第八章细胞骨架系统介绍.doc

第七章 细胞骨架 真核细胞的一个重要特征是具有能动性，即能做各种主动的运动，如细胞形态的改变、细胞内物质的运输、细胞器的移动、染色体的分离和细胞分裂等。这些细胞运动的有序性和方向性使人们意识到细胞内必定存在着负责支撑和运动的成分。早在1928年，Koltzoff就推测细胞中存在着有组织的纤维结构，组成细胞的骨架以维持细胞的形状。直到1963年，电镜技术中采用戊二醛常温固定后才首次在细胞中观察到微管结构，使人们真正认识到细胞内这种骨架成分的存在，并命名为细胞骨架（cytoskeleton）。早期发现的细胞骨架主要是存在于细胞质内的微管、微丝和中间丝，称为细胞质骨架；近年来又发现细胞核内也存在着细胞骨架，主要包括核基质、核纤层和染色体骨架等，称为细胞核骨架。 细胞骨架不同于一般意义上的“骨骼”，它不仅赋予细胞以一定的形状，而且是一种高度有序的结构，能在细胞活动中不断重组，在细胞的各种运动、细胞的物质运输、能量和信息传递、基因表达和细胞分裂中起着重要作用。 第一节 细胞质骨架 细胞质骨架是由三类蛋白质纤维组成的网状结构系统，包括微管（microtubule）、微丝（microfilament）和中间丝（intermediate filament）。每一类纤维由不同的蛋白质亚基形成，三类骨架成分既分散地分布于细胞中，又相互联系形成一个完整的骨架体系。细胞骨架体系是一种高度动态结构，可随着生理条件的改变不断进行组装和去组装，并受各种结合蛋白的调节以及细胞内外各种因素的调控。 早期的细胞骨架研究主要是形态观察和细胞内分布和定位，近年来对细胞质骨架的研究已从形态观察为主迅速推进到分子水平，骨架蛋白及骨架结合蛋白的结构及功能分析、骨架纤维的装配动态、基因表达调节等成为细胞质骨架研究的重要内容。 微管 微管存在于所有的真核细胞中，微管是长长的较为坚硬而中空的蛋白管道，它可以迅速地在胞内某一处去组装然后在另一处组装。细胞内微管呈网状或束状分布，在细胞内造成了一个轨道系统，各种小囊泡、细胞器以及其他组分沿着微管可以在细胞内移动。胞质微管是细胞骨架的一部分，引导胞内运输以及胞内膜性细胞器的定位。微管还能与其他蛋白质共同装配成纤毛、鞭毛、基体、中心体、纺锤体等结构，参与细胞形态的维持、细胞运动和细胞分裂等。 （一）微管的形态结构和存在形式 微管是由微管蛋白（tubulin）装配成细长的、具有一定刚性的圆管状结构。微管为一中空结构（图7—1），内径约为15nm、外径约为24～26nm、壁厚约5nm。在各种细胞中微管的形态和结构基本相同，但长度不等，有的可达数微米。微管的管壁由13根原纤维（protofilament）排列构成，每一根原纤维由微管蛋白α亚基和微管蛋白β亚基相间排列而成。 图7—1 微管蛋白及微管的结构模式图 微管蛋白异二聚体结构；（B）原纤维结构；（C）微管结构； （引自Alberts等，2002） 参照前书图11-1 微管可装配成单管（singlet）、二联管（doublet）和三联管（triplet）。单管由13根原纤维围成，是细胞质中主要的存在形式，分散或成束分布，但不稳定，易受低温、Ca2+等许多因素的影响而发生解聚。二联管由A、B两根单管组成，A管由13根原纤维围成，B管由10根原纤维组成，与A管共用3根原纤维，二联管主要分布于细胞表面的纤毛和鞭毛中。三联管由A、B、C三根单管组成，A管由13根原纤维围成，B管和C管均由10根原纤维组成，分别与A管和B管共用3根原纤维，三联管主要分布于中心粒以及鞭毛和纤毛的基体中。二联管和三联管是比较稳定的微管结构。 有些微管特异性药物在微管结构与功能研究中起重要作用，这些药物主要有：紫衫酚（taxol）、秋水仙素（colchine）、长春花碱（vinblastine）和nocodazole等。紫衫酚能和微管紧密结合防止微管蛋白亚基的解聚，加速微管蛋白的聚合作用。秋水仙素和已酰甲基秋水仙碱（colcemid）能结合和稳定游离的微管蛋白，使它无法聚合成微管，引起微管的解聚作用。长春花碱和长春花新碱（vincristine）能结合微管蛋白异二聚体亚单位，抑制它们的聚合作用。nocodazole能结合微管蛋白，阻断微管蛋白的聚合反应。 （二）微管的化学组成 微管主要由微管蛋白构成，微管蛋白存在于所有的真核细胞胞质中。微管蛋白主要成分为α-微管蛋白和β-微管蛋白，约占微管总蛋白质含量的80％～95％。α-微管蛋白与β-微管蛋白在化学性质上极为相似。二者的分子量均为50KDa氨基酸数分别为450个和445个。氨基酸序列分析表明，二者有42％的顺序相同，而且各种生物的微管蛋白几乎完全相同，说明α微管蛋白和β微管蛋白具有同一个基因祖先，并在进化过程中极为保守。