關于細胞分子生物學第1頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五THECYTOSKELETON第十一章細胞骨架第2頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五成分3.中間纖維（intemediatefilament）使細胞具有張力和抗剪切力。1.微絲（microfilament）確定細胞表面特征，使細胞能夠運動和收縮。2.微管（microtubule）確定膜性細胞器的位置和作為膜泡運輸的導軌。細胞質骨架4.核基質5.染色體支架6.核纖層細胞核骨架第3頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五肌動蛋白纖維中間纖維微管馬達蛋白馬達蛋白上皮細胞中間纖維微管神經細胞馬達蛋白分裂細胞微管肌動蛋白纖維結構和支撐細胞內運輸收縮和運動空間組織結構肌動蛋白纖維（A）（B）（C）細胞骨架的基本類型與主要功能示意圖第4頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五第一節細胞質骨架一.微絲二.微管三.中間纖維第5頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五一、微絲(microfilament,MF)又稱肌動蛋白纖維（actinfilament）或纖維形肌動蛋白（F－actin），是由球形肌動蛋白（G-actin）單體形成的多聚體，直徑約7nm的骨架纖維。第6頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五傳統模型：微絲是由兩條肌動蛋白單鏈螺旋盤繞形成的纖維新興模型：微絲是由一條肌動蛋白單體鏈形成的螺旋，每個肌動蛋白單體周圍都有4個亞單位，呈上下及兩側排列第7頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五(一)、分子結構1.肌動蛋白的分類：α肌動蛋白：有4種，分別為橫紋肌、心肌、血管平滑肌和腸道平滑肌所特有；β肌動蛋白和γ肌動蛋白：見于所有肌肉細胞和非肌肉細胞胞質中。2.形狀：actin單體外觀呈啞鈴形，稱球形肌動蛋白G-actin；多聚體稱為纖維形肌動蛋白F-actin。3.變異：actin在進化上高度保守，酵母和兔子肌肉的肌動蛋白有88%的同源性。第8頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五條件：ATP、適宜的溫度、存在Ca2+、K+和Mg2+離子。解聚：在含有ATP和Ca2+以及低濃度的Na+、K+等陽離子溶液中，趨于解離成G-action。聚合：在Mg2+和高濃度的Na+、K+溶液誘導下，G-action裝配為纖維狀肌動蛋白，新的G－action加到微絲末端，使微絲延伸。(二)、微絲的裝配第9頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五過程：2-3個actin聚集成一個核心（核化）；ATP-actin分子向核心兩端加合。微絲具有極性，ATP-actin加到(+)極的速度要比加到(-)極的速度快5-10倍。溶液中ATP-肌動蛋白的濃度處于臨界濃度時，ATP-肌動蛋白在(+)端添加，而從(-)端分離，表現出“踏車”現象（Treadmilling)。(二)、微絲的裝配第10頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五“踏車”現象（Treadmilling)第11頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五細胞中大多數微絲結構處于動態的組裝和去組裝過程中，并通過這種方式實現其功能。細胞松弛素（cytochalasin）可切斷微絲纖維，并結合在微絲末端抑制肌動蛋白加合到微絲纖維上，特異性的抑制微絲功能。鬼筆環肽（phalloidin）與微絲能夠特異性的結合，使微絲纖維穩定而抑制其解聚。熒光標記的鬼筆環肽可特異性的顯示微絲。第12頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五（三）、微絲結合蛋白1．肌肉收縮系統中的有關蛋白：肌球蛋白(myosin)：約占肌肉總蛋白50%，含有4條多肽鏈（2條重鏈，2條輕鏈），兩股重鏈盤繞成雙股α螺旋。肌球蛋白頭部具ATP酶活力，構成粗絲的橫橋，是與肌動蛋白分子結合的位置。第13頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五頭部頸部尾部調節輕鏈基本輕鏈肌球蛋白II第14頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五（三）、微絲結合蛋白1．肌肉收縮系統中的有關蛋白：原肌球蛋白（tropomyosin，Tm）：在肌肉中占蛋白的5-10%，由兩條平行的多肽鏈形成α螺旋構型,位于肌動蛋白螺旋溝內。原肌球蛋白結合于細肌絲，調節肌動蛋白與肌球蛋白頭部結合。肌鈣蛋白（troponin，Tn）：含3個亞基，肌鈣蛋白C（Tn-C）特異與Ca2+結合；肌鈣蛋白T（Tn-T）與原肌球蛋白有高度親和力；肌鈣蛋白I（Tn-I）抑制肌球蛋白ATPase的活性。第15頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五

肌球蛋白，肌動蛋白和肌鈣蛋白（Tropomyosin,actinandtroponin）肌動蛋白原肌球蛋白Ca2+結合位點肌鈣蛋白復合體肌球蛋白結合位點第16頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五2．非肌肉細胞中的微絲結合蛋白：沒有肌鈣蛋白，但存有肌球蛋白、原肌球蛋白、α輔肌動蛋白微絲結合蛋白：與微絲裝配及其功能有密切關系（三）、微絲結合蛋白第17頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五見p323第18頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五（四）、微絲性細胞骨架的功能1.肌肉收縮2.微絨毛3.應力纖維4.溶膠層和阿米巴運動5.胞質分裂環第19頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五1.肌細胞的組成：由肌原纖維組成，肌原纖維包括粗肌絲和細肌絲，粗肌絲主要成分是肌球蛋白，細肌絲的主要成分是肌動蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白。2.肌肉收縮：由肌動蛋白絲與肌球蛋白絲的相對滑動所致。3.肌肉收縮的基本單位：肌小節（sarcomere）。肌小節是相鄰兩Z線間的單位。主要結構有：A帶（暗帶）：為粗肌絲所在。H區：A帶中央色淺部份，此處只有粗肌絲。I帶（明帶）：只含細肌絲部分。Z線：細肌絲一端游離，一端附于Z線。功能I.肌肉收縮第20頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五第21頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五肌小節第22頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五4.肌肉收縮的過程：動作電位的產生，肌肉細胞膜去極化；鈣離子釋放；原肌球蛋白位移；肌動蛋白絲與肌球蛋白絲的相對滑動。

功能I.肌肉收縮第23頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五肌動蛋白原肌球蛋白Ca2+結合位點肌鈣蛋白復合體肌球蛋白結合位點動作電位的產生，肌肉細胞膜去極化；鈣離子釋放；原肌球蛋白位移；第24頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五肌球蛋白頭部肌動蛋白肌球蛋白纖維肌球蛋白頭部解離（1）結合ATP（2）ATP水解頭部彎曲，結合新的肌動蛋白亞單位肌動蛋白絲與肌球蛋白絲的相對滑動。（1）肌球蛋白結合ATP，引起頭部與肌動蛋白纖維分離；（2）ATP水解，引起頭部與肌動蛋白弱結合；第25頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五（2）ATP水解頭部彎曲，結合新的肌動蛋白亞單位（3）Pi釋放頭部彎曲，扭向纖維（4）ADP釋放(3)Pi釋放，頭部與肌動蛋白強結合，頭部向M線方向彎曲，引起細肌絲向M線移動；(4)ADP釋放ATP結合上去，頭部與肌動蛋白纖維分離。如此循環第26頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五功能II．形成微絨毛1.代表：腸上皮細胞微絨毛的軸心微絲是非肌肉細胞中高度有序微絲束的代表。2.成分：不含肌球蛋白、原肌球蛋白和α輔肌動蛋白；含有微絲結合蛋白等。3.功能：起維持微絨毛形狀的作用，無收縮功能。第27頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五功能III．形成應力纖維1.代表：是真核細胞中廣泛存在的微絲束結構。2.成分：含肌動蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和α輔肌動蛋白等。3.功能：結構類似肌原纖維，使細胞具有抗剪切力；在細胞形態發生、細胞分化和組織的形成等方面具有重要作用。第28頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五培養的上皮細胞中的應力纖維（微絲紅色、微管綠色）第29頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五功能IV．細胞的變形運動

(溶膠層和阿米巴運動)1.溶膠層：細胞膜下的一層富含肌動蛋白纖維的區域。這些肌動蛋白纖維平行于質膜排列，并與膜連接，形成纖維網格。2.功能：為細胞提供強度和韌性，維持細胞形狀。細胞的多種運動，如胞質環流、阿米巴運動、變皺膜運動及吞噬都與肌動蛋白的溶膠與凝膠及其相互轉化有關。3.抑制劑：細胞松弛素第30頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五功能V．形成胞質分裂環1.定義：有絲分裂末期，兩個即將分裂的子細胞之間產生的一個收縮環。2.成分：由大量平行排列的微絲組成，由分裂末期胞質中的肌動蛋白裝配而成。收縮環是非肌肉細胞中具有收縮功能的微絲束的典型代表。3.功能：使兩子細胞被分開。第31頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五第32頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五二、微管(microtubule,MT)微管在胞質中形成網絡結構，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構，對低溫、高壓和秋水仙素敏感。第33頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五上皮細胞中的微管（紅色）和細胞核（黃色）第34頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五原纖維微管蛋白二聚體第35頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五（一）、分子結構1.形態：微管是由13條原纖維構成的中空管狀結構，外徑24nm，內徑15nm。2.成分：每一條原纖維由微管蛋白二聚體線性排列而成。微管蛋白二聚體由結構相似的α和β球蛋白構成。第36頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五第37頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五3.裝配：微管具有極性，(+)極生長速度快，(-)極生長速度慢。(+)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。微管形成的有些結構是比較穩定，是由于微管結合蛋白的作用和酶修飾的原因。如軸突、纖毛、鞭毛。大多數微管處于動態組裝和去組裝狀態（如紡錘體）。秋水仙素、長春花堿抑制微管裝配。紫杉酚和重水（D2O)能促進微管的裝配,并使已形成的微管穩定。第38頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五微管兩端具有GTP帽，將持續裝配。第39頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五微管兩端具有GDP帽，則解聚。第40頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五（二）、微管結合蛋白（

microtubuleassociatedproteinsMAPs）MAP分子至少包含一個結合微管的結構域和一個向外突出的結構域。突出部位伸到微管外與其它細胞組分（如微管束、中間纖維、質膜）結合。主要功能：①促進微管組裝。②增加微管穩定性。③促進微管聚集成束。第41頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五（三）、微管組織中心

（microtubuleorganizingcenter,MTOCs）是微管進行組裝的區域，都具有γ微管球蛋白，如：中心體、鞭毛基體。第42頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五中心體由兩個相互垂直的中心粒構成。周圍是一些無定形物質，叫做外中心粒物質（PCM）。中心粒由9組3聯微管構成，具有召集PCM的作用。MTOC處微管蛋白以環狀的γ球蛋白復合體為模板核化、先組裝出（-）極，然后開始生長。提純的微管，在微酸性環境，適宜的溫度，存在GTP、Mg2+和去除Ca2+的條件下能自發的組裝成11條原纖維的微管。第43頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五微管在細胞的定位

第44頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五（四）、微管的功能1、支架作用,維持細胞形態第45頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五2、細胞內運輸是胞內物質運輸的路軌。涉及兩大類馬達蛋白：驅動蛋白kinesin，動力蛋白dyenin，均需ATP供能。Kinesin發現于1985年，是由兩條輕鏈和兩條重鏈構成的四聚體，能向著微管（+）極運輸小泡。第46頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五3、鞭毛和纖毛的運動纖毛與鞭毛是相似的兩種細胞外長物，前者較短。結構：由基體和鞭桿兩部分構成。纖毛中的微管為9+2結構。二聯微管A管由13條原纖維組成，B管由10條原纖維組成。A管向相鄰B管伸出兩條動力蛋白臂，并向纖毛中央發出一條輻。基體的微管組成為9+0。鞭毛運動原理：動力蛋白臂的dynein水解ATP作功，使相鄰的二聯微管相互滑動。第47頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五第48頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五第49頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五第50頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五4、形成紡錘體在細胞分裂中牽引染色體到達分裂極。第51頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五三、中間纖維（intermediatefilaments，IF）直徑10nm左右，介于微絲和微管之間，故名。IF是最穩定的細胞骨架成分，主要起支撐作用。IF在細胞中圍繞著細胞核分布，成束成網，并擴展到細胞質膜，與質膜相連結。第52頁，共59頁，2022年，5月20日，23點20分，星期五分為5類：角蛋白、結蛋白、膠質原纖維酸性蛋白、波形纖維蛋白、神經纖絲蛋白。具有組織特異性，不同類型細胞含有不同IF。通常一種細胞含有一種中間纖維，少數含有2種以上。腫瘤細胞轉