【正文】 第九章 細胞骨架 (Cytoskeleton) ● 細胞骨架 是指存在于真核細胞中的 蛋白纖維網(wǎng)架體系 有狹義和廣義兩種概念 ◆ 在細胞質(zhì)基質(zhì)中包括微絲、微管和中間纖維。 ◆ 在細胞核中存在核骨架 核纖層體系。核骨架 、 核纖層與中間纖維在結(jié)構(gòu)上相互連接 , 貫穿 于細胞核和細胞質(zhì)的網(wǎng)架體系。 ● 細胞質(zhì)骨架 ● 核骨架 第一節(jié) 細胞質(zhì)骨架 ● 微絲 (microfilament, MF) ● 微 管（ microtubules） ● 中間纖維（ intermediate filament,IF) ● 細胞骨架結(jié)構(gòu)與功能總結(jié) ● 細胞質(zhì)骨架主要成分的比較 第二節(jié) 細胞核骨架 ● 核基質(zhì) (Nuclear Matrix) ● 染色體骨架 ● 核纖層 (Nuclear Lamina ) 一、微絲 (microfilament, MF) 又稱肌動蛋白纖維 (actin filament), 是指真核 細胞中由肌動蛋白 (actin)組成 、 直徑為 7nm的 骨架纖維 。 微絲和它的結(jié)合蛋白 （ association protion） 以及肌球蛋白 （ myosin） 三者構(gòu)成化學機械系統(tǒng) ， 利用化學能產(chǎn)生機械運動 。 ● 成分 ● 裝配 ● 微絲特異性藥物 ● 微絲結(jié)合蛋白 ● 微絲功能 ● 肌肉收縮 (muscle contraction) 成 分 ● 肌動蛋白 (actin)是微絲的結(jié)構(gòu)成分 ,外 觀呈啞鈴狀 , 這種 actin又叫 Gactin（ 球形肌動蛋白 ） ， 將 Gactin形成的微絲又稱為Factin（ 纖維形肌動蛋白 ） 。 裝 配 ◆ 微絲 （ MF） 是由 Gactin單體形成的多聚體 ， 肌動蛋白單體具有極性 , 裝配時呈頭尾相接 , 故微絲具有極性 ， 既正極與負極之別 。 ◆ 體外實驗表明 ， MF正極與負極都能生長 ， 生長快的一端為正 極 ， 慢的一端為負極；去裝配時 ， 負極比正極快 。 由于 Gactin 在正極端裝配 ， 負極去裝配 ， 從而表現(xiàn)為 踏車行為 。 ◆ 體內(nèi)裝配時 ， MF呈現(xiàn)出 動態(tài)不穩(wěn)定性 ， 主要取決于 Factin（ 纖維形肌動蛋白 ） 結(jié)合的 ATP水解速度與游離的 Gactin單體濃度之間的關系 。 ◆ MF動態(tài)變化與細胞生理功能變化相適應 。 在體內(nèi) , 有些微絲是 永久性的結(jié)構(gòu) , 有些微絲是暫時性的 結(jié)構(gòu) 。 微絲特異性藥物 ◆ 細胞松弛素 (cytochalasins)：可以切斷微絲 ,并結(jié)合 在微絲正極阻抑肌動蛋白聚合 ,因而 導致微絲解聚 。 ◆ 鬼筆環(huán)肽 (philloidin)：與微絲側(cè)面結(jié)合 ,防止 MF解聚 。 ◆ 影響微絲裝配動態(tài)性的藥物對細胞都有毒害 ， 說明 微絲功能的發(fā)揮依賴于微絲與肌動蛋白單體庫間的動 態(tài)平衡 。 這種動態(tài)平衡受 actin單體濃度和微絲結(jié)合蛋 白的影響 。 微絲結(jié)合蛋白 整個骨架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能在很大程度上受到 不同的細胞骨架結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié) 。 ◆ actin單體結(jié)合蛋白 這些小分子蛋白與 actin單體結(jié)合 ， 阻止其添加到 微絲末端 ， 當細胞需要單體時才釋放 ， 主要用于 actin 裝配的調(diào)節(jié) ， 如 proflin（ 抑制蛋白 ） 等 。 ◆ 微絲結(jié)合蛋白 ◆ 微絲結(jié)合蛋白將微絲組織成以下 三種主要形式 ： 平行束 Parallel bundle: MF同向平行排列 ， 主要 發(fā) 現(xiàn)于 微絨毛 與絲狀偽足 。 收縮束 Contractile bundle: MF反向平行排列 ，主要 發(fā)現(xiàn)于應力纖維和有絲分裂收縮環(huán) 。 膠狀網(wǎng) Gellike work: 細胞皮層 (cell cortex)中微絲 排列形式 ， MF相互交錯排列 。 微絲功能 ◆ 維持細胞形態(tài) ， 賦予質(zhì)膜機械強度 ◆ 細胞運動 ◆ 微絨毛 (microvillus) ◆ 應力纖維 (stress fiber) ◆ 參與胞質(zhì)分裂 ◆ 肌肉收縮 (muscle contraction) 微絲遍及胞質(zhì)各處 ， 集中分布于質(zhì)膜下 ， 和其結(jié)合蛋白形成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) ， 維持細胞形狀和賦予質(zhì)膜機械強度 ， 如哺乳動物紅細胞膜骨架 的作用 。 成纖維細胞爬行與微絲裝配和解聚相關 細胞運動 是腸上皮細胞的指狀突起，用以增加腸上皮細胞表面積，以利于營養(yǎng)的快速吸收。 微絨毛 (microvillus) 應力纖維 （ stress fiber） :廣泛存在于真核細胞 。 成分：肌動蛋白 、 肌球蛋白 、 原肌球蛋白和 ?輔肌動蛋白 。 介導細胞間或細胞與基質(zhì)表面的粘著 。 （ 細胞貼壁與粘著斑的形成相關 ， 在形成粘合斑的質(zhì)膜下 ， 微絲緊密平行排列成束 ， 形成應力纖維 ,具有收縮功能 。 ） 收縮環(huán) 由大量反向平行排列的微絲組成，其收縮機制是肌動蛋白和肌球蛋白相對滑動。 肌肉收縮 (muscle contraction) 肌肉可看作一種特別富含細胞骨架的效力非常高的能量轉(zhuǎn)換器，它直接將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。 ◆ 肌肉的 細微結(jié)構(gòu) (以骨骼肌為例 ) ◆ 肌小節(jié) 的組成 ◆ 肌肉收縮系統(tǒng)中的有關蛋白 ◆ 肌肉收縮的 滑動模型 ◆ 由神經(jīng)沖動誘發(fā)的肌肉收縮基本過程 肌肉收縮系統(tǒng)中的有關蛋白 ① 肌球蛋白 (myosin)—所有 actindependent motor proteins都屬于該家族 ， 其 頭部具 ATP酶活力 ,沿微絲從負極到正極進行運動 。 肌球蛋白是一種分子發(fā)動機 ， 肌動蛋白纖維是肌球蛋白運行的軌道 。肌球蛋白 也是 ATPase, 通過 ATP的水解導致構(gòu)型的變化從而在肌動蛋白絲上移動 。 主要類型肌球蛋白 : 肌球蛋白 Ⅰ 、 肌球蛋白 Ⅱ 和肌球蛋白 Ⅴ 。 Myosin Ⅱ 主要分布于肌細胞 ， 有兩個球形頭部結(jié)構(gòu)域 (具有 ATPase活性 )和尾部 鏈 ,多個 Myosin尾部相互纏繞 ， 形成 myosin filament,即粗肌絲 。 ② 原肌球蛋白 (tropomyosin, Tm)由兩條平行的多肽鏈形成 α 螺旋構(gòu)型 ,位于肌動蛋白螺旋溝內(nèi) ,結(jié)合于細絲 , 調(diào)節(jié)肌動蛋白與肌球蛋白頭部的結(jié)合 。 ③ 肌鈣蛋白 (Troponin, Tn)為復合物 ， 包括三個亞基： TnC(Ca2+敏感性蛋白 )能特異與 Ca2+結(jié)合 。 TnT(與原肌球蛋白結(jié)合 )。 TnI(抑制肌球蛋白ATPase活性 ) 由神經(jīng)沖動誘發(fā)的肌肉收縮 基本過程 動作電位的產(chǎn)生 Ca2+的釋放 原肌球蛋白位移 肌動蛋白絲與肌球蛋白絲的相對滑動 Ca2+的回收 二．微 管（ Microtubules） 微管在胞質(zhì)中形成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，作為運輸路軌并起支撐作用。微管是由微管蛋白組成的管狀結(jié)構(gòu)，對低溫、高壓和秋水仙素敏感。 ● 微管結(jié)構(gòu)與組成 ● 裝配 ● 微管特異性藥物 ● 微管組織中心 (MTOC) ● 微管相關蛋白 (MAP) ● 微管功能 微管結(jié)構(gòu)與組成 微管可裝配成單管 ,二聯(lián)管 (纖毛和 鞭毛中 ),三聯(lián)管 (中心粒和基體中 )。 裝 配 ◆ 裝配方式 ◆所有的微管都有確定的 極性 ◆ 微管裝配是一個動態(tài)不穩(wěn)定過程 α微管蛋白和 β微管蛋白形成 αβ二聚體 ,αβ二聚體先形成環(huán)狀核心 (ring),經(jīng)過側(cè)面增加二聚體而擴展為螺旋帶 ,αβ二聚體平行于長軸重復排列形成原纖維(protofilament)。當螺旋帶加寬至 13根原纖維時 ,即合攏形成一段微管。 微管具有極性，（ +）極(plus end)生長速度快，（ ）極 (minus end)生長速度慢，也就是說微管蛋白在（ +）極的添加速度高于 極。（ +）極的最外端是 β 球蛋白，（ ）極的最外端是 α 球蛋白。微管和微絲一樣具有踏車行為。 微管裝配的動力學不穩(wěn)定性是指微管裝配 生長與快速去裝配的一個 交替變換 的現(xiàn)象 動力學不穩(wěn)定性產(chǎn)生的 原因 ： 微管兩端具 GTP帽 (取決于微管蛋白濃度 ),微 管將繼續(xù)組裝 ,反