微管和中間纖維。

1、第九章 細(xì)胞骨架(Cytoskeleton),,第一節(jié) 細(xì)胞骨架的概述,◆細(xì)胞骨架概念 細(xì)胞骨架是指存在于真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中的蛋白纖維網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系◆有狹義和廣義兩種涵義 ?在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中包括微絲、微管和中間纖維。?在細(xì)胞核中存在核骨架-核纖層體系。核骨架、核纖層與中間纖維在結(jié)構(gòu)上相互連接,貫穿于 細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)的網(wǎng)架體系。,細(xì)胞骨架,,狹義:,廣義,,,細(xì)胞質(zhì)骨架,微 絲微 管中間纖維,細(xì)胞核骨

2、架細(xì)胞質(zhì)骨架細(xì)胞膜骨架細(xì)胞外基質(zhì),,微絲：確定細(xì)胞表面的特征，并使細(xì)胞完成運動和收縮；微管:確定膜性細(xì)胞器的位置和作為膜內(nèi)物質(zhì)運輸?shù)摹案咚俟贰本W(wǎng)絡(luò)；中間纖維：賦予細(xì)胞張力和抗剪切力,◆細(xì)胞骨架主要功能的概述,?作為動態(tài)的支架，提供結(jié)構(gòu)支撐以決定細(xì)胞形狀和抵抗細(xì)胞變形。?作為在細(xì)胞內(nèi)定位各種細(xì)胞器的內(nèi)部框架。?作為高速公路網(wǎng)指導(dǎo)物質(zhì)與細(xì)胞器在細(xì)胞內(nèi)的運動。?作為產(chǎn)生力的裝置，將細(xì)胞從一個地方移至到另一個地方,細(xì)胞的運動功

3、能的實現(xiàn)都與細(xì)胞骨架有關(guān)。?作為錨定mRNA并促進其翻譯成多肽的位點。?作為細(xì)胞分裂的必要組分,細(xì)胞骨架成分組成的細(xì)胞器負(fù)責(zé)牽引染色體的分離，并將親代細(xì)胞分成兩個子代細(xì)胞 。,二、細(xì)胞骨架的遺傳學(xué)方法研究采用突變的方式來研究細(xì)胞骨架蛋白的功能。（一）過量表達顯性失活突變蛋白顯性失活的基因轉(zhuǎn)染→篩選陽性克隆→使突變蛋白過量表達→突變蛋白與正常蛋白（表達量低）競爭→細(xì)胞表現(xiàn)出突變蛋白的表型→確定目的蛋白的功能例：顯性失活的驅(qū)動蛋

4、白Ⅱ（kinesin Ⅱ）即使在激素刺激下，也是非洲爪蟾不能分泌色素顆粒，說明驅(qū)動蛋白Ⅱ負(fù)責(zé)色素顆粒的運輸和分泌。,（二）實驗動物的基因敲除基因敲除技術(shù)：使動物缺乏特定的基因，研究特定基因敲除后的效應(yīng)。有些基因敲除后小鼠可能出現(xiàn)高度特異性的缺陷，說明敲除的基因在缺陷涉及的活動中具有重要的作用。例：敲除細(xì)胞質(zhì)中動力蛋白(dynein)的小鼠在出生后8天死亡，研究其胚胎細(xì)胞發(fā)現(xiàn)高爾基體發(fā)生斷裂，分散在細(xì)胞質(zhì)中，說明動力蛋白是高爾基體在細(xì)

5、胞內(nèi)正確定位的必需分子。,第二節(jié) 微絲,又稱肌動蛋白纖維(actin filament), 是指真核細(xì)胞中由肌動蛋白(actin)組成、直徑為7nm的骨架纖維,成 分,●肌動蛋白(actin) 是微絲的主要結(jié)構(gòu)成分,外觀呈啞鈴狀, 這種actin又叫G-actin，將G-actin形成的微絲又稱為F-actin。存在于所有真核細(xì)胞中,在真核細(xì)胞進化過程中高度保守。在細(xì)胞內(nèi)與幾乎所有形式的運動相關(guān)。,一、微絲(mic

6、rofilament, MF),又稱肌動蛋白纖維(actin filament), 是指真核細(xì)胞中由肌動蛋白(actin)組成、直徑為7nm的骨架纖維。●成分●裝配●微絲結(jié)合蛋白●微絲特異性藥物●微絲功能●肌肉收縮(muscle contraction),一、微絲的分子結(jié)構(gòu),成分：肌動蛋白(actin) 是微絲的主要結(jié)構(gòu)成分,外觀呈啞鈴狀, 這種actin又叫球形肌動蛋白（G-actin），將G-actin

7、形成的多聚體稱為纖維形肌動蛋白（F-actin）。存在于所有真核細(xì)胞中,在真核細(xì)胞進化過程中高度保守.,裝 配,◆ATP-肌動蛋白對微絲纖維末端親和力高，ADP-肌動蛋白對纖維末端親和力低，容易脫落◆ MF是由G-actin單體形成的多聚體，肌動蛋白單體具有極性, 裝配時呈頭尾相接, 故微絲具有極性，既正極與負(fù)極之別。◆ 體外實驗表明，MF正極與負(fù)極都能生長，生長快的一端為正極，慢的一端為負(fù)極；去裝配時，負(fù)極比正極快。由于G-a

8、ctin在正極端裝配，負(fù)極去裝配，從而表現(xiàn)為踏車行為。,◆ 兩條F-肌動蛋白鏈螺旋盤繞形成微絲（或1條形成的螺旋鏈） ◆ 微絲有些是永久性的結(jié)構(gòu)（如肌原纖維、微絨毛等）,有些是暫時性的結(jié)構(gòu)，處于動態(tài)的裝配和解聚過程中。 ◆體內(nèi)肌動蛋白的裝配在兩水平受到結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié):1、ATP-肌動蛋白單體的濃度；2、微絲連接成束或成網(wǎng)的程度。,,微絲特異性藥物,◆細(xì)胞松弛素(cytochalasins)：可以切斷微絲,并結(jié)合在微絲

9、正極阻抑肌動蛋白聚合,因而導(dǎo)致微絲解聚。◆鬼筆環(huán)肽(philloidin)：與微絲側(cè)面結(jié)合,防止MF解聚。只與F肌動蛋白結(jié)合，不與G肌動蛋白結(jié)合。使微絲纖維穩(wěn)定而抑制其功能◆影響微絲裝配動態(tài)性的藥物對細(xì)胞都有毒害，說明微絲功能的發(fā)揮依賴于微絲與肌動蛋白單體庫間的動態(tài)平衡。這種動態(tài)平衡受actin單體濃度和微絲結(jié)合蛋白的影響。,二、微絲結(jié)合蛋白,微絲系統(tǒng)=肌動蛋白纖維+微絲結(jié)合蛋白。 肌動蛋白纖維的組織和行為需要與微絲結(jié)合的

10、其他蛋白的相互作用，這些蛋白可協(xié)助完成肌動蛋白纖維的裝配和解聚，影響肌動蛋白纖維的相互作用、物理性質(zhì)以及與其他細(xì)胞器的連接功能等。 整個骨架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能在很大程度上受到不同的細(xì)胞骨架結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié)。,,（一）成核蛋白成核現(xiàn)象是纖維裝配的第一步，也是最慢的一步。首先2-3個肌動蛋白單體裝配成多聚體核心，然后其他單體陸續(xù)添加到核心上，形成肌動蛋白纖維。肌動蛋白相關(guān)蛋白復(fù)合體分子由Arp2、Arp3和5種其他蛋白構(gòu)成，與肌動蛋

11、白在結(jié)構(gòu)上具有同源性。該類分子在體內(nèi)外都可以促進肌動蛋白的成核。,(二）單體隱蔽蛋白細(xì)胞中約有50%的肌動蛋白為可溶性肌動蛋白，大大高于肌動蛋白組裝所需的臨界濃度。但是這些蛋白與其它蛋白結(jié)合，構(gòu)成一個隱蔽的蛋白庫。只有當(dāng)細(xì)胞需要組裝纖維的時候這些可溶性肌動蛋白才被釋放出來。如：thymosin與actin結(jié)合可阻止其向纖維添加，抑制其水解或交換結(jié)合的核苷酸。胸腺肽與肌動蛋白結(jié)合可阻止其向纖維上裝配，與G肌動蛋白結(jié)合并維持其單體穩(wěn)定，蛋

12、白濃度或活性變化可以調(diào)整單體-聚合物間的平衡，決定裝配或解聚。,（三）封端蛋白作用是調(diào)節(jié)肌動蛋白纖維的長度，結(jié)合在（+）或（-）極形成“帽子”，阻止其它單體添加。如骨骼肌細(xì)肌絲的（-）端被tropomodulin封閉，（+）端被CapZ封閉。,（四）單體聚合蛋白G-肌動蛋白結(jié)合蛋白結(jié)合在機動蛋白ATP結(jié)合位點的另一側(cè)，能與胸腺肽競爭結(jié)合肌動蛋白，G-肌動蛋白結(jié)合蛋白可將所結(jié)合的單體組裝到微絲纖維的（+）端。細(xì)胞運動時，G-肌動蛋白結(jié)

13、合蛋白可促進肌動蛋白的裝配。,（五）微絲解聚蛋白如cofilin可結(jié)合在纖維的（-）極，使微絲去組裝。這種蛋白在微管快速組裝和去組裝的結(jié)構(gòu)中具有重要的作用，涉及細(xì)胞的移動、內(nèi)吞和胞質(zhì)分裂 （六）交聯(lián)蛋白每一種蛋白含有2至多個微絲結(jié)合部位，因此可以將2至多條纖維聯(lián)系在一起形成纖維束或網(wǎng)絡(luò)。分為成束蛋白和成膠蛋白兩類，成束蛋白如：絲束蛋白（fimbrin）、絨毛蛋白（villin）和α-輔肌動蛋白（α-actinin），可以將肌動蛋白

14、纖絲交聯(lián)成平行排列成束的結(jié)構(gòu)。成膠蛋白，如細(xì)絲蛋白（filamin）促使形成肌動蛋白微絲網(wǎng),（七）纖維切割蛋白此類蛋白能結(jié)合在微絲中部，將微絲切斷。如溶膠蛋白（gelsolin）。（八）膜結(jié)合蛋白非肌肉細(xì)胞的收縮部位主要位于質(zhì)膜下面，膜結(jié)合蛋白包括黏著斑蛋白，ERM家族等。黏著斑蛋白可將肌動蛋白纖維連接到膜上，參與構(gòu)成黏著帶。,三、肌肉收縮系統(tǒng),肌肉,肌原纖維,粗肌絲,細(xì)肌絲,肌球蛋白,肌動蛋白,原肌球蛋白,肌鈣蛋白,,,,,肌肉

15、收縮系統(tǒng)中的有關(guān)蛋白,①肌球蛋白(myosin) 頭部具ATP酶活力,沿微絲從負(fù)極到正極進行運動。主要分布于肌細(xì)胞，有兩個球形頭部結(jié)構(gòu)域(具有ATPase活性)和尾部鏈,多個Myosin尾部相互纏繞，形成myosin filament,即粗肌絲。Myosin II是構(gòu)成肌纖維的主要成分之一。由兩個重鏈和4個輕鏈組成，重鏈形成一個雙股α螺旋，一半呈桿狀，另一半與輕鏈一起折疊成兩個球形區(qū)域，位于分子一端，球形的頭部具有ATP酶活性(圖9-

16、9)。Myosin V結(jié)構(gòu)類是于myosin II，但重鏈有球形尾部。Myosin I 由一個重鏈和兩個輕鏈組成。Myosin I、II、V都存在于非肌細(xì)胞中，II型參與形成應(yīng)力纖維和胞質(zhì)收縮環(huán)，I、V型結(jié)合在膜上與膜泡運輸有關(guān)，神經(jīng)細(xì)胞富含myosin V 。,,,②原肌球蛋白(tropomyosin, Tm)原肌球蛋白（tropomyosin.Tm）分子量64KD，是由兩條平行的多肽鏈扭成螺旋，每個Tm的長度相當(dāng)于7個肌動蛋

17、白，呈長桿狀。原肌球蛋白與肌動蛋白結(jié)合，位于肌動蛋白雙螺旋的溝中，主要作用是加強和穩(wěn)定肌動蛋白絲，抑制肌動蛋白與肌球蛋白結(jié)合,,,③肌鈣蛋白 (Troponin, Tn)為復(fù)合物，分子量80KD，包括三個亞基：TnC(Ca2+敏感性蛋白) 能特異與Ca2+結(jié)合; TnT(與原肌球蛋白結(jié)合); TnI(抑制肌球蛋白ATPase活性)，細(xì)肌絲中每隔40nm就有一個肌鈣蛋白復(fù)合體,四、肌肉收縮,肌細(xì)胞上的動作電位引起肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+電位門通道開

18、啟，肌漿中Ca2+濃度升高，肌鈣蛋白與Ca2+結(jié)合，引發(fā)原肌球蛋白構(gòu)象改變，暴露出肌動蛋白與肌球蛋白的結(jié)合位點。肌動蛋白通過結(jié)合與水解ATP、不斷發(fā)生周期性的構(gòu)象改變、引起粗肌絲和細(xì)肌絲的相對滑動。,肌動蛋白的工作原理可概括如下：①肌球蛋白結(jié)合ATP，引起頭部與肌動蛋白纖維分離；②ATP水解，引起頭部與肌動蛋白弱結(jié)合；③Pi釋放，頭部與肌動蛋白強結(jié)合，頭部向M線方向彎曲（微絲的負(fù)極），引起細(xì)肌絲向M線移動；④ADP釋放ATP結(jié)合

19、上去，頭部與肌動蛋白纖維分離。如此循環(huán),四、微絲的功能,1．形成應(yīng)力纖維（stress fiber）：非肌細(xì)胞中的應(yīng)力纖維與肌原纖維有很多類似之處：都包含myosin II、原肌球蛋白、filamin和α-actinin。培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞中具有豐富的應(yīng)力纖維，并通過粘著斑固定在基質(zhì)上。在體內(nèi)應(yīng)力纖維使細(xì)胞具有抗剪切力,培養(yǎng)的上皮細(xì)胞中的應(yīng)力纖維（微絲紅色、微管綠色 ),,應(yīng)力纖維結(jié)構(gòu)模型,2．形成微絨毛 ;3．細(xì)胞的變形運動：分為四

20、步：①：微絲纖維生長，使細(xì)胞表面突出，形成片足(lamellipodium)；②在片足與基質(zhì)接觸的位置形成粘著斑；③在myosin的作用下微絲纖維滑動，使細(xì)胞主體前移；④解除細(xì)胞后方的粘和點。如此不斷循環(huán)，細(xì)胞向前移動。阿米巴原蟲、白細(xì)胞、成纖維細(xì)胞都能以這種方式運動。,,細(xì)胞的變形運動,4．胞質(zhì)分裂：有絲分裂末期，兩個即將分離的子細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生收縮環(huán)，收縮環(huán)由平行排列的微絲和myosin II組成。隨著收縮環(huán)的收縮，兩個子細(xì)胞的胞

21、質(zhì)分離，在細(xì)胞松馳素存在的情況下，不能形成胞質(zhì)分裂環(huán)，因此形成雙核細(xì)胞。,5．頂體反應(yīng)：在精卵結(jié)合時，微絲使頂體突出穿入卵子的膠質(zhì)里，融合后受精卵細(xì)胞表面積增大，形成微絨毛，微絲參與形成微絨毛，有利于吸收營養(yǎng)。,6．其他功能：如細(xì)胞器運動、質(zhì)膜的流動性、胞質(zhì)環(huán)流均與微絲的活動有關(guān)，抑制微絲的藥物（細(xì)胞松弛素）可增強膜的流動、破壞胞質(zhì)環(huán)流。,第三節(jié) 微 管（Microtubules）,微管在胞質(zhì)中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，作為運輸路軌并起支撐作用。

22、微管是由微管蛋白組成的管狀結(jié)構(gòu)，對低溫、高壓和秋水仙素敏感。,一、微管的分子結(jié)構(gòu)微管是由13條原纖維（protofilament）構(gòu)成的中空管狀結(jié)構(gòu)，直徑22~25nm。每一條原纖維由微管蛋白二聚體線性排列而成。微管蛋白二聚體由結(jié)構(gòu)相似的α和β球蛋白構(gòu)成，兩種亞基均可結(jié)合GTP，α球蛋白結(jié)合的GTP從不發(fā)生水解或交換，是α球蛋白的固有組成部分，β球蛋白結(jié)合的GTP可發(fā)生水解，結(jié)合的GDP可交換為GTP，可見β亞基也是一種 G蛋白,,微

23、管纖維,,微管蛋白分子模型,微管具有極性，（+）極(plus end)生長速度快，（-）極(minus end)生長速度慢，也就是說微管蛋白在（+）極的添加速度高于-極。（+）極的最外端是β球蛋白，（-）極的最外端是α球蛋白。微管和微絲一樣具有踏車行為。,微管形成的有些結(jié)構(gòu)是比較穩(wěn)定的，是由于微管結(jié)合蛋白的作用和酶修飾的原因。如神經(jīng)細(xì)胞軸突、纖毛和鞭毛中的微管纖維。大多數(shù)微管纖維處于動態(tài)的組裝和去組裝狀態(tài)，這是實現(xiàn)其功能所必需的過程（如

24、紡錘體）。秋水仙素(colchicine)結(jié)合的微管蛋白可加合到微管上，但阻止其他微管蛋白單體繼續(xù)添加，從而破壞紡錘體結(jié)構(gòu)，長春花堿具有類似的功能。紫杉酚(taxol)，能促進微管的裝配, 并使已形成的微管穩(wěn)定。但這種穩(wěn)定性會破壞微管的正常功能。以上藥物均可以阻止細(xì)胞分裂，可用于癌癥的治療。,二、微管結(jié)合蛋白微管結(jié)合蛋白（microtubule associated proteins MAPs）分子至少包含一個結(jié)合微管的結(jié)構(gòu)域和一個向

25、外突出的結(jié)構(gòu)域。突出部位伸到微管外與其它細(xì)胞組分（如微管束、中間纖維、質(zhì)膜）結(jié)合（圖9-17）。MAP的主要功能是：①促進微管聚集成束；②增加微管穩(wěn)定性或強度；③促進微管組裝。包括I 型和II型兩大類， I 型對熱敏感，如MAP1a、 MAP1b，主要存在于神經(jīng)細(xì)胞 。II型熱穩(wěn)定性高，包括 MAP2a、b、c，MAP4和tau蛋白。其中 MAP2只存在于神經(jīng)細(xì)胞,，MAP2a的含量減少影響樹突的生長。,,MAP2,三、微管組織中心

26、微管組織中心（microtubule organizing center MTOCs）是微管進行組裝的區(qū)域，著絲粒、成膜體、中心體、基體均具有微管組織中心的功能。所有微管組織中心都具有γ微管球蛋白，這種球蛋白的含量很低，可聚合成環(huán)狀復(fù)合體，像模板一樣參與微管蛋白的核化，幫助α和β球蛋白聚合為微管纖維。中心體（centrosome）位于細(xì)胞的中心部位。由兩個相互垂直的中心粒（centriole）構(gòu)成，周圍是一些無定形或纖維形、高電子密度

27、的物質(zhì)，叫做外中心粒物質(zhì)（PCM，pericentriolar material）。中心粒直徑0.2mm，長0.4mm，由9組3聯(lián)微管構(gòu)成，不直接參與微管蛋白的核化，具有召集PCM的作用。,中心體結(jié)構(gòu)模型,中心粒電鏡照片,微管蛋白以環(huán)狀的γ球蛋白復(fù)合體為模板核化、先組裝出（-）極，然后開始生長，因此中心體周圍的微管（-）極指向中心體，（+）級遠(yuǎn)離中心體。1972年R. Weisenberg證明提純的微管，在微酸性環(huán)境（PH=6.9），

28、適宜的溫度下，存在GTP、Mg2+和去除Ca2+的條件下能自發(fā)的組裝成微管。但這種微管只有11條原纖維，可能是因為沒有γ微管球蛋白構(gòu)成的模板。微管β球蛋白結(jié)合的GTP水解并不是微管組裝所必需的步驟，但是結(jié)合GTP的微管蛋白二聚體能加合到微管纖維上，在快速生長的纖維兩端微管球蛋白結(jié)合的GTP來不及水解，形成的“帽子”，使微管纖維較為穩(wěn)定。一旦暴露出結(jié)合GDP的亞單位微管，則開始去組裝。,四、微管的功能 1、支架作用細(xì)胞中的微管就像混

29、凝土中的鋼筋一樣，起支撐作用，在培養(yǎng)的細(xì)胞中，微管呈放射狀排列在核外，（+）端指向質(zhì)膜（圖9-20），形成平貼在培養(yǎng)皿上的形狀。在神經(jīng)細(xì)胞的軸突和樹突中，微管束沿長軸排列，起支撐作用，在胚胎發(fā)育階段為管幫助軸突生長，突入周圍組織，在成熟的軸突中，微管是物質(zhì)運輸?shù)穆奋墶?以細(xì)胞核為中心向外放射狀排列的微管纖維（紅色）,2、細(xì)胞內(nèi)運輸微管起細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運輸?shù)穆奋壸饔?，破壞微管會抑制?xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運輸。與微管結(jié)合而起運輸作用的馬達蛋白有兩大類

30、：驅(qū)動蛋白kinesin，動力蛋白dynein，兩者均需ATP提供能量。,Kinesin發(fā)現(xiàn)于1985年，是由兩條輕鏈和兩條重鏈構(gòu)成的四聚體，外觀具有兩個球形的頭（具有ATP酶活性）、一個螺旋狀的桿和兩個扇子狀的尾。通過結(jié)合和水解ATP，導(dǎo)致頸部發(fā)生構(gòu)象改變，使兩個頭部交替與微管結(jié)合，從而沿微管“行走”，將“尾部”結(jié)合的“貨物”（運輸泡或細(xì)胞器）轉(zhuǎn)運到其它地方。據(jù)估計哺乳動物中類似于kinesin的蛋白（KLP, kinesin-lik

31、e protein or KRB, kinesin-related protein）超過50余種，大多數(shù)KLP能向著微管（+）極運輸小泡，也有些如Ncd蛋白（一種著絲點相關(guān)的蛋白）趨向微管的（-）極。,Kinesin,Dynein發(fā)現(xiàn)于1963年，因與鞭毛和纖毛的運動有關(guān)而得名。dynein分子量巨大（接近1.5Md），由兩條相同的重鏈和一些種類繁多的輕鏈以及結(jié)合蛋白構(gòu)成（鞭毛二聯(lián)微管外臂的動力蛋白具有三個重鏈）。其作用主要有以下幾個方

32、面：在細(xì)胞分裂中推動染色體的分離、驅(qū)動鞭毛的運動、向著微管（-）極運輸小泡。,Dynein,3、形成紡錘體    紡錘體是一種微管構(gòu)成的動態(tài)結(jié)構(gòu)，其作用是在分裂細(xì)胞中牽引染色體到達分裂極,4、纖毛與鞭毛的運動纖毛與鞭毛是相似的兩種細(xì)胞外長物，前者較短，約5~10um；后者較長，約150um，兩者直徑相似，均為0.15~0.3um。鞭毛和纖毛均由基體和鞭桿兩部分構(gòu)成，鞭毛中的微管為9+2結(jié)構(gòu)，即由9個二

33、聯(lián)微管和一對中央微管構(gòu)成，其中二聯(lián)微管由AB兩個管組成，A管由13條原纖維組成，B管由10條原纖維組成，兩者共用3條。A管對著相鄰的B管伸出兩條動力蛋白臂，并向鞭毛中央發(fā)出一條輻。基體的微管組成為9+0，并且二聯(lián)微管為三聯(lián)微管所取代，結(jié)構(gòu)類似于中心粒。纖毛和鞭毛的運動是依靠動力蛋白（dynein）水解ATP，使相鄰的二聯(lián)微管相互滑動。有一種男性不育癥是由于精子沒有活力造成的。這種病人同時還患有慢性支氣管炎，主要是因為是鞭毛和纖毛沒有動

34、力蛋白臂，不能排出侵入肺部的粒子。,,鞭毛的結(jié)構(gòu),,鞭毛軸絲結(jié)構(gòu),第四節(jié) 中間纖維,中間纖維（intermediate filaments，IF）直徑10nm左右，介于微絲和微管之間。與微管不同的是中間纖維是最穩(wěn)定的細(xì)胞骨架成分，它主要起支撐作用。中間纖維在細(xì)胞中圍繞著細(xì)胞核分布，成束成網(wǎng)，并擴展到細(xì)胞質(zhì)膜，與質(zhì)膜相連結(jié)。,一、中間纖維的類型IF是一類形態(tài)上非常相似，而化學(xué)組成上有明顯差異的蛋白質(zhì)，成分比微絲和微管都復(fù)雜，可根據(jù)組織

35、來源的免疫原性分為5類(圖9-25)：角蛋白（keratin）、結(jié)蛋白（desmin）、膠質(zhì)原纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein）、波形纖維蛋白（vimentin）、神經(jīng)纖絲蛋白(neurofilament protein)，此外細(xì)胞核中的核纖肽（lamin）也是一種中間纖維。中間纖維具有組織特異性，不同類型細(xì)胞含有不同IF蛋白質(zhì)。腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移后仍保留源細(xì)胞的IF，因此可用IF抗體來鑒定腫瘤的

36、來源。如乳腺癌和胃腸道癌，含有角蛋白，因此可斷定它來源于上皮組織。大多數(shù)細(xì)胞中含有一種中間纖維，但也有少數(shù)細(xì)胞含有2種以上，如骨骼肌細(xì)胞含有結(jié)蛋白和波形蛋白。,,幾種中間纖維的模式圖,（一）角蛋白分子量約40~70KD，出現(xiàn)在表皮細(xì)胞中，在人類上皮細(xì)胞中有20多種不同的角蛋白，分為α和β兩類。β角蛋白又稱胞質(zhì)角蛋白（cyto-keratin），分布于體表、體腔的上皮細(xì)胞中。α角蛋白為頭發(fā)、指甲等堅韌結(jié)構(gòu)所具有。根據(jù)組成氨基酸的不同，

37、亦可將角蛋白分為：酸性角蛋白（I型）和中性或堿性角蛋白（II型），角蛋白組裝時必須由I型和II型以1：1的比例混合組成異二聚體，才能進一步形成中間纖維。,,（二）結(jié)蛋白又稱骨骼蛋白skeletin，分子量約52KD，存在于肌肉細(xì)胞中，它的主要功能是使肌纖維連在一起。,（三）膠質(zhì)原纖維酸性蛋白又稱膠質(zhì)原纖維glial filament，分子量約50KD，存在于星形神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和周圍神經(jīng)的許旺細(xì)胞。它主要起支撐作用。,,（四）波形纖維蛋

38、白分子量約53KD，廣泛存在于間充質(zhì)細(xì)胞及中胚層來源的細(xì)胞中，波形蛋白一端與核膜相連，另一端與細(xì)胞表面處的橋粒或半橋粒相連，將細(xì)胞核和細(xì)胞器維持在特定的空間。,（五）神經(jīng)纖絲蛋白是由三種分子量不同的多肽組成的異聚體，三種多肽是NF-L（low，60~70KD），NF-M（medium ，105~110KD），NF-H（heavy， 135-150KD）神經(jīng)纖絲蛋白的功能是提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展和防止斷裂。,二、結(jié)構(gòu)中間纖維蛋白

39、分子由一個310個氨基酸殘基形成的α螺旋桿狀區(qū)，以及兩端非螺旋化的球形頭（N端）尾（C端）部構(gòu)成。桿狀區(qū)是高度保守的，由螺旋1和螺旋2構(gòu)成，每個螺旋區(qū)還分為A、B兩個亞區(qū)，它們之間由非螺旋式的連結(jié)區(qū)連結(jié)在一起。頭部和尾部的氨基序列在不同類型的中間纖維中變化較大，可進一步分為①H亞區(qū)：同源區(qū)；②V亞區(qū)：可變區(qū)；③E亞區(qū)：末端區(qū)。,中間纖維的通用結(jié)構(gòu)圖,IF的裝配過程與MT、MF相比較為復(fù)雜。根據(jù)X衍射，電鏡觀察和體外裝配的實驗結(jié)果推測

40、，中間纖維的裝配過程如下：①兩個單體，形成兩股超螺旋二聚體（角蛋白為異二聚體）；②兩個二聚體反向平行組裝成四聚體，三個四聚體長向連成原絲；③兩個原絲組成原纖維；④4根原纖維組成中間纖維。,,中間纖維的組裝,由于IF是由反向平行的α螺旋組成的，所以和微絲微管不同的是，它沒有極性。另外，細(xì)胞內(nèi)的中間纖維蛋白絕大部分組裝成中間纖維，而不象微絲和微管哪樣存在蛋白庫，僅約50%左右的處于裝配狀態(tài)。再者IF的裝配與溫度和蛋白濃度無關(guān)，不需要

41、ATP或GTP。,三、中間纖維結(jié)合蛋白中間纖維的結(jié)合蛋白（intermediate filament associated protein，IFAP）的功能是使中間纖維交聯(lián)成束、成網(wǎng)，并把中間纖維交聯(lián)到質(zhì)膜或其它骨架成分上，已知的IFAPs約15種左右，分別與特定的中間纖維結(jié)合，如：flanggrin使角蛋白交聯(lián)成束。Plectin將波形蛋白纖維與微管交聯(lián)在一起。Ankyrin 把結(jié)蛋白纖維與質(zhì)膜連在一起。,IFAPs的共同特點

42、是：①具有中間纖維特異性。②表達有細(xì)胞專一性。③不同的IFAP可存在于同一細(xì)胞中與不同的中間纖維組織狀態(tài)相聯(lián)系。④在細(xì)胞中某些IFAP的表達與細(xì)胞的功能和發(fā)育狀態(tài)有關(guān)。,中間纖維的功能,◆增強細(xì)胞抗機械壓力的能力 ◆角蛋白纖維參與橋粒的形成和維持 ◆結(jié)蛋白纖維是肌肉Z盤的重要結(jié)構(gòu)組分， 對于維持肌肉細(xì)胞的收縮裝置起重要作用◆神經(jīng)元纖維在神經(jīng)細(xì)胞軸突運輸中起作用◆參與傳遞細(xì)胞內(nèi)機械的或分子的信息◆中間纖維與mR

43、NA的運輸有關(guān),五、三種細(xì)胞骨架的比較,P336 表9-4,第五節(jié) 細(xì)胞骨架蛋白與疾病及新藥開發(fā),一、細(xì)胞骨架蛋白異常表達與疾病的舉例細(xì)胞骨架蛋白的表達與多種疾病有關(guān)，特別是神經(jīng)系統(tǒng)疾病。（一）肌營養(yǎng)不良與Duchenne型肌營養(yǎng)不良癥Duchenne型營養(yǎng)不良癥是X型連鎖隱性遺傳病，X染色體短臂上P21區(qū)基因突變引起，造成肌細(xì)胞膜內(nèi)部的一種細(xì)胞骨架蛋白質(zhì)（肌營養(yǎng)不良）的缺失而引致。特征是進行性近端肌肉無力，伴肌纖維的破壞與再生

44、。,（二）微管相關(guān)τ蛋白與Alzheimer病τ蛋白具有微管結(jié)合蛋白的高度同源的微管結(jié)合區(qū)，在成熟腦內(nèi)可與微管結(jié)合，使其本身趨于穩(wěn)定，不易被磷酸化。AD腦內(nèi)τ蛋白磷酸化位點很多，而且不與微管結(jié)合，極易磷酸化。異常磷酸化和糖基化的τ蛋白是腦內(nèi)神經(jīng)原纖維纏結(jié)（NFT)中雙股螺旋絲的主要成分之一。可將腦脊液中異常磷酸化的τ蛋白水平的高低作為診斷老年性癡呆癥的指標(biāo)之一。,二、微管抑制劑作為抗腫瘤藥物的研究與開發(fā)（一）作用于微管蛋白的藥物類別