第九章 细胞骨架_第九章细胞骨架作业
第九章 细胞骨架由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“第九章细胞骨架作业”。
第九章 细胞骨架
细胞骨架：真核细胞中的蛋白质纤维网架体系。具有弥散性、整体性、变动性。广义：细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架和细胞外基质。
狭义：细胞质骨架由微丝、微管、中间丝组成，它们由相应的蛋白亚基组装而成。功能：结构与支持、胞内运输、收缩与运动、空间组织。
第一节 微丝与细胞运动
微丝：肌动蛋白丝或纤维状肌动蛋白，直径7nm存在所有真核细胞中。
一、微丝的组成及其组装
（一）结构与成分
1.微丝的主要结构成分是肌动蛋白。
2.肌动蛋白的2种存在形式：①肌动蛋白单体（球状肌动蛋白，G-actin）：单个肽链折叠而成，蝶状，中央一个裂口，裂口内部有ATP结合位点和镁离子结合位点；②纤维状肌动蛋白。3.肌动蛋白高度保守。6种：4种为α-肌动蛋白，分别为横纹肌、心肌、血管平滑肌、肠道平滑肌，均组成细胞的收缩性结构；2种为ß-肌动蛋白（位于细胞边缘）和γ-肌动蛋白（与张力纤维有关）。
4.微丝直径7nm的扭链，双股螺旋。每条丝由肌动蛋白单体头尾相连呈螺旋状排列，螺距36nm。纤维内部，每个肌动蛋白单体都有4个单体，上下各一个，另外2个位于一侧。肌动蛋白分子上的裂口使得该蛋白本身在结构上不对称，在整根微丝上每一个单体上的裂口都朝向同一端，使微丝具有极性。裂口一端为负极，另一端是正极。
（二）组装及动力学特性
1.只有结合ATP的肌动蛋白单体才能参与微丝的组装。解聚：溶液中含有适当浓度的钙离子，钠离子、钾离子浓度很低时，微丝趋向于解聚成G-actin；组装：溶液中含有ATP、镁离子以及较高浓度的钠钾离子时，溶液中的G-actin组装成F-actin，即新的G-actin加到微丝末端，微丝延伸，通常是正极的组装速度较负极快。溶液中携带ATP的G-actin处于临界浓度时，组装与去组装达到平衡。
2.过程：①成核反应：Arp2和Arp3等蛋白质相互作用，形成起始复合物，至少有2-3个肌动蛋白单体与起始复合物结合，形成一段可供肌动蛋白单体继续组装的寡聚体。②纤维的延长：肌动蛋白单体先与ATP结合，组装到微丝末端的肌动蛋白单体发挥ATP酶活性，将ATP水解为ADP。组装速度大于ATP水解速度时，微丝末端形成肌动蛋白-ATP亚基的帽，微丝结构稳定，持续组装。末端肌动蛋白亚基结合的是ADP时，肌动蛋白单体倾向于解聚。微丝两端结构有差异，新的肌动蛋白亚基通常在正极加入，很少在负极加入。③进入稳定期：组装与去组装达到平衡。3.踏车行为：微丝的正极由于肌动蛋白亚基的不断添加延长，负极由于肌动蛋白亚基去组装缩短。
（三）影响微丝组装的特异性药物
细胞松弛素：与微丝结合将微丝切断，结合在微丝末端阻抑肌动蛋白的聚合，对解聚没有影响，用它处理细胞时，可以破坏微丝的网络结构，阻止细胞的运动。（影响组装）
鬼笔环肽：与微丝表面有强亲和力，不与肌动蛋白单体结合，对解聚有抑制作用，使肌动蛋白丝保持稳定。
二、微丝网络动态结构的调节与细胞运动
（一）非肌肉细胞内微丝的结合蛋白 1.微丝的两种存在形式：
①永久性微丝：微丝结构稳定，如小肠绒毛上皮中重建大于解聚。肌细胞的细丝。②暂时性微丝：G-actin和F-actin处于不断重建和解聚的动态平衡。如胞质分裂环是由微丝和肌球蛋白形成的收缩环。血小板激活及无脊椎动物精子细胞顶体反应过程中的微丝。
2.细胞内微丝网格的组织形式和功能取决于与之结合的微丝结合蛋白。微丝结合蛋白对微丝组装有调节作用。微丝结合蛋白通过影响微丝的组装与去组装，介导微丝与其他细胞结构之间的相互作用，使微丝保持相对稳定状态；另一些如纤维-切割蛋白与微丝的作用通过使微丝网络解聚调节微丝网络的状态。
3.微丝结合蛋白的类型：成核蛋白（在微丝开始组装时形成起始复合物）、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。
（二）细胞皮层 细胞皮层：细胞内大部分微丝都集中在紧贴细胞质膜的细胞质区域，并由微丝结合蛋白交联成凝胶状三维网络结构。皮层内微丝与细胞质膜上的蛋白连接，使膜的流动性受到限制。皮层内的微丝网络可以为细胞质膜提供强度和韧性、有助于维持细胞的形状。细胞内的多种运动：胞质环流、阿米巴运动、变皱膜运动、吞噬、膜蛋白的定位都与肌肉蛋白的溶胶态或凝胶态转化有关。
（三）应力纤维：紧贴黏着斑的细胞质膜内侧的微丝紧密排列成束。成分：微丝、肌球蛋白Ⅱ、原肌球蛋白、细丝蛋白、α-辅肌动蛋白。
（四）细胞伪足的形成与迁移运动
1.细胞在基质或相邻细胞表面的迁移过程：①细胞表面在运动方向的前端伸出突起；②伸出的突起与基质之间形成新的锚定位点（如黏着斑），使突起附着在基质表面；③细胞异附着点为支点向前移动；④位于细胞后面的附着点与基质脱离，细胞的尾部前移。2.（了解）非肌细胞迁移过程中细胞前缘肌动蛋白的聚合和伪足的形成：①细胞受到外来信号刺激；②细胞质膜附近的WASP蛋白将Arp2/3复合物激活；③Arp2/3复合物成为微丝组装的成核位点，启动组装。④抑制蛋白促进正极端聚合，使微丝向细胞质膜一侧延伸。延伸到一定程度，Arp2/3复合物结合到微丝侧面；⑤在此启动新的微丝组装，形成分支。⑥在微丝侧支以分支点为负极，游离的肌动蛋白不断在正极加入使侧支向细胞质膜延伸，在侧支上面再形成新的分支，继续延伸。持续延伸的肌动蛋白网络推动细胞质膜向信号源延伸，形成伪足。
（五）微绒毛
微丝束无收缩功能，止于端网结构，对微绒毛的形态起支撑作用。微丝结合蛋白如微绒毛蛋白、毛缘蛋白、胞影蛋白等在微丝束的形成、维持及其与微绒毛细胞质膜连接中起重要作用。
（六）胞质分裂环 胞质分裂环：有丝分裂末期在两个即将分裂的子细胞之间产生一个对细胞质起收缩作用的环。位于赤道质膜内侧。收缩环由大量平行排列、极性方向不同的微丝组成，动力来源于肌球蛋白在极性相反的微丝之间的滑动。
三、肌球蛋白：依赖于微丝的分子马达 分子马达：主要是指依赖于微管的驱动蛋白、动力蛋白和依赖于微丝的肌球蛋白这三类蛋白质超家族的成员。肌球蛋白的马达结构域包含微丝结合位点和ATP酶活性的ATP结合位点。
四、肌细胞的收缩运动（理解）
（一）肌纤维的结构
1.骨骼肌细胞又称肌纤维，肌纤维是由肌原纤维丝组成的集束。每根肌原纤维丝由肌节（收缩单元）呈线性重复排列而成。肌纤维包括：粗肌丝（成分肌球蛋白）、细肌丝（主要是肌动蛋白，次要的是原肌球蛋白、肌钙蛋白）。2.原肌球蛋白（Tm）：2条肽链，α螺旋。位于肌动蛋白组成的细丝的螺旋沟内，一个Tm的长度相当于7个肌动蛋白单体，调节肌动蛋白与肌球蛋白的头部。3.肌钙蛋白（Tn）：三个亚基：肌钙蛋白-C（Tn-C,与钙离子结合）；~~—T（Tn-T，与原肌球蛋白高度亲和）；~~—I（Tn-I，抑制肌球蛋白马达结构域的ATPase的活性）。
（二）肌肉收缩滑动模型：由肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动所致。
过程：①动作电位的产生；②钙离子的释放；③原肌球蛋白位移；④肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动；⑤钙离子的回收。（神经冲动传至肌质网导致肌质网释放钙离子，钙离子与肌动蛋白结合，引起构象改变，消除了肌动蛋白与肌球蛋白的障碍，消耗ATP，肌动蛋白丝与肌球蛋白丝相对滑动要的组织作用。
永久性~~：纤毛或鞭毛内的轴丝微管、神经元突起内部的维管束结构。
一、微管的结构组成与极性
1.组成：微管由微管蛋白亚基组成。微管蛋白亚基是2个球状蛋白结合成的异二聚体（αß-微管蛋白二聚体，游离微管蛋白的主要存在形式，组装的基本单位），微管蛋白分为： ①α-微管蛋白，含450个氨基酸残基；有一个GTP结合位点，结合在改位点的GTP不会被水解，成为不可交换位点（N位点）。
②ß-微管蛋白，含455个氨基酸残基，有一个GTP结合位点，参与组装时被水解为GDP；去组装时，GDP可以被细胞质基质中GTP替换，参与组装。可交换位点（E位点）。
两种蛋白均含酸性C末端，使微管表面带有负电荷。微管蛋白上含有秋水仙素、长春花碱位点。管壁由13根αß-微管蛋白二聚体纵向排列成的原纤丝构成。2.微管的类型：①单管：如细胞质、纺锤体微管；②二联体微管：纤毛或鞭毛内的轴丝微管； ③三联体微管：中心体、基体的微管。
二、微管的组装和去组装
1.组装：①成核：微管蛋白二聚体纵向聚合形成短的丝状结构；
②延伸：在两端以及侧面增加二聚体扩展成片状，当聚合物加宽到大致13根原纤丝时，合拢为一段微管，新的微管蛋白二聚体不断的组装到这段微管的两端，使之延长。通常持有α-微管蛋白的负极端组装慢，ß-~~的正极组装快。
2.组装和去组装现象：Ⅰ组装同底物携带GTP的αß-微管蛋白二聚体的浓度有关。底物浓度较高时，末端组装的速度快，微管延长。二聚体组装到微管末端后，结合在ß-微管蛋白上的GTP被水解为GDP，结合GDP的微管蛋白与末端的亲和性小，易从末端掉下来使微管解聚。Ⅱ 底物浓度高，组装速度大于末端GTP的水解速度，在末端形成GTP的帽子，使微管稳定的延伸。反之，随着组装底物浓度下降，末端的聚合速度下降，组装的速度小于ß-~~~上GTP的水解速度，末端暴露出结合GDP的微管蛋白，导致结构不稳定，表现出动力学不稳定性。3.踏车行为：同一根微管上发现正极端因组装延长，负极端因去组装缩短，一端组装的速度和另一端解聚的速度相同时，微管的长度保持稳定。4.微管蛋白本身对其合成有调节作用，微管蛋白亚基浓度过高，将会与合成微管蛋白的核糖体结合，微管蛋mRNA降解。这种负反馈保证了细胞内始终有一定量的微管蛋白亚基供微管组装使用。
5.分布状态变化：有丝分裂前期。细胞质内微管网络解聚，纺锤体微管组装；末期，发生逆转。微管组装起始于：植物细胞两极特定区域、中心体、基体。
6.药物：秋水仙素：破坏微管或纺锤体结构，抑制组装，导致微管系统解体。
紫杉醇：阻止去组装，增强稳定性。
环境温度高于20℃组装，温度较低，去组装。
三、微观组织中心
1.概念：在活细胞内，能够起始微管的成核作用，并使之延伸的细胞结构。包括：中心体、鞭毛和纤毛基部的机体、植物细胞两极特定的区域。
（一）中心体
1.用低温或秋水仙素、诺可脞处理体外培养的动物细胞，导致微管结构的解体。动物细胞的间期微管通常都是从中心体开始生长。2.中心粒是直径0.2μm，长0.4μm的桶状结构，每个中心粒含有9组等间距的三联体微管。每组三联体微管中，只有一根微管结构完整，含有13根原纤丝，称为微管A，另外不完整的为微管B、C。微管在中心粒外周物质区域成核。3.在细胞内不是所有的微管都与中心体相连。
4.γ-微管蛋白，含量极微，定位于细胞中心体的无定形致密周质中，形成直径24nm的环状结构，该环状结构在体外可以诱导微管的成核与组装。5.微管在中心体部位的成核模型：13个γ-微管蛋白在中心体的无定形致密周质中呈螺旋状排列形成一个开放的环状结构。微管组装时，游离的αß-微管蛋白二聚体有序的加到γ-微管蛋白构成的环上，而且γ-微管蛋白只与二聚体中的α-微管蛋白结合。
（二）基体和其他微管组织中心
鞭毛和纤毛内部的微管起源于其基体。基体在结构上与中心粒基本一致，他们是同源结构，某些时候可以互相转变。
四、微管的动力学性质
1.微管的稳定性与微管所在细胞的生理状态以及所结合的细胞结构组分相关。研究采用体外培养的细胞。
2.当细胞由间期进入分裂期时，细胞质微管几乎全部解聚，新的微管从细胞两极的中心体部位长出，形成星体微管和纺锤体微管。细胞有丝分裂过程中染色体的行为有赖于微管的动态组装和去组装。
3.微管表现的动力学不稳定性发生在正极或中心体的远端。当微管的游离端与某些细胞结构结合后整根微管会变得相对稳定。
五、微管结合蛋白对微管网络结构的调节
1.微管结合蛋白（MAPs）：进行多次组装/去组装的循环，仍然有一些其他的蛋白被保留在实验体系中，并始终伴随着微管的组装和去组装而存在，这类蛋白叫~~~ 2.根据MAPs在电泳时所显示的条带的不同，依次命名为MAP1、MAP2、MAP3、MAP4、tau蛋白。微管结合蛋白是单基因编码，具有一个或数个与微管结合的结构域，具有稳定微管的作用。其余的结构域突出于微管表面与相邻的微管作用，对微管网络的分布和功能进行调节。MAP2和tau具有热稳定性。MAP2存在与神经元的胞体和树突内，tau存在于轴突内部。在MAP2和tau蛋白的C端具有3-4个由18个氨基酸残基构成的微管结合结构域，当其与微管结合后，期N端突出于微管表面，并在相邻的微管之间形成横桥。他们的不同之处：N端，MAP2有1820个氨基酸残基，tau只有380，他们的N端决定了树突和轴突内维管束相邻微管间的距离。
3.MAP的功能：①促进微管聚集成束；②增加微管稳定性或强度；③促进微管组装。
六、微管对细胞结构的组织作用
微管与细胞器的分布、细胞的形态发生与维持有关。
七、细胞内依赖于微管的物质运输
细胞内依赖于微管的膜泡运输是需要能量的定向运输。
分子马达：是指细胞内能利用ATP提供能量产生推动力，进行细胞内物质运输或细胞运动的蛋白质分子。
（一）驱动蛋白及其功能
驱动蛋白分子通常由2条重链（KHC）和2条轻链（KLC）组成。
（二）驱动蛋白沿微管运动的分子机制
（三）胞质动力蛋白及其功能
八、纤毛和鞭毛的结构与功能
是真核细胞表面具有运动功能的特化结构。1.鞭毛：长，数量多，波浪式摆动。
纤毛：短而少，无规则运动。纤毛轴丝的外周是9组二联体微管，中间是2根中央鞘包围的单体微管。“9+2”排列。基体：“9+0”排列。
2.运动机制P296：滑动学说。纤毛和鞭毛的运动是由轴丝动力蛋白所介导的相邻二联体微管之间的相互滑动所致。
九、纺锤体和染色体运动
细胞从间期进入有丝分裂期，间期细胞微管网络解聚为游离的αß-微管蛋白二聚体，再重新组装形成纺锤体，介导染色体的运动；分裂末期，纺锤体微管解聚，又重新组装成胞质微管网络。
纺锤体微管分为：①动粒微管：连接染色体动粒与两极；②极微管：从两极发出，在纺锤体中部赤道区相互交错重叠；③星体微管：中心体周围呈辐射分布的微管。有丝分裂过程中染色体的运动有赖于纺锤体微管的组装和去组装。过程中，动粒微管和动粒之间的滑动主要是依靠结合在动粒部位的驱动蛋白和动力蛋白沿微管的运动来完成的。
第三节 中间丝
中间丝：中间纤维，粗细介于肌细胞的粗肌丝和细肌丝之间，在绝大多数的动物细胞中。细胞质中间丝通常围绕细胞核开始连接，中间丝将相邻的细胞连成一体。结构比微管和微丝稳定。中间丝蛋白不是所有真核细胞都必需的结构组分。
一、中间丝的主要类型和组成成分
6种类型：Ⅰ型（酸性）和Ⅱ型（中性和碱性）角蛋白在上皮细胞内以异缘二聚体的形式参与中间丝的组装。
Ⅲ型中间丝，如波形蛋白、结蛋白、胶质纤维酸性蛋白与外周蛋白，在各自的细胞内形成同源二聚体。波形蛋白存在于中胚层的细胞以及体外细胞。
在神经系统发育中，Ⅳ中间丝包括3种神经丝蛋白亚基（NF-L,NF-M,NF-H）和α-介连蛋白。Ⅴ型：细胞核内核纤层蛋白A和其剪切体核纤层蛋白C与核纤层蛋白B1和B2。Ⅵ型：巢蛋白、微管卷曲蛋白、desmulin 在细胞质中间丝蛋白分子的中部有一段约310个氨基酸残基组成的高度保守的α螺旋杆状区，是中间丝的重要结构特征。
中间丝的核心部分：由中间丝蛋白的杆状区构成。
二、中间丝的组装与表达
1.Α螺旋——二聚体——四聚体——原纤维——中间纤维
组装过程不需要ATP或GTP提供能量。①两个单体的杆状区以平行排列的方式形成双股螺旋的二聚体；②两个二聚体一反向平行和半分子交错的形式组装成四聚体（可能是细胞质中组装的最小结构单位）；③四聚体之间在纵向(首尾)和侧向相互作用，形成横截面由32个中间丝蛋白分子组成，长度不等的中间丝。
2.。中间丝的组装和去组装与中间丝蛋白亚基的磷酸化和去磷酸化有关。3.在细胞分化中，细胞内中间丝的类型随着细胞的分化过程发生变化。
三、中间丝与其他细胞结构的联系
细胞分裂过程中核纤层的解体和重新组装与核纤层蛋白的磷酸化水平有关。中间丝功能：为细胞提供机械强度支持；参与细胞连接维持细胞核膜稳定。
第九章细胞骨架用电子显微镜观察经非离子去垢网架结构通常称为细胞骨架（cytoskeleton）。细胞骨架包括微丝（microfilament，MF）、微管（microtube，MT）和中间丝（intermediate filament，IF）3......
第九章 细胞骨架学习纲要：1.细胞骨架涵义。2.微丝：成分，装配，结合蛋白，功能。 3.微管：成分，装配，发生，功能。 4.了解：中间纤维。5.核基质：概念，成分，功能。 6.了解：染色体支架，核纤层。 7.......
2012年 翟中和版《细胞生物学》考研参考笔记————安雨（整理）第九章细胞骨架(Cytoskeleton)主要内容：第一节细胞质骨架第二节细胞核骨架第一节细胞质骨架一、细胞骨架：是指真......
第九章 细胞骨架一、名词解释1、肌动蛋白2、中心粒/中心体3、细胞骨架4、动力蛋白5、驱动蛋白6、微管组织中心7、踏车行为二、判断题1、与微丝不同，中间纤维蛋白合成后，基本上......
第九章 细胞骨架——测试题（满分：40）一、选择题（共20分，每题1分）1、细胞骨架的装配中没有极性的是（）A.微丝C.中间丝B.微管D.以上全是2、对微丝结构有稳定作用的特异性药物是（）A.秋水仙......
