细胞生物学-细胞骨架

1细胞骨架 是细胞内以蛋白质纤维为主要成分的网络结构 ,由主要的三类蛋白纤维构成，包括微管、肌动蛋白纤维和中间纤维。2细胞骨架cell skeleton微管 (microtubule)微丝 (microfilament)中间纤维 (intermediate filament)胞质骨架cytoskeleton细胞核骨架 (nuclear skeleton)细胞膜骨架 (membrane skeleton)细胞外骨架 (exocytoskeleton)广义的细胞骨架 还包括核骨架、核纤层和细胞外基质，形成贯穿于细胞核、细胞质、细胞外的一体化网络结构。34微丝确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩 .微管确定膜性细胞器的位置和作为膜泡运输的导轨。中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。肌动蛋白纤维主要分布在细胞质膜的内侧。微管主要分布在核周围 , 并呈放射状向胞质四周扩散。中间纤维则分布在整个细胞中。细胞骨架在细胞中的分布5又称肌动蛋白纤维 (actin filament), 是指真核细胞中由肌动蛋白 (actin)组成、直径为 7-9nm的骨架纤维 。一、微丝 Microfilament, MF6（ a）微绒毛； (b)细胞质中的收缩束； （ c）运动细胞前缘的鞘和指； (d)细胞分裂时的收缩环 。微丝的存在方式与分布肌动蛋白纤维在细胞中通常成束存在，广泛存在于 肌肉细胞 和 非肌细胞 中 。7微丝广泛存在于 肌细胞 中 , 在横纹肌和心肌细胞中肌动蛋白成束排列组成肌原纤维 , 具有收缩功能。8微丝的结构单位：肌动蛋白肌动蛋白以单体和多聚体两种形式存在。单体的肌动蛋白是由一条多肽链构成的球形分子 , 又称 球状肌动蛋白(globular actin, G-actin),肌动蛋白的多聚体形成肌动蛋白丝 , 称为 纤维状肌动蛋白 (fibros actin, F-actin)。910微丝纤维的负染电镜照片肌动蛋白单体 具有极性，装配时呈头尾相接 , 故微丝具有极性，既正极与负极之别。11三、微丝的装配过程微丝的组装过程分三个步骤 ： 即 成核期 、 延长期 、 平衡期 。微丝 (F-actin)由 G-actin聚合而成，单体具有极性，装配时首尾相接。在适宜的条件下，肌动蛋白单体可自组装为纤维。12影响装配的因素微丝的装配同样受肌动蛋白临界浓度的影响，还受一些离子浓度的影响： 在含有 ATP和 Mg2+, 以及很低的 Na+、 K+ 等阳离子的溶液中 ,微丝趋向于解聚成 G-肌动蛋白。 13踏车现象 (treadmilling)在微丝装配时 ,若 G-肌动蛋白分子添加到 F-肌动蛋白丝上的速率正好等于 G-肌动蛋白分子从 F-肌动蛋白上失去的速率时 , 微丝净长度没有改变 , 这种过程称为 肌动蛋白的踏车现象 .14在体内 , 有些微丝是永久性结构 , 如肌肉中的细丝及上皮细胞微绒毛中的轴心微丝等。有些微丝是暂时性结构 , 如胞质分裂环中的微丝。永久性微丝结构15细胞中微丝参与形成的结构除肌原纤维、微绒毛等属于稳定结构外，其他 微丝结构 大都处于动态的组装和去组装过程中，并通过这种方式实现其功能。微丝的动态平衡16171核化蛋白： 使游离 actin核化，开始组装， Arp2单体隐蔽蛋白： 阻止游离 actin向纤维添加， thymosin 3封端蛋白： 使纤维稳定， Cap Z4单体聚合蛋白： 将结合的单体安装到纤维， profilin 5微丝解聚蛋白 ：使微丝去组装， cofilin 6交联蛋白： fimbrin 7纤维切断蛋白 ：将微丝切断， gelsolin8 膜结合蛋白 ： vinculin 二、微丝结合蛋白纯化的肌动蛋白在体外能够聚合形成肌动蛋白纤维，但是这种纤维不具有相互作用的能力，也不能行使某种功能 , 原因是缺少微丝结合蛋白。至少已分离出 100多种 ，分为以下类型：18交联蛋白： fimbrin横向连接相邻微丝，形成三维网络 Contractile bundle mediated by -actinin 19Gel-like networkFilamin细丝蛋白 cross-links actin filaments into a three-dimensional network with the physical properties of a gel.Loss of filamin causes abnormal cell motility20微丝结合蛋白功能示意图单体隐蔽蛋白封端蛋白 交联蛋白膜结合蛋白 微丝解聚蛋白21细胞松弛素 :它是真菌分泌的生物碱。在细胞内同微丝的正端结合 , 并引起微丝解聚 ，阻断亚基的进一步聚合。微丝特异性药物22鬼笔环肽（ phalloidin） :与微丝能够特异性的结合，使微丝纤维稳定而抑制其功能。 荧光标记的鬼笔环肽可特异性的显示微丝。231 维持细胞形态，赋予质膜机械强度四、微丝的功能242 形成微绒毛 (microvilli) 微绒毛是一些动物细胞表面的指状突起，由几十个成束平行排列的肌动蛋白纤维支持并定向。微绒毛中肌动蛋白纤维的排列方向相同， (+)端指向微绒毛的尖端。25Freeze-etch electron micrograph of an intestinal epithelial cell, showing the terminal web beneath the apical plasma membrane. Bundles of actin filaments forming the core of microvilli extend into the terminal web, where they are linked together by a complex set of cytoskeletal proteins that includes spectrin and myosin-II. Beneath the terminal web is a layer of intermediate filaments. (From N. Hirokawa et al., J. Cell Biol. 91:399-409) 263 参与细胞内运输作用27细胞整体的移动和位置改变主要是在微丝的作用下完成的，如变形虫、巨噬细胞和白细胞以及器官发生时的胚胎细胞等。4 参与细胞的运动285 参与细胞分裂在有丝分裂的末期，细胞膜