15级医实医检课件-细胞骨架下

概

述微管（microtubule，MT）：α、β微管蛋白首尾相接形成的异二聚体为基本单位，组装形成长管状中空结构。形成纤毛和鞭毛等细胞表面特化结构，参与维持细胞形态，与物质、细胞的有丝和信号转导等过程相关。一、微管的组成成份和组装（一）微管的组成成份微管组装的基本单位是α-微管蛋白和β-微管蛋白形成的异二聚体α-微管蛋白(α-tubulin)：结合一个GTP，不发生水解，称为N-位点（nonexchangable

site,N-site）。β-微管蛋白(β-tubulin)

：结合的GTP可以水解，称为E-位点（exchangeable

site,E-site）。β-微管蛋白上结合的GTP对微管的组装影响很大。除了α-和β-微管蛋白，还有γ-微管蛋白以及δ-、ε-、ζ-和η-微管蛋白。这些蛋白定位于中心粒或者基体中，对于微管的结构和功能是必需的。（一）微管的组成成份（二）微管的组装1．微管的体外组装成核期：一些二聚体形成短的原纤维生长期：在短的原纤维两端和侧面增加二聚体扩展成片状带，当片状带加至13根原纤维时即合拢成一段微管，然后二聚体再不断聚合到末端上使之延伸。平衡期：微管长度保持不变，呈现微管的“踏车”现象（treadmilling）。微管的成核和生长过程GTP-帽（GTP-cap）GTP微管蛋白二聚体结合到微管末端后，β-微管蛋白上的GTP会水解成GDP，GDP-微管蛋白的亲和性较弱，容易从末端解聚。GTP二聚体的聚合速度大于水解速度时，在微管末端形成一段GTP微管蛋白，称为GTP-帽（GTP-cap）。“踏车”现象（treadmilling）当GTP-异二聚体的添加速度与GDP-异二聚体的脱落速度相等时，微管长度相对保持不变，呈现微管的“踏车

”现象（treadmilling）2．微管的体内组装在活细胞内游离的微管蛋白不能自发聚合，需要微管组织中心的存在。微管组织中心（microtubule anizing

center，MTOC）：是微管的组装起始点，主要包括中心体、鞭毛和纤毛的基体等。MTOC的主要活性成分是γ-微管蛋白及其结合蛋白。缓慢伸长的微管迅速缩短，微管以大约每秒1000个二聚体的速度从末端掉下来，多聚体每秒缩短超过0.5um，这种现象称为灾变（catastrophe）。迅速缩短行为被另一随机事件终止，称为修复（rescue），微管又以稳定速度伸长。微管组装的这种动态不稳定性有丝 过程中纺锤体结构的周期性组装与解聚

。细胞内微管的“灾变”和“修复”现象微管的体外动态不稳定性(参考TD.Pollad,WC.

Eranshaw

et

al.Cell

Biology,2002)二、细胞内微管的存在形式（一）单管微管间期：微管自核发出，向核四周伸展止于细胞质膜；或延伸至细胞伪足。有丝

期：新组装微管形成纺锤丝，在赤道板

把拉向两极；细胞 后，纺锤丝 。子细胞出现新组装的微管。B（二）二联管和三联管二联管：主要构成真核细胞表面纤毛（cilium）和鞭毛（flagellum）的杆部的轴丝结构，横切面为13+10根原丝结构三联管：主要构成真核细胞表面纤毛和鞭毛的基体和中心体的中心粒1．纤毛和鞭毛的毛：中心体是真核细胞中一个重要的微管组织中心，由相互垂直的一对中心粒和无定形的中心粒周围基质构成，无膜包被，介导微管的体内成核，在细胞周期中以半保留形式进行

，参与细胞

。2．中心体(centrosome)：中心体的重要蛋白组成中心体含有多种蛋白质，如centrin，γ-tubulin，pericentrin等centrin在中心粒的 和分离等过程中发挥了重要作用γ-tubulin是微管成核必需因子，并且它可能直接与α和βtubulin异二聚体相互作用，为中心体组装提供起始

。Pericentrin可能是中心体微管组织活性的必需成分等中心体的中心体半保留的周期和细胞周期紧密联系微管的马达蛋白包括动力蛋白和驱动蛋白动力蛋白:沿鞭毛和纤毛的弯曲运动;胞质中沿微管向负极的

。驱动蛋白:

胞质中沿微管向正极的 形式三、微管马达蛋白1.驱动蛋白（kinesin）马达结构域:与微管相结合的动力区域，催化ATP水解使微管移动。尾部:与运载的组分相互作用大部分驱动蛋白沿微管向正极运动，马达结构域在C末端的驱动蛋白向微管负极运动；而马达域在中部的驱动蛋白则不移动。单个具两个头部的驱动蛋白分子能够以0.5µm/秒的速度沿微管运动很长的距离；驱动蛋白的运动并不连续，每一“步”8nm，

这正是微管中相邻二聚体之间的间距。驱动蛋白沿微管的运动具有两个重要特征：2．动力蛋白（dynein）：动力蛋白属于ATP酶的AAA（ATPases

associatedwith

diverse

cellular

activities）

成员N端构成的尾部与其它的附属链以及运载的组分相结合；C端的6个AAA模块形成环状结构构成动力蛋白的球状的头部。第1到第4模块与ATP结合，第4个和第5个AAA模块之间，形成一个棒状的环，在环的末端有一个微管结合位点，只有第1模块水解ATP。细胞内运动的机制动力蛋白除了参与物质，还参与纤毛的运动四、微管的生物学功能1.

微管的细胞支架作用参与物质参与细胞有丝参与细胞信号转导参与鞭毛和纤毛的运动微管可参与细胞吞噬、细胞融合等过程五、针对微管的药物特异性药物微管蛋白二聚体能结合几种具治疗作用的植物碱和

的化学物质。秋水仙素（Cochicine）和诺考达唑（nocodazole）能结合到游离的微管蛋白二聚体上，降低其结合到微管末端的亲和力而抑制微管聚合。将细胞周期阻断于G2/M

。长春碱（Vinblastine

）:形成微管蛋白的副晶格结构而使微管解聚。紫杉醇（Taxol

）:结合到β-微管蛋白上明显增强微管的稳定性。干扰中期纺锤体而 细胞第三节中间纤维中间纤维（intermediate

filaments，IF）:又称为中间丝、中等纤维，是细胞骨架的一种，由于其直径介于微丝和微管之间故称为中间纤维。中间纤定性很高，参与桥粒、半桥粒的形成，通过与细胞外基质、细胞膜、细胞核、微管、微丝等相互联系，形成完整的细胞支撑网架系统，为细胞提供机械强度支持，参与物质、细胞分化、信号转导等过程。一、中间纤维的组成和结构（一）中间纤维的组成成分分布最广泛的中等纤维——核纤层蛋白（nuclearlamin）可以加固核膜的内侧，并且在间期细胞中对结构的组织有重要的作用。上皮细胞中的角质纤维中等纤维的结构多股钢丝绳状二、中等纤维的类型根据IF蛋白分子序列的相似性，可以分为六类。Ⅰ型和Ⅱ型：酸性和碱性角蛋白（keratin）在表皮细胞中特异表达。Ⅲ型IF蛋白：与角蛋白不同，Ⅲ型IF蛋白能形成同聚和异聚IF。包括：结蛋白（desmin）、胶质纤维酸性蛋白（GFAP）、周边蛋白（peripherin）、联丝蛋白（synemin）、波形蛋白（vimentin）。Ⅳ型IF蛋白：神经纤维，包括了三种多聚肽—NFL，NFM

和NFH。是神经轴突和树突的主要结构组分。第Ⅴ型IF蛋白——核纤层蛋白只存在于核中。第Ⅵ型IF蛋白——巢蛋白（nestin）存在于神经干细胞中。三、中等纤维的组装和动态N-端结构域在大多数的IF

组装中都起着重要的作用。C-端结构域能影响纤维的稳定性。每一类型的IF

蛋白都有很多的磷酸化位点，磷酸化对IF蛋白产生的影响很复杂：Cdk1（有丝cyclinB激酶）会磷酸化核纤层蛋白和波形蛋白杆状区末端的丝氨酸残基，诱导蛋白质解聚，从而使核纤层发生崩解。稳定性最高的神经纤维蛋白，其C-端结构域会发生较强的磷酸化作用，而非聚合分子不发生磷酸化。四、中等纤维在不同组织细胞中的表达纤维类型蛋白亚基细胞定位组织来源角蛋白纤维角蛋白，19-22种多肽细胞质上皮细胞波形纤维波形纤维蛋白，一种多肽细胞质间质细胞和中胚层来源的细胞结蛋白纤维结蛋白，一种多肽细胞质肌细胞神经元纤维神经元纤维蛋白，三种多肽细胞质神经元神经胶质纤维胶质纤维酸性蛋白，一种多肽细胞质神经胶质细胞核纤层核纤层蛋白（lamina、、），细胞核大部分细胞一、细胞骨架与呼吸系统疾病二、细胞骨架与神经系统疾病三、中间纤维与遗传性疾病四、细胞骨架与肿瘤第四节细胞骨架与疾病Kartagener综合症：缺乏可见的动力蛋白臂，他们

的鞭毛和纤毛无法运动。

不能生育，并且患有严重的呼吸系统疾病。纤毛是在胚胎发育中影响组织建成不对称性的关键

因素，没有纤毛的运动，

的位置就会随机分布。比如缺失一个动力蛋白重链的小鼠的内脏

，如

心脏和肝脏，可能在正常的一侧，也可能在相反的

一侧，两种情况的机会相等，这叫做

倒转（situs

inversus）。四、中心体与恶性细胞中的中心体异常包括体积变大（是正常细胞的5