第九章細胞骨架第1頁，課件共63頁，創作于2023年2月第2頁，課件共63頁，創作于2023年2月一、微管的組成與極性α、β微管蛋白異二聚體，是微管裝配的基本單位。微管蛋白在生物進化中非常穩定。第3頁，課件共63頁，創作于2023年2月微管蛋白二聚體具有兩個GTP結合位點α球蛋白結合的GTP從不發生水解或交換。β球蛋白是一種G蛋白，結合的GTP可發生水解，結合的GDP可交換為GTP。第4頁，課件共63頁，創作于2023年2月微管蛋白二聚體線性排列形成一條微管原纖維。微管是由13條原纖維構成的中空管狀結構，外徑為24nm，內徑15nm。第5頁，課件共63頁，創作于2023年2月

每個裝配單位一端是α微管蛋白，另一端是β微管蛋白。所以原纖維不對稱。第6頁，課件共63頁，創作于2023年2月SingletDoubleABTripletABC細胞內微管的類型單管：13條原纖維組成，細胞質中大部分微管為單管。三聯管：A與B、B與C各共用三根纖維，主要構成中心粒和基體。二聯管：A管B管共用三根原纖維，主要構成鞭毛、纖毛。131313101010第7頁，課件共63頁，創作于2023年2月二、微管的組裝和去組裝（一）微管裝配的過程：成核延伸第一步，兩種微管蛋白形成長度為8nm的二聚體，ɑβ二聚體先沿縱向聚合形成一個短的原纖維；第二步：以原纖維為基礎，經側面增加二聚體成為彎曲的片狀結構,至13根原纖維時,即合攏形成一段微管;第三步：新的二聚體不斷加入新生微管的端點,最終微管蛋白與微管達到平衡?！?頁，課件共63頁，創作于2023年2月（二）微管裝配的特點1、與GTP結合的微管蛋白二聚體參與裝配過程；2、裝配形成的微管具有極性，正極為β微管蛋白，負極為α微管蛋白；3、裝配速度兩極不同，正極快，負極慢；4、存在踏車現象；第9頁，課件共63頁，創作于2023年2月ThefunctionofGTP-tubulincap第10頁，課件共63頁，創作于2023年2月

MicrotubuledisassemblewhenGDP-tubulinareexposed.第11頁，課件共63頁，創作于2023年2月（三）微管特異性藥物秋水仙素抑制微管裝配，長春花堿具有類似的功能。紫杉醇能促進微管的裝配,并使已形成的微管穩定。穩定性對細胞是有害的，使細胞周期停止于有絲分裂期。紫杉醇類化合物在體內優先殺死腫瘤細胞，已用于癌癥的化療。微管的組裝與去組裝與溫度有關第12頁，課件共63頁，創作于2023年2月三、微管組織中心（MTOC）在活細胞內，能夠起始微管的成核，并使之延伸的細胞結構稱為微管組織中心（microtubulecenter，MTOC）。常見的MTOC：間期細胞：中心體（動態微管）；鞭毛、纖毛細胞：基體（永久性微管）。MTOC決定微管的極性，負極指向MTOC，正極背向MTOC。第13頁，課件共63頁，創作于2023年2月TheOrientationofMicrotubulesinaCell

第14頁，課件共63頁，創作于2023年2月中心體(centrosome)中心體(centrosome)結構：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(centriole)直徑0.2mm，長0.4mm，由9組間距均勻3聯微管構成，不直接參與微管蛋白的核化，具有召集PCM的作用。第15頁，課件共63頁，創作于2023年2月成核模型γ-微管蛋白在細胞內的含量極微，位于中心體周圍的基質中，形成環形結構為αβ微管蛋白二聚體提供起始裝配位點，所以又叫成核位點。13個γ-微管蛋白在中心體的周圍基質中呈螺旋狀排列形成一個開放的環狀模板，微管組裝時，αβ微管蛋白二聚體有序的加到γ-微管蛋白構成的環上，且γ-微管蛋白只與α微管蛋白結合。第16頁，課件共63頁，創作于2023年2月微管蛋白在中心體上的聚合第17頁，課件共63頁，創作于2023年2月微管的增長與縮短

紅色箭頭：新的微管不斷生成；藍色箭頭：舊的微管不斷縮短第18頁，課件共63頁，創作于2023年2月第19頁，課件共63頁，創作于2023年2月基體位于鞭毛和纖毛根部的結構稱為基體。第20頁，課件共63頁，創作于2023年2月纖毛/鞭毛軸絲的結構?？梢娸S心的“9＋2”結構：外周的9組二聯管（13+10）和2條中央微管（完整微管）。第21頁，課件共63頁，創作于2023年2月四、微管的動力學性質1、微管的動態不穩定性：

在間期細胞，大部分微管與中心體相連，呈輻射狀向細胞四周延伸。一些微管向中心體方向縮短，另一些不斷伸長，到達一定程度又開始縮短或再次伸長，還有一些新的微管從中心體部位產生。進入分裂期，細胞質微管幾乎全部解聚，而裝配形成星微管和紡錘體微管。第22頁，課件共63頁，創作于2023年2月四、微管的動力學性質2、微管的穩定性差異：

源于中心體的微管時刻處于動態平衡中，并對各種理化因素和化學藥物敏感；源于基體的微管，結構穩定；神經突起內的微管，結構穩定第23頁，課件共63頁，創作于2023年2月五、微管結合蛋白對微管網絡的調節微管結合蛋白（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。第24頁，課件共63頁，創作于2023年2月OrganizationofMTbundlesbyMAPs.SpacingofMTsdependsonMAPsInsectcellexpressingMAP2Insectcellexpressingtau第25頁，課件共63頁，創作于2023年2月MAP的功能使微管相互交聯成束，也可使微管同質膜、微絲和中間纖維交聯。通過與微管成核點作用促進微管的聚合。在細胞內沿微管轉運囊泡和顆粒。提高微管的穩定性。第26頁，課件共63頁，創作于2023年2月六、微管對細胞結構的組織作用細胞形態的維持作為動態支架，提供結構支撐，決定細胞形態和抵抗細胞變形。微管從細胞的核周區域呈放射狀向外伸展，各條微管逐漸彎曲并與細胞形狀一致。

大而扁平的培養小鼠細胞中微管的定位第27頁，課件共63頁，創作于2023年2月大鼠結腸分泌黏液的

杯狀細胞的極化結構圖細胞器的定位和分布細胞器沿著從頂端到基底端的軸以確定的模式排列物質運輸第28頁，課件共63頁，創作于2023年2月七、細胞內依賴于微管的物質運輸細胞中的馬達蛋白(motorproteins)將ATP的化學能轉變為機械能，轉運與馬達蛋白結合的貨物。運輸小泡、分泌顆粒、色素顆粒、線粒體、溶酶體和染色體等單個細胞含有幾十種不同的馬達蛋白，分為三大家族：動力蛋白(dyneins)沿微管運動驅動蛋白(kinesin)沿微管運動肌球蛋白(myosin)沿微絲運動每種馬達蛋白用于運輸細胞特定區域的一類特定物質。它們結合的纖維不同、移動的方向不同、攜帶的“貨物”不同。第29頁，課件共63頁，創作于2023年2月驅動蛋白沿著微管運輸小泡的示意圖驅動蛋白負責從胞體向軸突末端運輸小泡和細胞器。由2條重鏈和2條輕鏈組成的四聚體。一對球狀頭部（水解ATP產生能量）與微管結合。每個頭部與一個頸部、一個桿狀的柄部和一個結合運載“貨物”的扇形尾部相連。第30頁，課件共63頁，創作于2023年2月動力蛋白兩條相同的重鏈和一些輕鏈及結合蛋白構成(鞭毛二聯微管外臂的動力蛋白具有三個重鏈)。2個產力的球狀頭部（具有ATP水解酶活性）、1個柄部和基部的許多小亞基。小亞基介導馬達蛋白與要轉運的“貨物”結合。第31頁，課件共63頁，創作于2023年2月作用主要有：A.在有絲分裂中推動染色體的分離;B.驅動鞭毛的運動;C.向著微管（-）極運輸小泡，與驅動蛋白運輸方向相反。動力蛋白第32頁，課件共63頁，創作于2023年2月驅動蛋白(kinesin):通常朝微管的正極方向運動動力蛋白(dynein)：朝微管的負極運動在體外培養的非極性細胞中，驅動蛋白和動力蛋白介導的小泡和細胞器運輸的示意圖。第33頁，課件共63頁，創作于2023年2月紅色：驅動向外的物質運輸；藍色：驅動向內的物質運輸，由軸突頂端攝入的物質和蛋白降解產物。第34頁，課件共63頁，創作于2023年2月第35頁，課件共63頁，創作于2023年2月依賴微管物質運輸的特點微管在快速運輸中充當“軌道”的作用。物質沿著單根微管進行雙向運輸。不同方向的運輸所需提供動力的蛋白質不同。一種是驅動蛋白，利用ATP水解釋放的能量向微管的(+)極運輸；另一種是胞質動力蛋白，它利用ATP水解釋放的能量向微管的(-)極運輸。第36頁，課件共63頁，創作于2023年2月八、纖毛和鞭毛的結構與功能（一）鞭毛和纖毛的結構第37頁，課件共63頁，創作于2023年2月第38頁，課件共63頁，創作于2023年2月纖毛和鞭毛運動的微管滑動模型:①A管上的動力蛋白與相鄰二聯管B管接觸,使動力蛋白結合的ATP水解,并釋放出ADP+Pi;②ATP水解改變了動力蛋白頭部的構象和角度,使頭部向相鄰二聯管的正端滑動,使相鄰二連管間產生彎曲力;③新結合的ATP,促使動力蛋白頭部與B管脫離;④ATP水解使動力蛋白頭部角度復原,與相鄰二聯管的B管上的另一位點結合,開始下一循環。第39頁，課件共63頁，創作于2023年2月九、紡錘體與染色體運動第40頁，課件共63頁，創作于2023年2月細胞分裂過程中染色體的分離是靠紡錘體的形成、運動和解聚開完成的紡錘體又稱有絲分裂器，它是在有絲分裂期間，從中心粒形成的各種微管：動粒微管、極微管、星微管等九、紡錘體與染色體運動第41頁，課件共63頁，創作于2023年2月第42頁，課件共63頁，創作于2023年2月染色體的運動第43頁，課件共63頁，創作于2023年2月中心體循環始于G1期，兩個子代中心粒達到了足夠長度，但仍處于同一中心體，有絲分裂早期，中心體裂開，每對中心粒移向細胞相反的兩端，然后裝配成有絲分裂器。第44頁，課件共63頁，創作于2023年2月第45頁，課件共63頁，創作于2023年2月第三節中間纖維中間纖維(intermediatefilament,IF)的直徑為10nm左右，介于粗肌絲和細肌絲之間。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46頁，課件共63頁，創作于2023年2月中間纖維是絲狀蛋白多聚體，具有一個由310個氨基酸組成的α螺旋桿狀區，兩端是非螺旋的頭部和尾部。N端的頭部和C端的尾部高度可變IF的主要區別取決于頭和尾的長度及氨基酸順序一、IF的主要類型和組成成分第47頁，課件共63頁，創作于2023年2月IF成分復雜，具有組織特異性。不同類型IF在形態上相似，而化學組成有明顯的差別。根據其組織分布、生化、遺傳及免疫學標準分為六大類。

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、核纖層蛋白(lamin)。中間纖維蛋白的表達具有嚴格的組織特異性。第48頁，課件共63頁，創作于2023年2月中間纖維的類型IF蛋白序列類型主要組織分布酸性角蛋白I上皮中性/堿性角蛋白II上皮波形蛋白III間充質細胞結蛋白III肌肉外周蛋白膠質原纖維酸性蛋白IIIIII外周神經元神經膠質細胞神經絲蛋白(NF-L,M,H)IV中樞神經元和外周神經核纖層蛋白(lamin)(LaminA,B,C)V所有細胞類型（核被膜）巢蛋白VI多樣的異質來源第49頁，課件共63頁，創作于2023年2月角蛋白：人類上皮細胞有20余種不同的角蛋白，分為α和β兩類。根據組成氨基酸的不同，也可分為酸性角蛋白(I型)、中性/堿性角蛋白(II型)。通過兩者的異二聚體形成角蛋白纖維結蛋白（desmin）：又稱骨骼蛋白，存在于肌肉細胞中，主要功能是為肌球、肌動蛋白絲提供支架

。膠質原纖維酸性蛋白：存在于神經膠質細胞，主要起支撐作用。波形纖維蛋白：存在于間質細胞及中胚層來源的細胞。波形蛋白一端與核膜相連，另一端與細胞表面處的橋粒或半橋粒相連，將細胞核和細胞器維持在特定的空間。第50頁，課件共63頁，創作于2023年2月神經纖絲蛋白：由三種分子量不同的多肽組成的異聚體，NF-L、NF-M、NF-H。功能：提供彈性使神經纖維易于伸展、防止斷裂。核纖層蛋白：真核細胞內核膜內表面連接的一層致密的纖維網絡結構。核纖層纖維核纖層冰凍蝕刻電鏡照片核纖層（紅色），核基質（綠色）第51頁，課件共63頁，創作于2023年2月二、中間纖維的組裝與表達第52頁，課件共63頁，創作于2023年2月處于細胞分裂周期的細胞內，中間纖維網絡在細胞分裂前解體，分裂結束后重新組裝；動態過程與中間纖維蛋白的磷酸化和去磷酸化有關；在細胞分化過程中，細胞內的中間纖維類型隨細胞的分化過程而發生變化。第53頁，課件共63頁，創作于2023年2月組裝特點：IF不具有極性；相鄰超螺旋中的α－螺旋是反向平行的；裝配與溫度和蛋白濃度無關；不需要ATP、GTP或結合蛋白的輔助。第54頁，課件共63頁，創作于2023年2月三、中間纖維與其他細胞結構的關系

在細胞內形成完整的網狀骨架系統：中間纖維在靠近核區域多次分支，且與核纖層相連，整個纖維網架穿過胞質終止于質膜。中間纖維微管成纖維細胞局部細胞骨架的冰凍蝕刻電鏡照片（已選擇性去除微絲）第55頁，課件共63頁，創作于2023年2月為細胞提供機械支持：細胞內的中間纖維通過橋粒相互連接形成貫穿于整個組織的網絡，支持該組織并抵抗外界壓力與張力。第56頁，課件共63頁，創作于2023年2月參與細胞連接：中間纖維通過錨定在橋粒和半橋粒上，把一些器官和皮膚表皮細胞連接在其他細胞或固著在基底