引言
概述
细胞骨架(Cytoskeleton)的概念
是指真核细胞中由蛋白纤维构成的，与保持细胞形态结 构和细胞运动相关的网架结构体系。
细胞骨架的功能
维持细胞形态；保持细胞内结构的有序性；与细胞运动、 物质运输、能量转换、信息传递、细胞分裂、基因表达、细 胞分化等生命活动密切相关。
概述
真核细胞中的蛋白 纤维网架体系
在装配过程中，正极装配较负极快5～10倍。
1.3.1.2 过程
微丝
成核期(Nucleation phase) – 限速过程，又称延迟期。 二聚体（不稳定） 三聚体（核心形成）
生长期(Growth phase) – 正端快，为负端的10倍。
平衡期(Equilibrium phase) –聚合速度=解聚速度。
动物细胞中主要的微丝结合蛋白及功能
微丝
类型
功能
调节蛋白
1. 原肌球蛋白
2. 钙调蛋白 连接蛋白
与肌动蛋白相连，调节肌动蛋白与肌球蛋白的结合。 与Ca2+结合，活化肌球蛋白轻链激酶
1. α-辅肌动蛋白 2. 纽带蛋白
参与微丝与质膜的结合 肌动蛋白纤维端点与细胞膜之间结合的中介
交联蛋白 1. 毛缘蛋白 2. 细丝蛋白 3. 血影蛋白 4. 锚定蛋白
4. 具有动态不稳定性，并在某一时刻表现为 踏车现象。
1.3.2 微丝的体内组装
1. 组装受到微丝结合蛋白的影响 2. 动态不稳定性与细胞功能相适应
微丝
动物细胞中主要的微丝结合蛋白及功能
微丝
微丝成核蛋白参与微丝的聚合
微丝
• 微丝成核蛋白 （nucleating protein）
– Arp2/3复合物：促使形成微丝网络结构，由Arp2、 Arp3和其他5种附属蛋白组成，是微丝组装的起始 复合物。
1.4.3 参与细胞运动
变形运动 (amoiboid motion) 细胞移动 (migration) 细胞的吞噬运动 (phagocytosis) 精子与卵子细胞融合时的顶体运动 血小板的变形运动 细胞膜收缩环运动（参与细胞质分裂） 肌肉细胞的收缩
微丝
Cell locomotion
细胞运动过程中力的产生
心粒等结构 z 微管为一种动态的结构，具有组装和去组装的
功能。
微管
2.2 分子组成
微管
微管蛋白：有α、β、γ 三种 组成
微管结合蛋白
2.3.1 微管蛋白（Tubulin）
微管
微管蛋白由α、β、γ 三种组成。
α、β-微管蛋白是微管的主要结构分子；
γ-微管蛋白不是构成微管主要结构成分，但它 是微管执行功能必不可少的成分。
微丝
微丝
30 seconds 5 minutes
细胞松弛素 导致微丝解聚
造成微绒毛形成茬状物，细 胞整体形态树枝状化
1.4.1 肌肉收缩
微丝
肌肉细胞利用肌动蛋白和肌球蛋白产生有 力的单向运动。 肌肉可以看作是一种特定的富含细胞骨架 的高效能量转换装置。
化学能转变为机械能
鬼笔环肽 (phalloidin) 与微丝侧面结合，防止微丝解聚。
微丝
微丝
The sliding-filament model of contraction in striated muscle.
1.4.2 维持细胞形态
微丝
细胞皮质（cell cortex）细胞膜下由微丝和各种 微丝结合蛋白交错排列组成的网状结构。具有很 高的动态性，为细胞膜提供强度和韧度，维持细 胞的形态。
2. 封端蛋白
结合于微丝(+)端，阻止G-actin加上或脱落
微丝成核蛋白参与微丝的聚合
微丝
• 微丝成核蛋白(nucleating protein)
– 成核蛋白(formin)：启动细胞内不分支微丝的形 成，共有15种；
– 共同特征: 都含有FH1和FH2同源结构域
– 当新成核的微丝纤维生长时，formin二聚体 保持结合在快速生长的正端，保护正极在延 伸过程中不受加帽蛋白的影响，并通过直接 与抑制蛋白（profilin）的结合提高延伸速度。
α、β微管蛋白
α、β微管蛋白二者形成异二聚体。
微管
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
¾ 细胞内游离态微管蛋白的主要存在形式； ¾ 微管组装的基本结构单位。
α -tubulin β -tubulin
γ 微管蛋白
微管
位于微管组织中心，对微管形成及确定微管极性 起重要作用。本身不参与微管的形成。
2.3.2 微管结合蛋白(Microtubule associated proteins, MAPs)
微丝
肌动蛋白单体是 一种具有ATP结 合位点的球形蛋 白质
1.3.1 微丝的体外组装
微丝
1.3.1.1 条件
• 一定的盐浓度（主要是Mg2+），一定的 G-actin浓度，ATP，pH>7.0 。
Mg2+、高Na+、高K+
G-actin
F-actin
Ca2+、低Na+、低K+
1.3.1.2 过程
微丝
主要参与Rho蛋白家族有关的信号转导
微丝 微管(P143) 中间纤维 细胞骨架与疾病
2.1 概述
微管
微管：microtubule，MT
z 由微管蛋白（tubulin）装配而成 z 呈中空的不分支的管状结构，在不同的细胞中具有
相同的形态，呈网状或束状分布 z 能与其它蛋白共同组装成纺锤体、鞭毛和纤毛、中
微丝
肌束 肌原纤维
微丝
肌丝
肌小节
肌细胞
粗肌丝
微丝
细肌丝
肌小节结构示意图
细肌丝
肌动蛋白 actin 原肌球蛋白 tropomyosin 肌钙蛋白 troponin
微丝
粗肌丝
肌球蛋白(myosin)
微丝
• 形态：由轻链和重链组成。 豆芽状：两个椭圆形的头部，一根长杆状的
尾 – 头部：ATP酶活性位点, actin结合位点；
1.4.5 参与物质运输和信息传递
微丝
内质网沿细胞皮质的运动 神经细胞来源的囊泡可以沿微丝运动
但动物细胞中微丝较短 介导的运动的广度较小
微丝
小结
1. 微丝的定义 2. 微丝的化学组成 3. 微丝的组装 4. 微丝的生物学功能
微丝
参与信息传递
微丝
细胞外的某些信号分子与细胞膜上的受体结 合，可触发膜下肌动蛋白的结构变化，从而启 动细胞内激酶变化的信号转导过程。
假说二： 通过微丝的装配将质膜向前推进
微丝
微丝
细胞运动过程中力的产生
假说一： 通过微丝的装配将质膜向前推进
微丝
微丝
微丝
精子与卵子融合时的顶体运动过程结构模式图
Platelets change shape during blood clotting
1.4.4 参与细胞分裂
微丝
收缩环由大量反向平行排列的微丝组成，其收缩 机制是肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动。
ATP帽
肌动蛋白存在方式:
G-actin F-actin
微丝
游离状态—球状肌 动蛋白 （Globular actin, G-actin)
微丝中—纤维状肌 动蛋白 （Filamentous actin, F-actin)
1.3.1.2 过程
微丝
1.3.1.3 踏车现象（treadmilling）
正极的肌动蛋 白聚合速率等 于负极的解聚 速率时，踏车 现象出现
微管结合蛋白与疾病
Tau蛋白与神经退行性变 （Alzheimer’ disease, AD）
黄手环行动
微管
微管结合蛋白与疾病
Tau蛋白与神经退行性变
微管
2.3 微管的类型
微管
不稳定：单管。管壁由13条原纤维包围而成，长 短不一。微管外径为25nm，内径为 15nm。
稳定：二、三联管。见于特化的细胞结构，如鞭 毛、纤毛、中心粒、基体等。
微管
定义：一类可与微管结合并与微管蛋白共同组 成微管系统的蛋白。
主要功能：调节微管装配；增加微管的稳定性 和强度；影响微管的结构和功能；在细胞内沿微 管转运囊泡和颗粒；作为细胞外信号的靶位点参 与信号转导。
α、β微管蛋白
微管
结合位点
GTP或GDP 秋水仙素 长春碱 紫杉醇 二价阳离子
为细胞内组分的运动提供 动力，使它们能够沿着肌动蛋 白纤维和微管朝向两极运动的 一种蛋白质。
目前已鉴定的马达蛋白多 达数十种。根据其结合的骨架 纤维以及运动方向和携带的转 运物不同而分为不同类型。
The coupling of ATP hydrolysis to movement of myosin along an actin filament.
–尾部：由两条链相互盘绕形成一个双股 螺旋
微丝 由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程
1. 动作电位的产生 2. Ca2+的释放 3. 原肌球蛋白位移 4. 肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动 5. Ca2+的回收
肌球蛋白(myosin)
微丝
目前已知的唯一沿肌动蛋白进行运动的马达蛋白
马达蛋白 Motor proteins
特异性药物
微丝
1. 细胞松弛素(cytochalasins)：可以结合在微 丝正极,阻抑肌动蛋白聚合, 导致微丝解聚。
2. 鬼笔环肽(philloidin)：只与F-actin结合以稳定 微丝防止微丝的解聚。
1.4 微丝的生物学功能
1. 肌肉收缩 2. 维持细胞形态 3. 细胞运动 4. 参与细胞分裂 5. 参与物质运输
微丝
微丝成核蛋白参与微丝的解聚