狭义的细胞骨架(cytoskeleton)概念是指真核细胞中的蛋白纤维网络结构(微管(microtubule,MT)、微丝(microfilament,MF)及中考天间纤维(intermedia势钟tefilament,IF)组成的体系)。它所组成的结构体系称为“细胞骨架系统”,与细胞内的遗传系统、生物膜系统、并称“细胞内的三大系统”。直到20世纪60年代后停终何行会为征地子耐范,采用戊二醛常温固定,才逐渐认识到细胞骨架的客观存在。是真核细胞借以维持其基本形态的重要结构,被形象地来自称为细胞骨架,它通常也振推亚稳达被认为是广义上细胞器的一种。广义的细胞骨架概念是细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架和胞外基质所形成的网络体系。核必耐转骨架、核纤层与中间纤维在结构上相互连接,贯穿于细胞核和细胞质的网架体系。
微管编辑
微管(microtubule)可在所有哺乳类动物细胞中存在,直径大于12nm,除了红细胞(红血球)外,所有微管均由约55kD的α及β微360问答管蛋白(tubulin)组成。它们细胞骨架正常时以(αβ)二聚体形式存在,并以头尾相连的方式聚合,形成微管蛋白原纤维(protofilament),一般由13根这样的原纤维构成一个中空的直空印手及位谁微管,直径22~25nm。少数变异的微管如线虫等所有的则有其他数目的原纤维。活件微管确定膜性细胞器(membrane-enclosedorganelle)的位置和作为膜泡运输的导轨。微管是另菜微汽呀有出细胞骨架的架构主干,并也是某些胞器的主体承逐好回香新买艺,例如中心粒(centriole)就是由9组3联微管组成的构造,而真核生物的纤毛(cilium)与鞭毛(fla督接广发艺吃必复gellum)也是由以微管为9+2结构,即由9个二联微管和一对中央微管构成,其中二联微管由AB两个管组成,A管兰掉继由13条原纤维组成,B管由10条原纤士二步却维组成,两者共享5条。A管对着相邻的B管伸出两条动力蛋白臂,并向鞭毛中央发出一条辐。基体的微管组成为9+0,并且二联微管为三联微管所取代。[1]组成的轴丝(axonem罪若面吗年差克州条序e)为主体。
从各种组织中提纯微管蛋白可以发现还存在一些其他蛋白成分(5%-20%),称之谓微管相财缩命见呼裂断占硫关蛋白(microtubeassociatedproteinsMAP结七办s)。这些蛋白具有组织特异性,表现出从相同αβ二聚体聚合形成的微管具有独特的性质,已从人类不同组织中发现了多种α及β微管蛋白,并追踪微管基因表现界省出部分基因家族,某些基因被认为是编码独特的微管蛋白。
微管形兰成的有些结构是比较稳定的,是由于微管结合蛋白的作用和酶修饰的原因。如神经细胞轴突、纤毛和鞭毛中的微管纤维。大多数家三五造微管纤维处于动态的聚合和灾变(一种突然的,迅速的,一般不可逆转的分解)状态,这是实现其功能所必需的性质(如纺锤体)。与秋水仙素(colchicine)结合的微管蛋白可加合到微管上,并阻止其他微管蛋白单体继续添加,进而破坏纺锤体的结构,长春花碱具有类似的功能。紫杉酚(taxol),能促进微管的聚合,并使已形成的微管稳定,然而这种稳定性会破坏微管的正常功能。这些药物可以利用破坏微管功能以阻止细胞分裂,成为癌症治疗的新希望。
在人类至少发现两种明显区别的α-微管蛋白及三种明显区别的β-微管基因,它们产生具有特定功能的微管蛋白mRNA,由于这些编码在结构组分上十分近似蛋白质分子,在不同组织存在多少特异性的具有差异表达的微管蛋白亚型,尚待深入研究。
除了α-与β-微管蛋白有编码相似的不同变异型,近几年来又发现了多种编码差异更大的新的微管蛋白,形成不同的基因家族。其中gamma微管蛋白位于细胞内的微管组织中心(microtubuleorganizingcenter,MTOC),是用以提供α及β微管蛋白进行聚合反应形成微管的起始核心。而delta与epsilon则被认为与中心体(centrosome)的结构与形成有关。其他尚有eta,zeta,theta等等多种变异,不过通常仅存在少数几种真核单细胞生物如原虫或纤毛虫里,可能跟这些生物独特的结构与生理习性有关,进一步详情仍待研究。
微丝编辑
细胞骨架微丝(microfilament)也普遍存在于所有真核细胞中,是一个实心状的纤维,直径为4nm-7nm一般细胞中含量约占细胞内总蛋白质的1%-2%,但在活动较强的细胞中可占20%-30%。在一般细胞主要分布于细胞的表面,直接影响细胞的形状。微丝具有多种功能,在不同细胞的表现不同,在肌细胞组成粗肌丝、细肌丝,可以收缩(收缩蛋白),在非肌细胞中主要起支撑作用、非肌性运动和信息传导作用。
微丝主要由肌动蛋白(actin)构成,和肌球蛋白(myosin,一种分子马达蛋白)一起作用,使细胞运动。它们参与细胞的变形虫运动、植物细胞的细胞质流动与肌肉细胞的收缩:
植物细胞的细胞质流动:微丝中的actin(肌动蛋白)与myosin(肌球蛋白)在细胞质形成三维的网络体系。actin位于外质,myosin位于内质。myosin连结着细胞质颗粒,由ATP供给能量,myosin与细胞质颗粒的结合体沿着actinfilament滑动,从而带动整个细胞质的环流。
变形虫运动(amoeboidmovememt,阿米巴运动):肌肉细胞的收缩:
如同微管蛋白,肌动蛋白的基因组成一个超家族,并组成多种极为相似的结构。例如,各种肌肉细胞有不同的肌动蛋白:①骨骼肌的条纹纤维;②心肌的条纹纤维;③血管壁的平滑肌;④胃肠道壁的平滑肌。它们在氨基酸组分上有微小的差异(大约在400个氨基酸残基序列中有4-6个变异),在肌肉与非肌细胞中都还存在β及γ肌动蛋白,它们与具有横纹的α肌动蛋白可有25个氨基酸的差异。
G-肌动蛋白单体(含ATP)可聚合为呈纤维状的F-肌动蛋白(含ADP),它们可由Mg2+及高浓度的K+或Na+诱导而聚合,聚合后ATP水解为ADP及C-肌动蛋白ADP单体,组成F-肌动蛋白。在骨骼肌的细肌丝(thinfilament,由肌动蛋白构成)与粗肌丝(thickfilament,由肌球蛋白构成)相互作用而使肌肉收缩(肌球蛋白可以起作肌动蛋白激活的ATPase的作用)。肌球蛋白也存在于哺乳动物的非肌细胞中(但以非聚合状态存在)。
中间纤维编辑
细胞骨架的第三种纤维结构称中间纤维(intermediatefilament,IF),又称中间丝、中等纤维,直径介于微管和微丝之间(8nm-10nm),其化学组成比较复杂。构成它的蛋白质多达5种,常见的有波形蛋白(vimentin)、角蛋白(keratin)、结蛋白、神经元纤维、神经胶质纤维。在不同细胞中,成分变化较大。中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。中间纤维有共同的基本结构,即构建成一个中央α螺旋杆状区,两侧则细胞骨架是大小和化学组成不同的端区。端区的多样性决定了中间纤维外形和性质的差异和特异性。
以上这些结构单元并非是一成不变的,而是随细胞的生命活动而呈现高度的动态性,它们均由单体蛋白以较弱的非共价键结合在一起,构成纤维型多聚体,很容易进行组装和去组装,这正是实现其功能所必需的特点。
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