第二节 微管及其功能

千里之行 始于足下1微管组成蛋白(右图)α-微管蛋白、β-微管蛋白微管组装的结构单位二者结合形成αβ-微管蛋白二聚体(图)α-微管蛋白有一个GTP 结合位点，GTP 不水解，称为不可交换位点（负极）β-微管蛋白有一个GTP 结合位点，GTP 可水解，称为可交换位点（正极）γ-微管蛋白位于中心体外周物质(PCM)，用于诱导微管的成核与组装微管组装过程(右下图)二聚体→原纤丝一个二聚体的β亚基不断加聚到另一个二聚体的α亚基13根原纤丝→片层相邻原纤丝错位1nm ，13根形成一个平行四边形片层→成核片层弯曲缝合成微管→组装、去组装踏车行为当一端组装的速度和另一端解聚的速度相同时，微管的长度保持不变，即踏车行为组装与去组装取决于二聚体的浓度是否高于临界浓度微管结合蛋白/药物stathmin(微管去稳定蛋白)机体中二聚体的浓度远高于临界浓度，需要与其结合妨碍组装二者结合受本身磷酸化调控stathmin 磷酸化失去活性stahmin 去磷酸化恢复活性秋水仙素秋水仙素可与二聚体结合而加载到微管负极端，妨碍微管继续组装紫杉醇与微管结合后阻止微管去组装细胞内微管起源胞体起源于→中心体中心粒中心粒外周物质γ-微管蛋白γ-微管蛋白与二聚体α-微管蛋白结合(负极)，微管沿正极组装纤毛、鞭毛起源于基体千里之行 始于足下2微管的功能对网格结构的调节微管结合蛋白(右图)MAP →1,2,3,4tau 蛋白MAP2、tauC 端具有微管结合域(带正电荷)，可与微管表面(带负电荷)结合，稳定微管(右图)对细胞结构的组织作用细胞器在细胞内具有特定的空间分布，线粒体的运输等依赖的是微管的作用表现(解聚微管后)内质网回缩到细胞核周围高尔基体解体成小膜泡细胞分裂停止依赖于微管的物质运输驱动蛋白(左图)第三种分子马达组成马达结构域两个重要功能ATP 结合位点微管结合位点位于N 端→负极向正极移动位于C 端→正极向负极移动杆状区轻链(尾部)货物结合域沿微管运动的分子机制下图①动力蛋白(右下图)独特之处已知马达蛋白中最大、速度最快细胞质动力蛋白与胞内体/溶酶体、高尔基体及其他一些膜泡运输，动粒和有丝分裂纺锤体的定位，染色体分离等密切相关轴丝动力蛋白下页讲述纤毛与鞭毛的摆动(下面简述)纺锤体和染色体运动参与的蛋白细胞质动力蛋白结合着丝粒，驱动着丝粒沿微管移动驱动蛋白13位于着丝粒，作用于微管正极端，促进微管解聚驱动蛋白5作用于交错重叠的微管，介导驱动纺锤体距离的加长下图②3 千里之行始于足下千里之行 始于足下45 千里之行始于足下图① 图②6千里之行始于足下千里之行 始于足下 7①驱动蛋白沿微管移动的分子机制：当驱动蛋白沿微管行走时，两个马达结构域中位于前面的那个(L)与ATP 结合，导致驱动蛋白发生构象变化，该马达结构域(L)与微管紧密结合，并使后面的马达结构域(T)向前移动(带ADP)，越过L ，至微管正极一侧，与微管的结合位点结合(此时移)动了16nm)，该马达结构域随即释放ADP ，同时现在位于后面的马达结构水解ATP ，使驱动蛋白二聚体恢复到原来开始时的状态鞭毛的摆动纤毛的结构9+2大多为动纤毛9+0缺乏中央微管，大多为不动纤毛，与感受器有关纤毛的组装(发生)4阶段(右图)高尔基体膜泡包裹成熟的母中心粒的顶端，形成中心粒膜泡(CV)CV 随着新的膜泡融合逐渐变大，成为次级中心粒膜泡(SCV)，与此同时母中心粒延伸并获取成为基体的零件，初生轴丝开始显现母中心粒锚定在细胞质膜的纤毛组装位点，SCV 与质膜融合形成杯状结构在"鞭毛内运输复合物"介导下，原生鞭毛延长千里之行始于足下8 图④千里之行 始于足下 9中间丝简介围绕细胞核开始组装，并延伸到细胞质膜与膜蛋白相连形成核纤层，与分裂期细胞核膜消失重组有关体外合成无需ATP 、GTP ，无踏车行为并不是所有真核细胞都具有中间丝基因组家族庞大，赋予不同细胞特殊的细胞骨架，被认为是区分细胞类型的身份证组装结构单位四聚体(下图)过程中间丝蛋白分子(二聚体)→四聚体→中间丝(图解⑤)影响组装的因素中间丝蛋白亚基的磷酸化与去磷酸化磷酸化→网络解体去磷酸化→重新组装核纤层核纤层结构(图⑥)作用支持核膜、连接核膜与染色质分裂前期→核纤层解聚、核膜瓦解（磷酸化）核纤层蛋白A 弥散在细胞千里之行 始于足下1011 千里之行始于足下12 千里之行始于足下。

第九章第一节细胞骨架是指真核细胞内由一些特异蛋白质构成的纤维网架结构。

广义的细胞骨架包括细胞外基质、膜骨架、细胞质骨架和核骨架。

细胞质骨架包括微丝、微管和中间丝3种结构。

一、微丝的组成及其组装（一）结构与组成微丝的主要结构成分是肌动蛋白。

肌动蛋白细胞内有两种存在形式，即肌动蛋白单体(又称球状肌动蛋白，G-ac-tin)和由单体组装而成的纤维状肌动蛋白。

肌动蛋白单体外观呈蝶状，中央有一个裂口，可结合ATP和Mg2+。

每条微丝由二股螺旋状相互盘绕而成，每条丝由肌动蛋白单体头尾相连呈螺旋状排列而成。

（二）微丝的组装及动力学特性当溶液中含有适当浓度的Ca2+，而Na+和K+的浓度很低时，微丝趋向于解聚。

当溶液中含有A TP、Mg+以及较高浓度的Na+和k+时，G-actin趋向于组装成微丝。

组装时，正极组装速度比负极快。

解聚时，正极解聚速度比负极更快。

A TP-G-actin处于临界浓度时，微丝组装和去组装过达到平衡，此时称踏车行为。

体外组装过程中具有踏车行为。

组装过程：成核（Arp2和Arp3等蛋白形成起始复合物）--纤维的延长（ATP帽与ADP帽）--进入稳定期（三）影响微丝组装的特异性药物细胞松弛素可将微丝切断，但对微丝解聚没有明显影响。

鬼笔环肽对微丝的解聚有抑制作用，可使肌动蛋白丝保持稳定状态。

二、微丝网络动态结构的调节与细胞的运动（一）非肌肉细胞内微丝的结合蛋白微丝结合蛋白的类型：成核蛋白、单体-隔离蛋白、单体-聚合蛋白、成束蛋白、封端蛋白、纤维-解聚蛋白、网络-形成蛋白、纤维切割蛋白、膜结合蛋白等。

维丝结合蛋白对微丝组装具有调节作用，如隔离、聚合和成束等。

（二）细胞皮层在紧贴细胞质膜的细胞质区域由微丝结合蛋白将微丝交联形成了凝胶状三维网格结构，这个区域通常称为细胞皮层。

细胞的多种运动方式（如胞质环流、阿米巴运动、变皱膜运动、细胞吞噬）都与细胞凝胶态或胶态的转化有关。

（三）应力纤维在紧贴黏合斑的质膜内侧由微丝紧密排列成束，这种微丝束称为应力纤维。

数字通信原理微管
数字通信原理中，微管是一种非常重要的元件。

微管是一种半导体器件，也称为场效应管（FET）。

它是一种具有放大和开关功能的器件，可被用来实现各种数字电路。

微管有许多独特的特性，例如高输入阻抗、低噪声水平和高频特性，这使得它成为数字通信系统中使用频率较高的元器件之一。

在数字通信系统中，微管通常被用来放大信号或变幻信号。

另外，在数字通信系统的接收器中，微管也被广泛应用。

接收器的任务是接收来自信源的数字信号，并将它转换为电流或电压信号。

微管可以被用来放大并增强这些信号。

在数字通信系统中，微管的选择至关重要。

微管的性能特点，如最大频率、动态范围、输出电阻等，都与其物理结构有关。

系统设计师必须选择适合特定应用程序的微管，以确保系统性能得到最优化。

微管在数字通信原理中的作用十分重要。

只有了解微管的工作原理，才能更好地理解数字通信系统的原理和概念。

对于那些希望从事数字通信系统研究或从事数字通信系统工程的人来说，熟悉微管的原理和应用是非常必要的。

总之，数字通信原理是一个非常复杂的领域，微管作为其中的一个重要元件，它的工作原理和应用是非常需要深入了解的。

了解微管
使用的方法和特性，将有助于提高数字通信系统的性能，并可以为数字通信领域的其他相关研究提供帮助。

微管[微管]细胞学概念微管的功能支架作用以细胞核为中心向外放射状排列的微管纤维细胞中的微管就像混凝土中的钢筋一样，起支撑作用，在培养的细胞中，微管呈放射状排列在核外，(+)端指向质膜(图9-20)，形成平贴在培养皿上的形状。

在神经细胞的轴突和树突中，微管束沿长轴排列，起支撑作用，在胚胎发育阶段微管帮助轴突生长，突入周围组织，在成熟的轴突中，微管是物质运输的路轨。

细胞内运输微管起细胞内物质运输的路轨作用，破坏微管会抑制细胞内的物质运输。

与微管结合而起运输作用的马达蛋白有两大类:驱动蛋白kinesin，动力蛋白dynein，两者均需ATP提供能量。

Kinesin发现于1985年，是由两条轻链和两条重链构成的四聚体(图9-21)，外观具有两个球形的头(具有ATP酶活性)、一个螺旋状的杆和两个扇子状的尾。

通过结合和水解ATP，导致颈部发生构象改变，使两个头部交替与微管结合，从而沿微管'行走'，将'尾部'结合的'货物'(运输泡或细胞器)转运到其它地方。

据估计哺乳动物中类似于kinesin的蛋白(KLP, kinesin-like protein or KRB, kinesin-related protein)超过50余种，大多数KLP能向着微管(+)极运输小泡，也有些如Ncd蛋白(一种着丝点相关的蛋白)趋向微管的(-)极。

Dynein发现于1963年，因与鞭毛和纤毛的运动有关而得名。

dynein分子量巨大(接近1.5Md)，由两条相同的重链和一些种类繁多的轻链以及结合蛋白构成(鞭毛二联微管外臂的动力蛋白具有三个重链)。

其作用主要有以下几个方面:在细胞分裂中推动染色体的分离、驱动鞭毛的运动、向着微管(-)极运输小泡(图9-22)。

形成纺锤体纺锤体是一种微管构成的动态结构，其作用是在分裂细胞中牵引染色体到达分裂极。

纤毛与鞭毛的运动纤毛与鞭毛是相似的两种细胞外长物，前者较短，约5~10um;后者较长，约150um，两者直径相似，均为0.15~0.3um。

微管组成蛋白(右图)α-微管蛋白、β-微管蛋白微管组装的结构单位二者结合形成αβ-微管蛋白二聚体(图)α-微管蛋白有一个GTP 结合位点，GTP 不水解，称为不可交换位点（负极）β-微管蛋白有一个GTP 结合位点，GTP 可水解，称为可交换位点（正极）γ-微管蛋白位于中心体外周物质(PCM)，用于诱导微管的成核与组装微管组装过程(右下图)二聚体→原纤丝一个二聚体的β亚基不断加聚到另一个二聚体的α亚基13根原纤丝→片层相邻原纤丝错位1nm ，13根形成一个平行四边形片层→成核片层弯曲缝合成微管→组装、去组装踏车行为当一端组装的速度和另一端解聚的速度相同时，微管的长度保持不变，即踏车行为组装与去组装取决于二聚体的浓度是否高于临界浓度微管结合蛋白/药物stathmin(微管去稳定蛋白)机体中二聚体的浓度远高于临界浓度，需要与其结合妨碍组装二者结合受本身磷酸化调控stathmin 磷酸化失去活性stahmin 去磷酸化恢复活性秋水仙素秋水仙素可与二聚体结合而加载到微管负极端，妨碍微管继续组装紫杉醇与微管结合后阻止微管去组装细胞内微管起源胞体起源于→中心体中心粒中心粒外周物质γ-微管蛋白γ-微管蛋白与二聚体α-微管蛋白结合(负极)，微管沿正极组装纤毛、鞭毛起源于基体微管的功能对网格结构的调节微管结合蛋白(右图)MAP →1,2,3,4tau 蛋白MAP2、tauC 端具有微管结合域(带正电荷)，可与微管表面(带负电荷)结合，稳定微管(右图)对细胞结构的组织作用细胞器在细胞内具有特定的空间分布，线粒体的运输等依赖的是微管的作用表现(解聚微管后)内质网回缩到细胞核周围高尔基体解体成小膜泡细胞分裂停止依赖于微管的物质运输驱动蛋白(左图)第三种分子马达组成马达结构域两个重要功能ATP 结合位点微管结合位点位于N 端→负极向正极移动位于C 端→正极向负极移动杆状区轻链(尾部)货物结合域沿微管运动的分子机制下图①动力蛋白(右下图)独特之处已知马达蛋白中最大、速度最快细胞质动力蛋白与胞内体/溶酶体、高尔基体及其他一些膜泡运输，动粒和有丝分裂纺锤体的定位，染色体分离等密切相关轴丝动力蛋白下页讲述纤毛与鞭毛的摆动(下面简述)纺锤体和染色体运动参与的蛋白细胞质动力蛋白结合着丝粒，驱动着丝粒沿微管移动驱动蛋白13位于着丝粒，作用于微管正极端，促进微管解聚驱动蛋白5作用于交错重叠的微管，介导驱动纺锤体距离的加长下图②图① 图②①驱动蛋白沿微管移动的分子机制：当驱动蛋白沿微管行走时，两个马达结构域中位于前面的那个(L)与ATP 结合， 导致驱动蛋白发生构象变化，该马达结构域(L)与微管紧密结合，并使后面的马达结 构域(T)向前移动(带ADP)，越过L ，至微管正极一侧，与微管的结合位点结合(此时移) 动了16nm)，该马达结构域随即释放ADP ，同时现在位于后面的马达结构水解ATP ， 使驱动蛋白二聚体恢复到原来开始时的状态纤毛与鞭毛的摆动纤毛的结构9+2大多为动纤毛9+0缺乏中央微管，大多为不动纤毛，与感受器有关纤毛的组装(发生)4阶段(右图)高尔基体膜泡包裹成熟的母中心粒的顶端，形成中心粒膜泡(CV)CV 随着新的膜泡融合逐渐变大，成为次级中心粒膜泡(SCV)，与此同时母中心粒延伸并获取成为基体的零件，初生轴丝开始显现母中心粒锚定在细胞质膜的纤毛组装位点，SCV 与质膜融合形成杯状结构在"鞭毛内运输复合物"介导下，原生鞭毛延长鞭毛内运输复合物复合物B 由驱动蛋白2驱动，负责运输组装所需物质到纤毛顶端复合物A 由动力蛋白驱动，把完成使命的蛋白从顶端运往胞体纤毛/鞭毛的运动机制原理二联管间的纤毛动力蛋白的行走产生的动力，由于“微管的固定”，而转化成纤毛的局部弯曲过程右图下中间丝简介围绕细胞核开始组装，并延伸到细胞质膜与膜蛋白相连形成核纤层，与分裂期细胞核膜消失重组有关体外合成无需ATP 、GTP ，无踏车行为并不是所有真核细胞都具有中间丝基因组家族庞大，赋予不同细胞特殊的细胞骨架，被认为是区分细胞类型的身份证组装结构单位四聚体(下图)过程中间丝蛋白分子(二聚体)→四聚体→中间丝(图解⑤)影响组装的因素中间丝蛋白亚基的磷酸化与去磷酸化磷酸化→网络解体去磷酸化→重新组装核纤层核纤层结构(图⑥)作用支持核膜、连接核膜与染色质核纤层的解体与组装分裂前期→核纤层解聚、核膜瓦解（磷酸化）核纤层蛋白A 弥散在细胞核纤层蛋白B 与核膜小泡保持结合分裂末期带有核纤层蛋白B 的核膜小泡重新形成新的核膜。