第七章 细胞骨架与细胞的运动

1.名词解释：细胞骨架、微管组织中心(MTOC)、 γ-微管蛋白环形复合体(γ-TuRC)、中心体、踏车运动、驱动蛋白、动力蛋白。

※细胞骨架：真核细胞质中的蛋白质纤维网架体系，由3种不同的蛋白纤维结构组成——微管、微丝、中间丝。

※微管组织中心：微管的聚合从特异性核心形成位点开始，主要是中心体、纤毛的基体。帮助微管装配的成核。

※γ-微管蛋白环形复合体：可形成10～13个γ-微管蛋白分子的环形结构（螺旋花排列），组成一个开放的环状模板，与围观具有相同直径。可刺激微管核心形成，包裹微管负端，阻止微管蛋白渗入。还能影响微管从中心粒上释放。

※中心体：是动物细胞中决定微管形成的一种细胞器，包括中心粒和中心粒旁物质。两个桶状、垂直排列的中心粒，包埋在中心粒旁物质中。在细胞间期，中心体位于细胞核附近，在有丝分裂期，位于纺锤体的两极。

※踏车运动：微管的聚合与解聚持续进行，经常是一端聚合，为正端；另一端解聚，是负端，这种微管装配方式，称“踏车运动”。

※细胞内各细胞器和所有的物质转运都与微管密切相关；微管的物质运输由微管动力蛋白（或马达蛋白）完成，共有几十种，可分为三大家族：驱动蛋白kinesin，动力蛋白dynein和肌球蛋白myosin家族（肌球蛋白以肌动蛋白纤维为运行轨道）

驱动蛋白与动力蛋白的两个球状头部是与微管专一结合，具有ATP酶活性，水解ATP供能完成与微管结合、解离、再结合的动作。

驱动蛋白：由两条重链和两条轻链组成。一对与微管结合的球状头部——ATP水解酶，水解ATP产生能量进行运动；将货物由负端运输向正端。

动力蛋白：目前已知的最大的、最快的分子运输蛋白。由两条重链和几种中等链、轻链组成，头部具有ATP水解酶活性。沿着微管的正端向负端移动。为物质运输，也为纤毛运动提供动力。在分裂间期，参与细胞器的定位和转运。

2.三种骨架蛋白的分布如何？

微丝：主要分布在细胞质膜的内侧。

微管：主要分布在核周围，并呈放射状向胞质四周扩散。

中间纤维：分布在整个细胞中。

3.微管由哪三种微管蛋白组成？各有什么结构功能特点？

α管蛋白，β管蛋白，γ管蛋白。

α-微管蛋白和β-微管蛋白各有一个GTP结合位点。

α-微管蛋白的GTP不进行水解也不进行交换；β-微管蛋白的GTP可水解呈GDP，而此GDP也可换成GTP，这一变换对微管的动态性有重要作用。

γ管蛋白定位于微管组织中心，对微管的形成、数量、位置、极性、细胞分裂有重要作用。

4.哪一种微管蛋白有GTP酶活性？

β-微管蛋白。

5.微管结合蛋白有几种？分布和功能如何？

微管结合蛋白（MAP）：MAP1、MAP2、MAP4和tau。

分布：MAP1-2和tau只存在于脑组织；MAP4在哺乳动物非神经元、神经元细胞中，在进化上具有保守性。Tau只存在于轴突；MAP2分布于神经元胞体和树突中。

功能：（1）使微管相互交联成束，使微管同其他细胞结构交联，如质膜、微丝和中间丝等；（2）与微管成核点的作用，促进微管的聚合；（3）与微管壁的结合，提高微管的稳定性。

6.为什么说微管具有动态不稳定性？

增长的微管末端有微管蛋白-GTP帽，在微管组装期间或组装后GTP被水解成GDP，从而使GDP-微管蛋白成为微管的主要部分。微管蛋白-GTP帽及短小的微管原纤维从微管末端脱落则使微管解聚。

7.微管的装配分为哪三个时期？

（1）成核期：α-β异二聚体，首尾相接和侧面相连，当片状带加宽到13根原纤维，合拢成一段微管；是微管聚合的开始，速度较慢——限速过程。

（2）聚合期：高浓度游离的微管蛋白聚合速度大于解聚速度，新的二聚体不断加到微管正端，微管延长，直至游离微管蛋白浓度降低。

（3）稳定期：胞质中游离微管蛋白达到临界浓度，微管的聚合与解聚速度相等。

8.微管的体外装配需要哪些条件？

微管蛋白异二聚体达到一定的临界浓度（约为1mg/ml），加入Mg2+、GTP和EDTA（Ca2+的螯合剂，去除Ca2+的抑制聚合作用）、适当的pH（pH6.9）和温度（37°C）的缓冲液。

9.微管的体内装配是怎样的？

在细胞内微管形成时，γ-TuRC存在于微管组织中心，成为α-β异二聚体结合上去的核心，微管从此生长、延长。由于γ-TuRC像帽子一样戴在微管的负端而使微管负端稳定。γ-TuRC组织微管形成的能力受细胞周期的调节。间期此能力被关闭，G2期到M期，受细胞周期调节激酶作用，磷酸化γ-TuRC成分，开放微管组织能力。

10.温度、压力、紫杉醇、秋水仙素、长春花碱对微管的稳定性如何影响的？

紫杉醇：只结合到聚合的微管上，维持了微管的稳定。

秋水仙素：结合并稳定游离的微管蛋白，抑制微管的聚合。

长春新碱：能结合微管蛋白异二聚体，抑制它们的结合作用。

温度：低温中微管解聚。温度升高时，微管聚合。

11.微管的功能有哪些？

（1）微管构成细胞内的网状支架，支持和维持细胞形态。微管本身不能收缩，有一点的强度，抗压力、抗弯曲，为细胞提供机械支持力。微管对细胞突起部分，如纤毛、鞭毛、轴突形成和维持起重要作用。

（2）微管参与中心粒、纤毛和鞭毛的形成。中心粒是9组三联体微管围成的圆筒状结构。纤毛、鞭毛是细胞表面的特化结构，在来源和结构上基本相同。两者主干部分都是9组二联管构成，中央是两条微管——中央微管。

（3）微管参与细胞内物质运输。细胞内各细胞器和所有的物质转运都与微管密切相关；微管的物质运输由微管动力蛋白完成。

（4）微管维持细胞内细胞器的定位和分布。微管及其相关马达蛋白在膜性细胞器的定位上起着重要作用。

（5）微管参与染色体的运动，调节细胞分裂。微管是有丝分裂器的主要成分，有丝分裂前期微管聚合，核膜崩解时侵入核区，结合动粒；姊妹染色单体的动粒分别与来自两极的微管结合，被拉到细胞两极。

（6）微管参与细胞内信号传导。已证明微管参与hedgehog、JNK、Wnt、ERK、PAK蛋白激酶信号转导通路。信号分子直接或通过马达蛋白、支架蛋白等与微管作用，调节包括微管的稳定/不稳定、微管方向性、微管组织中心位置、细胞极化等。

12.哪些结构是9组三联管、9组二联管结构？

每个中心粒由9组三联管组成。

纤毛、鞭毛的主干部分都是9组二联管构成。

13.微管马达蛋白主要有哪两个家族？有何共同特点？

驱动蛋白、动力蛋白。

两者都有两个球状头部，是与微管专一结合，具有ATP酶活性，水解ATP供能完成与微管结合、解离、再结合的动作。

14.驱动蛋白与动力蛋白在微管上的运动方向如何？

驱动蛋白：由负端运输向正端。

动力蛋白：由正端向负端移动。

15.微丝又称什么？占肌肉细胞与非肌肉细胞各多少百分比？

肌动蛋白丝。

占肌肉细胞总蛋白的10％，非肌肉细胞的1～5％。

16.肌动蛋白丝直径多少？是由什么组成的什么样的结构？

约8nm；由肌动蛋白单体组成双股螺旋纤维。

17.肌动蛋白的保守性如何？在不同真核生物间相似性如何？

很保守；不同种类的生物间有90％的相似性。

18.什么是微丝的正端、负端？它们又名什么？

正端：相对生长快的一端；又称秃端。

负端：相对生长慢的一端；又称指向端。

19.微丝结合蛋白共约多少种？书上介绍了哪些种？各有什么作用？

100多种。

单体隔离蛋白：没有单体隔离蛋白，肌动蛋白都将组装成纤维，这些蛋白的活性和浓度，决定了肌动蛋白趋向聚合还是解聚。

交联蛋白：改变细胞内肌动蛋白纤维的三维结构。

末端阻断蛋白：与肌动蛋白纤维的一端或两端结合，调节或维持肌动蛋白纤维的长度。结合肌动蛋白末端，相当于加上了帽子，抑制微丝生长，导致胞内出现较多短的微丝。

纤维切割蛋白：与肌动蛋白纤维结合并切断它；由于能控制肌动蛋白丝的长度，可大大降低细胞中的黏度。切割产生的新末端可作为生长点，促进肌动蛋白装配。切割蛋白也可作为帽子封住肌动蛋白纤维的末端。

肌动蛋白纤维解聚蛋白：存在于肌动蛋白丝骨架快速变化的部位，结合肌动蛋白丝，并引起肌动蛋白丝的快速解聚。

膜结合蛋白：是非肌细胞质膜下方产生收缩的机器。在剧烈活动时，由收缩蛋白作用于质膜产生的力引起质膜向内或向外移动。这种运动是由肌动蛋白纤维直接或间接与质膜相结合后所形成的。

20.何种交联蛋白能使微丝成有弹性网络？

杆状交联蛋白

21.微丝组装的三个阶段是什么？

成核期（延迟期）：成核作用发生在质膜下，由ARP2/3复合物催化，是微丝组装的限速过程。

聚合期（生长期）：微丝两端的组装速度有差异，快速增长的一端是正端，缓慢增长的一端是负端，正端添加单体的速率是负端的10倍以上。

平衡期：肌动蛋白聚合微丝的速度与其解离微丝的速度达到平衡，微丝长度不变，仍进行着聚合、解聚活动。

22.为什么说微丝有踏车行为？

在微丝装配时，当肌动蛋白分子添加到肌动蛋白丝上的速率正好等于肌动蛋白分子从肌动蛋白丝上解离的速率时，微丝净长度没改变，这种过程称“踏车行为”。

23.微丝装配的成核发生在哪里？

质膜

24.哪些离子、药物因素能影响微丝的组装？

Mg2+存在，微丝聚合；Ca2+存在，微丝解聚。

细胞松弛素B：从霉菌中提取，与微丝正端结合，抑制微丝的聚合。

鬼笔环肽：从有毒蘑菇中提取，结合聚合型微丝，稳定微丝抑制解聚。

25.微丝的功能有哪些？

（1）微丝构成细胞的支架并维持细胞的形态：微丝在细胞内构成网络或成束才能发挥作用。而应力纤维是在细胞膜下方由微丝束构成的纤维状结构，常与细胞的长轴平行，往往一端与细胞膜连接，另一端插入胞质，或与中间丝结合，应力纤维赋予细胞韧性和强度。

（2）微丝参与细胞运动：许多动物细胞位置移动时采用变形运动；这些细胞含有丰富的微丝，通过肌动蛋白和微丝结合蛋白的相互作用，进行变形运动。

（3）微丝参与细胞分裂：有丝分裂的核分裂完成后，两个即将形成的子细胞间，在赤道面膜下，肌动蛋白微丝与肌球蛋白II组装成瞬时性收缩束——收缩环，收缩产生动力，将质膜向内拉，完成一分为二后解体。

（4）微丝参与肌肉收缩：许多微丝结合蛋白都是在肌细胞中发现；肌细胞由数百个肌原纤维组成；每根肌原纤维由细肌丝和粗肌丝重叠而形成；肌肉收缩的基本单位是肌小节，由肌原纤维组成。

（5）微丝参与细胞内物质运输：微丝也介导一些靠近细胞膜的远端物质运输，肌球蛋白I从微丝负端向正端运输货物；肌球蛋白I尾部同质膜结合，利用其头部，可将微丝从一个部位运向另一个部位。

（6）微丝参与细胞内信号传递：细胞膜表面的受体在收到外界信号作用时，可触发膜下肌动蛋白结构变化，启动细胞内激酶变化的信号传导。

26.参与有丝分裂胞质收缩环形成的是哪种肌球蛋白？

肌球蛋白II

27.组成肌肉粗肌丝的是哪种肌球蛋白？

肌球蛋白II

28.微丝马达蛋白是哪种肌球蛋白？运动方向如何？

肌球蛋白-1；沿微丝的负端向正端移动。

29.中间纤维的直径？结构？类型？

直径：10nm；

结构：中间纤维是丝状蛋白多聚体，是一种坚韧持久的蛋白质纤维。中间纤维单体（亚基）是蛋白质纤维分子，具有共同的结构域：一个α-螺旋的中间去，两侧是球形的N端和C端。所有的亚基中间螺旋结构域都保守，中间杆状区分为4个螺旋区，之间被3个间隔区隔开，间隔区也是保守的。亚基装配时靠α-螺旋区配对形成二聚体。N端与C端高度可变，不同亚基在N、C端大小和氨基酸组成差别很大。中间纤维亚基的大小主要取决于C端的变化。

类型：

（I）酸性角蛋白：主要分布在表皮细胞；

（II）中性/碱性角蛋白：主要分布在表皮；

（III）非上皮细胞的中间纤维蛋白：A、波形蛋白（成纤维细胞、白细胞及其他细胞）；B、结蛋白（肌细胞）；C、外周蛋白（外周神经元；D、胶质原纤维酸性蛋白（神经胶质细胞）。

（IV）神经丝蛋白（NF-L、NF-M、NF-H）：主要分布神经元；

（V）核纤层蛋白（核纤层蛋白A、核纤层蛋白B、核纤层蛋白C）

（VI）巢蛋白：主要分布中央精神系统的干细胞。

30.中间纤维的特点

（1）没有极性，少有游离四聚体，四聚体多组装为中间纤维；

（2）其装配与稳定、蛋白浓度无关；

（3）其装配不需要ATP、GTP或结合蛋白的辅助。

31.中间纤维是如何装配的？

2个亚基的α螺旋杆状区同向以卷曲螺旋形式相互缠绕，形成约48nm长的绳状二聚体；2个二聚体反向平行交错相连，形成四聚体亚单位；四聚体侧向组装，形成含8个平行排列原纤维的结构，以简单结合反应加到伸长中的中间纤维上，结合反应沿中间纤维长轴排列，按螺旋形式包裹在一起。

32.中间纤维的功能？

（1）中间纤维在细胞内形成一个完整的网状骨架系统：IF与质膜和细胞外基质相连，内与核纤层相连，整个纤维网架围绕细胞核，穿过胞质终止于质膜；中间纤维有一定可塑性，对维持细胞整体结构、功能完成有重要作用。

（2）中间纤维为细胞提供机械强度支持。

（3）中间纤维参与细胞连接：一些器官和皮肤的表皮细胞是通过桥粒和半桥粒连接在一起，中间纤维参与黏着连接的桥粒、半桥粒，在细胞中形成一个网络，既能保持细胞形态，又能提供支持力。

（4）中间纤维参与细胞内信息传递及物质运输：中间纤维外连质膜、细胞外基质，内穿核骨架，形成跨膜的信息通道；中间纤维在体外与单链DNA有高度亲和性，在细胞内明显聚集在核周围，可能与DNA复制、转录有关。

（5）中间纤维维持细胞核稳定：细胞核膜下有一层有核纤层蛋白组成的网络，对于维持细胞和形态有重要作用，核纤层是中间纤维的一种。

（6）中间纤维参与细胞分化：中间纤维的表达有组织特异性，标明跟细胞分化可能有密切关系。

33.微丝引起细胞运动的三个步骤是什么？

（1）细胞爬行过程中，前缘膜下肌动蛋白聚合，正端接近细胞膜，使细胞膜形成突起——板状、丝状伪足；

（2）当片状/丝状伪足接触到表面时，就依靠细胞膜上的整合蛋白——integrin，与细胞外基质中的分子或其他细胞表面的分子结合，而integrin的膜内表面部分，与微丝相连；

（3）细胞通过内部收缩产生拉力——肌动蛋白与肌球蛋白相互作用，利用锚着点将胞体向前拉动。

34.哪一个细胞膜受体蛋白家族，传导细胞外信号，调节微丝在膜下的聚合和解聚？

质膜镶嵌受体蛋白——RhoGTP酶家族

35.名词解释：趋化

趋化：在可扩散化学因子的调控下，细胞向某个方向运动。

36.细胞外信号如何指导细胞的运动方向？

细胞运动需要在特定方向上进行极化，而细胞分裂和多细胞结构的形成都需要对细胞极化进行精密调控；细胞骨架在细胞极化中有主导作用，而触发极化的许多分子，在进化上保守。

37.老年痴呆症的原因是什么？

骨架蛋白异常。

38.亨廷顿舞蹈病的原因是什么？

细胞内有多聚谷氨酰胺，包括微管蛋白、微丝结合蛋白等聚集沉积，导致骨架损坏。

39.单纯性疱性表皮松解症 致病原因是什么？

角蛋白基因突变，导致中间纤维网络被破坏，使得细胞对机械损伤特别敏感，稍微挤压就破坏了基底细胞，皮肤起疱；带有这个突变基因的个体很脆弱，死于机械创伤。