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1、Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 第八章 细胞骨架 云南农业大学动物科技学院 2003.9 - 2010.9 李莲军 博士 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 第二节 细胞质骨架 第一节 细胞质溶质(溶胶) 第三节 微丝 第四节 微管 第五节 中间纤维 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 第四节 微 管 Yunnan Agricultur
2、al University. Llian Molecular Cell Biology 微管(microtubule)是由微管蛋白和微管结合蛋白组 成的管状结构，在胞质中形成网状，主要参与细胞形态 的维持、细胞运动、胞内物质运输、细胞分裂和细胞分 化等重要活动。 微管对低温、高压和秋水仙素敏感。 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 微管是由微管蛋白二聚体装配成的中空的长管状 细胞器，平均外径为24 nm，内径15 nm，微管壁由 13 根原纤维排列构成。 微管长度不等，在细胞内呈网状或束状分布。 微管可装配成
3、单管，二联管及三联管，并能与其 他蛋白共同装配成纺锤体、基粒、中心粒、鞭毛、纤 毛、轴突、神经管等亚细胞结构。 一、微管的形态结构 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 二、微管的化学组成 微管是由微管蛋白(-tubulin)和微管蛋白(- tubulin)以及少量微管结合蛋白所组成。 微管附属结构主要由微管相关蛋白组成，具有稳 定微管结构和特殊排列，构成微管间及微管与其它细 胞结构的连接，产生动力等功能。 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell
4、 Biology 三、分子结构 微管是由13条原纤维(protofilament)构成的中空管 状结构，直径2225nm。 每一条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成。 二聚体由结构相似的和球蛋白构成，两种亚基 均可结合GTP，球蛋白结合的GTP从不发生水解或 交换，球蛋白结合的GTP可发生水解，结合的GDP 可交换为GTP。 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology -tubulin含 450 AA，-tubulin含 455 AA，每一种 蛋白的分子量约为50 kD ，和-tubulin均含酸性 C 端 序列。
5、和-tubulin形成异二聚体，是微管装配的基本单 位。 微管蛋白二聚体含有鸟嘌呤核苷酸的两个结合位 点，二价阳离子亦能结合于微管蛋白二聚体上。此外 ， 微管蛋白二聚体上具有一个秋水仙素结合位点，一 个长春花碱结合位点。 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 微管纤维 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 四、微管的特性 在合适的条件下，微管能进行自我装配，其装配 受到微管蛋白浓度、pH值和温度的影响。 1、自我装配 Yunna
6、n Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 2、微管组织中心 微管的装配总是先由一定的区域开始的，该区域 即微管组织中心(microtubule organizing center, MTOC) 着丝粒、中心体、基体均有微管组织中心的功能。 微管组织中心都具有-tubulin。-tubulin 分子量也 是50KD，其含量不足微管蛋白总量的1。 -tubulin 帮助和-tubulin成核并聚合为微管纤维。 微管组织中心除启动微管组装外，还决定微管的 极性。微管负极一般与微管组织中心相联。 Yunnan Agricultura
7、l University. Llian Molecular Cell Biology 和异二聚体均按一定的方向排列，使微管具有极 性，即微管两端在结构上不相同。 (+)极的最外端是球 蛋白，(-)极的最外端是球蛋白。微管和微丝一样具有 踏车行为 。 3、微管的极性 微管形成的有些结构比较稳定，如神经细胞轴突、 纤毛和鞭毛中的微管纤维，是由于微管结合蛋白的作用 和酶修饰的原因。大多数微管纤维处于动态的组装和去 组装状态，这是实现其功能所必需的过程(如纺锤体)。 4、微管的稳定性 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biolog
8、y 微管蛋白和微管蛋白形成异二聚体。异二聚体 形成较短的原纤维，然后在原纤维的两端和侧面增加 新的异二聚体而扩展为具有一定长度的片状带，当片 状带加宽至 13 根原纤维时，合拢形成一段微管。新 的二聚体再不断加到微管的两端使之继续延长，最终 微管蛋白与微管达到平衡。 1、体外微管装配 五、微管的组装 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 异二聚体聚合方式为，即头尾方 向。 微管中这种亚单位排列即构成微管的极性， 所有 的微管都有确定的极性。 微管的两个末端在结构上不等同，这是非常重要 的结构特征。装配快的一端为
9、() 极，另一端为()极 。 微管蛋白加上或释放主要发生于() 极，微管的 延长主要依靠在() 极装配结合有 GTP 的微管蛋白， 它和微管末端有较大的亲和性。微管的缩短是由于 GTP 微管的 GTP 水解为 GDP ，而结合 GDP 的微管蛋 白对微管末端的亲和性小，易从末端解聚。 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 在一定条件下，微管一端发生装配使微管延长， 而另一端发生去装配而使微管缩短，实际上是微管正 极的装配速度快于微管负极的装配速度，这种现象称 为踏车现象。 Yunnan Agricultural
10、 University. Llian Molecular Cell Biology 2、体内微管装配 细胞内的微管蛋白的合成与其它生物大分子合成 一样，是细胞根据自身生理功能的需要进行自我调节 的。 微管蛋白单体可通过结合于合成微管蛋白的核糖 体上，造成微管蛋白 mRNA 降解，从而调节细胞内微 管蛋白亚单位库和微管的平衡。 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 微管在体内的装配和去装配在时间和空间上是高 度有序的。 在时间上，随细胞周期时相的变化而变化，在特 定的时期通过微管的装配和去装配，出现特殊的细胞 结
11、构。 在空间上，表现为微管的装配发生在细胞、细胞 器或细胞结构的一定空间部位。 如：有丝分裂器的形成 首先是在中心体形成星体微管、极微管，然后和染色体着丝点 相连形成牵引微管。 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 单管：由13根原纤维组成，是细胞质中常见的形 式，其结构不稳定，易受环境因素影响而降解。 二联管：由A，B两根单管组成，A管由13根原纤 维，B管有10根原纤维，与A管共用3根原纤维，主要 分布于纤毛、鞭毛内。 三联管：由A，B，C三根单管组成，A管有13根 原纤维，B、C各有10根原纤维，主要分布
12、于中心粒 及鞭毛和纤毛的基体中。 3、微管在细胞中的存在形式 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 六、微管结合蛋白 与微管相结合的辅助蛋白称微管结合蛋白 (microtubule associated proteins MAPs)。 微管结合蛋白包括I 型和II型两大类，I型对 热敏感，如MAP1a、 MAP1b，主要存在于神经 细胞 。 II型热稳定性高，包括 MAP2a、b、c， MAP4和tau蛋白。其中 MAP2只存在于神经细胞 ，MAP2a的含量减少影响树突的生长。 Yunnan Agricultu
13、ral University. Llian Molecular Cell Biology 促进微管聚集成束 增加微管稳定性或强度 促进微管组装 微管结合蛋白主要功能 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 抑制微管组装：秋水仙素(colchicine)结合的微管 蛋白可加合到微管上，但阻止其他微管蛋白单体继续 添加，长春花碱具有类似的功能。 稳定微管：紫杉酚/紫杉醇(taxol)，能促进微管的 装配, 并使已形成的微管稳定。 但这种稳定性会破坏 微管的正常功能。 以上药物均可以阻止细胞分裂，及用于癌症的治 疗。
14、七、微管的特异性药物 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 八、微管的功能 1、维持细胞形态 2、细胞器定位 3、细胞内物质运输 4、形成中心体及纺锤体 5、形成纤毛和鞭毛 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 九、微管形成的细胞器 1、中心体 2、有丝分裂器 3、鞭毛和纤毛 微管可装配成单管(有丝分裂器), 二联管(纤毛和 鞭毛中), 三联管(中心粒和基体中)。 Yunnan Agricultural University.
15、Llian Molecular Cell Biology 中心体(centrosome)常位于间期细胞核一侧的胞 质中。中心体包含一对相互垂直的中心粒(centriole) 及其周围的中心粒周物质(PCM，pericentriolar material) 。 中心粒是一个短小的中空圆柱体，直径0.2m， 长0.4m，壁由9组3联微管构成。 中心粒周物质约由100多种蛋白质组成，其精确 成分至今尚不清楚。 1、中心体 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 中心体组成蛋白可分为三类： 中心体长驻蛋白，如/微管蛋白，
16、中心 体蛋白centrin，中心粒周蛋白(pericentrin)等； 中心体过客蛋白，它们只在M期才定位于中心 体，如POPA，NuMa等： 中心体调节蛋白，如CDK2、cyclinB1、cyclinA 等。 中心体的组成蛋白 Yunnan Agricultural University. Llian Molecular Cell Biology 在动物细胞中，中心粒随细胞周期完成其本身的 发育周期。 G1晚期，两个中心粒稍微分开。S期，在每个母 中心粒旁与其垂直的方向复制出一个子中心粒，子中 心粒不断延长。在G2期，中心体内含有两对中心粒。 在M早期，中心体分成两部分，各自形成1个中心体， 并从其周围发出微管形成星状体，星状体不断向两极 移动，形成纺锤体的两极。经过M期，每个子细胞的 中心体各获得一对中心粒。 中心体周期(centrosome cycle) Yunnan Agricultural University. Llian
