8.细胞骨架（微管）

这是一个关于8.细胞骨架（微管）的思维导图，细胞骨架中的微管（Microtubule, MT）是真核细胞内的一种重要结构，微管是由微管蛋白（tubulin）和微管结合蛋白（microtubule associated proteins, MAPs）组装成的中空长管状细胞器。

微管

• 分类
  • 暂时性
    • 细胞内各种细胞器与大分子非平衡分布
      • 细胞间期
      • 分裂期纺锤体
  • 永久性
    • 纤毛鞭毛内轴丝微管
    • 神经元突起内部微管束
• 组成
  • α-微管蛋白
  • β-微管蛋白
  • 翻译后组装为α/β-微管蛋白二聚体
    • 地位
      • 细胞内游离态微管蛋白主要形式
      • 微管组成的基本结构单位
    • 特征
      • 组装后表面带较强负电荷，大部分微管结合蛋白带正电荷，凭借此结合
  • 其它四个亚基
• 组装
  • 分类
    • 单管：细胞质微管或纺锤体微管
      • 13个原纤丝
        • 微管蛋白异源二聚体组成
          • α与β
    • 二联管：纤毛或鞭毛中的轴丝微管
      • 13+10
    • 三联管：中心体或基体的微管
      • 13+10+10
  • 特征
    • 极性
      • β为正极，α为负极
    • 每个微管蛋白都有GTP结合位点
      • α-微管蛋白GTP不易水解，该结合位点为不可交换位点(N位点)
        • 稳定二聚体
      • β-微管蛋白GTP结合位点是可交换位点（E位点）
        • 形成GTP帽或GDP帽
    • 每个微管蛋白都有二价阳离子（Mg）结合位点和一些小分子秋水仙素、长春花碱等结合位点
    • β端正极组装快于α端负极
• 组装过程
  • 体外
    • 条件
      • 缺乏相关调控机制，不一定刚好为13个原纤丝
      • 无γ-微管蛋白环状复合体介导成核
      • 需要适当浓度Mg、GTP、EGTA、37℃
    • 过程
      • 成核
        • 微管蛋白纵向合成一段短的原纤丝
        • α/β-微管蛋白两侧及侧面聚合扩展成片状，加宽至大概13根原纤丝后合拢为微管
      • 延伸
        • 新的微管蛋白装配到微管两端进行延长
    • 同样存在GTP帽的结构，导致正极合成快于负极，产生踏车效应
  • 胞内
    • 微管组织中心(microtubule organizing center，MTOC)
      • 在活细胞内，能够在微管组装的时候起成核作用，并使之延伸的细胞结构
      • 分类
        • 中心体
          • 组成
            • 一对桶状、彼此垂直的中心粒（9组三联体微管）
            • 外面围绕的无定形的中心粒外周物质（PCM）
          • 微管起源于中心粒外周物质区域
          • 13个γ-微管蛋白在中心体的PCM中呈螺旋状排列形成一个开放的环状复合物。而且γ-微管蛋白只与微管蛋白二聚体中的α-微管蛋白结合，微管靠近中心体的一端为负极。
        • 基体与其他微观组织中心
          • 基体
            • 结构与中性粒基本一致
            • 基体和中性粒同源，都具有自我复制性质，某些时候可以相互转变
            • 纤毛和鞭毛内部的微管起源于基体
              • • 从位于细胞皮层基体出发直达纤毛顶端
                  • 轴丝微管正极端指向纤毛或鞭毛顶端
                • 轴丝微管排列方式
                  • 9+2
                    • 轴丝外围9组二联体（13+10亚基）微管，中间两根中央鞘所包围的中央微管（完全微管，13个亚基）
                  • 9+0
                    • 缺乏中央微管
                  • 9+4
                    • 中央四根单体微管
                  • 大部分9+0是不动纤毛，9+2是动纤毛
                    • 存在于感受器细胞的不动纤毛称为原生纤毛
                • 基体组成
                  • 9组三联体微管
                    • A管为完全微管
                    • B管为不完全微管
                    • 向外延伸成为二联体微管
                    • C管为不完全微管
                  • 无中心微管
                  • 9+0
                • 相关蛋白
                  • 放射辐
                    • 连接中央鞘与外周9组二联体微管的A管
                  • 连接蛋白
                    • 连接相邻的二联体微管
                  • 2个动力蛋白
                    • 从A管伸出位于轴丝内侧与外侧(外侧为外侧动力蛋白臂，内侧为内侧动力蛋白臂)，马达结构域沿着相邻二联体微管B管滑动，使得纤毛局部弯曲。（需要ATP）
                      • • A管伸出的动力蛋白马达结构域水解ATP而在相邻二联体微管B管上行走，导致二联体之间滑动
                        • 但由于完成的鞭毛或纤毛内部，9组二联体微管之间和中央鞘外周微管之间存在大量辅助蛋白使得微管横向连接一个整体。相邻二联体微管滑动受到“整体性”阻碍，造成局部弯曲
                        • 弯曲首先发生在基部，因为这里的动力蛋白首先被活化
                          • 随着轴丝上动力蛋白依次特异性活化或失活，弯曲有规律向顶部传递
                          • 活化受到中央微管与放射辐调控
                    • 内侧动力蛋白臂主要与纤毛弯曲有关，决定纤毛弯曲波形大小与形态
                    • 外侧动力蛋白臂与拍打力量与频率有关
                • 组装过程
                  • 起始于细胞膜内侧基体，原生纤毛与细胞周期密切相关
                    • G1,G0期形成，S期前解体
                  • 1.来自高尔基体膜泡被母中性粒远端附属结构招募，包裹母中性粒顶端形成中性粒膜泡（CV），中心体蛋白从母中性粒顶端移除（调控其形成纤毛基体而非中心体）
                  • 2.母中性粒微管延伸，接收带有基体所需附属结构的膜泡，初生轴丝开始出现，CV变大形成次级中性粒膜泡（SCV）
                  • 3.SCV向质膜迁移，锚定在质膜内测的纤毛组装位点，SCV与质膜融合形成杯状结构（纤毛项链）
                  • 4.鞭毛内运输（IFT）复合体介导下，原生鞭毛进一步装配延长
                    • kinesin-2将IFT复合体B从纤毛基部运到顶部
                      • 运输纤毛组装所需的轴丝前体组分
                    • denein-2将IFT复合体A从纤毛顶部运回基部
                      • 子主题
• 调控
  • 细胞内
    • 游离态微管蛋白浓度远高于微管组成所需临界浓度
    • 抑微管装配蛋白（stathmin）
      • 通过是否磷酸化调控
        • 去磷酸化
          • 一个stathmin结合两个α/β-微管蛋白，从而阻止组装
        • 磷酸化
          • stathmin放出微管蛋白，提高用于组装的微管蛋白浓度
  • 药物
    • 秋水仙素
    • 诺考达唑
    • 长春花碱
    • 与游离的微管蛋白结合，影响微管组装但不影响解聚
    • 紫杉醇
      • 阻止微管解聚，不影响组装
• 微管结合蛋白 （MAP）
  • 与微管特异地结合在一起，对微管的功能起辅助作用的蛋白质
  • 分类
    • MAP1
    • MAP2
      • 神经细胞细胞体，树突
    • MAP3
    • MAP4
    • tau
      • 神经细胞轴突
  • 组成
    • 微管结合域
      • 带正电荷，与带负电荷的微管表面相互作用，稳定微管
    • 突出于微管表面的其他结构域
      • 与相邻微管或细胞结构相作用，对微管网络的结构和功能进行调节
• 微管对细胞结构组织作用
  • 支架作用，与细胞形态的维持以及细胞器的分布有很大的关系
  • 作为物质运输的轨道，与轴突内部的物质运输密切相关
  • 物质沿着微管定向转移为细胞内各种细胞器和生物大分子的不对称分布提供了可能