、第四篇细胞的结构与功能 图187微管在中心体上的聚合 中心体作为微管组织中心，可装配为胞内微管网络、纺锤体、神经元突起里的维管束等。在细胞周 期S期，中心体进行复制（两个中心粒分别来自母体和重新合成），进入有丝分裂期时，分别移动至细胞 两极，组织形成纺锤体微管。基体(oasal body)位于鞭毛和纤毛的根部，组织形成鞭毛、纤毛的微管轴 丝。基体与中心粒结构相似，呈“9×3+0”排列，即含9组三联管，无中央徽管，亦可自我复制。 (三)微管组装的动态不稳定性 微管的组装是一个耗能的过程，GTP的重要作用在于与微管蛋白异二聚体的N、E位点结合（即 GTP-tubulin)后装配到微管(+)端，组装完成后，E位点的GTP会水解成GDP(即GDP-tubulin),这种异 二聚体不稳定，会去组装，释放出来的微管蛋白异二聚体上的GDP要与GTP交换，使它重新结合上 GTP,才能再次作为微管组装的结构单位。当GTP-tubulin聚合速度远大于GTP的水解速度时，微管(+) 端不断加入大量GTP-tubulin,形成GTP帽(GTP cap),此帽可保护微管末端，抑制解聚，使微管稳定延 长；随着胞内GTP-tubulin的消耗，微管(+)端聚合速度会下降，则GTP水解成GDP,因而GTP帽会变短 直至消失，暴露出GDP-tubulin,形成GDP帽(GDPcap),微管开始解聚缩短（图18-8）。在微管组装过程 中，受细胞内各种因素作用，微管不断在延长和缩短两种状态下转变，这就是微管的动态不稳定性(y namic instability),此时细胞质中微管蛋白库与装配完成的微管之间达成一个动态的平衡，以维持细胞 相应的功能状态 GTP帽 ,GTP-微管蛋白 微管的组装 GTP cap 微管的去组装 图18-8微管的组装与去组装 踏车现象和动态不稳定性都可以描述微管蛋白组装成微管的动力学特征，但目前普遍认为后者在 微管的组装过程中起主导作用 434
第十八章细胞骨架 (四)微管特异性药物 浩成微管不稳定性的因素很多，句括前已叙术的微管蛋白临界浓度(1mg/L)、GTP浓度、某些离 子浓度、温度（最适温度37℃）、pH(最适pH=6.9)等，还有某些药物。这些药物能够抑制与微管的组装 和去组装有关的细胞活动，也是研究微管功能的有力工具，主要原因在于，一是这些药物只同微管或 管蛋白异二聚体结合，二是它们在细胞中的浓度很容易控制。其中用得最多的是秋水仙素、紫杉醇等 秋水仙素(colchicine)是一种生物碱，可与微管蛋白异二聚体特异性结合，形成的复合物添加到微管的 末端后，可阻止其他微管蛋白异一聚体的加人，但末端带有秋水仙素的微管其去组装并没有影响.从而 抑制了微管聚合，导致细胞内微管系统的解体。秋水仙素处理细胞后能抑制纺锤体的形成，使细胞被阻 断在有丝分裂中期，导致细胞死亡。紫衫醇(tax)是从红豆杉属植物中提取的一种四环二萜化合物，紫 杉醇结合到聚合的微管上后可以阻止微管蛋白的解聚，增强了微管的稳定，但不影响新的微管蛋白异 聚体在微管末端的组装，结果是微管不停地组装而不会解聚，这种状态破坏了微管的动态不稳定性，对 细胞有毒害作用，同样阻断细胞的有丝分裂。因此，虽然作用机制不同，秋水仙素和紫杉醇都可以发挥 抗肿瘤细胞的作用。也进一步阐明了要行使正常的微管功能，微管动态不稳定性是其重要基础。 三、微管的主要功能 (二）维持细胞的形态 维持细胞形态是微管的基本功能。微管具有一定的强度，能够抗压和抗弯曲，这种特性给细胞提供 了机械支持力。在体外培养的细胞中，微管围绕细胞核向外呈放射状分布，(+)端指向质膜，形成平贴 在培养皿上的形状。在神经细胞的轴突和树突中，微管束沿长轴排列，起支撑作用。用秋水仙素、低温 等方法处理的细胞变成球形，可见微管破坏，原有细胞形态消失。 (二)鞭毛和纤毛的运动 箱毛(aum)和纤毛(cium)都是某些细胞表面的特化结构，具有运动功能。狮毛和纤毛在来 源、结构上基本相同，一般把少而长者称为鞭毛，短而多者称为纤毛。纤毛和鞭毛都含有一个规则排列 的由微管、动力蛋白和其他相关蛋白相互连接形成的骨架，称为轴丝(axoneme),轴丝的外面由细胞膜句 裹。组成轴丝的微管呈规律性排列，即9组二联管在周围成等距离地排列成一圈，中央有两根单微管 成为“9×2+2”的微管结构（图189）。中央的两个单微管之间由细丝相连，外包有中央销。相邻二联管 之间诵时连接蛋白(nexin)相连，二联管的A管对若相邻一联管的B管方向伸出动力蛋白臂(dvne am),属马达蛋白，是动力蛋白家族成员之一，其头部有ATP酶活性，可水解ATP做功，为鞭毛和纤毛的 运动提供动力。二联管的A管还向着鞭毛中央鞘伸出一根放射辐条(radial spoke),其末端膨大，称为辐 外侧二联管 连接蛋白连 A管 外动力蛋白壁 内动力 中间鞘 图189鞭毛和纤毛杆部横切面的结构示意图及电镜照片 435