第九章细胞骨架第二节微管微管在胞质中形成网络结构，作为运输路轨并起支撑作用。微管是由微管蛋白组成的管状结构，对低温、高压和秋水仙素敏感。一、分子结构微管是由13条原纤维（protofilament）构成的中空管状结构（图9-15），直径22~25nm。每一条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成。微管蛋白二聚体由结构相似的和β球蛋白构成两种亚基均可结合GTP，a球蛋白结合的GTP从不发生水解或交换，是a球蛋白的固有组成部分，β球蛋白结合的GTP可发生水解，结合的GDP可交换为GTP，可见β亚基也是一种G蛋白（图9-16）。(B)(A)25.nmap(C)(D)tubulinmolecule图9-15微管纤维
第九章 细胞骨架 第二节 微管 微管在胞质中形成网络结构，作为运输路轨并起支撑作用。微管是由微管蛋白组成的管状 结构，对低温、高压和秋水仙素敏感。 一、分子结构 微管是由 13 条原纤维（protofilament）构成的中空管状结构（图 9-15），直径 22~25nm。每 一条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成。微管蛋白二聚体由结构相似的α和β球蛋白构成， 两种亚基均可结合 GTP，α球蛋白结合的 GTP 从不发生水解或交换，是α球蛋白的固有组成部 分，β球蛋白结合的 GTP 可发生水解，结合的 GDP 可交换为 GTP，可见β亚基也是一种 G 蛋 白（图 9-16）。 图 9-15 微管纤维
(a)α-Tubulinβ-TubulinGDPGTPTaxotene图9-16微管蛋白分子模型微管具有极性，（+）极(plusend)生长速度快，（-）极minusend)生长速度慢，也就是说微管蛋白在（+）极的添加速度高于-极。（+）极的最外端是β球蛋白，（-）极的最外端是α球蛋白。微管和微丝一样具有踏车行为。微管形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。大多数微管纤维处于动态的组装和去组装状态，这是实现其功能所必需的过程（如纺锤体）。秋水仙素(colchicine)结合的微管蛋白可加合到微管上，但阻止其他微管蛋白单体继续添加，从而破坏纺锤体结构，长春花碱具有类似的功能。紫杉酚(taxol)，能促进微管的装配，并使已形成的微管稳定。但这种稳定性会破环微管的正常功能。以上药物均可以阻止细胞分裂，可用于癌症的治疗。二、微管结合蛋白微管结合蛋白（microtubuleassociatedproteinsMAPs）分子至少包含一个结合微管的结构域和一个向外突出的结构域。突出部位伸到微管外与其它细胞组分（如微管束、中间纤维、质膜）结合（图9-17）。MAP的主要功能是：①促进微管聚集成束：②增加微管稳定性或强度；③促进微管组装。包括I型和I型两大类，「型对热敏感，如MAPla、MAP1b，主要存在于神经细胞。IⅡI型热稳定性高，包括MAP2a、b、C，MAP4和tau蛋白。其中MAP2只存在于神经细胞，MAP2a的含量减少景影响树突的生长
图 9-16 微管蛋白分子模型 微管具有极性，（+）极(plus end)生长速度快，（-）极(minus end)生长速度慢，也就是说微 管蛋白在（+）极的添加速度高于-极。（+）极的最外端是β球蛋白，（-）极的最外端是α球蛋 白。微管和微丝一样具有踏车行为。 微管形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。大多数微管纤维处于动态的组装和去组装状态，这是实现 其功能所必需的过程（如纺锤体）。秋水仙素(colchicine)结合的微管蛋白可加合到微管上，但阻止 其他微管蛋白单体继续添加，从而破坏纺锤体结构，长春花碱具有类似的功能。紫杉酚(taxol)， 能促进微管的装配, 并使已形成的微管稳定。但这种稳定性会破坏微管的正常功能。以上药物均 可以阻止细胞分裂，可用于癌症的治疗。 二、微管结合蛋白 微管结合蛋白（microtubule associated proteins MAPs）分子至少包含一个结合微管的结构域 和一个向外突出的结构域。突出部位伸到微管外与其它细胞组分（如微管束、中间纤维、质膜） 结合（图9-17）。 MAP 的主要功能是：①促进微管聚集成束；②增加微管稳定性或强度；③促进微管组装。 包括 I 型和 II 型两大类， I 型对热敏感，如 MAP1a、 MAP1b，主要存在于神经细胞 。II 型热稳 定性高，包括 MAP2a、b、c，MAP4 和 tau 蛋白。其中 MAP2只存在于神经细胞,，MAP2a的含量减少影响 树突的生长
表9-1细胞内主要的微管结合蛋白TABLE19-1MajorMicrotubule-AssociatedProteinsMWProteinDomain OrganizationLocationTYPEMAPIA300,000heavy chainDendrites and axonsMAPIB255,000Dendrites and axonsTYPE280,000DendritesMAP2aMAP2b200,000Dendrites三MAP2C42,000Embryonic dendritesMAP4210,000Non-neuronal cellsTau55,000-62,000Dendrites and axonsB*Yellow,microtubule-bindingdomain pink,projectiondomain;green,18aminoacidrepeats.MAP2Microtubule图9-17MAP2三、分子发动机(Molecularmotor)也称为发动蛋白，目前已鉴定多达数十种。根据其结合的骨架纤维以及运动方向和携带的转运物不同而分为不同类型。胞质中沿微管运输物质的分子发动机分为两大类：驱动蛋白kinesin，动力蛋白dynein，两者均需ATP提供能量。(一）驱动蛋白(kinesins)Kinesin发现于1985年，是由两条轻链和两条重链构成的四聚体（图9-21），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。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。据估计哺乳动物中类似于kinesin的蛋白（KLP,kinesin-likeproteinorKRBkinesin-relatedprotein）超过50余种，大多数KLP能向着微管（+）极运输小
表 9-1 细胞内主要的微管结合蛋白 图9-17 MAP2 三、分子发动机(Molecular motor) 也称为发动蛋白，目前已鉴定多达数十种。根据其结合的骨架纤维以及运动方向和携带的转 运物不同而分为不同类型。胞质中沿微管运输物质的分子发动机分为两大类：驱动蛋白 kinesin， 动力蛋白 dynein，两者均需 ATP 提供能量。 (一) 驱动蛋白(kinesins) Kinesin 发现于 1985 年，是由两条轻链和两条重链构成的四聚体（图 9-21），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。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。据估计哺乳动物中类似于 kinesin 的蛋白（KLP, kinesinlike protein or KRB, kinesin-related protein）超过 50 余种，大多数 KLP 能向着微管（+）极运输小
泡，也有些如Ncd蛋白（一种着丝点相关的蛋白）趋向微管的（-）极。HeavychainsLight chainFlexible hingeStalkTailHead80nm(a)O000000000000000000+(b)图9-21Kinesin(二）动力蛋白(dyneins)Dynein发现于1963年，因与鞭毛和纤毛的运动有关而得名。dynein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。其作用主要有以下几个方面：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（图9-22）
泡，也有些如 Ncd 蛋白（一种着丝点相关的蛋白）趋向微管的（-）极。 图 9-21 Kinesin (二) 动力蛋白(dyneins)Dynein 发现于 1963 年，因与鞭毛和纤毛的运动有关而得名。dynein 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）。其作用主要有以下几个方面：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（图 9-22）
HeavychainLight chains(a)Cell body...DynactincompleDyneir+KinesKinectinAxonterminus(b)图9-22Dynein（图片来自G.Karp2002）四、微管组织中心微管组织中心（microtubuleorganizingcenterMTOCs）是微管进行组装的区域，着丝粒、成膜体、中心体、基体均具有微管组织中心的功能。所有微管组织中心都具有微管球蛋白，这种球蛋白的含量很低，可聚合成环状复合体，像模板一样参与微管蛋白的核化，帮助α和β球蛋白聚合为微管纤维。中心体（centrosome）位于细胞的中心部位（图9-18）。由两个相互垂直的中心粒（centriole）构成（图9-19），周围是一些无定形或纤维形、高电子密度的物质，叫做外中心粒物质（PCMpericentriolarmaterial)。中心粒直径0.2mm，长0.4mm，由9组3联微管构成，不直接参与微管蛋白的核化，具有召集PCM的作用
图 9-22 Dynein （图片来自 G. Karp 2002） 四、微管组织中心 微管组织中心（microtubule organizing center MTOCs）是微管进行组装的区域，着丝粒、成 膜体、中心体、基体均具有微管组织中心的功能。所有微管组织中心都具有γ微管球蛋白，这种 球蛋白的含量很低，可聚合成环状复合体，像模板一样参与微管蛋白的核化，帮助α和β球蛋白 聚合为微管纤维。 中心体（centrosome）位于细胞的中心部位（图 9-18）。由两个相互垂直的中心粒（centriole） 构成（图 9-19），周围是一些无定形或纤维形、高电子密度的物质，叫做外中心粒物质（PCM， pericentriolar material）。中心粒直径 0.2mm，长 0.4mm，由 9 组 3 联微管构成，不直接参与微管 蛋白的核化，具有召集 PCM 的作用