医学细胞生物学：微管.ppt

第二节 微管microtubule第二节 微管（microtubule） 真核细胞中普遍存在（脊椎动物脑组织） 主要位于细胞质中，控制着膜性细胞器的定位和胞内物质运输 细胞特殊结构纤毛、鞭毛、基体、中心体、纺锤体一 微管的组成与形态 （一）微管蛋白（tubulin）管蛋白450AA管蛋白455AA微管蛋白-微管组织中心（MTOC）异二聚体（8nm）原纤维微管（13根原纤维）内径：15nm外径：24nmGTPGTP-GDP可交换的位点该位点可以调节微管的组装与去组装正极负极（二）微管的形态（tubule） 单微管（13）：低温、秋水仙素、钙离子等易解聚 二联微管（13+10）（纤毛、鞭毛）：较稳定 三联微管（13+10+10）（基体、中心粒）:三联管对低温、秋水仙素、钙离子等的作用是稳定的1313+1013+10+10二 微管的装配 微管装配的特点n 当游离的微管蛋白二聚体的浓度高于临界浓度时，异二聚体组装成微管n 微管蛋白与GTP或GDP结合取决于微管正负极不同的微管蛋白临界浓度，微管的组装主要发生在正极n 踏车现象：正极组装微管，负极去组装n 低温、高钙浓度，某些化学试剂（如秋水仙素）处理活细胞都会破坏微管的组装与去组装平衡。

一）组装过程： 成核期（nucleation phase）-延迟期（lag phase）管蛋白异二聚体向两侧扩展聚合成片状结构，该片状带加至第13根原纤维的时候，原纤维合拢成微管 聚合期（polymerization phase）-延长期（elongation phase）聚合速度大于解聚速度（GTP-二聚体被大量安装到正极，使一端延长） 稳定期（steady phase）聚合速度等于解聚速度-游离管蛋白达到临界浓度组装的动态调节 踏车模型 非稳态动力学模型（dynamic instability） GTP是调节微管体内外组装的主要物质GTP-管蛋白对微管正极末端的亲和力大GDP-管蛋白对微管负极末端的亲和力小 微管蛋白浓度 即GTP水解的速度和游离微管蛋白的浓度是决定微管动态不稳定性的因素二）微管组织中心（MTOC） 微管的聚合从特异性的核心形成位点开始，这些核心形成位点主要是中心体和纤毛的基体，称为微管组织中心功能：帮助大多数细胞微管装配过程中成核除了启动装配的作用，还有决定细胞微管极性的作用 中心体:是动物细胞中决定微管形成的一种细胞器组成： 中心粒（centriole） 中心粒旁物质（pericetriolar material）位置： 间期：细胞核附近 有丝分裂期：位于纺锤体的两极（三）微管特异药物1.秋水仙素：结合有秋水仙素的二聚体添加在正负两极后能阻止其它二聚体的加入或去除，从而阻止微管的成核反应。

低浓度的秋水仙素处理动植物细胞可以将细胞分裂阻断在中期2.紫杉醇：红豆杉属植物中复杂的一种次生代谢产物 它只与聚合的二聚体结合，不与游离的微管蛋白二聚体反应，阻止微管的聚合，破坏组装与去组装之间的平衡三 微管相关蛋白(microtubule-associated proteins,MAPs） 与微管结合，参与微管装配的一类蛋白 维持微管结构与功能，稳定微管 体外条件下，没有这些MAP，微管可以独立组装 调节微管与细胞其他成分的作用MAP-1：250-300KD，神经元树突轴突、非神经细胞MAP-2：42-200KD，神经元树突，使微管集束有三种异构体Tau：55-62KD，含磷的糖蛋白其磷酸化的程度与神经元的可塑性有关有诱导聚合和使其集束的两大功能该部分磷酸化使其失去与微管结合的能力四 微管的功能（1）支架作用，维持细胞的形态神经元细胞的轴突RBC双凹盘形（2）作为鞭毛纤毛运动的元件 纤毛、鞭毛 清除细胞表面异物 输卵 维持细胞自身运动 （3) 参与细胞的内的物质运输（4）参与纺锤体的形成与染色体的运动微管滑动模型：动力蛋白的头部与相邻的B管结合，促进ATP水解，改变A管动力蛋白的构象，促使其向相邻的B管滑动，使产生弯曲力，结合新的ATP后，动力蛋白头部与相邻的B管脱离，ATP水解，动力蛋白头部复原，向相邻的B管的另外一个位点结合，开始下一个循环。

动力蛋白臂微管连丝蛋白辐条和辐头A 纤毛（cilia）、鞭毛（flagella） 组成：质膜顶部轴丝 微管及相关蛋白 微管：9组二联管+中央微管（9+2） 相关蛋白：动力蛋白 连接蛋白 辐射丝基体 纤毛组织中心（ 9组三联管）鞭毛的结构鞭毛的结构 运动产生：由微管滑动引起化学能转变为机械能（动力蛋白）滑动转变为弯曲运动（辐射丝，连接蛋白） B 中心粒（centriole）和基体（basal body）组成 ： 9组三联管 9+0中心粒：成对存在，互相垂直间期：形成微管，构成细胞骨架系统的主要纤维系统.一方面参与物质运输另一方面维持细胞形状分裂期：形成纺锤体的两极，指导有丝分裂进行基体 是纤毛器的基本结构 基体与中心粒具同源性，结构、功能可以互换中心体： 中心粒 周围无定形物质间期：组织胞质微管形成分裂期：组织形成纺锤体 微管组织中心 （MTOC）中心体结构模型中心体结构模型 （3）参与细胞内物质运输 微管依赖性马达蛋白（motor protein）驱动蛋白（kinesin）:(-)(+)动力蛋白（ dynein）:(+) (-)驱动蛋白Kinesin 结构：是由两条轻链和两条重链构成的四聚体，外观具有两个球形的头（具有ATP酶活性）、一个螺旋状的杆和两个扇子状的尾。

功能：通过结合和水解ATP，导致颈部发生构象改变，使两个头部交替与微管结合，从而沿微管“行走”，将“尾部”结合的“货物”（运输泡或细胞器）转运到其它地方大多数能向着微管（+）极运输小泡动力蛋白 Dynein 结构：分子量巨大（接近1.5Md）由两条相同的重链和一些种类繁多的轻链以及结合蛋白构成鞭毛二联微管外臂的动力蛋白具有三个重链 功能：在细胞分裂中推动染色体的分离驱动鞭毛的运动向着微管（-）极运输小泡 动力蛋白动力蛋白organelle（4）参与纺锤体的形成与染色体的运动 微管是构成有丝分裂器的主要成分 动粒微管 染色体排于赤道板 纺锤体极微管 染色体移向两极。