第10章细胞骨架 cytoslceleton
本章内容首先简介细胞骨架的组分、分类、功能和研究细胞骨架的技术，第二介绍对胞质骨架即微丝，微管和中间纤维的超分子结构特征、装配动力学，生物学功能和发挥功能作用中的相关蛋白，以及主要由微丝和高度组织化形成的横纹肌收缩系统的精细结构和收缩机制，由微管和相关蛋白构成的纤毛，鞭毛的精细结构和运动机制有较清楚和明确的认识，并了解分子发动机的概念。
第一节细胞骨架
细胞骨架指细胞中除了细胞器外的三维蛋白纤维网架体系。
一、组成和分布
1.微管核周围,呈放射状向四周扩散
2.微丝质膜内侧
3.中等纤维分布在整个细胞中
细胞骨架具有动态的特点，并非静止不变。
二、细胞骨架的功能
1.细胞结构和形态支持
2.胞内运输
3.收缩和运动
4.空间区域组织
三、细胞骨架的研究方法
1.荧光显微镜
荧光抗体
基因工程改造的带有荧光的蛋白，一种藻类中centrin的荧光抗体显影，centrin分布在鞭毛和基体中，红色为藻类光合作用自身发出的荧光。2. 电镜
3. 电视显微镜
分子发动机蛋白质在微管上的移动（见箭头相对于微管位置的移动）
第二节细胞骨架的各个组分
一、微管 Micorotubules(MTs)
1. 形态、化学组成和超分子结构
MT是刚性的直径约20-25nm的圆管状结构，其长度因种类和功能等的不同而有很大的变化。完整的MT经负染法显示，其壁是由一层串珠样的纵行的纤维丝包围形成的，从横截面上看，细丝共13条，这些串珠样的细丝被称为原纤丝 Protofilaments。原纤丝的化学组成是微管蛋白tubutin。微管蛋白是球状分子，分α和β两种，分子量均大约为5.5KD，在一般生物细胞内，它们均以各一个分子结合成异二聚体的形式存在。原纤丝就是由异二聚体首尾相连而成。α和β都有一个GDP结合位点，α中的位点也结合GTP，称可交换位点（exchangable site， E site）。
2. 微管的类型
MTs 分单体、双联体、三联体（singlet，doublet 和triplet）三类。以单根形式存在的MT就称单微管；以两根在同一平面内并贴存在的叫二联体微管；而以每三根在同一平面内并贴存在的就称三联体MT。二联体MT的两根微管被依次命名为A管和B管，三联体的则依次命名为A，B，C管。除并贴存在外，二联体和三联体MT还有一个特殊点是：其中只有A管的管壁是完整的，有13根原纤丝，而B、C管的管壁不完整，各只有11条原纤丝，横截面上呈“C”形成，特称“C”形微管，它们正是以其“C”形的缺口部相继与前一个MT并贴。单体可动态不稳定MT，双体和三联体微管为稳定的MT。
在细胞内，单微管广泛分布于胞质内，并且可因功能需要而随时可被解聚或重新组装，一般不形成永久性结构。二联体微管只分布于鞭毛和纤毛，三联MT只存在中心粒和纤鞭毛基粒，在这里它们形成永久性结构。
各类MTs的外表面，一般都还附着些性质不同的或长或短的突起物。构成这些突起物的蛋白质被称为MT associated Proteins。在这些MAPs中，有些，如从大脑神经细胞分离出的MAP1 和MAP2两类高分子是（ HMW）蛋白和Tan蛋白，其作用主要把MTs之间，MTs与细胞的其他结构之间彼此连接起来，形成整体的网络，同时它们对MT的组装和稳定也具促进作用。另外一些，如dynein 和Kinesin （驱动蛋白）等，对MTs发挥其他方面的功能具重要作用。
3．微管的组装和解聚 On assembly and depolymerigation of MTs.
1)微管组织中心
2)微管的组装过程
3)微管的极性
4)微管的动态不稳定性
5)影响微管组装和去组装的因素
新MT的组装，其起始均只发生在细胞内的一定部位，这些部位被称为微管组织中心MT organigation center(MTOC)。微管组织中心的主要作用是帮助细胞质微管装配过程中的成核反应，微管从此处开始生长，使细胞质微管的装配受统一的功能位点控制。动物细胞的中心粒就是人们熟知的MTOC。
中心粒的结构：中心粒 (centrosome)是动物细胞中决定微管形成的细胞器。
基体：是纤毛和鞭毛的MTOC，只含有一个而非一对中心粒。
在这里，微管组装包括成粒和延长，首先是微管蛋白异二聚体首先相连接，形成一些有一定长度且呈螺纹式环卷的原纤丝。之后这些原纤丝伸直，并在一平面内平行并贴排列成一薄片，如原纤丝数目达到13，则薄片便卷成微管结构。这整个起始过程被称之为MT组装中的成核作用（nucleation）。
核化作用一旦完成，MT的进一步生长性组装便开始。MT的生长性组装与F-actin的组装十分类似。
MT同样分（+）端和（-）端，两端都可添加上Tubutin异二聚体，加添同样是可逆的，（+）添加得快，达到一定状态后同样有“treadi nilling”现象，当加添的总速度小于解聚的总速度时，MT也是趋向缩短乃至消失等等。所不同的是，细胞中的MT无论它处于生长状态，平衡状态还是缩短状态，其（-）端处于MTOC中心环内的此端不解聚。
GTP浓度
MT的组装，稳定和解聚同样还受多种因素的影响和调节。
（1）GTP及其水解：在GTP浓度足够（高于临界浓度）的条件下，异二聚体的β和α亚基都各结合有一个GTP，这样的异二聚体Tubutin能有效地加添到MT末端，而一旦加上去，其β结合的GTP便可以被异二聚体自身的ATPase活性水解，使β亚基成为ADP结合型（α的不变），则此二聚体又可从MT末端解离下来，下来之后ADP便被ATP替换下来。由于GTP被水解的速度慢于二聚体加添的速度，MT末端便可形成“GTP”帽，所以MT表现为不断生长。反之如GTP不足，相应的，β亚基ATP结合型二聚体量不足，于是即便在MT的（+）端也不能形成“GTP”帽， MT便趋于解聚和缩短。
（2） MTOC的类型：由中心体驱动组装的MT。（-）端一直埋于中心体内，这样MT不从（-）端解聚，只从（+）端解聚。
（3）Ca2+、Mg2+和温度：Ca2+阻止组装， Mg2+促进组装，低温引起解聚。
（4）MAPs中心体基质中的γtubutin促进核化。基粒表面的MAPs具使MT稳定和加速组装的作用。
（5）特异性药物
微管结合蛋白(microtubule associated protein, MAP)
①.使微管相互交联形成束状结构, 与其它细胞结构交联, 如质膜、微丝和中等纤维等
②. 通过与微管成核的作用促进微管的聚合
③. 在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒
④. 提高微管的稳定性
分子发动机
细胞内的一类利用ATP供能产生推动力、进行细胞内物质运输或运动的蛋白质。是化学机械转化器,将化学能ATP转化成机械能,以此运送细胞内货物,包括各种类型的小泡、线粒体、溶酶体、染色体等。
种类：1.肌球蛋白(myosin)家族；2.驱动蛋白(kinesin)家族；3.动力蛋白(dynein)家族
运输的主要特点：1.单方向运输；2.逐步进行而非轮式连续运行
驱动蛋白(kinesin)的结构和功能
①支架作用与细胞形态和结构形成的维持。例如：非球形细胞形态与MTs（中心体MTOC微管）纤鞭毛，神经元的突起；大阳虫轴足等等。
②胞内物质运输。例子：小泡运输与Kinesin的参与；
③色素颗粒运输。
④纤鞭毛形成与纤毛鞭毛运动
⑤中心粒和毛基粒（生毛粒）构成与纤鞭毛生长
⑥纺锤体构成与染色体移动
⑦植物细胞壁纤维素微纤维的沉积之控制
动力蛋白(dynein)的结构和功能：由微管的正端向负端；有丝分裂中染色体运动的力的来源。
4. 微管的功能Functions of MTs
a. 支架作用
b. 细胞内物质运输的轨道
c. 纤毛和鞭毛的运动元件
d. 参与细胞的有丝分裂和减数分裂
纤毛和鞭毛的运动元件
纤毛和鞭毛都含有一个规则排列的由微管相互连接形成的骨架，称为轴丝。轴丝的外面由膜包围，组成轴丝的微管呈规律性排列，即9组二联微管在周围成等距离的排列成一圈，中央有两根单个的微管，成为“9＋2”的微管形式。中央有两个微管之间由细丝相连，外包有中央鞘。周围的9组二联管，近中央的一根称为A管，另一条称为B管。
纤毛/鞭毛的动力微管的滑动模型
纤毛动力蛋白是一种多头的发动机蛋白，很像是一束具有2－3个头的花，每一支花都是由一个大的球形结构域和一个小的球形结构域组成，中间通过一个小的杆部同基部相连。纤毛动力蛋白的基部同A管相连，而头部同相邻的B管相连，头部具有ATP结合位点，能够水解ATP。
微管–内容小节
微管主要分布在核周围，它由微管蛋白异源二聚体组成。微管有单管、二联管和三联管，其中单管不稳定，二联管和三联管稳定。微管的体外组装分为成核与延长两个过程，其中成核是限速步骤。微管有（+）端和（-）端，因此微管有极性。细胞内的微管处于动态不稳定状态。影响微管体外装配的因素有GTP浓度、压力、温度、pH值、微管蛋白临界浓度和药物等。微管通过与微管结合蛋白（MAP）结合扩展起功能。
微管的功能有支架、细胞内物质运输的轨道、纤毛和鞭毛的构件、参与细胞的有丝分裂和减数分裂等。
二、微丝Microfilaments
（一）类型和结构
比微管短和细，更具有弹性，常成束存在，广泛存在于各种细胞中。数量比微管多，是真核细胞中最丰富的蛋白质。
肌动蛋白以两种形式存在，即单体和多聚体。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，外形类似花生果。肌动蛋白的多聚体形成肌动蛋白丝，称为纤维状肌动蛋白。
肌动蛋白是一种中等大小的蛋白质，由375个氨基酸残基组成，并且是由一个大的、高度保守的基因编码，单体肌动蛋白分子的分子质量为43kDa，其上有3个结合位点。1个是ATP结合位点，另两个都是与肌动蛋白结合的结合蛋白位点。
（二）装配动力学
G-actins的组装过程是MF组装的基本过程和决定性过程。与首尾连接相应，MF的两端具不同的极性。一端为（+）端，另一端为（－）端。在组装过程中，两端都可以加添上G-actin同时又可能解离下G-actin,但所不同的是，（+）端的加添速度始终大于（—）端，而解离的速度一般小于（—）端。当两端的加添都大于解聚时，MF表现快速生长。当（-）进入平衡时，MF仍可因（+）继续生长而生长。当（—）的加添速度小于解聚速度时，而（+）端的加添速度仍大于解聚速度时，MF亦表现生长，但（—）端已进入不断缩短之中。当两端的总加添速度与两端的总解聚速度相等，（—）端的不断缩短 =（+）端的不断增加，MF 长度保持不变。在这样两种情况下任何从（+）端加添上的G-actin，都将逐渐变得靠近（-）端，并最终从（-）离开，这种现象被称为“treadmilling”（轮回行为或踏车行为）。
如总的加添G-actin的速度小于解聚的速度，则总的表现为解聚，MF将逐渐缩短乃至消失。
微丝的组装和解聚都需要有ATP存在。游离的G-actin都结合有一个ATP，当其聚合时，ATP水解且ADP保持结合状态，因此F-actin中的actin都聚合有ADP，而脱离F-actin时，则需要ATP置换下ATP。
组装和解聚受Ca2+\Mg2+\Na+\K+等阳离子的调节和影响， Mg2+ 存在及高浓度的Na+、K+和低浓度的Ca2+为组装所必须，或促进组装，反之则发生解聚。
已知有的药物对微丝有特异性作用，如细胞松弛素B（Cytohalasin B）可切断微丝，并于微丝末端结合，从而阻止G-actin聚合，破坏微丝网络，破坏微丝的各种功能（除肌肉外），实验中可用于核。又如鬼笔环肽（philloiclin），能专与F-actin结合，抑制解聚，稳定微丝，都是用于研究微丝的药物。（三）微丝结合蛋白
已经分离出来的微丝结合蛋白有100多种，可分为以下不同类型：
1．单体隔离蛋白（monomer sequestering protein）
细胞中约有50%的肌动蛋白为可溶性肌动蛋白，大大高于肌动蛋白组装所需的临界浓度。但是这些蛋白与其它蛋白结合，构成一个隐蔽的蛋白库。只有当细胞需要组装纤维的时候这些可溶性肌动蛋白才被释放出来。如：thymosin与actin结合可阻止其向纤维添加，抑制其水解或交换结合的核苷酸。
核化蛋白（nucleating protein）
2．末端阻断蛋白（end-blocking protein）
作用是调节肌动蛋白纤维的长度，结合在（+）或（-）极形成“帽子”，阻止其它单体添加。如骨骼肌细肌丝的（-）端被tropomodulin封闭，（+）端被CapZ封闭。
3．交联蛋白(cross-linking protein)
每一种蛋白含有2至多个微丝结合部位，因此可以将2至多条纤维联系在一起形成纤维束或网络。分为成束蛋白和成胶蛋白两类，成束蛋白如：丝束蛋白（fimbrin）、绒毛蛋白（villin）和α-辅肌动蛋白（α-actinin），可以将肌动蛋白纤丝交联成平行排列成束的结构。成胶蛋白，如细丝蛋白（filamin）促使形成肌动蛋白微丝网。
4．成束蛋白
5．纤维切割蛋白（filament severing protein）
此类蛋白能结合在微丝中部，将微丝切断。如溶胶蛋白（gelsolin）。
6．肌动蛋白纤维去聚合蛋白（actin-filament depolymerizing protein）
如cofilin可结合在纤维的（-）极，使微丝去组装。这种蛋白在微管快速组装和去组装的结构中具有重要的作用，涉及细胞的移动、内吞和胞质分裂。
7．膜结合蛋白（membrane-binding protein）
如粘着斑蛋白（vinculin）可将肌动蛋白纤维量接在膜上，参与构成粘合带。
8．膜桥蛋白
有关microfilament associated proteins 种类，以及它们在微丝组装与解聚，微丝网架的形成与解离，在微丝功能发挥等中的作用，可进一步参阅郑氏和瞿氏教材。
与微丝结合加速(-)端的单体肌动蛋白的解聚，并保持与单体肌动蛋白的结合，防止它参与新的多聚体形成。profilin可以促进单体肌动蛋白中的ADP换成ATP，形成ATP-单体肌动蛋白，再加入多聚体形成，或参与由Arp2/3蛋白帮助成禾的新多聚体。
组装和解聚，或成为稳定的结构，还受微丝结合蛋白调节和影响，或者说须这类蛋白参与。如：抑制蛋白Profilin,与G-actin分离则起相反作用，又如capping protein,能与F-actin（+）端结合，从而阻止F-actin生长。
丝束蛋白(fimbrin)和a-辅肌动蛋白(a-actinnin)
（四）分子发动机-肌球蛋白
Myosin分两类，总体上是个大家族。一类叫myosinI,一类叫myosinII.
MyosinII由两条长2000aa的同样的重链和四条轻链组成，总分子量约50万D。四条轻链又分为两种，一种长约190aa，另一种长约170aa，各两条。整个分子分为两部分：两个长椭球形的头和一个长长的尾巴。头部由每条重链的N端肽段和各一条轻链折叠结合而成，是具ATP酶活性的结构部分；尾部长约134-150nm，由两条重链的其余部分相互左旋盘绕而成，其中每条链本身又从头至尾为α螺旋。头部与尾部之间可被木瓜蛋白酶切断，尾部的近头端一段又可被胰酶切断，切成的片段各有相应的名称。
I类myosin与II类间的主要区别是只一个头部上的尾部缺乏或缩短。
滑动模型：
1.肌动蛋白的头是同肌动蛋白结合在一起的，其ATP结合位点闲置，留下一个空隙，此时一个ATP分子
同头部闲置的ATP结合位点结合，由ATP的结合。使肌球蛋白头部构型发生变化，导致肌球蛋白的头部同肌动蛋白脱离。
2.肌动蛋白的头同肌动蛋白脱离之后，ATP被水解产生ADP和Pi，引起肌球蛋白的头部弯曲，在这种新
型的构型之下，肌球蛋白的头部同肌动蛋白脱离。
3.Pi释放，头部与肌动蛋白强结合，头部弯曲，引起细肌丝移动。
4.ADP释放ATP结合上去，头部与肌动蛋白纤维分离。如此循环。
肌球蛋白功能
3种肌球蛋白的功能不同，肌球蛋白II为肌肉收缩和胞质分裂提供动力，而肌球蛋白I和V涉及细胞
骨架与膜之间的相互作用，如膜泡运输。不同肌球蛋白的特殊功能由它们的尾部来决定。
（五）肌细胞的收缩
1. 肌细胞的超微结构
一块块的骨骼肌是有无数平行排列的肌细胞有组织地捆扎而成的。肌细胞的直径约10-100μ，长度为数厘米（人的平均长3cm），因为是长柱状，特称为肌纤维。
关于骨骼肌细胞（肌纤维）的超微结构，还有以下几点应指出：
1）一条肌纤维内的肌丝是分割为若干亚束的，每一亚束即称为一条肌原纤维（myofibril），其直径一般为1-2μ，但也有小于0.2μ的。
2）肌纤维的内质网特称肌质网sarcoplasmic reticulum。肌质网具有这样的特点：只分布在肌原纤维之间和质膜与肌原纤维之间，成为肌原纤维之间的分隔；并且沿纵向上分节，节的长短约等于肌节的长短；每一个节实为一个独立的彼此贯通的类囊体，节的两端为膨大的扁管，节的中部形成网状。
3）质膜在内质网节间的某些点上内陷为所谓横管，横管也沿着肌原纤维间分支贯通，在相邻的内质网之间形成分隔内质的管网。
4）肌细胞的线粒体，亦只分布在肌原纤维间和质膜下，而且成行的排列。
在显微水平，骨骼肌最令人注目的特征是具有周期性重复的横纹，横纹肌也因此得名。活体标本所显示的是明暗交替的横纹(striation),染色标本所显示的则是浅染、深染交替的横纹。这里明和浅染、暗和深染是完全一致的。暗带称为A带，明带称为I带。仔细的观察表明，在浅染带的中央，也有一深染的线状横带，称为Z线；而A带的中央则有一稍浅染的横带，称为H盘，H盘的中央又有一深染的线状横带，称为M线。两个Z线之间的节段称为肌节（sarcomere），肌节是收缩活动的单位。骨骼肌细胞的这种横纹结构如幻灯。超薄切片和电镜观察显示，所谓明带和暗带，原来主要是由两种细丝的平行的周期性有序排列的结果，情况如幻灯所示。
2．肌丝（myofilaments）的超分子结构与微丝结合蛋白
1）细肌丝 Thin.filament
细肌丝就是骨骼肌细胞中的微丝。微丝就是肌动蛋白纤维，更确切的说是以肌动蛋白为主体的纤维。
单个的肌动蛋白是折叠成两个半球式的球状蛋白分子，称为G-actin. Actin有α、β、γ三种，第一种为肌肉细胞特有，第二、三种存在所有的真核细胞。G-actin首尾串接组装起来，形成两条彼此右旋盘绕的多聚双螺旋多聚体，就成为肌动蛋白纤维F-actin。细肌丝中除了这样的F-actin外，还有另外两种分子，一种是原肌球蛋白（Tropomyosin），另一种是肌钙蛋白（Troponin）。前者是纤维状分子，由两
条各为α螺旋的肽链相互盘绕而成，长度约等7.5个G-altin的长度，MW=64KD。肌钙蛋白由三种亚单位组成，大的叫Tn-T,为短杆状分子，小的叫Tn-C和Tn-I为球状分子。
像tropomyosin和troponin这样的分子，以及下边要介绍的myosin和Titin，还有构成Z线的重要蛋白之一---α-辅肌动蛋白和把细肌纤维（+）端锚定在Z线上的CapZ（帽蛋白Z）以及可能把细胞丝锚定于质膜的dystrophin（肌营养不良蛋白）等，都是微丝发挥功能作用或帮助微丝固桌所必不可少的蛋白质。它们被统称为微丝结合蛋白（microfilament associated Proteins）。
2）粗肌丝 Thick filaments
构成粗肌丝的分子是肌球蛋白（myosin），实际上是一种ATP酶。
粗肌丝由myosinII类分子头部向两极，尾向中心集合而成。每个粗肌丝约含数百乃至数千条myosin。3．肌肉收缩的滑动丝理论 The sliding filament theory of Muscle contraction.
此理论是H.Huxly and A.Huxly 于1954年提出来的，基本的论点是：粗细肌丝间彼此滑动（彼此插入）造成彼此的缩短和整个肌纤维的缩短。依据后人对此的发展，造成这种滑动的原因和动力则是肌球蛋白的头部与细肌丝内周期性的接触，脱离，ATP水解和构像改变。
4．肌肉收缩的神经控制与Ca2+调节
神经元冲动→突触传递→横管传递冲动→肌质网释放Ca2+ → Tn-c结合Ca2+ →与Tn-T相连的原肌球蛋白滑动→肌球蛋白头部结合位点的暴露并结合、滑动……
冲动停止→ Ca2+被泵入ER → Ca2+ -Tn-c分离→原肌球蛋白回原位→ ATPase不能再与细丝结合→肌肉松弛
Tn-c实为一种钙调节素（calmodulin）。钙调素为Ca2+结合蛋白，在教材第四章讲肌醇磷脂信号通路是提到，IP3引起Ca2+从ER释出，Ca2+与calnwdulin结合，而激活有关的结合酶（激酶），引起细胞的相应反应。 Calnwdulin（包括Tn-c）为哑铃分子，约含有150aa,有4个Ca2+结合位点。Tn-c不同之处是：它不与有关激酶结合！最早发现的Ca2+结合蛋白就是Treponin!
5. 心脏肌和平滑肌的微丝系统与收缩机制问题
①．心肌 Heart muscle
Cardiac muscle 亦属Striated muscle,其muscle fiber 内的横纹特征，粗细肌丝的超分子结构，收缩的机制等均与Skeleton muscle fiber的类似。两者间的最重要区别是：心肌细胞仅为短杆状且具有粗大分支；细胞只有一个禾；细胞之间，一细胞与另一细胞的分支之间，均同时以间隙连接和桥粒连接两种方式形成端---端相连（其连接处称为*板intercalateal disc）,这样，整个心肌内便成一个完整的交织网体。
②. 平滑肌 Smooth muscle
细胞（纤维）是长梭形，同样具有肌动蛋白和myosinII但它们并不形成像横纹肌那样的高度有的细肌丝和粗肌丝排列组合形式和横纹结构，而且彼此聚合成收缩性的细丝囊。而且真正收缩性的肌丝囊只是每束纤维的两端部分，中间部分则为含有中间纤维的连接支持纤维。
在每一收缩性微丝囊内，收缩的机制可能于横纹肌类似（滑丝性）
3．功能：
非肌肉细胞中的微丝系统的功能可归纳为以下几个方面：
（1）“纯”支持（支撑）作用。如：inicrovilli中的。
（2）收缩作用。如细胞分裂中胞质分裂时形成的收缩环，也许还有胞质环流和胞质穿梭活动、变皱运动，吞噬体，神经管形成等都涉及收缩作用。
（3）细胞位移（移动）。（微丝网的形成与解离）如阿米巴运动中即如此。
（4）胞间连丝与细胞位置的固定。如：附着带。
（5）胞内运输。如小胞在myosinI参与下的F-actin转运。
要注意的是，不同的功能，一般有不同的伴随蛋白参与。
三、中间纤维 Intermediate Filaments(Ifs)
中间纤维（intermediate filaments，IF）直径10nm左右，介于微丝和微管之间。与微管不同的是中间纤维是最稳定的细胞骨架成分，它主要起支撑作用。中间纤维在细胞中围绕着细胞核分布，成束成网，并扩展到细胞质膜，与质膜相连结。
1．中间纤维的种类和一般结构模式
IF是一类形态上非常相似，而化学组成上有明显差异的蛋白质，成分比微丝和微管都复杂，可根据组织来源的免疫原性分为5类(图9-25)：角蛋白（keratin）、结蛋白（desmin）、胶质原纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein）、波形纤维蛋白（vimentin）、神经纤丝蛋白(neurofilament protein)，此外细胞核中的核纤肽（lamin）也是一种中间纤维。
中间纤维具有组织特异性，不同类型细胞含有不同IF蛋白质。肿瘤细胞转移后仍保留源细胞的IF，因此可用IF抗体来鉴定肿瘤的来源。如乳腺癌和胃肠道癌，含有角蛋白，因此可断定它来源于上皮组织。大多数细胞中含有一种中间纤维，但也有少数细胞含有2种以上，如骨骼肌细胞含有结蛋白和波形蛋白。
结构模式：中间纤维蛋白分子由一个310个氨基酸残基形成的α螺旋杆状区，以及两端非螺旋化的球形头（N端）尾（C端）部构成。
杆状区是高度保守的，由螺旋1和螺旋2构成，每个螺旋区还分为A、B两个亚区，它们之间由非螺旋式的连结区连结在一起（图9-26）。
头部和尾部的氨基序列在不同类型的中间纤维中变化较大，可进一步分为①H亚区：同源区；②V亚区：可变区；③E亚区：末端区。
2.中等纤维的结合蛋白
BPAGI
斑珠蛋白(plakolobin)
桥粒斑蛋白 I (desmoplakin I)
桥粒斑蛋白 II (desmoplakin II)
网蛋白(plectin)
锚蛋白(ankyrin)
丝聚蛋白(filaggrin)
核纤层蛋白B受体(lamin B receptor)
3.功能：
1.为细胞提供机械强度支持
2.参与细胞连接
3.维持细胞核膜稳定
4. 三种细胞骨架的比较
第九章细胞骨架(Cytoskeleton) ●细胞骨架是指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系 有狭义和广义两种概念 ◆在细胞质基质中包括微丝、微管和中间纤维。 ◆在细胞核中存在核骨架-核纤层体系。核骨架、核纤层与中间纤维在结构上相互连接,?贯穿于细胞核和细胞质的网架体系。 ●细胞质骨架 ●核骨架 细胞骨架的组成和分布 ◆微管主要分布在核周围,并呈放射状向胞质四周扩散； ◆肌动蛋白纤维主要分布在细胞质膜的内侧和细胞核膜的内侧； ◆中间纤维则分布在整个细胞中。 ●微丝(microfilament, MF) ●微管（microtubules） ●中间纤维（intermediate filament,IF) 第一节、微丝(microfilament, MF) 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7nm的骨架纤维。 一、微丝的组成与组装 （一）组成： ◆F-actin: F-肌动蛋白呈双股螺旋状,直径为8nm, 螺旋间的距离为37nm。 ◆G-actin:三个结合位点: ●一个ATP结合位点 ●两个肌动蛋白结合蛋白的结合位点。 G-肌动蛋白与F-肌动蛋白模式图 (二)肌动蛋白纤维的装配 ◆装配过程 ●成核(nucleation) ●延伸(elongation) ●稳定状态(steady state) 微丝的装配 影响装配的因素 ◆G-肌动蛋白临界浓度 ◆离子的影响
●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。 ●在Mg2+和高浓度K+或Na+的诱导下, G-肌动蛋白则装配成纤维状肌动蛋白。 微丝的动态性质 ◆极性 ◆踏车现象和动态平衡 极性 微丝的蹋车现象和动态平衡 作用于微丝的药物 ◆细胞松弛素B(cytochalasins B) ◆鬼笔环肽(phalloidin) 二、非肌肉细胞内微丝网络动态结构及其功能 （一）非肌肉细胞内微丝结合蛋白的类型 ◆单体隔离蛋白 (monomer-sequestering protein) ◆加帽蛋白(capping protein) ◆交联蛋白(cross-linking protein) ◆纤维割断蛋白(filament-severing protein) ◆膜结合蛋白(membrane-binding protein) …… （二）非肌肉细胞内微丝及其结合蛋白形成的特殊结构及其功能 1、细胞皮层 功能：◆维持细胞形态，赋予质膜机械强度 ◆细胞变形运动 ◆胞质环流 2、应力纤维 功能：通过粘着斑与细胞外基质相连，参与细胞形态发生、分化及组织构建等 3、细胞伪足与细胞迁移 功能：细胞迁移 4、微绒毛 功能：扩大小肠上皮细胞吸收营养物的面积 5、胞质分裂环 功能：参与胞质分裂 微丝与细胞的变形运动 培养的上皮细胞中的应力纤维（微丝红色、微管绿色） 应力纤维结构模型应力纤维结构模型(由myosin II、原肌球蛋白、filamin和α-actinin 构成）二、肌肉细胞内与微丝结合的肌球蛋白及其功能 肌球蛋白
第九章细胞骨架 本章要点：本章阐述了细胞骨架的基本涵义、细胞中存在的几种骨架体系的结构、功能及生物学意义。要求重点掌握细胞质骨架的结构及功能。 一、名词解释 1、细胞骨架：细胞骨架(Cytoskeleton)是指存在于真核细胞质内的中的蛋白纤维网架体系。包括狭义和广义的细胞骨架两种概念。广义的细胞骨架包括：细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架和细胞外基质。狭义的细胞骨架指细胞质骨架，包括微丝、微管和中间纤维。 2、应力纤维：应力纤维是真核细胞中广泛存在的微丝束结构，由大量平行排列的微丝组成，与细胞间或细胞与基质表面的粘着有密切关系，可能在细胞形态发生、细胞分化和组织的形成等方面具有重要作用。 3、微管：在真核细胞质中，由微管蛋白构成的，可形成纺锤体、中心体及细胞特化结构鞭毛和纤毛的结构。 4、微丝：在真核细胞的细胞质中，由肌动蛋白和肌球蛋白构成的，可在细胞形态的支持及细胞肌性收缩和非肌性运动等方面起重要作用的结构。 5、中间纤维：存在于真核细胞质中的，由蛋白质构成的，其直径介于微管和微丝之间，在支持细胞形态、参与物质运输等方面起重要作用的纤维状结构。 6、踏车现象：在一定条件下，细胞骨架在装配过程中，一端发生装配使微管或微丝延长，而另一端发生去装配而使微管或微丝缩短，实际上是正极的装配速度快于负极的装配速度，这种现象称为踏车现象。 7、微管组织中心（MTOC）：微管在生理状态及实验处理解聚后重新装配的发生处称为微管组织中心。动物细胞的MTOC为中心体。MTOC决定了细胞中微管的极性，微管的（-）极指向MTOC，（+）极背向MTOC。 8、胞质分裂环：在有丝分裂末期，两个即将分裂的子细胞之间产生一个收缩环。收缩环是由大量平行排列的微丝组成，由分裂末期胞质中的肌动蛋白装配而成，随着收缩环的收缩，两个子细胞被分开。胞质分裂后，收缩环即消失。 二、填空题 1细胞质骨架__是一种复杂的蛋白质纤维网络状结构，能使真核细胞适应多种形状和协调的运动。 2、肌动蛋白丝具有两个结构上明显不同的末端，即__正极___极和__负极___极。 3、在动物细胞分裂过程中，两个子细胞的最终分离依赖于质膜下带状肌动纤维束和肌球蛋白分子的活动，这种特殊的结构是___收缩环__。 4、小肠上皮细胞表面的指状突起是_微绒毛____，其中含有__微丝___细胞质骨架成分。 5、微管由__微管蛋白___分子组成的，微管的单体形式是___α微管蛋白和β微管蛋白__组成的异二聚体。 6、基体类似于__中心粒___，是由9个三联微管组成的小型圆柱形细胞器。 7、驱动囊泡沿着轴突微管从细胞体向轴突末端单向移动的蛋白质复合物是__驱动蛋白___。 8、细胞骨架普遍存在于真核细胞中，是细胞的支撑结构，由细胞内的蛋白质成分组成。包括微管、微丝和中间纤维三种结构。 9、中心体由 2 个相互垂直蛋白排列的圆筒状结构组成。结构式为 9×3+0 。主要功能是与细胞的分裂和运动有关。 10、在癌细胞中，微管数量减少，不能形成束状。在早老性痴呆患者脑组织细胞中微管大量变形。 三、选择题1、D；2、D；3、E；4、C；5、A；6、B；7、C；8、B；9、A； 1、细胞骨架是由哪几种物质构成的（）。 A、糖类 B、脂类 C、核酸 D、蛋白质 E.以上物质都包括 2.下列哪种结构不是由细胞中的微管组成（）。 A、鞭毛 B、纤毛 C、中心粒 D、内质网 E、以上都不是 3.关于微管的组装，哪种说法是错误的（）。 A、微管可随细胞的生命活动不断的组装与去组装 B、微管的组装分步进行 C、微管的极性对微管的增长有重要意义
第10章细胞骨架 cytoslceleton 本章内容首先简介细胞骨架的组分、分类、功能和研究细胞骨架的技术，第二介绍对胞质骨架即微丝，微管和中间纤维的超分子结构特征、装配动力学，生物学功能和发挥功能作用中的相关蛋白，以及主要由微丝和高度组织化形成的横纹肌收缩系统的精细结构和收缩机制，由微管和相关蛋白构成的纤毛，鞭毛的精细结构和运动机制有较清楚和明确的认识，并了解分子发动机的概念。 第一节细胞骨架 细胞骨架指细胞中除了细胞器外的三维蛋白纤维网架体系。 一、组成和分布 1.微管核周围,呈放射状向四周扩散 2.微丝质膜内侧 3.中等纤维分布在整个细胞中 细胞骨架具有动态的特点，并非静止不变。 二、细胞骨架的功能 1.细胞结构和形态支持 2.胞内运输 3.收缩和运动 4.空间区域组织 三、细胞骨架的研究方法 1.荧光显微镜 荧光抗体 基因工程改造的带有荧光的蛋白，一种藻类中centrin的荧光抗体显影，centrin分布在鞭毛和基体中，红色为藻类光合作用自身发出的荧光。2. 电镜 3. 电视显微镜 分子发动机蛋白质在微管上的移动（见箭头相对于微管位置的移动） 第二节细胞骨架的各个组分 一、微管 Micorotubules(MTs)
1. 形态、化学组成和超分子结构 MT是刚性的直径约20-25nm的圆管状结构，其长度因种类和功能等的不同而有很大的变化。完整的MT经负染法显示，其壁是由一层串珠样的纵行的纤维丝包围形成的，从横截面上看，细丝共13条，这些串珠样的细丝被称为原纤丝 Protofilaments。原纤丝的化学组成是微管蛋白tubutin。微管蛋白是球状分子，分α和β两种，分子量均大约为5.5KD，在一般生物细胞内，它们均以各一个分子结合成异二聚体的形式存在。原纤丝就是由异二聚体首尾相连而成。α和β都有一个GDP结合位点，α中的位点也结合GTP，称可交换位点（exchangable site， E site）。 2. 微管的类型 MTs 分单体、双联体、三联体（singlet，doublet 和triplet）三类。以单根形式存在的MT就称单微管；以两根在同一平面内并贴存在的叫二联体微管；而以每三根在同一平面内并贴存在的就称三联体MT。二联体MT的两根微管被依次命名为A管和B管，三联体的则依次命名为A，B，C管。除并贴存在外，二联体和三联体MT还有一个特殊点是：其中只有A管的管壁是完整的，有13根原纤丝，而B、C管的管壁不完整，各只有11条原纤丝，横截面上呈“C”形成，特称“C”形微管，它们正是以其“C”形的缺口部相继与前一个MT并贴。单体可动态不稳定MT，双体和三联体微管为稳定的MT。 在细胞内，单微管广泛分布于胞质内，并且可因功能需要而随时可被解聚或重新组装，一般不形成永久性结构。二联体微管只分布于鞭毛和纤毛，三联MT只存在中心粒和纤鞭毛基粒，在这里它们形成永久性结构。 各类MTs的外表面，一般都还附着些性质不同的或长或短的突起物。构成这些突起物的蛋白质被称为MT associated Proteins。在这些MAPs中，有些，如从大脑神经细胞分离出的MAP1 和MAP2两类高分子是（ HMW）蛋白和Tan蛋白，其作用主要把MTs之间，MTs与细胞的其他结构之间彼此连接起来，形成整体的网络，同时它们对MT的组装和稳定也具促进作用。另外一些，如dynein 和Kinesin （驱动蛋白）等，对MTs发挥其他方面的功能具重要作用。 3．微管的组装和解聚 On assembly and depolymerigation of MTs. 1)微管组织中心 2)微管的组装过程 3)微管的极性 4)微管的动态不稳定性 5)影响微管组装和去组装的因素
第十章细胞骨架 一、填空题 1．微管是直径为24~26nm的中空圆柱体，周围有条原纤维排列而成。每一条原纤维由两种直径为4nm球形亚单位微管蛋白组成二聚体。 13 α、β 2．微管在细胞中以三种形式存在，大部分细胞质微管是，不太稳定；构成纤毛、鞭毛周围小管的是，比较稳定；组成中心粒和基体的是，十分稳定。 单体二联体三联体 3．鞭毛和纤毛主要由轴丝和基体两部分组成，轴丝周围有，中央有微管，故称为结构；而基体外围为，中央没有微管，称为结构。 9个二联管一对9 + 2 9个三联管9 + 0 4．细胞松弛素B可使微丝，而鬼笔环肽则。 解聚抑制微丝的解聚 5．中心粒在位于细胞核附近，在期位于纺锤体的两极。 细胞间期有丝分裂 6．在细胞分裂中，微管的作用是；微丝的作用是。 形成纺锤体，将染色单体拉向两极协助胞质分裂 7．紫杉醇和秋水仙碱都是与微管特异结合的药物，但作用方式不同，紫杉醇的作用是，秋水仙碱则。
阻止微管的解聚阻止微管的形成 8．在肌纤维中有四种蛋白质，其中和是肌肉收缩的主要蛋白质，而和则起调节作用。 肌动蛋白肌球蛋白原肌球蛋白肌钙蛋白 9．细胞除了具有遗传和代谢两个主要特性之外，还有另外两个重要的特性，就是和。 运动性维持一定的形态 10．动物细胞的微管组织中心是，植物细胞的微管组织中心是，鞭毛的微管组织中心是。 中心体成膜体基粒 二、判断题 1．抗有丝分裂的药物秋水仙碱与微管蛋白单体结合后，可阻止二聚体的形成。 对。 2．纤毛的运动是微管收缩的结果。 错。是肌动蛋白运动的结果。 3．培养细胞中的微丝特称为应力纤维。 对。 4．微管蛋白由两个亚基组成，即α微管蛋白和β微管蛋白。在这两个亚基上各有一个GTP结合位点，但α亚基上的是不可交换的，β亚基上的是可以交换的。 对。 5．微管在体外组装时，受离子的影响很大，所以要尽量除去Mg2+和Ca2+。 错。Mg2+是组装必需的。
第10章细胞骨架 1.何为“踏车”现象？微管和微丝的“踏车”现象有何生理意义？ 答：在同一根微管或微丝上，常可发现其正极端因装配而延长，负极端因去装配而缩短，而装配和去装配的速率相等时，微管或微丝的长度保持稳定，即所谓的踏车行为。 踏车现象保证了微管或微丝长度的稳定，从而也保证了细胞骨架整体结构的稳定性。 2.为什么是（－）极指向MTOC，而（+）极背向MTOC? 答：MOTC（微管组织中心）常见的有中心体和基体。至于微管组装时，（－）极指向MTOC，而（+）极背向MTOC，我认为负极组装较慢且去组装发生在这一极，它指向MOTC应该是为了防止微管的去组装，只让微管增长。 3.何为（9+2）微管模型，它与纤毛（鞭毛）的运动有什么关系？ 答：（9+2）是指纤毛或鞭毛中的外围有9组二联体微管环绕中央由中央鞘包围2个单体微管的结构。每个二联体中有A管和B管。A管管壁完整由13条原纤维构成。而B管管壁仅10条原纤维，另3条共用A管。每个A管上（顺时针）向相邻二联体的B管伸出2个“弯钩”状的动力蛋白臂（可在B管上滑动），此外还向中央鞘伸出一根放射幅（其幅头也可在中央鞘上滑动）。纤毛（鞭毛）的摆动可分解为若干局部弯曲运动，这是由轴心中所有的相邻二联体之间相互滑动所致，也就是说其轴心中的微管构型不是弹性结构，而是能变位联合的刚性结构。相邻二联体之间的相互滑动，关键在于动力蛋白臂。 4.分裂后期的染色体是如何向两极移动的？ 答：纺锤体的纺锤丝皆由微管构成，包括三种类型：着丝点（动粒）微管、连续微管、中间微管（星体微管）。 细胞分裂后期两组染色体分别向两极移动是由微管牵引所致（秋水仙素处理可证实），其作用机制可认为是：由动粒微管缩短产生的拉力加上连续微管伸出产生的推力（注意：拉是指拉染色体；推是推两极）的共同作用结果。上述两种微管的长度变化是因微管蛋白去组装或组装的缘故，而微管联接处的滑动是类动力蛋白（胞质动力蛋白）作用远因。
《细胞生物学》 第八章《细胞骨架》、第九章《细胞核》试题 一、填空题（40个×分） 1、狭义的细胞骨架包括：_____、_____、_____、_____以及_____，广义的细胞骨架：_____、_____、_____、_____。 2、微管是由_____组成的管状结构，在胞质中形成_____或_____结构，作为_____并起_____作用。 3、微管可装配成_____、_____、_____。 4、二联管和三联管对_____、_____和_____稳定。 5、_____、_____可抑制微管蛋白装配成微管。 6、_____、_____能促进微管的装配。 7、体内微丝的种类_____和_____。 8、核孔是种_____、_____的核质交换通道。 9、染色质化学组成_____、_____、_____、_____。 10、DNA3种功能序列_____、_____、_____。 11、核小体由_____和_____组成。 12、着丝粒的3个结构_____、_____、_____。 二、名词解释（10个×3分） 1、微丝 2、活性染色质 3、着丝粒 4、配对结构域 5、动力结构域 6、核型 7、带型 8、纤维中心 9、核基质10、细胞外基质 三、简答题（6个×5分） 1、细胞骨架的功能 2、微管体外装配的条件动力学特征 3、微管体外装配的条件是微管体外组装有什么动力学特征 4、微丝的功能是什么 5、IF的装配过程和特点是
6、中间纤维的功能有哪些 四、论述题 1、非组蛋白有哪些特征 2、比较三种细胞骨架的组分。 第八章《细胞骨架》、第九章《细胞核》答案 一、填空题（40个×分） 1、微管、粗丝、微丝、中间微丝、微梁、细胞质骨架、核骨架、膜骨架、细胞质基质 2、微管蛋白、网络、束状、运输轨道、支撑 3、单体、二联体、三联体 4、低温、秋水仙素、Ca2+ 5、秋水仙素、长春花碱 6、紫杉酚、重水 7、永久性结构、暂时性结构 8、双功能、双向性 9、DNA、组蛋白、非组蛋白、少量的RNA 10、自主复制序列、着丝粒序列、端粒序列 11、组蛋白、DNA组成 12、动力结构域、中央结构域、配对结构域
第十章细胞骨架与细胞运动 第十章细胞骨架与细胞运动1．3种细胞骨架之间有什么联系？答：其表现在：①细胞骨架在细胞内的分布与布局来看，它们相互配合，在功能上相互呼应。微管和中间纤维大都是从细胞核出发向细胞周边呈放射状伸延，并在细胞内许多部位平行分布。在靠近质膜下的细胞质中发现中等纤维在最上面，微管在次层，微丝组成的应力纤维在下层。3种纤维间有肌动蛋白丝连接。②从功能上看活细胞内的3种骨架均起支撑作用，微丝与微管参与细胞运动，三者均参与细胞内物质运输；均有可能参与细胞外来的信息传递。③三种骨架均在细胞的统一调控下互相密切配合完成细胞的生命活动。2．微管在体外组装需要哪些条件，组装过程如何进行？答：需要的条件有：①在生理温度下；②有GTP和Mg2＋；③含有
一定量MAPS；④中等离子强度、弱酸~； ⑤微管蛋白浓度要大于临界浓度，大约为1mg/ml，当这些条件达到时，二聚体自动聚合为微管，当条件改变如温度低于4℃或加入过量的Ca2+、Mg2+浓度降低、酸碱度改变时，微管发生解聚。微管组装时，首先是α、β微管蛋白形成α、β异二聚体，α、β异二聚体形成短的原纤维，即核心形成，接着二聚体在其两端和侧面增加使之扩展成片状带，至13根原纤维时，即合拢成一段微管。3．中间纤维是如何组装的？答：①两个相邻亚基的对应α螺旋形成双股超螺旋，即二聚体；②二聚体以反向平行的方式组成四聚体，即一个二聚体的头部与另一个二聚体的尾部相连；③每个四聚体进一步组装成原丝；④两根原丝相互缠绕，以半分子长度交错的原则形成原纤维，即八聚体；⑤四根原纤维互相缠绕最终形成中间纤维，在横切面上有32个蛋白单体。 1. 什么是细胞骨架?在细胞内的主要功能是什么?