结合位点(可与Mg2+或Ca2+结合)。

C 肌动蛋白单体聚合形成螺距为36nm(7个单体分子)的双股螺旋状微丝纤维。

每个肌动蛋白单体都与四个其她肌动蛋白单体紧密相邻。

D 微丝中的所有肌动蛋白单体分子的缝隙开口端或缝隙底部都朝着同一方向排列,因此整个微丝纤维具有极性。

缝隙开口端指向的就是微丝的负极(minus end),缝隙底部指向的就是微丝的正极(plus end)。

4 微丝与微管的正负极的定义对于微丝与微管的极性,人们习惯性的以同等条件下蛋白单体分子在纤维末端组装与去组装的速度大小来定义。

速度快的就是正极,速度慢的就是负极。

5 胞外微丝组装反应的动力学过程A 试管中的微丝组装需要的反应组分包括:G-actin,ATP,Mg2+,K+,Na+B 微丝的组装与去组装就是一对可逆反应。

反应平衡点受外部反应环境影响。

C 在存在Mg2+且K+、Na+较高的环境里,微丝趋向于聚合。

在存在Ca2+且K+、Na+较低的环境里微丝趋向于解聚。

D 单体肌动蛋白以G-actin表示(G for global),结合在微丝中的肌动蛋白以F-actin表示(F for fibrous)。

F 反应过程中C G-actin不断减小,C F-actin不断增加,直到达到平衡点。

平衡点处的C G-actin定义为整个反应的临界浓度C c(critical concentration)。

G 反应共分三个阶段:延迟期,就是发生成核反应的时期,在此时期内数个肌动蛋白单体分子自发聚合成为可供进一步延伸的“核”,就是整个反应的限速步骤;延长期,就是微丝快速组装的时期,C G-actin>C c,聚合反应速度>解聚反应速度;稳定期,就是反应达到平衡点之后的时期,C G-actin=C c,聚合反应速度=解聚反应速度;6 核苷酸ATP/ADP在微丝组装中的作用A 肌动蛋白本身也就是一种ATP酶,能够水解与之结合的ATP分子使之转变为ADP,肌动蛋白的ATP酶活性只有在其组装到微丝末端之后才开始生效。

B在游离状态下肌动蛋白分子与ATP的亲与力远高于ADP,与肌动蛋白结合的ADP分子很容易被ATP分子所替换,因此游离状态下的肌动蛋白携带的核苷酸分子以ATP为主。

C 带有ATP的肌动蛋白更容易发生聚合反应,带有ADP的肌动蛋白更容易发生解聚反应。

D细胞中的微丝组装时新组装上去的肌动蛋白总就是携带ATP分子的,该ATP分子在停留一段很短的时间后即被水解为ADP,在水解发生前新的携带ATP分子的肌动蛋白单体已经在末端聚合,使得整根微丝最前端的几个肌动蛋白总就是携带ATP的,这样的末端定义为T型末端。

E 细胞中微丝的去组装总就是发生在末端肌动蛋白携带ADP的时候,这样的末端定义为D型末端。

F 细胞内的D型微丝末端主要就是由于负极端成核蛋白的脱落形成的。

7 微丝组装的踏车行为(treadmilling)A理论上如果没有ATP水解为ADP的过程,那么微丝组装时正极与负极的Cc就是相等的。

在实际反应过程中由于有ATP水解过程的存在,正负极反应的Cc不再相等,Cc+<Cc-。

B 当反应环境里Cc+<C G-actin< Cc-的时候,正极端发生的就是聚合反应,负极端发生的就是解聚反应,这种反应形式称为踏车行为。

C 在试管内的微丝组装反应的总Cc介于正负极Cc之间,因此试管内聚合反应达到平衡期之后实际上发生的就是踏车反应。

正极端的聚合速度等于负极端的解聚速度。

D 踏车行为就是细胞内微丝动态组装与去组装的主要形式之一。

8 影响微丝组装的药物A 细胞松弛素(cytochalasin):能够切割微丝并与游离的末端结合,结合后能够阻止新的肌动蛋白单体分子在末端的组装,同时并不影响末端肌动蛋白分子的解离。

因此细胞松弛素的总体效果就是促进微丝解聚。

B 鬼笔环肽(phalloidin):与微丝中的肌动蛋白(F-actin)结合,阻止其解离。

总体效果就是阻断微丝解聚,稳定微丝。

9 微丝网络结构的调节方式细胞内微丝网络结构的调节主要就是通过各种微丝结合蛋白的共同作用来实现的。

10 细胞内微丝结合蛋白的种类有六大类,分别就是肌动蛋白单体结合蛋白,成核蛋白与加帽蛋白,延伸保护蛋白,交联蛋白,割断及解聚蛋白,马达蛋白。

11 肌动蛋白单体结合蛋白的种类及作用A 胸腺素β4(thymosin β4):与肌动蛋白单体结合并封闭其发生聚合反应的位点,其作用就是维持细胞内游离态肌动蛋白库的总容量远大于微丝组装反应的临界浓度,有利于细胞大规模组装微丝的快速启动。

B 前纤维蛋白(profilin):只与肌动蛋白单体的正极端(底部)结合,抑制其在微丝负极端的聚合,不影响其在微丝正极端的聚合。

因此前纤维蛋白的作用就是增加微丝组装反应的极性,促进正极端的生长。

12 成核蛋白与加帽蛋白A 成核蛋白:成核蛋白包括Arp2 Arp3与与之相关的其她几种蛋白质,这些蛋白共同组成Arp2/3复合物。

Arp2与Arp3在结构上与肌动蛋白单体分子极其相似,在复合物中形成异源二聚体,肌动蛋白单体以Arp2/3异源二聚体为基点开始新微丝的组装。

Arp2/3复合物的组装受到胞内信号转导系统的控制。

可以凭空出现,诱发新的微丝的组装。

也可以在微丝快速生长的T型末端处组装,诱导微丝的分叉生长。

Arp2/3复合物的存在具有稳定微丝负极的作用,一但Arp2/3从微丝末端脱落,暴露出来的负极D型末端会迅速降解。

B 加帽蛋白:在微丝停止生长之后,与正极端结合并使其稳定的一类蛋白质。

被加帽蛋白稳定的微丝正极端由于ATP的水解作用,属于D型末端,但加帽蛋白的存在保护其不发生解聚反应。

加帽蛋白的代表:CapZ。

C 成核蛋白与加帽蛋白都就是对微丝末端进行调节的蛋白,其中成核蛋白作用于负极,加帽蛋白作用于正极。

二者在微丝相应末端的结合与解离就是造成微丝网络结构动态性的主要原因之一。

13 延伸保护蛋白主要指的就是形成蛋白(formin),形成蛋白能在微丝正极端形成二聚体环状结构,二聚体环中的两个单体分子交错向正极端移动并募集新的肌动蛋白单体分子在正极端组装,同时保护正极端新形成的微丝不被降解或者就是被Arp2/3复合物接近。

通过这种方式,形成蛋白能够维持微丝在正极端的稳定生长,形成长的、无分叉的微丝结构。

14 交联蛋白A 交联蛋白根据微丝的排列方式可分为两类:成束蛋白与凝胶形成蛋白。

B 交联蛋白能够单独或以二聚体的形式将相邻的微丝交联起来。

C 起到交联作用的蛋白单体或二聚体都携带有两个肌动蛋白结合位点,两个位点间的距离决定了所形成的微丝束或网的松紧程度。

D 成束蛋白包括丝束蛋白(fimbrin)、绒毛蛋白(villin)与α-辅肌动蛋白(α-actinin),其两个肌动蛋白结合位点间的区域就是僵直的,能够将多根微丝平行交联成束。

E 成束蛋白中的丝束蛋白与绒毛蛋白以单体形式起作用,两个肌动蛋白结合位点间的距离较小,形成的微丝束比较紧密,内部很难进入其她功能性蛋白分子。

F 成束蛋白中的α-辅肌动蛋白以二聚体的形式起作用,两个肌动蛋白结合位点间的距离较大,形成的微丝束比较松散,内部能够进入其她功能性蛋白分子如肌球蛋白。

G 凝胶形成蛋白包括细丝蛋白(filamin)与血影蛋白(spectrin),其两个肌动蛋白结合位点间的区域就是柔软的,能以一定角度将两根相邻的微丝交联,最终形成二维网状结构或三维凝胶样结构。

15 割断及解聚蛋白A主要包括凝溶胶蛋白(gelsolin)与肌动蛋白解聚因子/丝切蛋白(ADF/cofilin)。

B 凝溶胶蛋白能够结合在微丝表面并切断微丝。

在某些条件下,微丝切断后凝溶胶蛋白可以与暴露出来的正极末端结合,促进其进一步解聚。

相反,在另一些条件下,微丝切断后产生的正极末端可以成为新的微丝生长点,从而加速微丝网络的形成。

C 丝切蛋白能与含有ADP的微丝表面结合并加速其解聚速度,主要在脱离了加帽蛋白的微丝负极端起到促进微丝解聚的作用。

16 肌球蛋白(myosin)的结构及种类A 肌球蛋白就是依赖于微丝的马达蛋白。

B 肌球蛋白的主要结构分为三部分,分别就是马达结构域、调控结构域(或杠杆臂结构域)、尾部结构域。

C 马达结构域就是肌球蛋白沿微丝运动的主要结构元件;尾部结构域就是肌球蛋白与货物分子、其她细胞结构或自身形成多聚体时相连的部位;D 细胞内肌球蛋白的种类有很多,每种肌球蛋白的结构与功能都不相同。