醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)：08-細(xì)胞骨架

第二節(jié)微絲

microfilament,MF又稱(chēng)肌動(dòng)蛋白纖維actinfilament，是由兩條線(xiàn)性排列的肌動(dòng)蛋白鏈形成的螺旋，形狀如雙線(xiàn)捻成的繩子，直徑約7nm

。

電鏡下顯示微絲結(jié)構(gòu)

光鏡下綠色顯示肌動(dòng)蛋白倒刺毛端尖頭端

一、微絲的形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成（一）微絲的形態(tài)結(jié)構(gòu)電鏡下，微絲是一種細(xì)絲狀結(jié)構(gòu)。

G-actin→F-actin→微絲（二）微絲的基本結(jié)構(gòu)成分

1.肌動(dòng)蛋白根據(jù)等電點(diǎn)分為3類(lèi)：α肌動(dòng)蛋白：分布于肌肉細(xì)胞；

β肌動(dòng)蛋白

γ肌動(dòng)蛋白actin單體外觀(guān)呈啞鈴形，具有Mg2+、K+、Na+

等陽(yáng)離子和ATP（或ADP）結(jié)合位點(diǎn)；單體稱(chēng)為球形肌動(dòng)蛋白：G-actin；多聚體稱(chēng)為纖維形肌動(dòng)蛋白：F-actin。actin在進(jìn)化上高度保守，酵母和兔子肌肉的肌動(dòng)蛋白有88%的同源性。肌動(dòng)蛋白翻譯后需修飾。如N-端乙?；蚪M氨酸殘基的甲基化。分布于肌細(xì)胞和非肌細(xì)胞

actin的結(jié)構(gòu)已知的的微絲結(jié)合蛋白有100多種，分為以下類(lèi)型：1）核化蛋白：使游離actin核化，開(kāi)始組裝，Arp2）單體隱蔽蛋白：阻止游離actin向纖維添加，thymosin

3）封端蛋白：使纖維穩(wěn)定，CapZ4）單體聚合蛋白：將結(jié)合的單體安裝到纖維，profilin

5）微絲解聚蛋白：使微絲去組裝，cofilin

6）交聯(lián)蛋白：fimbrin

（絲束蛋白或細(xì)絲蛋白）7）纖維切斷蛋白：將微絲切斷，gelsolin8）膜結(jié)合蛋白：vinculin

2.微絲結(jié)合蛋白封端蛋白纖維切斷蛋白核化蛋白單體隱蔽蛋白單體聚合蛋白微絲解聚蛋白交聯(lián)蛋白交聯(lián)蛋白膜結(jié)合蛋白核化蛋白微絲解聚蛋白單體聚合蛋白單體聚合蛋白單體隱蔽蛋白纖維切斷蛋白交聯(lián)蛋白平行交聯(lián)收縮交聯(lián)

——形成收縮環(huán)微絲裝配及交聯(lián)的形成倒刺毛端尖頭端微絲結(jié)合蛋白的主要類(lèi)型（按功能）與微絲結(jié)構(gòu)和空間排布有關(guān)片段化蛋白（fragmin）將微絲切斷細(xì)絲蛋白（filamin）將微絲連成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與微絲組裝有關(guān)胸腺素（thymosin)

與G-actin結(jié)合，抑制組裝抑制蛋白（profilin)與G-actin結(jié)合，促進(jìn)組裝與肌肉收縮有關(guān)肌球蛋白頭部與微絲接觸，并沿微絲滑動(dòng)原肌球蛋白調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白頭部結(jié)合肌鈣蛋白與原肌球蛋白結(jié)合

分類(lèi)微絲結(jié)合蛋白主要功能（一）微絲的裝配（體外實(shí)驗(yàn)）

1.條件：

二、微絲的組裝和調(diào)節(jié)裝配時(shí)G-actin的臨界濃度Cc：

CC=0.1umol/L；

CC＞0.1umol/L，G-actin聚合

CC＜0.1umol/L，G-actin解聚2.過(guò)程：①成核期：2-3個(gè)actin聚集成一個(gè)核心（核化）；②聚合期：ATP-actin分子向核心兩端加合。微絲具有極性，ATP-actin加到(+)極的速度要比加到

(-)極的速度快5-10倍。③穩(wěn)定期：溶液中ATP-肌動(dòng)蛋白的濃度處于臨界濃度時(shí)，ATP-肌動(dòng)蛋白在(+)端添加，而從(-)

端分離，加減速度相同，表現(xiàn)出“踏車(chē)”現(xiàn)象。與微管裝配相似。微絲的組裝（踏車(chē)現(xiàn)象）G-actinF-actin+-踏車(chē)Mg+高Na+K+ATPCa+低Na+K+穩(wěn)定期細(xì)胞中大多數(shù)微絲結(jié)構(gòu)處于動(dòng)態(tài)的組裝和去組裝過(guò)程中，并通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)其功能。Treadmilling（二）影響微絲組裝的因素因素：肌動(dòng)蛋白濃度、ATP或ADP結(jié)合狀態(tài)、適宜的溫度、存在K+、Na+和Mg2+離子。特異性藥物★細(xì)胞松弛素（cytochalasin）可切斷微絲纖維，并結(jié)合在微絲末端抑制肌動(dòng)蛋白加合到微絲纖維上，特異性的抑制微絲功能。★鬼筆環(huán)肽（phalloidin）與微絲能夠特異性的結(jié)合，使微絲纖維穩(wěn)定而抑制微絲的解聚。熒光標(biāo)記的鬼筆環(huán)肽可特異性的顯示微絲。微絲的類(lèi)型兩類(lèi)：1、可被細(xì)胞松弛素B破壞，通常以疏松網(wǎng)狀形式分布于細(xì)胞質(zhì)膜下2、不被細(xì)胞松弛素破壞，形成鞘或粗纖維三、微絲的主要功能（一）組成細(xì)胞骨架，維持細(xì)胞形態(tài)

1．形成應(yīng)力纖維（stressfiber）：結(jié)構(gòu)類(lèi)似肌原纖維，使細(xì)胞具有抗剪切力。（肌動(dòng)蛋白絲和肌球蛋白Ⅱ絲組成）

α-輔肌動(dòng)蛋白細(xì)絲蛋白培養(yǎng)的上皮細(xì)胞中的應(yīng)力纖維（微絲紅色、微管綠色）

2．形成微絨毛多糖-蛋白質(zhì)復(fù)合物微絨毛交聯(lián)蛋白絨毛蛋白由交聯(lián)蛋白和絨毛蛋白交聯(lián)形成的肌動(dòng)蛋白核心膜與微絲連接肌動(dòng)蛋白纖維（構(gòu)成根部）與纖維連接的血影蛋白角蛋白中間纖維網(wǎng)3、細(xì)胞皮層在細(xì)胞膜下，由微絲及其結(jié)合蛋白共同構(gòu)成的一個(gè)動(dòng)態(tài)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。稱(chēng)為細(xì)胞皮層。它極大的增加了細(xì)胞膜的韌性與強(qiáng)度，是細(xì)胞形態(tài)維持的重要結(jié)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)細(xì)胞中的肌動(dòng)蛋白纖維細(xì)胞皮層板狀偽足線(xiàn)狀偽足纖維組織母細(xì)胞在細(xì)胞膜處的成核復(fù)合物生長(zhǎng)的偽足（二）參與細(xì)胞分裂（三）參與肌肉收縮肌細(xì)胞收縮運(yùn)動(dòng)

骨骼肌的收縮單位為肌原纖維。肌原纖維包括粗肌絲和細(xì)肌絲。粗肌絲主要成分：肌球蛋白細(xì)肌絲主要成分：肌動(dòng)蛋白、原肌球蛋白、肌鈣蛋白。細(xì)肌絲結(jié)構(gòu)圖Actin肌球蛋白

肌肉收縮的基本單位是肌小節(jié)（sarcomere）。肌小節(jié)是相鄰兩Z線(xiàn)間的單位。主要結(jié)構(gòu)有：

A帶（暗帶）：為粗肌絲所在

H區(qū)：A帶中央色淺部份，此處只有粗肌絲

I帶（明帶）：只含細(xì)肌絲部分

Z線(xiàn)：細(xì)肌絲一端游離，一端附于Z線(xiàn)Sarcomere骨骼肌組織中的肌纖維肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白的運(yùn)動(dòng)（肌肉收縮）1、肌球蛋白（myosin）屬于馬達(dá)蛋白，趨向微絲的（+）極。已知15類(lèi)（myosinI-XV）。MyosinII構(gòu)成粗肌絲。由2個(gè)重鏈和4個(gè)輕鏈組成，外觀(guān)具有兩個(gè)球形的頭和一個(gè)螺旋化的干，頭部有ATP酶活性。MyosinV結(jié)構(gòu)類(lèi)似myosinII，但重鏈有球形尾部。MyosinI由1個(gè)重鏈和2個(gè)輕鏈組成。MyosinI、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(yùn)輸有關(guān)。MyosinⅠ、Ⅱ、Ⅴ的結(jié)構(gòu)示意圖調(diào)節(jié)輕鏈鈣調(diào)素輕鏈必需輕鏈鈣調(diào)素輕鏈調(diào)節(jié)輕鏈

MyosinII的結(jié)構(gòu)兩條重鏈,兩條必需輕鏈和兩條調(diào)節(jié)輕鏈。重鏈有頭部結(jié)構(gòu)域,頸部區(qū)和尾部結(jié)構(gòu)域。肌球蛋白分子結(jié)構(gòu)2、原肌球蛋白（tropomyosin.Tm）每個(gè)Tm的長(zhǎng)度相當(dāng)于7個(gè)肌動(dòng)蛋白，呈長(zhǎng)桿狀。組成兩條平行纖維，位于肌動(dòng)蛋白雙螺旋的溝中，主要作用是加強(qiáng)和穩(wěn)定肌動(dòng)蛋白絲，抑制肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白結(jié)合。3、肌鈣蛋白（troponin,Tn），含三個(gè)亞基:

肌鈣蛋白C（Tn-C）特異地與鈣結(jié)合肌鈣蛋白T（Tn-T）與原肌球蛋白有高度親和力肌鈣蛋白I（Tn-I）抑制肌球蛋白（myosin）的ATP酶活性,,主要作用是調(diào)節(jié)肌肉收縮。細(xì)肌絲的分子結(jié)構(gòu)Tropomyosin,actinandtroponin4、肌肉的收縮

①肌球蛋白結(jié)合ATP，引起頭部與肌動(dòng)蛋白纖維分離；②A(yíng)TP水解，引起頭部與肌動(dòng)蛋白弱結(jié)合；③Pi釋放，頭部與肌動(dòng)蛋白強(qiáng)結(jié)合，頭部向M線(xiàn)方向彎曲，引起細(xì)肌絲向M線(xiàn)移動(dòng)；④ADP釋放ATP結(jié)合上去，頭部與肌動(dòng)蛋白纖維分離。如此循環(huán)

Myosin作用示意圖注釋?zhuān)杭t色球桿的是肌球蛋白

橘黃色的是肌動(dòng)蛋白

藍(lán)色的是原肌球蛋白

紫色的是肌鈣蛋白

掉下來(lái)的黃色小顆粒是鈣離子

那個(gè)深綠色的球是ATP

白色椎體是鎂離子肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白的滑動(dòng)產(chǎn)生肌肉收縮（四）參與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)及細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸1.細(xì)胞質(zhì)膜流動(dòng)

紅外光源最初運(yùn)動(dòng)的方向

2.細(xì)胞的變形運(yùn)動(dòng)①微絲纖維生長(zhǎng)使細(xì)胞表面突出形成片足(lamellipod)；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(dòng)，使細(xì)胞主體前移；④粘附點(diǎn)前移。如此不斷循環(huán)，細(xì)胞向前移動(dòng)板狀偽足延伸擴(kuò)展粘附胞質(zhì)移動(dòng)粘附延伸3.細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸

MyosinⅠ鈣調(diào)蛋白（五）構(gòu)成細(xì)胞間的連接裝置——錨定連接粘合帶與粘合斑①粘合帶（adhesionbelt）：呈帶狀環(huán)繞細(xì)胞，位于緊密連接下方。相鄰細(xì)胞間的粘合分子為E-鈣粘素。質(zhì)膜內(nèi)側(cè)有多種附著蛋白形成的致密斑。連接的細(xì)胞骨架成分為actin。②粘合斑（adhesionplaque）：位于細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間，粘附分子為integrin、胞內(nèi)骨架成分也是actin。粘合帶AdhesionBelt

粘著帶除具有細(xì)胞連接作用外，還在早期胚胎形態(tài)發(fā)生中發(fā)揮重要作用。例如：胚胎上皮細(xì)胞片內(nèi)陷形成管狀或泡狀器官原基時(shí)，即與粘著帶的功能有關(guān)。粘著斑蛋白粘著斑整合素肌動(dòng)蛋白纖維細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)形成：肌動(dòng)蛋白纖維與細(xì)胞外基質(zhì)之間的連接方式。纖維連接蛋白第三節(jié)中間纖維

intermediatefilaments，IF一、中間纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成（一）中間纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)直徑10nm左右，介于微絲和微管之間，故名。IF是最穩(wěn)定的細(xì)胞骨架成分，主要起支撐作用。IF在細(xì)胞中圍繞著細(xì)胞核分布，成束成網(wǎng)，并擴(kuò)展到細(xì)胞質(zhì)膜，與質(zhì)膜相連結(jié)。IF結(jié)構(gòu)穩(wěn)定：既不受秋水仙素也不受細(xì)胞松弛素B影響，并且也沒(méi)有極性。1.化學(xué)組成分為5類(lèi)：角蛋白、結(jié)蛋白、膠質(zhì)原纖維酸性蛋白、波形纖維蛋白、神經(jīng)纖絲蛋白。具有組織特異性，不同類(lèi)型細(xì)胞含有不同IF。通常一種細(xì)胞含有一種中間纖維，少數(shù)含有2種以上。腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移后仍保留源細(xì)胞的IF。（二）中間纖維的化學(xué)組成①角蛋白keratin

為表皮細(xì)胞特有，具有α和β兩類(lèi)，β角蛋白存在于細(xì)胞中，α角蛋白形成頭發(fā)、指甲等堅(jiān)韌結(jié)構(gòu)。分為：酸性角蛋白（I型）、中性或堿性角蛋白（II型）。組裝時(shí)首先由I型和II型組成異二聚體，再形成中間纖維。②結(jié)蛋白desmin

又稱(chēng)骨骼蛋白skeletin，存在于肌肉細(xì)胞中，主要功能是使肌纖維連在一起。③膠質(zhì)原纖維酸性蛋白glial

fibrillaryacidicprotein

存在于星形神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和許旺細(xì)胞。起支撐作用。④波形纖維蛋白vimentin

存在于間充質(zhì)細(xì)胞及中胚層來(lái)源的細(xì)胞中。⑤神經(jīng)纖絲蛋白neurofilamentprotein

是由3種分子量不同的多肽組成的異聚體，功能是提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展和防止斷裂。角蛋白Keratin波形蛋白功能：使中間纖維交聯(lián)成束、成網(wǎng)，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、Plectin、Ankyrin特點(diǎn)：具有細(xì)胞特異性★中間纖維結(jié)合蛋白（IFAP）2.中間纖維的結(jié)構(gòu)①由螺旋化桿狀區(qū)，以及兩端非螺旋化的球形頭（N端）尾（C端）部構(gòu)成。②桿狀區(qū)高度保守，由螺旋1和螺旋2構(gòu)成，每個(gè)螺旋區(qū)還分為A、B兩個(gè)亞區(qū)。中等纖維的基本組成單位——中等纖維單體中等纖維單體共同結(jié)構(gòu)域

-螺旋桿狀區(qū)非螺旋區(qū)：310個(gè)氨基酸殘基(I-IV型和VI

型IF)或356個(gè)氨基酸殘基(V型

IF)組成。頭部（N-端）尾部（C-端）L1連接區(qū)L12連接區(qū)L2連接區(qū)

8-14816-17頭部（N-端）N-端C-端1A-螺旋1B-螺旋2A-螺旋2B-螺旋351019121COOHCOOHNH2NH2尾部（C-端）桿狀區(qū)結(jié)蛋白、波形蛋白、膠質(zhì)原纖維酸性蛋白酸性角蛋白中性或堿性角蛋白神經(jīng)纖絲蛋白核纖層蛋白intemediatefilaments，IF角蛋白波形纖維蛋白神經(jīng)纖絲蛋白核纖層蛋白二、中間纖維的組裝和調(diào)節(jié)

★組裝：1.雙股超螺旋二聚體形成兩個(gè)單體形成超螺旋二聚體（角蛋白為異二聚體）；2.四聚體形成兩個(gè)二聚體反向平行組裝成四聚體；3.原纖維的形成和中間纖維的最終組裝四聚體彼此順序（首尾）連接組成原纖維；8根原纖維組成中間纖維。中等纖維的組裝單體二聚體超螺旋COOH單體NH2COOHCOOH二聚體NH2NH2COOHCOOHNH2NH2四聚體NH2NH2COOHCOOH四聚體原絲八聚體中等纖維原絲八聚體亞絲中等纖維★中等纖維裝配的特點(diǎn)：四聚體及八聚體（亞絲）的組裝是反向平行排列，兩端對(duì)稱(chēng)，故中等纖維無(wú)極性。2.中等纖維遵循半分子長(zhǎng)度交錯(cuò)的原則進(jìn)行組裝3.中等纖維的體外組裝既不需要其它蛋白質(zhì)參與，也不需要核苷酸的或結(jié)合蛋白的輔助。4.中等纖維在體內(nèi)組裝時(shí)，中等纖維蛋白絕大部分已裝配成中等纖維，幾乎不存在相應(yīng)的可溶性蛋白，而微管或微絲組裝時(shí)只有30%的蛋白分子處于組裝狀態(tài)?！镏虚g纖維組裝的調(diào)節(jié)目前認(rèn)為，中間纖維的組裝與去組裝是通過(guò)中間纖維蛋白的的磷酸化和去磷酸化來(lái)控制的。

磷酸化：去組裝去磷酸化：組裝三、中間纖維的功能（一）參與形成網(wǎng)狀骨架系統(tǒng)（二）為細(xì)胞提供機(jī)械強(qiáng)度支持中間纖維通過(guò)橋粒與半橋粒的形成參與細(xì)胞連接并為細(xì)胞提供機(jī)械強(qiáng)度支持。橋粒（desmosome）是相鄰細(xì)胞間形成的紐扣狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)質(zhì)膜下的致密斑連接中間纖維。橋粒中間為鈣粘素（desmoglein及desmocollin）。分布：承受強(qiáng)拉力的組織中，如皮膚、口腔、食