第一节微丝与细胞运动、微丝的组成及其组装（一）微丝的结构与成分微丝（microfilament.MF）即肌动蛋白纤维（actinmicrofilament），是真核细胞中由肌动蛋白组成，直径约7nm的骨架纤维，可成束、成网或以纤维状分散存在。微丝是双股螺旋的形式组成的纤维，两股肌动蛋白丝是同方向的。微丝在细胞中可以两种状态存在，一种是微丝互相平行排列成束，形成有规则的稳定结构，如肌细胞中形成粗丝和细丝。另一种状态是网络状，在非肌细胞中这种状态较多。1微丝的主要结构成分：肌动蛋白（actin）。肌动蛋白（actin）是由一条多肽链构成的哑铃（颗粒）形分子，分子量为43000（43KD）。(actinistheproteinbuildingblockofMF)2.肌动蛋白在细胞内有2种存在形式：①球状肌动蛋白（G-actin）：肌动蛋白单体：②纤维状肌动蛋白（F-actin）：由多个单体组装而成。单体的肌动蛋白呈球状（哑铃形），称肌动蛋白单体（或称球状globular肌动蛋白，G-actin）。目前已分离出6种。单体但中间有一裂缝。裂缝内部有1个核苷酸（ATP或ADP，但常为ATP）的结合位点和1个二价阳离子（Mg2+或Ca2+，但常为Mg2+）的结合位点。单体本身具有ATP酶活性，可以将与之结合的ATP水解为ADP：单体具有极性，装配时呈头尾相接，故微丝具极性。多聚体的肌动蛋白呈纤维状，称F-肌动蛋白(fibriform)；在电镜下观察，整根微丝在外观上是由2股纤维以右手螺旋同向盘绕而成，螺距为36nm。在纤维内部，每个肌动蛋白单体周围都有4个单体，上、下各1个，另外2个位于一侧。近几年来有人提出，微丝是由-条肌动蛋白单链形成的右手螺旋。（G-actinmoleculespolymerizetoMF,alsocalledF-actin；exist inalmosteverytypeof eukaryoticcell, highlyconserved)3.微丝在结构上具有极性：肌动蛋白分子上的裂缝使得该蛋白本身在结构上具有不对称性在整根微丝上每一个单体上的裂缝都朝向微丝的同一端，从而使微丝在结构上具有极性。具有裂缝的一端为负极，而相反一端为正极。负极真极分手年价正极（肌动蛋白单体三维结构）
第一节 微丝与细胞运动 一、微丝的组成及其组装 （一）微丝的结构与成分 微丝（microfilament,MF）即肌动蛋白纤维（actin microfilament），是真核细胞中由肌动蛋 白组成，直径约 7nm 的骨架纤维，可成束、成网或以纤维状分散存在。微丝是双股螺旋的 形式组成的纤维，两股肌动蛋白丝是同方向的。 微丝在细胞中可以两种状态存在，一种是微丝互相平行排列成束，形成有规则的稳定结构， 如肌细胞中形成粗丝和细丝。另一种状态是网络状，在非肌细胞中这种状态较多。 1 微丝的主要结构成分：肌动蛋白（actin）。 肌动蛋白（actin） 是由一条多肽链构成的哑铃（颗粒）形分子，分子量为 43000（43KD）。 (actin is the protein building block of MF) 2.肌动蛋白在细胞内有 2 种存在形式：①球状肌动蛋白（G-actin）：肌动蛋白单体；②纤 维状肌动蛋白（F-actin）：由多个单体组装而成。 单体的肌动蛋白呈球状（哑铃形），称肌动蛋白单体（或称球状 globular 肌动蛋白，Gactin）。目前已分离出 6 种。单体但中间有一裂缝。裂缝内部有 1 个核苷酸（ATP 或 ADP， 但常为 ATP ）的结合位点和 1 个二价阳离子（Mg2+或 Ca2+，但常为 Mg2+）的结合位 点。 单体本身具有 ATP 酶活性，可以将与之结合的 ATP 水解为 ADP；单体具有极性，装配时 呈头尾相接，故微丝具极性。 多聚体的肌动蛋白呈纤维状，称 F-肌动蛋白(fibriform)；在电镜下观察，整根微丝在外观 上是由 2 股纤维以右手螺旋同向盘绕而成，螺距为 36 nm。在纤维内部，每个肌动蛋白单 体周围都有 4 个单体，上、下各 1 个，另外 2 个位于一侧。近几年来有人提出，微丝是由 一条肌动蛋白单链形成的右手螺旋。(G-actin molecules polymerize to MF, also called F-actin; exist in almost every type of eukaryotic cell, highly conserved) 3.微丝在结构上具有极性：肌动蛋白分子上的裂缝使得该蛋白本身在结构上具有不对称性， 在整根微丝上每一个单体上的裂缝都朝向微丝的同一端，从而使微丝在结构上具有极性。 具有裂缝的一端为负极，而相反一端为正极。 （肌动蛋白单体三维结构）
AD-DEPOLYMEATIONYMERZTON7ADPPi(Thetrapping ofADPin an actinfilament;when polymerized,trappingATP,andpromoting hydrolysis)end-enc（F-肌动蛋白）4.在哺乳动物和鸟类中至少已分离到6种肌动蛋白：4种为-肌动蛋白，分别为横纹肌、心肌、血管平滑肌和肠道平滑肌所特有，它们均组成细胞的收缩性结构；另2种为β-肌动蛋白和-肌动蛋白，存在于所有肌细胞和非肌细胞中。其中β-肌动蛋白通常位于细胞的边缘，而-肌动蛋白与张力纤维有关。对于一个正在迁移的细胞，β-肌动蛋白在细胞的前缘组成微丝。肌动蛋白在进化上高度保守但功能上差异大：尽管来源于不同生物的肌动蛋白具有很高的同源性，但微小的差异可能会导致功能上的变化。微丝与微丝结合蛋白互作：在细胞内，多种微丝结合蛋白与微丝的表面相互作用，调节微丝的结构和功能。-
1 （The trapping of ADP in an actin filament；when polymerized, trapping ATP, and promoting hydrolysis） （F-肌动蛋白） 4. 在哺乳动物和鸟类中至少已分离到 6 种肌动蛋白：4 种为α-肌动蛋白，分别为横纹肌、 心肌、血管平滑肌和肠道平滑肌所特有，它们均组成细胞的收缩性结构；另 2 种为β-肌 动蛋白和γ-肌动蛋白，存在于所有肌细胞和非肌细胞中。其中β-肌动蛋白通常位于细胞 的边缘，而γ-肌动蛋白与张力纤维有关。对于一个正在迁移的细胞，β-肌动蛋白在细胞 的前缘组成微丝。 肌动蛋白在进化上高度保守但功能上差异大：尽管来源于不同生物的肌动蛋白具有很高的 同源性，但微小的差异可能会导致功能上的变化。 微丝与微丝结合蛋白互作：在细胞内，多种微丝结合蛋白与微丝的表面相互作用，调节微 丝的结构和功能
（二）微丝的组装及其动力学特性（1）MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性，装配时呈头尾相接，故微丝具有极性，即正极与负极之别Minus endMinus (pointed)endLighit chainsTailMyosirHnge(a) Brief treatment withtrypsinregionHeadsActinsubuntMyosin0+segmertLightmeromyosinHeavy.moromyosin(LMM)(HMM)(b)Furthertreatment withtrypsinSubfragment(S1)Subfragment2(S2)PlusendPlus (barbed)end0.25amSubfragment.1(c)EManddiagram ofS1fragments‘decoratingactin(S1)microfilaments（肌球蛋白用胰蛋白酶处理后，分成轻链和重链两部分：然后重链继续用trypsin胰蛋白酶）处理后，其头部和基部被分离，其头部就会和肌动蛋白相结合）（2）肌动蛋白单体组装成微丝的过程①缓慢成核期：肌动蛋白单体与起始复合物结合→形成寡聚体（至少2-3个单体）。Arp23起始复合物包括2种肌动蛋白相关蛋白（Arp2/3）和5种其它蛋白。②快速延长期：肌动蛋白单体具有ATP酶活性，可利用水解ATP释放的能量来快速组装单体。当微丝的组装速度快于肌动蛋白水解ATP的速度时，在延长的微丝末端形成一个由肌动蛋白-ATP亚基组成的帽，使微丝比较稳定，利于继续组装：相反，当末端的肌动蛋白亚基所结合的是ADP时，则利于解聚。③稳定期：即组装与去组装的肌动蛋白数目相当，微丝的长度保持不变。2
2 （二）微丝的组装及其动力学特性 ⑴ MF 是由 G-actin 单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性，装配时呈头尾相接, 故 微丝具有极性，即正极与负极之别 （肌球蛋白用胰蛋白酶处理后，分成轻链和重链两部分；然后重链继续用 trypsin(胰蛋白 酶)处理后，其头部和基部被分离，其头部就会和肌动蛋白相结合 ） （2）肌动蛋白单体组装成微丝的过程 ① 缓慢成核期：肌动蛋白单体与起始复合物结合→形成寡聚体（至少 2-3 个单体）。Arp2/3 起始复合物包括 2 种肌动蛋白相关蛋白（Arp2/3）和 5 种其它蛋白。 ② 快速延长期：肌动蛋白单体具有 ATP 酶活性，可利用水解 ATP 释放的能量来快速组装 单体。当微丝的组装速度快于肌动蛋白水解 ATP 的速度时，在延长的微丝末端形成一个 由肌动蛋白-ATP 亚基组成的帽，使微丝比较稳定，利于继续组装；相反，当末端的肌动 蛋白亚基所结合的是 ADP 时，则利于解聚。 ③ 稳定期：即组装与去组装的肌动蛋白数目相当，微丝的长度保持不变
NucleusNucleusNucleus人人080000F-actinF-actin0(-) end(+) end G-actinNucleationElongationSteady statebARP3ARPC3ARPC2ARPC4ARARP2ARPC5ARPC1deDaughterBarbedBarbedfilamentDaughterfilamentMotherMotherfilamentfilament-ARP2/3complexPointedPointedNatureReviewsMolecularCell Biology7,713-726(October2006)/doi:10.1038/nrm2023
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(3)体内装配时，MF呈现出动态不稳定性，主要取决于F-actin结合的ATP水解速度与游离的G-actin单体浓度之间的关系ATPADPactinwithactinwithboundATPboundADPP（微丝的功能依赖于肌动蛋白的组装与去组装的动态平衡。通常，只有结合ATP的G-肌动蛋白才能参与F-肌动蛋白的组装：微丝正极（+）的组装速度比负极（一）快。临界浓度（Cc）：当纤维正极组装的速度与负极解聚的速度相同即纤维的长度保持不变时，组装体系中肌动蛋白单体的浓度称为临界浓度。）（4)踏车行为（treadmilling）：在体外组装过程中有时可以见到微丝正极由于肌动蛋白亚基的不断组装（添加）而延长，负极则由于肌动蛋白亚基去组装（解聚）而缩短，这种现象称为踏车行为
4 ⑶体内装配时，MF 呈现出动态不稳定性，主要取决于 F-actin 结合的 ATP 水解速度与游 离的 G-actin 单体浓度之间的关系 （微丝的功能依赖于肌动蛋白的组装与去组装的动态平衡。 通常，只有结合 ATP 的 G-肌动蛋白才能参与 F-肌动蛋白的组装；微丝正极（＋）的组装 速度比负极（－）快。临界浓度（Cc）：当纤维正极组装的速度与负极解聚的速度相同即 纤维的长度保持不变时，组装体系中肌动蛋白单体的浓度称为临界浓度。） ⑷踏车行为（treadmilling）：在体外组装过程中有时可以见到微丝正极由于肌动蛋白亚基 的不断组装（添加）而延长，负极则由于肌动蛋白亚基去组装（解聚）而缩短，这种现象 称为踏车行为