导图社区 细胞骨架导图笔记
本思维导图结合北医教材和ppt，详细的梳理了细胞骨架的相关知识，主要包括微管、微丝、细胞骨架与疾病、中间纤维等内容，适用于医学细胞生物学的学习者！
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细胞骨架
微管（Microtubules，MT）
微管蛋白与微管结合蛋白组成的中空管状结构 微管排列：多数细胞中呈放射状分布
成分，组装与形态
构成成分
基本单位：α+β形成的异二聚体 —> 纵向单列重复排列形成原纤维 【β(+)】—> 联结组成圆筒状微管
α-微管蛋白（tubulin）：结合一个GTP 不水解或替换 N位点（不可交换位点）；β：结合GTP可水解或交换，E位点（可交换位点）；γ（δ...）：定位于中心粒或者基体 【异二聚体还存在药物结合位点，二价阳离子结合位点...】
组装
组装特点
GTP-β-tubulin易结合，亲和力强；添加触发GTP水解成GDP，GDP-β-tubulin形成弯曲原纤维，不稳定，解聚
游离的异二聚体浓度高于临界浓度时，可以装配成微管
发生于正极端
低温、钙离子浓度升高、药物处理均会破坏组装与去组装之间的平衡
体外组装
体内组装
重要影响因素：游离的GTP-微管蛋白异二聚体浓度和微管组装后GTP水解成GDP的速度
动态不稳定性：一定微管蛋白浓度下，伸长与缩短的微管稳定存在，一些缩短而消失，一些可以伸长。（"GTP-帽"末端快速生长，丢失，重新出现...循环...）（eg：有丝分裂后期帮助染色体运动）
灾变：缓慢伸长的微管迅速缩短，微管以大约每秒1000个二聚体的速度从末端掉下来，多聚体每秒缩短超过0.5微米。
修复：迅速缩短的微管又稳定延长
条件：微管组织中心（MTOC），细胞内微管组装起始点，负责微管组装，决定微管数量位置与极性，MTOC近端为负极，远端为正极，包括中心体以及纤毛和鞭毛的基体
形态：具有一定刚性，内外径分别为15nm和24nm，细胞骨架中最粗大者
微管相关蛋白（MAPs）：tau家族（MAP2，MAP4，tau蛋白） （非重点，了解即可~）
存在形式
单管（单晶微管）
原纤维：13； 不稳定，对低温、钙离子与秋水仙碱等作用敏感，随细胞周期发生变化； 分布：胞质、纺锤体
间期：微管自核发出，止于质膜或延申至细胞伪足
有丝分裂期：新组装的微管形成的纺锤体
二联管
原纤维：13（A）+10（B）；稳定
分布：纤毛鞭毛杆部（9*2+2 /9+2 中央微管 內鞘 辐射丝 外二联管）
三联管
原纤维：13（A）+10（B）+10（C）；稳定
分布
纤毛鞭毛基体（9*3+0/9+0）：介导纤毛鞭毛的MTOC
一般纤毛鞭毛：”微管滑动模型“，A管向相邻B管伸出动力蛋白臂
原生纤毛：单纤毛，不能运动；高度乙酰化，不被秋水仙素处理解聚；发挥嗅觉等感觉作用
中心体（centrosome）：大多数动物细胞最主要MTOC
显著特点：以半保留形式进行复制，需要超过一个细胞周期的时间完成复制； 不具有膜包被
结构：两个垂直排列的中心粒（α，β..）（9*3+0）和中心粒周围物质（PCM）
PCM中重要蛋白:
γ微管蛋白环状复合物（γTuRC）：成核作用，γ微管蛋白只能与α结合，产生的微管负极被γ-TuRC封闭
大量α超螺旋的基质蛋白（pericentrin/kendrin,C-NAP1,GMAP210.....）
复制：半保留，超过一个细胞周期
微管马达(蛋白)
驱动蛋白（kinesin）
特点：胞质中沿微管向正极运输（背向中心体）
结构：头部（重链，马达结构域，与微管结合，催化ATP水解沿微管移动），颈部，尾部（轻链，运载部分结合，驱动结合蛋白辅助）；马达结构域大多位于N端，少数位于C端或者中间
运动特征
单个具有两个头部的驱动蛋白分子能以0.5μm/s速度沿微管移动很长距离
运动不连续，每一"步"8nm [相邻二聚体之间的间距]
运送货物：kinesin-1：囊泡、细胞器、mRNA；kinesin-2：囊泡，鞭毛...
动力蛋白（dynein）
特点：沿鞭毛与纤毛的弯曲运动；胞质中沿微管向负极运输（朝向中心体）
结构：ATP酶AAA家族，催化位点（1），ATP结合位点（2-4），微管结合位点（5中间），螺旋柄部（5两侧）
细胞质动力蛋白：参与内体、溶酶体、高尔基复合体、囊泡运输，纺锤体定位与染色体形成；
生物学功能
细胞支架作用
参与物质运输
参与有丝分裂：纺锤体，有丝分裂器
参与鞭毛和纤毛运动
其他：信号转导，细胞吞噬，细胞融合，细胞定位与分布
作用在微丝上的药物
秋水仙素/碱（cochicine）和nocodazole
结合到游离二聚体上，降低其结合到微管末端的亲和力，抑制微管聚合，促进解聚
处理细胞后：纺锤体无法形成，停留在有丝分裂中期
紫杉醇（Taxol）
结合到β-微管蛋白，增强微管稳定性，抑制微管蛋白解聚【干扰中期纺锤体形成 阻止分裂 】 （临床用药）
长春碱（vinblastine）
形成微管蛋白的副晶格结构，使微管解聚 【干扰中期纺锤体形成 阻止分裂】
微丝（Microfilament，MF）
见页面2~
细胞骨架与疾病
中间纤维（Intermediate filament，IF）
组成与结构
类型（特异性）
Ⅰ Ⅱ：酸性 碱性角蛋白 表皮细胞（上皮）
Ⅲ[能形成同聚和异聚(角蛋白不可)]： 结蛋白（肌细胞），胶质纤维酸性蛋白（GFAP 神经胶质细胞），波形蛋白（间质细胞和中胚层来源的细胞），周边蛋白
Ⅳ：神经纤维（包括：NFL,NFM,NFH）神经轴突与树突
Ⅴ：核纤层蛋白（lamina α、β、γ） 存在于核中 大部分细胞
Ⅵ：巢蛋白（nestin） 神经干细胞
结构：长丝状；中间为杆部（α螺旋核，高度保守），头部尾部为球状（头部尾部具有组织特异性）
组装与调节
两个IF蛋白单体（有极性）通过α螺旋杆状区相互缠绕，平行对齐的方式形成超螺旋二聚体（仍有极性）
二聚体以反向平行、半分子交错形式组装成四聚体 （IF基本亚基，此时无极性）
2个四聚体首尾相接形成1个原纤维 —> 8个原纤维互相缠绕形成横截面为32聚体的IF（两端对称无极性）
调节：与蛋白质N-端头部结构域内特殊Ser残基的磷酸化相关
PKA使得波形蛋白纤维磷酸化后解聚
Cdk1 磷酸化lamina和波形蛋白杆状区末端Ser残基 诱导蛋白质解聚 —> 核纤层崩解
神经纤维蛋白（稳定性最高）C端结构域发生强磷酸化作用 非聚合分子不发生磷酸化
提供支撑：细胞内形成完整的支撑网架系统（肌萎缩厕所硬化症状ALS），细胞提供机械强度支持
细胞支持连接（相邻细胞、细胞与基膜之间形成连接结构）：角蛋白纤维（桥粒 半桥粒），结蛋白纤维（肌节Z盘）
物质运输：神经丝/神经原纤维（神经元轴突中特化IF）
细胞分化：巢蛋白...
其他：与核纤层、核骨架、胞膜及细胞外基质相连，维持核的稳定性；与微丝相互协调，参与伪足形成；细胞凋亡；细胞应激；信号传递
YPL制作~
细胞骨架（cytoskeleton）
注意肌细胞与非肌细胞~
成分、组装与形态
组成成分：肌动蛋白（actin）【ATP酶活性部位（单体的裂缝部分），ATP与其结合能力较强且结合后更稳定；不对称 有急性 】 α（收缩性）β（位于细胞前端 肌动蛋白纤维聚合）γ
存在方式：G-actin（游离）F-actin（微丝中）
形态结构：（有极性）肌动蛋白单体头尾相接聚合成肌动蛋白纤维，两条纤维以右手螺旋方式相互缠绕为直径约7nm的微丝，螺距为36nm或14个肌动蛋白单体。
正极：易发生聚合的一段
负极：不易聚合，易解聚的一端
特点（非肌细胞）
结合ATP的G-actin亲和力高，结合后水解为ADP；ADP-actin亲和力弱—>肌动蛋白纤维本身是不稳定 易解聚的结构
两极生长速度不同 正极明显快于负极 正极临界浓度低于负极
子主题
成长期/成核期（依赖于G-actin的随机运动 比较缓慢 需要三聚体G-actin核心），生长期/延长期，平衡期/稳定期
踏车模型
体内组装：成核期，生长期，平衡期
成核作用
肌动蛋白相关蛋白（ARP）复合物（又称Arp2/3复合物）催化其成核作用(类似γTuRC) 封闭激动蛋白纤维（-）端。活化依靠成核促进因子（NPF），使其成为正确构象，并能以70°结合原先的纤维上，最终形成网状结构。
片状伪足（网状纤维）
Formin蛋白家族：RBD（Rho-GTP的受体结构域），FH1（结合profilin-ATP-G-actin）和FH2（结合正极端，加速且免受加帽蛋白影响）结构域
应力纤维、丝状伪足、胞质分裂环中的长纤维
微丝结合蛋白（ABP）
核化蛋白：Arp复合体，formin
肌动蛋白单体结合蛋白：结合G-actin 阻止其添加止微丝末端 细胞内G-actin浓度远高于临界浓度（胸腺素）
微丝末端加帽蛋白/封端蛋白：结合于正负极，阻止G-actin添加，控制微丝长度，据成核活性，不出现踏车的原因（Z帽蛋白：封闭骨骼肌细肌丝正极端）
单体聚合蛋白：结合单体安装到肌动蛋白纤维上
微丝解聚蛋白：促进微丝解聚，不成核（丝切蛋白）
微丝交联-成束蛋白/交联蛋白：2个以上微丝结合位点【成束蛋白（eg：丝束蛋白，绒毛蛋白，α-辅肌动蛋白）：平行束状；胶凝蛋白（eg：细丝蛋白)：三维网状； 形成”凝胶样“结构】
微丝切割蛋白/纤维切断蛋白：结合微丝中部，切断微丝，具成核活性（凝溶胶蛋白 钙离子浓度增加时可产生作用，并能持续稳定结合微丝正极，促进负极解聚，形成”溶液样“结构）
侧面结合蛋白：稳定微丝，调节微丝与肌球蛋白相互作用（原肌球蛋白）
衔接子蛋白：调节质膜区微丝聚合过程
膜结合蛋白：肌动蛋白固定到细胞膜或参与细胞黏附（黏着斑蛋白（vinculin）：连接到膜上，构成黏合带；血影蛋白）
黏着斑中连接微丝与细胞膜（整合素上）的蛋白：α-辅肌动蛋白，纽带蛋白，Talin，Paxillin，vinculin（纽带）
例子：血小板激活：微丝剪切，去掉封端蛋白，微丝聚合延长，交联
肌球蛋白
马达蛋白：与细胞骨架结合，具有ATP酶活性，水解ATP将化学能转变为机械能
肌球蛋白 myosin（微丝马达蛋白）
结构（Ⅱ为例）：重链轻链（2+4），头部（ATP酶与肌动蛋白结合位点，各成员间高度保守）颈部（结合轻，轻链大多是钙调蛋白家族成员结合）尾部（结合货物）
分类（列出的是常见的~）
肌球蛋白Ⅱ：细胞收缩，胞质分裂收缩环，应力纤维（具收缩作用）（唯一可形成双极性结构的肌球蛋白）
肌球蛋白Ⅰ：连接膜脂（包括连接质膜）与微丝，参与内吞与囊泡运输，细胞突起
肌球蛋白Ⅴ：细胞内膜泡与其他细胞器运输中发挥重要作用
肌球蛋白Ⅵ：唯一一种向负极运动的蛋白，与内吞作用形成的囊泡向细胞中心转运有关
主要存在形式：一般不单独存在
微绒毛：毛缘蛋白与绒毛蛋白（微丝连接成束，赋予刚性）血影蛋白（连接相邻微丝 固定于终末网的中间纤维）Ⅰ型肌球蛋白与钙调蛋白（微丝束侧面与微绒毛膜）
应力纤维 /张力纤维（stress fiber）：紧邻质膜的下方，微丝与肌球蛋白Ⅱ相互作用形成的具有收缩功能的束状结构，常与细胞长轴平行并贯穿细胞全长，介导细胞间或细胞与基质表面的黏着，不产生运动，维持形状，赋予细胞强度与韧性
细胞皮层（cell cortex）：非肌细胞质膜下由微丝网构成的凝胶层，由肌动蛋白纤维构成。为细胞膜提供强度韧性，抵抗内外压力，维持形态，与多种运动有关
细胞伪足：丝状伪足，片状伪足 （例子：胚胎细胞向特定靶位点定向移动，巨噬细胞、白细胞向炎症方向移动，成纤维细胞迁移，肿瘤细胞转移）
收缩环（contractile ring）：有丝分裂末期的胞质分裂期形成，由大量平行排列但方向不同的微丝和Ⅱ型肌球蛋白构成
维持细胞形态：微绒毛，应力纤维，神经管发育（神经板发育，形成神经沟）和腺体形成中
负责细胞迁移：细胞伪足
参与胞质分裂：收缩环
参与肌肉收缩：细肌丝（肌动蛋白，原肌球蛋白，肌钙蛋白），粗肌丝（Ⅱ型肌球蛋白）
此处不详述~
参与信号传导和物质运输
胞吞作用：胞吞，受体介导的胞吞，胞饮作用，吞噬作用 （募集NPF，活化Arp）
作用于微丝上的药物
细胞松弛素（cytochalasin）
封闭F-actin正极端（即微丝正极端），阻止G-actin加入，抑制组装，使肌动蛋白纤维解聚
处理细胞后【研究细胞骨架】：破坏微丝网络，抑制各种依赖微丝的细胞活动（吞噬作用，细胞移动，胞质分裂）；可逆
鬼笔环肽（phalloidin）
结合于F-actin（亚单位界面之间）封闭相邻亚单位，抑制微丝解聚，稳定微丝。
应用：荧光标记后处理可特异性显示微丝分布，鉴定微丝的重要试剂
鹅膏蕈碱（amanitine）
结合于G-actin 阻止其聚合到纤维末端 抑制微丝组装
红海海绵素（latrunculin）
结合于G-actin，抑制微丝组装
其实还有很多疾病，可以查课本部分 此处列出的是PPT里给的要掌握的
遗传性疾病
Kartagener综合征：支气管扩张-鼻窦炎-内脏转位综合征...
缺乏动力蛋白臂【解释：动力蛋白臂，放射辐条，连接蛋白的作用下纤毛能够弯曲运动，而细胞的连续性保证了各纤毛能够整体运动 当纤毛运动异常时呼吸道内的粘液等异物不能正常排出，而引发疾病】
临床表现：反复呼吸道感染；男性患者由于精子的鞭毛中也缺失，出现男性不育；胚胎发育时因为细胞不能运动到目的部位，引起内脏位置反向
单纯性大疱性表皮松懈症：角蛋白K5、K14突变，导致上皮基底细胞结构异常（表现为水疱）
Wiskottt-Aldrich综合征：X连锁隐性遗传，血小板与淋巴细胞变小，微绒毛减少，维斯结构异常。发病原因：微丝成核与聚合异常
神经系统疾病
亨廷顿舞蹈症（HD）：Huntingtin蛋白以磷酸化方式调控神经元囊泡的顺/逆向轴突运输。磷酸化：驱动蛋白介导顺向运输，去磷酸化：动力蛋白介导逆向轴突。发生突变时微管蛋白与维丝蛋白Sla1缠结，囊泡转运紊乱，胞体与轴突间物质循环遭到破坏
阿尔茨海默症（AD）：微丝骨架系统紊乱 Tau蛋白异常高度磷酸化，形成双股螺旋丝，从而使神经丝蛋白（NF）缠结
肿瘤
中心体异常：数目增多或消失，长度改变，错位，短柱状结构紊乱，周围基质过量，高表达或异常磷酸化
