第一篇：第七章細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運動復(fù)習(xí)提綱

細(xì)胞骨架

膠原細(xì)胞外基質(zhì)非膠原糖蛋白氨基聚糖和蛋白聚糖彈性蛋白廣義細(xì)胞骨架細(xì)胞膜骨架細(xì)胞質(zhì)骨架微絲微管中間纖維細(xì)胞核骨架核基質(zhì)核纖層染色體骨架微管

微管的一般特征

? 微管的形狀：為中空的管狀結(jié)構(gòu)。

? 微管的組成：由微管蛋白和微管結(jié)合蛋白組成。? 微管的基本結(jié)構(gòu)：微管蛋白α、β異二聚體 ? 微管的特性：極性。（??頭尾相接，以??-??-??-??方式排列，因而原纖維具有極性。增長速度快的為正端，另一端為負(fù)端。）? 基本功能：細(xì)胞器的定位和物質(zhì)運輸。

? 微管組成的細(xì)胞器：纖毛、鞭毛、基體、中心體、紡綞體等。? 三種存在形式：單管、二聯(lián)管、三聯(lián)管 微管的裝配與動力學(xué)

（一）體外裝配：

成核期（延遲期）、聚合期（延長期）、穩(wěn)定期（平衡期）

（二）體外裝配動力學(xué)

1、動態(tài)不穩(wěn)定性

主要因素：GTP是調(diào)節(jié)微管組裝的動力學(xué)不穩(wěn)定性行為的主要因素。微管蛋白濃度、pH值、溫度 微管的組裝過程：

① GTP-微管蛋白對微管末端的親和性大，易在其末端結(jié)合。GDP-微管蛋白對微管末端的親和力小，易從微管末端解聚。

② GTP-微管蛋白的聚合與其濃度有關(guān)，當(dāng)GTP-微管蛋白的濃度高時，其在末端聚合的速度快，使微管延長。③ 當(dāng)GTP-微管蛋白在末端聚合后，GTP水解為GDP，GTP-微管蛋白的聚合速度大于GTP的水解速度時，在微管末端形成一GTP帽，使微管能穩(wěn)定的延長。

④ 隨著GTP-微管蛋白的濃度的下降，微管末端聚合速度下降，GTP-微管蛋

鬼筆環(huán)肽

與微絲有強親合作用, 穩(wěn)定微絲, 抑制解聚 微絲的功能

1)構(gòu)成細(xì)胞的支架，維持細(xì)胞的形態(tài)。2)作為肌纖維的組成成分，參與肌肉收縮 3)參與細(xì)胞分裂 4)參與細(xì)胞運動

5)參與細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運輸 6)參與細(xì)胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

中間纖維（非極性、組織特異性）

中間纖維的一般特征: ? 中間纖維的直徑約為10nm，介于肌肉粗絲和肌肉細(xì)絲之間，因而得名；? 其單體為桿狀蛋白； ? 不存在可溶性蛋白庫；

? 其結(jié)構(gòu)及組裝均不表現(xiàn)極性、無踏車行為； ? 具有組織細(xì)胞特異性； ? 多分布于核的外側(cè)；

? 功能：賦予細(xì)胞強大的機械強度。中間纖維的組裝

１、IF單體蛋白以平行,且相互對齊的方式形成雙股超螺旋二聚體.2.二聚體以反相平行的四聚體

3.每個四聚體又進一步,組裝成原絲

4.兩根原絲相互纏繞,以半分子長度交錯的原則形成原纖維,即八聚體 5.四根原纖維互相纏繞最終成為中間纖維

中間纖維的功能

1)中間纖維在細(xì)胞內(nèi)形成一個完整的網(wǎng)狀骨架系統(tǒng)。2)中間纖維提供細(xì)胞的機械強度作用 3)中間纖維參與細(xì)胞連接

4)中間纖維參與細(xì)胞內(nèi)信息傳遞及物質(zhì)運輸 5)中間纖維維持細(xì)胞核膜穩(wěn)定 6)中間纖維參與細(xì)胞分化。

第二篇：細(xì)胞生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程-第十章 細(xì)胞骨架與細(xì)胞運動

課程學(xué)習(xí)： 10.細(xì)胞骨架與細(xì)胞運動 >> 10.3.4 肌細(xì)胞: 特化的肌收縮功能

10.3.4 肌細(xì)胞: 特化的肌收縮功能

肌細(xì)胞在進化的過程中形成了一種高度特化的的功能:肌收縮(muscle

contraction)。在肌細(xì)胞中, 肌動蛋白和肌球蛋白聯(lián)合形成一種復(fù)合物:稱為肌動球蛋白(actomyosin), 一種高度有序的結(jié)構(gòu), 并能高效地工作。

■ 骨骼肌細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu) ● 肌纖維(myofibers)

肌纖維(myofibers)是圓柱形的肌細(xì)胞(長度可達40mm, 寬為10-100μm), 并且含有許多核(可多達100個核)。每個肌纖維被一層細(xì)胞質(zhì)膜包被，這種細(xì)胞膜稱作肌纖維膜(sarcolemma)。扁平的細(xì)胞核位于肌纖維膜的下方，并沿細(xì)胞的長度多點分布。

● 肌原纖維(myofibril)

肌原纖維是橫紋肌中長的、圓柱形的結(jié)構(gòu)。肌原纖維有明暗相間的帶，明帶稱為I帶(I band)，暗帶稱為A帶(A band)。在I帶中有一條著色較深的線, 叫Z線。

● 肌節(jié)(sarcomere)

肌節(jié)是Z線將肌原纖維分成的一系列的重復(fù)單位,含有一個完整的A帶和兩個二分之一I帶（圖10-46）, 肌節(jié)是肌收縮的單位。

圖10-46 肌細(xì)胞的結(jié)構(gòu) ■ 肌原纖維的結(jié)構(gòu)

在電子顯微鏡下揭示肌原纖維是由兩種類型的長纖維構(gòu)成, 一種是細(xì)肌絲，直徑為6nm；另一種是粗肌絲，直徑為15nm。明帶只含有細(xì)肌絲，所以比較亮，而暗帶之所以暗，是因為有粗肌絲和細(xì)肌絲的重疊。粗肌絲的長度占據(jù)整個A帶，而細(xì)肌絲沒有伸展到A帶的中央?yún)^(qū)，所以A帶的中央?yún)^(qū)也比較明亮，該區(qū)叫H帶(圖10-47)。

圖10-47 肌原纖維的結(jié)構(gòu)

● 粗肌絲(think filament)組成肌節(jié)的肌球蛋白絲。

● 細(xì)肌絲(thin filament)組成肌節(jié)的肌動蛋白絲。細(xì)肌絲是由三種蛋白組成, 除了肌動蛋白外, 還有兩個結(jié)合蛋白, 即原肌球蛋白和肌鈣蛋白。

細(xì)肌絲的兩端分別與兩個不同的肌動蛋白加帽蛋白結(jié)合(圖10-48),一個是CapZ蛋白, 另一個是原肌球調(diào)節(jié)蛋白(tropomodulin)。

圖10-48 肌節(jié)中與細(xì)肌絲結(jié)合的加帽蛋白的結(jié)合部位和作用

CapZ蛋白結(jié)合在肌動蛋白的(+)端, 位于Z線。原肌球調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合在肌動蛋白的(-)端。這兩種蛋白的結(jié)合有利于細(xì)肌絲的穩(wěn)定, 防止去聚合。

● Z線(Z disk)是纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 它的主要功能是錨定肌動蛋白纖絲的正端。至于肌動蛋白纖絲是如何同Z線結(jié)合的, 尚不清楚, 推測加帽蛋白Cap Z蛋白和交聯(lián)蛋白α-輔肌動蛋白(α-actinin)都有作用。α-輔肌動蛋白是Z線提取物中的主要成份, 它很可能在I帶中將細(xì)肌絲交聯(lián)成束。● 原肌球蛋白(tropomyosin, Tm)

原肌球蛋白是細(xì)肌絲中肌動蛋白的結(jié)合蛋白，由兩條平行的多肽鏈組成α螺旋構(gòu)型，每條原肌球蛋白首尾相接形成一條連續(xù)的鏈同肌動蛋白細(xì)肌絲結(jié)合, 正好位于雙螺旋的溝(grooves)中。每一條原肌球蛋白有7個肌動蛋白結(jié)合位點，因此Tm同肌動蛋白細(xì)肌絲中7個肌動蛋白亞基結(jié)合(圖10-49a,b)。

● 肌鈣蛋白(troponin.Tn)

肌鈣蛋白由3個多肽，即肌鈣蛋白T(Tn-T)、肌鈣蛋白I(Tn-I)、肌鈣蛋白C(Tn-C)組成的復(fù)合物。Tn-T是一種長形的纖維狀分子(圖10-49c), Tn-I和Tn-C都是球形分子。Tn-I能夠同肌動蛋白以及Tn-T結(jié)合, 它同肌動蛋白的結(jié)合就抑制了肌球蛋白與肌動蛋白的結(jié)合。Tn-C是肌鈣蛋白的Ca結(jié)合亞基，Tn-C控制著原肌球蛋白在肌動蛋白纖維表面的位置。在細(xì)肌絲上大約每隔40nm就結(jié)合有一個肌鈣蛋白。

2+

圖10-49 原肌球蛋白及其結(jié)合蛋白

(a)原肌球蛋白的螺旋結(jié)構(gòu);(b)原肌球蛋白的序列特征, C是保守區(qū), V是可變區(qū), 不同來源的原肌球蛋白的V區(qū)序列可能不同;非肌細(xì)胞中的原肌球蛋白的長度要短些, 但保守區(qū)的組成相同;(c)原肌球蛋白、肌鈣蛋白和肌動蛋白的結(jié)合關(guān)系。

肌聯(lián)蛋白(titin)與伴肌動蛋白(nebulin)在肌節(jié)中除了上述的蛋白成分外,還有兩種重要的蛋白:肌聯(lián)蛋白和伴肌動蛋白(圖10-50)。

圖10-50 肌聯(lián)蛋白-伴肌動蛋白纖維系統(tǒng)對粗肌絲和細(xì)肌絲的穩(wěn)定作用(a)每條粗肌絲都有肌聯(lián)蛋白纖維維持它的穩(wěn)定,跨度起自Z線到M線;每條細(xì)肌絲的(+)端到(-)都結(jié)合有伴肌動蛋白纖維；(b)用凝溶腳蛋白（一種纖維切割蛋白）處理肌細(xì)胞, 破壞了肌節(jié)中的細(xì)肌絲, 沒有了肌動蛋白的支持, 伴肌動蛋白凝縮在Z

線。

■ 肌收縮的滑動絲模型(sliding filament model)及分子基礎(chǔ) ● 實驗依據(jù)

研究發(fā)現(xiàn):肌收縮過程中，肌節(jié)幾乎縮短50%，但是肌節(jié)的A帶的長度并沒有發(fā)生變化。肌節(jié)的縮短只是伴隨著I帶的縮短，在整個收縮的肌纖維中，I帶幾乎消失了。

● 滑動絲模型

兩個英國研究小組的科學(xué)家們提出滑動絲模型解釋肌收縮的機理。他們推測:肌節(jié)的縮短并不是因纖絲的縮短而引起, 而是由纖絲互相滑動所致。細(xì)肌絲向肌節(jié)中央滑動, 肌絲滑進了A帶之中導(dǎo)致重疊部分增加, 使得I帶和H帶的寬度縮小, 其結(jié)果是縮短了肌節(jié)，減少了肌纖維的長度(圖10-51)。

圖10-51 肌收縮時肌節(jié)的收縮

(a)肌收縮時肌節(jié)長度變化及肌節(jié)結(jié)構(gòu)差異示意圖。在肌收縮時,肌球蛋白的交聯(lián)橋(cross-bridge)與周圍的細(xì)肌絲接觸, 細(xì)肌絲被推動滑向肌節(jié)的中心。(b)肌

收縮時的電子顯微鏡照片。

● 肌球蛋白Ⅱ的作用

粗肌絲同細(xì)肌絲之間的滑動主要涉及粗肌絲中肌球蛋白Ⅱ的頭部同肌動蛋白細(xì)肌絲接觸，產(chǎn)生細(xì)肌絲與粗肌絲之間的交聯(lián)橋(crossbridges)，才能產(chǎn)生滑動。研究發(fā)現(xiàn): 肌收縮時,每個肌球蛋白的頭都向外伸出, 并與細(xì)肌絲緊緊地結(jié)合, 形成細(xì)肌絲與粗肌絲間的交聯(lián)橋。肌球蛋白Ⅱ的頭部一旦同細(xì)肌絲結(jié)合, 頭部就會快速向中心部位彎曲，使細(xì)肌絲沿粗肌絲向肌節(jié)中央移動5～15nm。

● 旋轉(zhuǎn)升降臂(swinging lever arm)假說

1993年Ivan Rayment 等提出旋轉(zhuǎn)升降臂假說解釋肌球蛋白與肌動蛋白之間滑動的機理:他們認(rèn)為ATP水解釋放出的能量誘導(dǎo)肌球蛋白頭部構(gòu)型發(fā)生少許改變, 然后通過旋轉(zhuǎn)使肌球蛋白α螺旋的頸部伸展,實際上,肌球蛋白的頸部作為強度極高的升降臂(lever arm),引起肌動蛋白纖維快速的遠(yuǎn)距離滑動(圖10-52)。

圖10-52 肌球蛋白頸部作為旋轉(zhuǎn)升降臂開關(guān)的模型, 詳見正文

什么是滑動絲模型和旋轉(zhuǎn)升降臂假說? ■ Ca離子在肌收縮中的作用 2+● 原肌球蛋白的抑制作用

原肌球蛋白能夠同7個肌動蛋白單體結(jié)合，并封閉了肌動蛋白上同肌球蛋白結(jié)合的位點。在這種情況下，肌節(jié)中的粗肌絲和細(xì)肌絲之間不可能形成交聯(lián)橋，只有解除原肌球蛋白對肌動蛋白纖維的抑制，才有可能形成交聯(lián)橋(圖10-53)。

圖10-53 原肌球蛋白在肌收縮中的作用

當(dāng)原肌球蛋白處于b位時,抑制了肌球蛋白頭部與肌動蛋白的結(jié)合, 當(dāng)原肌球蛋白移動到a位時, 解除了抑制的肌球蛋白的頭部得以同肌動蛋白接觸。● Ca離子對肌收縮的調(diào)節(jié)作用

細(xì)胞中Ca離子濃度能夠調(diào)節(jié)原肌球蛋白對肌動蛋白的抑制作用, 因為高濃度的Ca離子能夠同肌鈣蛋白的Tn-C亞基結(jié)合，改變原肌球蛋白同肌動蛋白結(jié)合的位置，解除原肌球蛋白對肌動蛋白的抑制，露出與肌球蛋白結(jié)合的位點(圖10-54)。2+2+2+

圖10-54 Ca離子對原肌球蛋白與肌動蛋白結(jié)合的影響

當(dāng)Ca離子很低時, 肌動蛋白上與肌球蛋白結(jié)合的位點被原肌球蛋白占據(jù), Ca2+

2+

2+離子濃度高時, 通過與肌鈣蛋白Tn-C亞基的結(jié)合, 改變原肌球蛋白在肌動蛋白纖維中的結(jié)合部位,暴露出與肌球蛋白結(jié)合的位點。

● Ca離子濃度調(diào)節(jié):肌收縮與神經(jīng)興奮相偶聯(lián)

神經(jīng)系統(tǒng)的電信號傳遞是以膜電位的形式沿著神經(jīng)細(xì)胞傳遞的,這種膜電位叫動作電位(action potentials)。當(dāng)動作電位到達神經(jīng)細(xì)胞末梢時，它觸發(fā)神經(jīng)遞質(zhì)擴散，穿過軸突，并同相鄰靶細(xì)胞的質(zhì)膜結(jié)合，使細(xì)胞質(zhì)膜去極化，最后信號通過與肌質(zhì)網(wǎng)相鄰的T管激發(fā)肌質(zhì)網(wǎng)向胞質(zhì)溶膠釋放貯存的Ca2+離子, 從而使胞質(zhì)溶膠中的Ca2+離子濃度快速升高, 使電信號轉(zhuǎn)變成化學(xué)信號(圖10-55)。2+

圖10-55 肌質(zhì)網(wǎng)對骨骼肌胞質(zhì)溶膠中Ca離子濃度的調(diào)節(jié)作用

(a)肌纖維的三維結(jié)構(gòu)圖;(b)SR釋放Ca離子。①神經(jīng)信號傳遞到肌纖維的細(xì)胞質(zhì)膜,經(jīng)T管靠近肌質(zhì)網(wǎng);②誘導(dǎo)肌質(zhì)網(wǎng)釋放Ca離子, 使胞質(zhì)溶膠中Ca離子濃度升高。

釋放出來的Ca離子同肌鈣蛋白結(jié)合，解除原肌球蛋白對肌動蛋白的抑制，使得粗肌絲肌球蛋白的頭部得以同肌動蛋白接觸，形成交聯(lián)橋。然后再由ATP同肌球蛋白頭部的ATP結(jié)合位點結(jié)合，并通過ATP的水解提供能量，以及肌球蛋白頭部構(gòu)型的變化，引起粗肌絲與細(xì)肌絲間的滑動，產(chǎn)生肌肉的收縮。

怎樣通過Ca離子濃度調(diào)節(jié)使肌收縮與神經(jīng)興奮相偶聯(lián)?

2+

2+

2+2+2+2+

第三篇：《醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)》第07章 細(xì)胞骨架與細(xì)胞的運動講解

一、名詞解釋

1、細(xì)胞骨架

2、應(yīng)力纖維

3、微管

4、微絲

5、中間纖維

6、踏車現(xiàn)象

7、微管組織中心（MTOC）

8、胞質(zhì)分裂環(huán)

二、填空題

1、_____是一種復(fù)雜的蛋白質(zhì)纖維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，能使真核細(xì)胞適應(yīng)多種形狀和協(xié)調(diào)的運動。

2、肌動蛋白絲具有兩個結(jié)構(gòu)上明顯不同的末端，即_____極和_____極。

3、在動物細(xì)胞分裂過程中，兩個子細(xì)胞的最終分離依賴于質(zhì)膜下帶狀肌動纖維束和肌球蛋白分子的活動，這種特殊的結(jié)構(gòu)是_____。

4、小腸上皮細(xì)胞表面的指狀突起是_____，其中含有_____細(xì)胞質(zhì)骨架成分。

5、肌動蛋白單體連續(xù)地從細(xì)纖維一端轉(zhuǎn)移到另一端的過程稱為_____。

6、微管由_____分子組成的，微管的單體形式是_____和_____組成的異二聚體。

7、外側(cè)的微管蛋白雙聯(lián)體相對于另一雙聯(lián)體滑動而引起纖毛擺動，在此過程中起重要作用的蛋白質(zhì)復(fù)合物是_____。

8、基體類似于_____，是由9個三聯(lián)微管組成的小型圓柱形細(xì)胞器。

9、_____位于細(xì)胞中心，在間期組織細(xì)胞質(zhì)中微管的組裝和排列。

10、_____藥物與微管蛋白緊密結(jié)合能抑制其聚合組裝。

11、_____具有穩(wěn)定微管，防止解聚，協(xié)調(diào)微管與其他細(xì)胞成分的相互關(guān)系的作用。

12、驅(qū)動囊泡沿著軸突微管從細(xì)胞體向軸突末端單向移動的蛋白質(zhì)復(fù)合物是_____。

13、在細(xì)胞內(nèi)永久性微絲有，臨時性微絲有 ；永久性微管有，臨時性微管有。

14、細(xì)胞骨架普遍存在于 細(xì)胞中，是細(xì)胞的 結(jié)構(gòu)，由細(xì)胞內(nèi)的 成分組成。包括、和 三種結(jié)構(gòu)。

15、中心體由 個相互 排列的圓筒狀結(jié)構(gòu)組成。結(jié)構(gòu)式為。主要功能是與細(xì)胞的 和 有關(guān)。

16、鞭毛和纖毛基部的結(jié)構(gòu)式為，桿狀部的結(jié)構(gòu)式為，尖端部的結(jié)構(gòu)式為

三、選擇題

1、細(xì)胞骨架是由哪幾種物質(zhì)構(gòu)成的（）。A、糖類 B、脂類 C、核酸 D、蛋白質(zhì) E.以上物質(zhì)都包括 2.下列哪種結(jié)構(gòu)不是由細(xì)胞中的微管組成（）。A、鞭毛 B、纖毛 C、中心粒 D、內(nèi)質(zhì)網(wǎng) E、以上都不是 3.關(guān)于微管的組裝，哪種說法是錯誤的（）。A、微管可隨細(xì)胞的生命活動不斷的組裝與去組裝 B、微管的組裝分步進行 C.微管的極性對微管的增長有重要意義 D、微管蛋白的聚合和解聚是可逆的自體組裝過程 E、微管兩端的組裝速度是相同的 4.在電鏡下可見中心粒的每個短筒狀小體（）。A、由9組二聯(lián)微管環(huán)狀斜向排列 B、由9組單管微管環(huán)狀斜向排列 C、由9組三

聯(lián)微管環(huán)狀斜向排列 D、由9組外圍微管和一個中央微管排列 E、由9組外圍微管和二個中央微管排列

5、組成微絲最主要的化學(xué)成分是（）。A、球狀肌動蛋

白 B、纖維狀肌動蛋白 C、原肌球蛋白 D、肌鈣蛋白 E、錨定蛋白

6、能夠?qū)Ｒ灰种莆⒔z組裝的物質(zhì)是（）。A、秋水仙素 B、細(xì)胞松弛素B C、長春花堿 D、鬼筆環(huán)肽 E、Mg+ 7.在非肌細(xì)胞中，微絲與哪種運動無關(guān)（）。A、支持作用 B、吞噬作用 C、主動運輸 D、變形運動 E、變皺膜運動 8.對中間纖維結(jié)構(gòu)敘述錯誤的是（）。A、直徑介于微管和微絲之間 B、為實心的纖維狀結(jié)構(gòu) C、為中空的纖維狀結(jié)構(gòu) D、兩端是由氨基酸組成的化學(xué)性質(zhì)不同的頭部和尾部 E、桿狀區(qū)為一個由310個氨基酸組成的保守區(qū)

9、在微絲的組成成分中，起調(diào)節(jié)作用的是（）。A、原肌球蛋白 B、肌球蛋白 C、肌動蛋白 D、絲狀蛋白 E、組帶蛋白

10、下列哪種纖維不屬于中間纖維（）。A、角蛋白纖維 B、結(jié)蛋白纖維 C、波形蛋白纖維 D、神經(jīng)絲蛋白纖維 E、肌原纖維

四、判斷題

1、細(xì)胞松弛素B是真菌的一種代謝產(chǎn)物，可阻止肌動蛋白的聚合，結(jié)合到微絲的正極，阻止新的單體聚合，致使微絲解聚。（）

2、永久性結(jié)構(gòu)的微管有鞭毛、纖毛等，臨時性結(jié)構(gòu)為紡錘體等。（）

3、紡錘體微管可分為動粒微管和非極性微管。（）

4、核骨架不象胞質(zhì)骨架那樣由非常專一的蛋白成分組成，核骨架的成分比較復(fù)雜，主要成分是核骨架蛋白及核骨架結(jié)合蛋白，并含有少量RNA。（）

五、簡答題

1、微絲的化學(xué)組成及在細(xì)胞中的功能。

2、什么是微管組織中心，它與微管有何關(guān)系。

3、簡述中間纖維的結(jié)構(gòu)及功能。

4、比較微管、微絲和中間纖維的異同。

5、試述微管的化學(xué)組成、類型和功能。參考答案

一、名詞解釋

1、細(xì)胞骨架：細(xì)胞骨架(Cytoskeleton是指存在于真核細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的中的蛋白纖維網(wǎng)架體系。包括狹義和廣義的細(xì)胞骨架兩種概念。廣義的細(xì)胞骨架包括：細(xì)胞核骨架、細(xì)胞質(zhì)骨架、細(xì)胞膜骨架和細(xì)胞外基質(zhì)。狹義的細(xì)胞骨架指細(xì)胞質(zhì)骨架，包括微絲、微管和中間纖維。

2、應(yīng)力纖維：應(yīng)力纖維是真核細(xì)胞中廣泛存在的微絲束結(jié)構(gòu)，由大量平行排列的微絲組成，與細(xì)胞間或細(xì)胞與基質(zhì)表面的粘著有密切關(guān)系，可能在細(xì)胞形態(tài)發(fā)生、細(xì)胞分化和組織的形成等方面具有重要作用。

3、微管：在真核細(xì)胞質(zhì)中，由微管蛋白構(gòu)成的，可形成紡錘體、中心體及細(xì)胞特化結(jié)構(gòu)鞭毛和

纖毛的結(jié)構(gòu)。

4、微絲：在真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，由肌動蛋白和肌球蛋白構(gòu)成的，可在細(xì)胞形態(tài)的支持及細(xì)胞肌性收縮和非肌性運動等方面起重要作用的結(jié)構(gòu)。

5、中間纖維：存在于真核細(xì)胞質(zhì)中的，由蛋白質(zhì)構(gòu)成的，其直徑介于微管和微絲

之間，在支持細(xì)胞形態(tài)、參與物質(zhì)運輸?shù)确矫嫫鹬匾饔玫睦w維狀結(jié)構(gòu)。

6、踏車現(xiàn)象：在一定條件下，細(xì)胞骨架在裝配過程中，一端發(fā)生裝配使微管或微絲延長，而另一端發(fā)生去裝配而使微管或微絲縮短，實際上是正極的裝配速度快于負(fù)極的裝配速度，這種現(xiàn)象稱為踏車現(xiàn)象。

7、微管組織中心（MTOC）：微管在生理狀態(tài)及實驗處理解聚后重新裝配的發(fā)生處稱為微管組織中心。動物細(xì)胞的MTOC為中心體。MTOC決定了細(xì)胞中微管的極性，微管的（-）極指向MTOC，（+）極背向MTOC。

8、胞質(zhì)分裂環(huán)：在有絲分裂末期，兩個即將分裂的子細(xì)胞之間產(chǎn)生一個收縮環(huán)。收縮環(huán)是由大量平行排列的微絲組成，由分裂末期胞質(zhì)中的肌動蛋白裝配而成，隨著收縮環(huán)的收縮，兩個子細(xì)胞被分開。胞質(zhì)分裂后，收縮環(huán)即消失。

二、填空題

1、細(xì)胞質(zhì)骨架；

2、正極、負(fù)極；

3、收縮環(huán)；

4、微絨毛、微絲；

5、踏車行為；

6、微管蛋白、α、β微管蛋白；

7、動力蛋白；

8、中心粒；

9、中心體；

10、細(xì)胞松弛素B；

11、微管結(jié)合蛋白；

12、驅(qū)動蛋白；

13、肌細(xì)胞中的細(xì)肌絲、小腸微絨毛中的軸心微絲，胞質(zhì)分裂環(huán)；鞭毛、纖毛，紡錘體；

14、、真核，支撐，蛋白質(zhì)，微管，微絲，中間纖維；

15、2，垂直蛋白，9×3+0，分裂，運動；

16、9×3+0，9×2+2，9×1+2；

三、選擇題

1、D；

2、D；

3、E；

4、C；

5、A；

6、B；

7、C；

8、B；

9、A；

10、E。

四、判斷題

1、√；

2、√；

3、×；

4、√。

五、簡答題

1、微絲的化學(xué)組成及在細(xì)胞中的功能。答：微絲的化學(xué)組成：主要成分為肌動蛋白和肌球蛋白，肌球蛋白起控制微絲的形成、連接、蓋帽、切斷的作用，也可影響微絲的功能。其他成分為調(diào)節(jié)蛋白、連接蛋白、交聯(lián)蛋白。微絲的功能：（1）與微管共同組成細(xì)胞的骨架，維持細(xì)胞的形狀。（2）具有非肌性運動功能，與細(xì)胞質(zhì)運動、細(xì)胞的變形運動、胞吐作用、細(xì)胞器與分子運動、細(xì)胞分裂時的膜縊縮有關(guān)。（3）具有肌性收縮作用（4）與其他細(xì)胞器相連，關(guān)系密切。（5）參與細(xì)胞內(nèi)信號傳遞和物質(zhì)運輸。

2、什么是微管組織中心，它與微管有何關(guān)系。答：微管組織中心是指微管裝配的發(fā)生處。它可以調(diào)節(jié)微管蛋白的聚合和解聚，使微管增長或縮短。而微管是由微管蛋白組成的一個結(jié)構(gòu)。二者有很大的不同，但又有十分密切 的關(guān)系。微管組織中心可以指揮微管的組裝與去組裝，它可以根據(jù)細(xì)胞的生理需要，調(diào)節(jié)微管的活動。如在細(xì)胞有絲分裂前期，根據(jù)染色體平均分配的需要，從

微管組織中心：中心粒和染色體著絲粒處進行微管的裝配形成紡錘體，到分裂末期，紡錘體解聚成微管蛋白。所以說，微管組織中心是微管活動的指揮

3、簡述中間纖維的結(jié)構(gòu)及功能。答：中間纖維的直徑約7～12nm的中空管狀結(jié)構(gòu)，由4或8個亞絲組成。單獨或成束存在于細(xì)胞中。中間纖維具有一個較穩(wěn)定的310個氨基酸的α螺旋組成的桿狀中心區(qū)，桿狀區(qū)兩端為非螺旋的頭部區(qū)（N端）和尾部區(qū)（C端）。頭部區(qū)和尾部區(qū)由不同的氨基酸構(gòu)成，為高度可變區(qū)域。功能：（1）支持和固定作用：支持細(xì)胞形態(tài)，固定細(xì)胞核。（2）物質(zhì)運輸和信息傳遞作用：在細(xì)胞質(zhì)中與微管、微絲共同完成物質(zhì)的運輸，在細(xì)胞核內(nèi)，與DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄有關(guān)。（3）細(xì)胞分裂時，對紡錘體和染色體起空間支架作用，負(fù)責(zé)子細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器的分配與定位。（4）在細(xì)胞癌變過程中起調(diào)控作用。

4、比較微管、微絲和中間纖維的異同。答：微管、微絲和中間纖維的相同點：（1）在化學(xué)組成上均由蛋白質(zhì)構(gòu)成。（2）在結(jié)構(gòu)上都是纖維狀，共同組成細(xì)胞骨架。（30在功能都可支持細(xì)胞的形狀；都參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運輸和信息的傳遞；都能在細(xì)胞運動和細(xì)胞分裂上發(fā)揮重要作用。微管、微絲和中間纖維的不同點：（1）在化學(xué)組成上均由蛋白質(zhì)構(gòu)成，但三者的蛋白質(zhì)的種類不同，而且中等纖維在不同種類細(xì)胞中的基本成分也不同。（2）在結(jié)構(gòu)上，微管和中間纖維是中空的纖維狀，微絲是實心的纖維狀。微管的結(jié)構(gòu)是均一的，而中等纖維結(jié)構(gòu)是為中央為桿狀部，兩側(cè)為頭部或尾部。（3）功能不同：微管可構(gòu)成中心粒、鞭毛或纖毛等重要的細(xì)胞器和附屬結(jié)構(gòu)，在細(xì)胞運動時或細(xì)胞分裂時發(fā)揮作用：微絲在細(xì)胞的肌性收縮或非肌性收縮中發(fā)揮作用，使細(xì)胞更好的執(zhí)行生理功能；中等纖維具有固定細(xì)胞核作用，行使子細(xì)胞中的細(xì)胞器分配與定位的功能，還可能與DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄有關(guān)。總之，微管、微絲和中間纖維是真核細(xì)胞內(nèi)重要的非膜相結(jié)構(gòu)，共同擔(dān)負(fù)維持細(xì)胞形態(tài)，細(xì)胞器位置的固定及物質(zhì)和信息傳遞重要功能。

5、試述微管的化學(xué)組成、類型和功能。答：微管的化學(xué)組成：主要化學(xué)成分為微管蛋白，為酸性蛋白。其他化學(xué)成分為微管結(jié)合蛋白包括為微管相關(guān)蛋白、微管修飾蛋白、達因蛋白。微管的類型：單微管、二聯(lián)管、三聯(lián)管。微管的功能：（1）構(gòu)成細(xì)胞的網(wǎng)狀支架，維持細(xì)胞的形態(tài)。（2）參

與細(xì)胞器的分布與運動，固定支持細(xì)胞器的位置（3）參與細(xì)胞收縮和偽足運動，是鞭毛纖毛等細(xì)胞運動器官的基本組成成分。（4）參與細(xì)胞分裂時染色體的分離和位移。（5）參與細(xì)胞物質(zhì)運輸和傳遞。

第四篇：細(xì)胞凋亡時細(xì)胞骨架的結(jié)構(gòu)改變的研究

細(xì)胞凋亡時細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)改變的研究

【摘要】細(xì)胞骨架是細(xì)胞重要的組成成分，維持著細(xì)胞正常形態(tài)和功能。凋亡時多種細(xì)胞骨架蛋白(如actin，myosin等)由于受凋亡因素作用，蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進而引起凋亡細(xì)胞的形態(tài)改變。因而細(xì)胞骨架的改變在細(xì)胞凋亡發(fā)生過程中具有重要作用，提示可通過改變細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)來誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，以達到治療腫瘤及其他疾病的目的。【關(guān)鍵詞】 細(xì)胞骨架

細(xì)胞凋亡

細(xì)胞骨架蛋白 0、引言

細(xì)胞骨架(cytoskeleton)是細(xì)胞內(nèi)不同蛋白質(zhì)纖維的聚合物和各種調(diào)控蛋白交錯連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在維持真核細(xì)胞的形態(tài)、胞內(nèi)運輸、變形運動等方面發(fā)揮著重要的作用。細(xì)胞骨架主要有3個功能：細(xì)胞結(jié)構(gòu)的空間組織作用；建立細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境中物理聯(lián)系；協(xié)同細(xì)胞移動和改變細(xì)胞形態(tài)的作用。細(xì)胞骨架是動態(tài)結(jié)構(gòu)，組成它的聚合物和調(diào)控蛋白處于連續(xù)不斷地變化中，將細(xì)胞質(zhì)蛋白和細(xì)胞器的活動整合為一個有機體。[1] 細(xì)胞凋亡是機體清除衰老、畸變或惡化細(xì)胞的一種主動、程序化的生理過程，是多細(xì)胞生物維系其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和內(nèi)環(huán)境功能平衡及生長發(fā)育必須的最基本的生物學(xué)過程[2]

本文中就凋亡時細(xì)胞骨架蛋白的改變的研究進展作一綜述。

1、細(xì)胞骨架的組成成分

細(xì)胞骨架聚合物控制著真核細(xì)胞的形態(tài)和動力學(xué)特征，包括3種主要形式：肌動蛋白絲(actin filament，AF)、微管(microtubule，MT)和中間絲(intermediate filament，IF)，三者被組裝成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來抵制細(xì)胞變形，但在響應(yīng)外應(yīng)力時能夠重新組裝，在維持細(xì)胞完整性方面發(fā)揮著重要功能。肌動蛋白絲和微管的聚合與解聚是細(xì)胞形態(tài)變化的直接因素，與此同時分子馬達在細(xì)胞各種組分的裝配過程中發(fā)揮重要功能。1.1微管

微管是由微管蛋白原絲組成的不分支的中空管狀結(jié)構(gòu)。直徑約25 nm，是細(xì)胞骨架成分，與細(xì)胞支持和運動有關(guān)。紡錘體、真核細(xì)胞纖毛、中心粒等均系由微管組成的細(xì)胞器。微管有最復(fù)雜的聚合和解聚特征，在細(xì)胞內(nèi)的壓力下會彎曲，在分裂間期，許多細(xì)胞會集合放射狀排列的微管以便利用其穩(wěn)定性，這些微管擔(dān)當(dāng)起中心輪毅和細(xì)胞內(nèi)運輸功能。有絲分裂過程中，微管骨架會自發(fā)地重新排列形成紡錘體，把染色體排列在一條線上[3]。一條微管能在兩種狀態(tài)之問交換：延伸和收縮。其動力學(xué)不穩(wěn)定性使得微管骨架能快速地重組[4] 1.2微絲

微絲(microfilaments，MF)是由肌動蛋自分子螺旋狀聚合成的纖絲，又稱肌動蛋白絲，是細(xì)胞骨架的主要成分之一。微絲對細(xì)胞貼附、鋪展、運動、內(nèi)吞、細(xì)胞分裂等許多細(xì)胞功能具有重要作用。它沒有微管穩(wěn)固，但綁定肌動蛋自絲的交聯(lián)蛋自具有高度穩(wěn)定性，裝配形成的束狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和樹突狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高度穩(wěn)定。成束的微絲對伸出的絲狀偽足起支持作用，絲狀偽足使細(xì)胞具有趨化性以及參與細(xì)胞間的通訊，并能夠產(chǎn)生像在吞噬過程中細(xì)胞形態(tài)的變化。肌動蛋白絲能響應(yīng)細(xì)胞信號系統(tǒng)的作用發(fā)生連續(xù)的聚合和解聚。如吞噬細(xì)胞伸出的偽足是在細(xì)胞表面接受趨化性的受體傳遞下來的信號刺激后，在細(xì)胞活躍的邊緣帶聚合成的。成纖維細(xì)胞的收縮作用是在肌動蛋白束的裝配過程中，細(xì)胞表面的跨膜蛋白與配體結(jié)合時觸發(fā)的。當(dāng)肌動蛋白纖維和一些解聚因子(比如切割蛋白家族成員)或與一些聚合因子相互作用時，會發(fā)生更加復(fù)雜的動力學(xué)變化[2] 1.3中間絲

中間絲是存在于真核細(xì)胞中介于微絲和微管之間，直徑約10 nm的纖絲，是最穩(wěn)定的細(xì)胞骨架成分，主要起支撐作用，因組成的蛋白質(zhì)不同而有不同的命名。它們抵制拉力的能力比抵制壓力要強的多，它們能被交聯(lián)蛋白彼此或與肌動蛋白絲和微管交聯(lián)在一起，通過和微管或肌動蛋白絲相互作用來形成細(xì)胞外應(yīng)力響應(yīng)結(jié)構(gòu)，如上皮細(xì)胞中的中間絲組裝成一個致密的網(wǎng)絡(luò)抵御外力作用。近年來的研究表明，由核纖層蛋白聚合而成的中間絲，能維持真核細(xì)胞胞核結(jié)構(gòu)的完整；核纖層蛋白被細(xì)胞周期蛋自依賴的激酶磷酸化從而促進有絲分裂開始時核膜的溶解 [5-6]。不同于微管及肌動蛋白絲，中間絲無極性，不能支持分子馬達有方向性的運動。

2、凋亡時細(xì)胞骨架蛋白的改變 2.1.細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)改變

在細(xì)胞發(fā)生凋亡的過程中，其形態(tài)結(jié)構(gòu)可發(fā)生一系列改變，如細(xì)胞與周圍細(xì)胞群脫離，表面原有的微絨毛、細(xì)胞間連接消失，核糖體逐漸從粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上脫離，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊腔擴脹，染色質(zhì)固縮，核膜孔擴大及細(xì)胞出芽，凋亡小體形成。有研究顯示，這些形態(tài)學(xué)改變與細(xì)胞骨架的變化關(guān)系密切[7]。

2.2 Caspase酶對細(xì)胞骨架的作用

細(xì)胞凋亡是受細(xì)胞內(nèi)源性基因、酶類和多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑控制,激活后呈一個“瀑布式”的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。各種凋亡刺激信號如病毒感染、生長因子缺乏、Fas/Apo-1配體、TNF-Ⅱ/TNF-ⅡR等,啟動凋亡的發(fā)生,由p53、Caspases、Fas相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白(fas-associ-ated death-domain, FADD)及TNF-ⅡR相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白(TNF-Ⅱrassociated death-domain,TRADD)等介導(dǎo)凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo),由Bcl-2蛋白家族、細(xì)胞色素C及Caspases蛋白酶3個效應(yīng)器所參與的調(diào)控、執(zhí)行階段,最后導(dǎo)致內(nèi)源性核酸激酶激活,核細(xì)胞骨架重新組合,細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)降解。

Caspase對細(xì)胞骨架的影響是通過裂解具有細(xì)胞骨架調(diào)節(jié)功能的蛋白質(zhì),如成簇黏附激酶(focaladhesion kinase, FAK), p21活性激酶(p21-activatedkinase,PAK2)等,達到間接地重組細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的作用,由此影響到細(xì)胞骨架蛋白發(fā)生結(jié)構(gòu)及形態(tài)上的變化,導(dǎo)致細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)破壞。研究顯示,Caspase-3活化后,可使細(xì)胞肌動蛋白(actin)、層黏連蛋白(laminin,LN)、胞襯蛋白(fodrin)等多種作為細(xì)胞骨架的底物蛋白發(fā)生裂解,導(dǎo)致細(xì)胞從所黏附的基質(zhì)或周圍細(xì)胞群中脫離,同時細(xì)胞形態(tài)出現(xiàn)染色質(zhì)濃縮、邊集、細(xì)胞膜皺縮、凋亡小體形成等凋亡特征性改變。Kothakota等發(fā)現(xiàn),由Fas和腫瘤壞死因子α(TNF-α)介導(dǎo)的人中性粒細(xì)胞凋亡過程中,Caspase-3激活后對其底物多聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶(PARP)的裂解作用晚于對絲的作用,凝溶膠蛋白(gelsolin)蛋白裂解后產(chǎn)生一個352個氨基酸的NH2-末端。該末端可在細(xì)胞內(nèi)以Ca2+非依賴方式對肌纖蛋白細(xì)胞骨架產(chǎn)生快速解聚會誘導(dǎo)細(xì)胞變圓,從其所黏附平板上脫落,并出現(xiàn)核碎裂等現(xiàn)象。其他研究也顯示,表達該末端片段的腺病毒載體可導(dǎo)致黑色素瘤細(xì)胞A7、M2和NIH3T3多種細(xì)胞的快速死亡。因此,裂解的凝溶膠蛋白可能是細(xì)胞凋亡過程中形態(tài)變化的重要因素。

近年來,用砷劑(常用As2O3)治療白血病和某些腫瘤,取得良好的臨床效果。其機制就是影響bcl-2蛋白家族表達,通過Fas/FasL依賴的途徑激活Caspase-8。研究顯示,As2O3能阻滯細(xì)胞的增殖,促進細(xì)胞凋亡,用As2O3誘導(dǎo)后細(xì)胞內(nèi)Ezrin(一種能與細(xì)胞骨架發(fā)生相互作用的關(guān)鍵蛋白)、肌動蛋白和細(xì)胞骨架均減少,細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變,從而產(chǎn)生凋亡。[2] 2.3 細(xì)胞骨架蛋白的改變

2.3.1微絲和肌動蛋白(actin)的改變

F-actin的解聚是凋亡過程中所必須的，其解聚出現(xiàn)在凋亡小體形成之前。actin是Caspases蛋白水解酶的作用底物，當(dāng)Caspases攻擊actin時，可將其切斷降解為15kD和31kD兩個片段，使之不能重新聚合，并由于15kD片段的形成而引起細(xì)胞凋亡形態(tài)的改變。Caspases除了可直接切斷actin外，還可通過切斷微絲系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)蛋白來引起actin的變化。β-catenin是細(xì)胞間粘附調(diào)節(jié)蛋白，凋亡時被Caspase-3切斷，去除了其N-末端和C-末端區(qū)的蛋白，而殘余蛋白產(chǎn)物不能與α-catenin結(jié)合，影響actin組建，從而破壞了相鄰細(xì)胞間actin微絲連接結(jié)構(gòu)。膽固醇氧化物也可干擾actin的重組，表現(xiàn)為F-actin的解聚，應(yīng)力纖維消失，微絲完全靠近細(xì)胞邊緣并成塊狀等凋亡形態(tài)。微絲網(wǎng)絡(luò)的重組也是凋亡小體形成中所必須，在凋亡小體中可見完好的微絲網(wǎng)絡(luò)。用微絲干擾因子可以阻斷凋亡小體的形成。2.3.2 肌球蛋白(myosin)的改變

細(xì)胞皺縮和細(xì)胞膜發(fā)泡是凋亡的重要形態(tài)改變。這一形態(tài)改變受肌球蛋白輕鏈(myosin light chain，MLC)磷酸化調(diào)節(jié)。當(dāng)MLC磷酸化增加時，膜發(fā)泡增加。MLC激酶抑制可阻斷MLC磷酸化，同時MLC磷酸化受Rho信號途徑調(diào)節(jié)。actin也參與了膜發(fā)泡，actin皮質(zhì)環(huán)中的myosin II可使actin環(huán)產(chǎn)生向心力，內(nèi)陷而引起actin和質(zhì)膜連接較弱處形成突起發(fā)泡，因此當(dāng)actin受破壞時，膜發(fā)泡也受到抑制。Lechler等在研究酵母I型myosins功能時，發(fā)現(xiàn)myosins直接參與actin聚合過程。actin的聚合依賴myosin動力區(qū)的磷酸化，此過程受cdc42調(diào)節(jié)。myosin I聯(lián)系質(zhì)膜與actin微絲，它的運動可使質(zhì)膜突起并使微絲延長。2.3.3 凝膠素(gelsolin)的改變

gelsolin是凋亡的調(diào)節(jié)蛋白和效應(yīng)蛋白。Gelsolin是Caspase-3的底物，在Fas刺激下，Caspase-3可切斷gelsolin，形成39kD的N-末端和41kD的C-末端兩個片段，其中N-末端片段產(chǎn)物作用于actin絲，引起actin解聚、細(xì)胞變圓，粘附力喪失，進而核碎裂等凋亡改變。2.3.4 Gas 2的改變

Gas 2(growth-arrest-specific 2peptide)是gas基因表達的蛋白產(chǎn)物，是微絲系統(tǒng)的組成成分是微絲相關(guān)蛋白，也是Caspases的死亡底物。凋亡時，Caspase-3特異地切斷Gas 2的C端區(qū)，引起微絲的重排，繼而細(xì)胞發(fā)生明顯凋亡改變。2.3.5 Fodrin的改變

α-fodrin是膜相關(guān)骨架蛋白，在Fas和TNF引起的凋亡中被快速而特異地切斷。Fodrin的被切是由Caspases介導(dǎo)的，實驗證實α-fodrin的切割必須有Caspase-3參加。細(xì)胞色素C可引起Caspase-3活化，進而Caspase-3切斷fodrin引起凋亡。Fodrin的切斷可能與膜發(fā)泡有關(guān)。Fodrin蛋白在actin微絲的末端交叉連接，將其連在質(zhì)膜上，被Caspases降解后，影響actin結(jié)構(gòu)致質(zhì)膜發(fā)泡。2.3.6 PAK2的改變

PAKs(p21-activated kinases)是一類絲氨酸-蘇氨酸激酶，其活性受小GTP酶如Rac，cdc42等調(diào)節(jié)。PAKs分子量為62kD，Jarkat T細(xì)胞凋亡時由Caspase-3介導(dǎo)的PAK2蛋白水解。將PAK2切成34kD的C端區(qū)片段，該片段的活性作用引起凋亡細(xì)胞形態(tài)和膜的改變。2.3.7 微管和微管蛋白(tubulin)的改變

許多破壞微管的藥物如Dolastatin，可直接引起B(yǎng)cl-2磷酸化而導(dǎo)致Bcl-2失活，并攻擊微管，抑制微管和tubu-lin的裝配，抑制有絲分裂的紡錘體形成而引起細(xì)胞凋亡。也有些藥物可活化一些酶類使bcl-2磷酸化如Taxol可活化CAMP依賴的蛋白激酶(PKA)引起細(xì)胞bcl-2磷酸化和凋亡。Taxol也可引起Caspase3的活化，啟動凋亡。AS2O3的作用也日益引起重視。AS2O3有微管蛋白增強劑和微管蛋白抑制劑兩種特征，在體外實驗中，AS2O3能顯著抑制GTP引起的聚合作用，并攻擊微管蛋白，影響微管形成。資料顯示，AS2O3連結(jié)tubulin的2個半胱氨酸殘基，阻斷GTP結(jié)合位點，干擾有絲分裂中微管的正常動力學(xué)。2.3.8 細(xì)胞角蛋白(cytokeratin)和波形蛋白(vimentin)的改變

凋亡早期，中間絲的主要蛋白cytokeratin和vimentin發(fā)生解聚和蛋白水解而斷裂，其蛋白水解也是由Caspases介導(dǎo)的，中間絲由原來的長絲狀解聚成短粗的聚集物，同時伴隨膜磷脂酰絲氨酸(PS)的暴露和染色質(zhì)凝集。膽固醇氧化也可引起vimentin的重排，vimentin絲在細(xì)胞邊緣形成塊狀聚集物或在核與胞漿外周之間形成環(huán)狀網(wǎng)架，這時vimentin絲與核的緊密關(guān)系完全或部分消失。[8]

3、細(xì)胞骨架改變誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡 3.1 肌動蛋白可能是凋亡早期的調(diào)控物之一

肌球蛋白是構(gòu)成細(xì)胞骨架的主要成分，其表達水平的變化與細(xì)胞形態(tài)變化密切相關(guān)。有研究表明，細(xì)胞凋亡時，肌動蛋白細(xì)絲發(fā)生斷裂，肌動蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到破壞。這是細(xì)胞凋亡時形態(tài)改變的一個典型特征。那么，通過改變這一典型特征是否就能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡呢?對此，White等作了深入的研究。他們用細(xì)胞松弛劑D抑制氣管1HAEo細(xì)胞和主支氣管上皮細(xì)胞肌動蛋白的延伸，或通過Jasp-akinol-ide促進肌動蛋白的聚集，發(fā)現(xiàn)改變肌動蛋白的整體性會導(dǎo)致細(xì)胞在5 h內(nèi)出現(xiàn)典型的凋亡形態(tài)學(xué)改變。細(xì)胞松弛劑D會阻礙黏附蛋白的表達，盡管纖維黏連蛋白受體是聚合在一起的，其誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡與前述的Caspase-8裂解有關(guān)，而Jasplakinolide誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡并不破壞細(xì)胞的黏連蛋白，與前Caspase-8裂解無關(guān)。它們都不受Caspase家族抑制物z-VAD-fmk和Ac-DEVD-cho的抑制，但受死亡受體Fas(CD95)抑制物的抑制，誘導(dǎo)的凋亡與細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜信號紊亂有關(guān)。有研究顯示，盡管兩種方法誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡機制有所不同，但都引起了細(xì)胞肌動蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變，提示肌動蛋白可能是細(xì)胞凋亡早期的調(diào)控物之一。用酵母菌所做的實驗研究表明，肌動蛋白與細(xì)胞凋亡關(guān)系密切，破壞肌動蛋白的藥物能導(dǎo)致線粒體膜的去極化，誘導(dǎo)酵母菌的衰老。臨床上也應(yīng)用肌動蛋白穩(wěn)定劑的藥物來防止細(xì)胞凋亡和預(yù)防器官老化。

3.2 任何能使微管結(jié)構(gòu)或功能改變的物質(zhì)都能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡

微管與其他細(xì)胞器的關(guān)系密切，臨床常用的一些抗腫瘤藥物盡管機制不同，卻均可引起微管結(jié)構(gòu)的損傷，導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生凋亡。它們大致可分為兩類：一類是阻滯微管結(jié)構(gòu)聚合，從而抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。如長春新堿能影響細(xì)胞中紡錘體的形成，通過阻滯微管蛋白的聚合，使有絲分裂停止在中期，同時對細(xì)胞增殖周期的M期有延滯或阻滯作用。秋水仙堿能與粒細(xì)胞的微管蛋白結(jié)合，妨礙粒細(xì)胞的活動，抑制粒細(xì)胞浸潤，抑制細(xì)胞有絲分裂和結(jié)締組織細(xì)胞外基質(zhì)的合成和分泌，其結(jié)構(gòu)中的C環(huán)與微管蛋白結(jié)合，阻止其聚合成紡錘體，使細(xì)胞分裂停止與中期。另一類是促進微管聚合，并與微管結(jié)合，抑制其解聚的抗癌藥。其代表藥是紫杉醇(Paclitaxel)，它能特異地結(jié)合到微管的β位上，導(dǎo)致微管聚合成團塊狀或束條狀，抑制微管網(wǎng)的解聚，而對正常的細(xì)胞基本無影響。因此，紫杉醇是第一種作用獨特的微管穩(wěn)定型抗癌藥，它可明顯減少G1期細(xì)胞群，增加G2期和M期細(xì)胞數(shù)，其作用具有時間和濃度依賴性。臨床應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，紫杉醇對卵巢癌、乳腺癌、肺癌及惡性黑色素瘤有獨特的療效，倍受臨床關(guān)注。[9] 3.3 細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)與功能相關(guān)的蛋白

細(xì)胞膜骨架和肌動蛋白骨架的改變在細(xì)胞表面的形態(tài)改變中起關(guān)鍵作用。細(xì)胞骨架蛋白是Caspase和鈣結(jié)合蛋白酶(Calpain)家族的作用底物，它的破壞對細(xì)胞骨架的影響很大，易導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。肌動蛋白細(xì)胞骨架的解體是骨架蛋白經(jīng)Caspase和Calpain家族蛋白水解作用后的結(jié)果。

PIN又稱動力蛋白輕鏈(dyein light chain，DLC)，是動力蛋白復(fù)合物和肌球蛋白V的組分，廣泛分布于生物體內(nèi)，藻類的鞭毛，動物成年個體的各組織和整個胚胎均可表達，定位于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核。PIN作為動力蛋白和肌球蛋白V的組分，參與微管和肌動蛋白為基礎(chǔ)的分子驅(qū)動器作用，與兩種運動蛋白的導(dǎo)向和調(diào)節(jié)作用有關(guān)。動力蛋白是多亞基ATP酶，由多個重、中、輕鏈組成的分子運動原，作用于細(xì)胞鞭毛。實驗表明，PIN部分失去功能的果蠅，應(yīng)起剛毛、翅膀發(fā)育等嚴(yán)重的多效性形態(tài)缺陷和雌性不育，當(dāng)功能全部喪失，則引起大量的凋亡和胚胎死亡。胚胎期PIN的缺失導(dǎo)致細(xì)胞骨架排列紊亂，說明PIN活性對改變和維持細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)和空間分布起到一定作用。PIN的表達可影響細(xì)胞發(fā)育和分化，與抑制細(xì)胞凋亡有關(guān)。動力蛋白通過動力激活蛋白連接肌動蛋白相關(guān)的細(xì)胞骨架，說明PIN可通過肌動蛋白細(xì)胞骨架調(diào)節(jié)細(xì)胞反應(yīng)。

3.4死亡相關(guān)蛋白激酶信號通路將細(xì)胞骨架和細(xì)胞凋亡聯(lián)系起來 死亡相關(guān)蛋白激酶(death-associ-ated protein kinase，DAPK)是受鈣調(diào)蛋白控制的絲氨酸/蘇氨酸激酶。它由多個結(jié)構(gòu)組成，包括1個典型的激酶結(jié)構(gòu)域、1個鈣調(diào)蛋白連接區(qū)、8個錨蛋白的重復(fù)序列、1個細(xì)胞骨架連接區(qū)和1個死亡區(qū)。這個前凋亡激酶的作用與腫瘤抑制基因相似，能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。肌漿球蛋白Ⅱ輕鏈?zhǔn)荄APK在體內(nèi)作用的第一個底物，通過部分磷酸化作用，DAPK作為有效的肌動蛋白細(xì)胞骨架的控制物，能導(dǎo)致細(xì)絲和結(jié)合點錯誤連接。另外，DAPK能通過內(nèi)外機制使整合素活性降低，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。有一些蛋白可通過細(xì)胞與細(xì)胞之間的相互作用以控制DAPK，如激酶、磷酸酶、編碼蛋白等。因此，這些也對細(xì)胞骨架和凋亡有一定影響[10-11]。

4、展望及存在問題

綜上所述，細(xì)胞骨架與細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。利用這一點，我們可通過改變細(xì)胞骨架誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，提高對抗腫瘤藥物的敏感性，達到治療腫瘤的目的。另一方面也可通過糾正細(xì)胞骨架的異常改變，阻滯細(xì)胞凋亡，治療機體組織細(xì)胞過度凋亡所致的疾病，延緩衰老。

怎樣才能使特定的細(xì)胞或細(xì)胞群骨架發(fā)生改變，怎樣才能使發(fā)生特定改變的細(xì)胞骨架恢復(fù)正常，或通過細(xì)胞骨架對細(xì)胞凋亡進行精確的調(diào)控，很值得進行深入的研究。

【參考文獻】

[1] 謝朝暉、陳蘭英，細(xì)胞骨架研究進展，《癌變 畸變 突變》2011年04期 [2] 高清、吳波，細(xì)胞凋亡與細(xì)胞骨架的改變，《醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報》2008年08期

[3] Jordan MA,Wilson L Microtubules as a target for anticancer drugs[J].Nature Rev Cancer, 2004.4(4):253-265 [4] Holy TE, Ieibler S.Dynamic instability of microtubules as an efficient way to search in space[J].Proc Natl Acad Sci, 1994, 91(12), 5682-5685.[5]陳蘭英，唐劍，牛競文，等，環(huán)六亞甲基雙乙酞胺誘導(dǎo)人肝癌 SMMG-7721細(xì)胞分化過程中核基質(zhì)一中問纖維系統(tǒng)的構(gòu)型變化[J].《電子顯微學(xué)報》，2007, 26(3): 212-217.[6] 陳蘭英，楊海波，李祺福，等，姜黃素對人食管癌EC9706細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)作用[J]，《現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進展》，2008, 8(9)：1601一1604.[7] 吳波、馬捷、孟奎 等.肝細(xì)胞凋亡的超微結(jié)構(gòu)觀察[J].《電子顯微學(xué)報》，2000, 19(6): 791-797.[8]蔡軍、姜敘誠，凋亡時細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的改變，《國外醫(yī)學(xué) 生理、病理科學(xué)與臨床分冊》，2001年04期

[9] 王金惠、善亞君、從玉文.人體肝癌細(xì)胞急性低氧及低氧習(xí)服差異表達基因分析[J].《生理學(xué)報》, 2003, 55(3): 324-33 [10] 潘敏鴻、姜少軍、吳波,等，海水浸泡對表皮細(xì)胞凋亡和增殖的影響[J].《醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報》, 2007, 20(9): 916-919.[11] 戴鍇、田德英，瘦素通過調(diào)控細(xì)胞周期蛋白促進人肝癌細(xì)胞增殖[J].《醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報》，2007, 20(4): 339-342

第五篇：細(xì)胞實驗細(xì)胞骨架組分的熒光染色觀察

細(xì)胞生物學(xué)實驗

細(xì)胞骨架組分的熒光染色觀察

一、實驗?zāi)康?/p>

1、掌握細(xì)胞骨架的顯示方法

2、掌握熒光顯微鏡的使用方法

3、了解熒光顯微鏡下細(xì)胞骨架的基本形態(tài)結(jié)構(gòu)

4、了解熒光探針Hoechst 33342（Ho.33324）與細(xì)胞成分的結(jié)合特性和光譜特性

二、實驗原理

1、微絲股價是一種高度動態(tài)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與細(xì)胞的多種生理活動如細(xì)胞運動、胞質(zhì)分離、細(xì)胞器的定位、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運輸、吞噬作用、細(xì)胞極性生長等密切相關(guān)。

2、鬼筆環(huán)肽(phalloidin)是從一種毒性菇類中分離的劇毒生物堿，它同細(xì)胞松弛素的作用相反, 只與聚合的微絲結(jié)合, 而不與肌動蛋白單體分子結(jié)合。它同聚合的微絲結(jié)合后, 抑制了微絲的解體, 因而破壞了微絲的聚合和解聚的動態(tài)平衡。

3、由于鬼筆環(huán)肽非常特異地結(jié)合并穩(wěn)定聚合態(tài)肌動蛋白, 因而對肌動蛋白的動態(tài)平衡造成嚴(yán)重影響.此外, 較高濃度的鬼筆環(huán)肽對細(xì)胞有毒害作用.因此, 用鬼筆環(huán)肽標(biāo)記微絲并不是用于研究活體細(xì)胞的理想方法。

三、實驗材料

1、材料：CHO（中國倉鼠卵巢細(xì)胞）

2、試劑：

（1）PEM：50mM pipes(pH6.9), 5mM

EGTA, 5mM MgSO4, 0.225M 山梨醇

（2）0.5% Triton X-100溶于PEM緩沖液中。

（3）4%多聚甲醛溶于PEM緩沖液中。

四、實驗步驟

1、取出上次實驗爬片于小蓋玻片上的CHO細(xì)胞；

2、取出培養(yǎng)有CHO細(xì)胞的蓋片，于小平皿中37℃預(yù)溫 PEM洗3次(每次 1mL)； 3、37℃預(yù)溫 4%多聚甲醛固定細(xì)胞15min(1mL)4、37℃預(yù)溫 PEM洗3次

5、加入0.5%Triton X-100處理約10min(1mL)；

6、取一潔凈的載玻片，按照其的大小在其上放置一條封口膜，在封口膜上滴加20μL 60nM Alex-phalloidin 10L濕盒中室溫染色30min；

7、在parafilm 膜上加PEM，待蓋玻片被沖起后，再輕輕揭下蓋玻片； 8、37℃預(yù)溫 PEM洗數(shù)3次；

9、滴加10L Ho.33342復(fù)染色；

10、熒光鏡下觀察。【注意事項】

1、注意不要弄碎蓋片，分清細(xì)胞所在面；

2、各步洗細(xì)胞要輕，勿使細(xì)胞脫落；

3、熒光觀察注意避光操作

4、節(jié)約試劑。

五、實驗結(jié)果

圖一：CHO細(xì)胞微絲熒光染色圖

圖二：CHO細(xì)胞細(xì)胞核熒光染色圖

圖三：CHO細(xì)胞微絲與細(xì)胞核熒光染色疊加圖

六、實驗結(jié)果分析

染色后微絲呈綠色，細(xì)胞核為藍(lán)色，染色較為清晰。但細(xì)胞數(shù)量較多，導(dǎo)致有些染色結(jié)果重疊。

七、思考題

1、PEM緩沖液的作用是什么？

細(xì)胞內(nèi)的微絲在含有ATP和Ca2+及低濃度的Na+，K+等陽離子溶液中，趨于解聚成G-actin；而在Mg2+和高濃度的Na+，K+等陽離子溶液中，G-actin則裝配為F-actin。PEM緩沖液提供高Mg環(huán)境，讓單體肌動蛋白（G-actin）聚合成絲狀肌動蛋白（F-actin）。同時，EGTA能螯合Ca2+，使G-actin裝配成F-actin，微絲骨架保持聚合狀態(tài)且較為舒張。用PEM緩沖液處理細(xì)胞，能夠模擬體內(nèi)環(huán)境并提高細(xì)胞骨架的穩(wěn)定性。2、0.5%Triton X-100處理細(xì)胞的作用是什么？

0.5%Triton X-100處理細(xì)胞的作用是溶解細(xì)胞膜上的脂類和蛋白質(zhì)，增加細(xì)胞膜的通透性，使熒光染料能夠更容易地透過細(xì)胞膜與F-actin特異性結(jié)合。

3、鬼筆環(huán)肽用于細(xì)胞骨架研究的優(yōu)缺點是什么？

（1）鬼筆環(huán)肽用于細(xì)胞骨架研究的優(yōu)點：鬼筆環(huán)肽的分子量小，很容易通過細(xì)胞，不需要對細(xì)胞進行冷丙酮和TRITON X-100處理。鬼筆環(huán)肽可以與聚合的微絲結(jié)合，通過讓這種毒素吸附于熒光染料上面，可以研究細(xì)胞的內(nèi)部工作機制，窺視細(xì)胞如何分裂。（2）鬼筆環(huán)肽用于細(xì)胞骨架研究的缺點：對細(xì)胞有毒性，價格昂貴。

參考文獻：細(xì)胞生物學(xué)實驗(桑建利, 譚信)