细胞生物学网络课程-第十章 细胞骨架与细胞运动

细胞生物学网络课程-第十章 细胞骨架与细胞运动（精选11篇）

篇1：细胞生物学网络课程-第十章 细胞骨架与细胞运动

课程学习： 10.细胞骨架与细胞运动 >> 10.3.4 肌细胞: 特化的肌收缩功能

10.3.4 肌细胞: 特化的肌收缩功能

肌细胞在进化的过程中形成了一种高度特化的的功能:肌收缩(muscle

contraction)。在肌细胞中, 肌动蛋白和肌球蛋白联合形成一种复合物:称为肌动球蛋白(actomyosin), 一种高度有序的结构, 并能高效地工作。

■ 骨骼肌细胞的基本结构 ● 肌纤维(myofibers)

肌纤维(myofibers)是圆柱形的肌细胞(长度可达40mm, 宽为10-100μm), 并且含有许多核(可多达100个核)。每个肌纤维被一层细胞质膜包被，这种细胞膜称作肌纤维膜(sarcolemma)。扁平的细胞核位于肌纤维膜的下方，并沿细胞的长度多点分布。

● 肌原纤维(myofibril)

肌原纤维是横纹肌中长的、圆柱形的结构。肌原纤维有明暗相间的带，明带称为I带(I band)，暗带称为A带(A band)。在I带中有一条着色较深的线, 叫Z线。

● 肌节(sarcomere)

肌节是Z线将肌原纤维分成的一系列的重复单位,含有一个完整的A带和两个二分之一I带（图10-46）, 肌节是肌收缩的单位。

图10-46 肌细胞的结构 ■ 肌原纤维的结构

在电子显微镜下揭示肌原纤维是由两种类型的长纤维构成, 一种是细肌丝，直径为6nm；另一种是粗肌丝，直径为15nm。明带只含有细肌丝，所以比较亮，而暗带之所以暗，是因为有粗肌丝和细肌丝的重叠。粗肌丝的长度占据整个A带，而细肌丝没有伸展到A带的中央区，所以A带的中央区也比较明亮，该区叫H带(图10-47)。

图10-47 肌原纤维的结构

● 粗肌丝(think filament)组成肌节的肌球蛋白丝。

● 细肌丝(thin filament)组成肌节的肌动蛋白丝。细肌丝是由三种蛋白组成, 除了肌动蛋白外, 还有两个结合蛋白, 即原肌球蛋白和肌钙蛋白。

细肌丝的两端分别与两个不同的肌动蛋白加帽蛋白结合(图10-48),一个是CapZ蛋白, 另一个是原肌球调节蛋白(tropomodulin)。

图10-48 肌节中与细肌丝结合的加帽蛋白的结合部位和作用

CapZ蛋白结合在肌动蛋白的(+)端, 位于Z线。原肌球调节蛋白结合在肌动蛋白的(-)端。这两种蛋白的结合有利于细肌丝的稳定, 防止去聚合。

● Z线(Z disk)是纤维网状结构, 它的主要功能是锚定肌动蛋白纤丝的正端。至于肌动蛋白纤丝是如何同Z线结合的, 尚不清楚, 推测加帽蛋白Cap Z蛋白和交联蛋白α-辅肌动蛋白(α-actinin)都有作用。α-辅肌动蛋白是Z线提取物中的主要成份, 它很可能在I带中将细肌丝交联成束。● 原肌球蛋白(tropomyosin, Tm)

原肌球蛋白是细肌丝中肌动蛋白的结合蛋白，由两条平行的多肽链组成α螺旋构型，每条原肌球蛋白首尾相接形成一条连续的链同肌动蛋白细肌丝结合, 正好位于双螺旋的沟(grooves)中。每一条原肌球蛋白有7个肌动蛋白结合位点，因此Tm同肌动蛋白细肌丝中7个肌动蛋白亚基结合(图10-49a,b)。

● 肌钙蛋白(troponin.Tn)

肌钙蛋白由3个多肽，即肌钙蛋白T(Tn-T)、肌钙蛋白I(Tn-I)、肌钙蛋白C(Tn-C)组成的复合物。Tn-T是一种长形的纤维状分子(图10-49c), Tn-I和Tn-C都是球形分子。Tn-I能够同肌动蛋白以及Tn-T结合, 它同肌动蛋白的结合就抑制了肌球蛋白与肌动蛋白的结合。Tn-C是肌钙蛋白的Ca结合亚基，Tn-C控制着原肌球蛋白在肌动蛋白纤维表面的位置。在细肌丝上大约每隔40nm就结合有一个肌钙蛋白。

2+

图10-49 原肌球蛋白及其结合蛋白

(a)原肌球蛋白的螺旋结构;(b)原肌球蛋白的序列特征, C是保守区, V是可变区, 不同来源的原肌球蛋白的V区序列可能不同;非肌细胞中的原肌球蛋白的长度要短些, 但保守区的组成相同;(c)原肌球蛋白、肌钙蛋白和肌动蛋白的结合关系。

肌联蛋白(titin)与伴肌动蛋白(nebulin)在肌节中除了上述的蛋白成分外,还有两种重要的蛋白:肌联蛋白和伴肌动蛋白(图10-50)。

图10-50 肌联蛋白-伴肌动蛋白纤维系统对粗肌丝和细肌丝的稳定作用(a)每条粗肌丝都有肌联蛋白纤维维持它的稳定,跨度起自Z线到M线;每条细肌丝的(+)端到(-)都结合有伴肌动蛋白纤维；(b)用凝溶脚蛋白（一种纤维切割蛋白）处理肌细胞, 破坏了肌节中的细肌丝, 没有了肌动蛋白的支持, 伴肌动蛋白凝缩在Z

线。

■ 肌收缩的滑动丝模型(sliding filament model)及分子基础 ● 实验依据

研究发现:肌收缩过程中，肌节几乎缩短50%，但是肌节的A带的长度并没有发生变化。肌节的缩短只是伴随着I带的缩短，在整个收缩的肌纤维中，I带几乎消失了。

● 滑动丝模型

两个英国研究小组的科学家们提出滑动丝模型解释肌收缩的机理。他们推测:肌节的缩短并不是因纤丝的缩短而引起, 而是由纤丝互相滑动所致。细肌丝向肌节中央滑动, 肌丝滑进了A带之中导致重叠部分增加, 使得I带和H带的宽度缩小, 其结果是缩短了肌节，减少了肌纤维的长度(图10-51)。

图10-51 肌收缩时肌节的收缩

(a)肌收缩时肌节长度变化及肌节结构差异示意图。在肌收缩时,肌球蛋白的交联桥(cross-bridge)与周围的细肌丝接触, 细肌丝被推动滑向肌节的中心。(b)肌

收缩时的电子显微镜照片。

● 肌球蛋白Ⅱ的作用

粗肌丝同细肌丝之间的滑动主要涉及粗肌丝中肌球蛋白Ⅱ的头部同肌动蛋白细肌丝接触，产生细肌丝与粗肌丝之间的交联桥(crossbridges)，才能产生滑动。研究发现: 肌收缩时,每个肌球蛋白的头都向外伸出, 并与细肌丝紧紧地结合, 形成细肌丝与粗肌丝间的交联桥。肌球蛋白Ⅱ的头部一旦同细肌丝结合, 头部就会快速向中心部位弯曲，使细肌丝沿粗肌丝向肌节中央移动5～15nm。

● 旋转升降臂(swinging lever arm)假说

1993年Ivan Rayment 等提出旋转升降臂假说解释肌球蛋白与肌动蛋白之间滑动的机理:他们认为ATP水解释放出的能量诱导肌球蛋白头部构型发生少许改变, 然后通过旋转使肌球蛋白α螺旋的颈部伸展,实际上,肌球蛋白的颈部作为强度极高的升降臂(lever arm),引起肌动蛋白纤维快速的远距离滑动(图10-52)。

图10-52 肌球蛋白颈部作为旋转升降臂开关的模型, 详见正文

什么是滑动丝模型和旋转升降臂假说? ■ Ca离子在肌收缩中的作用 2+● 原肌球蛋白的抑制作用

原肌球蛋白能够同7个肌动蛋白单体结合，并封闭了肌动蛋白上同肌球蛋白结合的位点。在这种情况下，肌节中的粗肌丝和细肌丝之间不可能形成交联桥，只有解除原肌球蛋白对肌动蛋白纤维的抑制，才有可能形成交联桥(图10-53)。

图10-53 原肌球蛋白在肌收缩中的作用

当原肌球蛋白处于b位时,抑制了肌球蛋白头部与肌动蛋白的结合, 当原肌球蛋白移动到a位时, 解除了抑制的肌球蛋白的头部得以同肌动蛋白接触。● Ca离子对肌收缩的调节作用

细胞中Ca离子浓度能够调节原肌球蛋白对肌动蛋白的抑制作用, 因为高浓度的Ca离子能够同肌钙蛋白的Tn-C亚基结合，改变原肌球蛋白同肌动蛋白结合的位置，解除原肌球蛋白对肌动蛋白的抑制，露出与肌球蛋白结合的位点(图10-54)。2+2+2+

图10-54 Ca离子对原肌球蛋白与肌动蛋白结合的影响

当Ca离子很低时, 肌动蛋白上与肌球蛋白结合的位点被原肌球蛋白占据, Ca2+

2+

2+离子浓度高时, 通过与肌钙蛋白Tn-C亚基的结合, 改变原肌球蛋白在肌动蛋白纤维中的结合部位,暴露出与肌球蛋白结合的位点。

● Ca离子浓度调节:肌收缩与神经兴奋相偶联

神经系统的电信号传递是以膜电位的形式沿着神经细胞传递的,这种膜电位叫动作电位(action potentials)。当动作电位到达神经细胞末梢时，它触发神经递质扩散，穿过轴突，并同相邻靶细胞的质膜结合，使细胞质膜去极化，最后信号通过与肌质网相邻的T管激发肌质网向胞质溶胶释放贮存的Ca2+离子, 从而使胞质溶胶中的Ca2+离子浓度快速升高, 使电信号转变成化学信号(图10-55)。2+

图10-55 肌质网对骨骼肌胞质溶胶中Ca离子浓度的调节作用

(a)肌纤维的三维结构图;(b)SR释放Ca离子。①神经信号传递到肌纤维的细胞质膜,经T管靠近肌质网;②诱导肌质网释放Ca离子, 使胞质溶胶中Ca离子浓度升高。

释放出来的Ca离子同肌钙蛋白结合，解除原肌球蛋白对肌动蛋白的抑制，使得粗肌丝肌球蛋白的头部得以同肌动蛋白接触，形成交联桥。然后再由ATP同肌球蛋白头部的ATP结合位点结合，并通过ATP的水解提供能量，以及肌球蛋白头部构型的变化，引起粗肌丝与细肌丝间的滑动，产生肌肉的收缩。

怎样通过Ca离子浓度调节使肌收缩与神经兴奋相偶联?

2+

2+

2+2+2+2+

篇2：细胞生物学网络课程-第十章 细胞骨架与细胞运动

1、细胞骨架

2、应力纤维

3、微管

4、微丝

5、中间纤维

6、踏车现象

7、微管组织中心（MTOC）

8、胞质分裂环

二、填空题

1、_____是一种复杂的蛋白质纤维网络状结构，能使真核细胞适应多种形状和协调的运动。

2、肌动蛋白丝具有两个结构上明显不同的末端，即_____极和_____极。

3、在动物细胞分裂过程中，两个子细胞的最终分离依赖于质膜下带状肌动纤维束和肌球蛋白分子的活动，这种特殊的结构是_____。

4、小肠上皮细胞表面的指状突起是_____，其中含有_____细胞质骨架成分。

5、肌动蛋白单体连续地从细纤维一端转移到另一端的过程称为_____。

6、微管由_____分子组成的，微管的单体形式是_____和_____组成的异二聚体。

7、外侧的微管蛋白双联体相对于另一双联体滑动而引起纤毛摆动，在此过程中起重要作用的蛋白质复合物是_____。

8、基体类似于_____，是由9个三联微管组成的小型圆柱形细胞器。

9、_____位于细胞中心，在间期组织细胞质中微管的组装和排列。

10、_____药物与微管蛋白紧密结合能抑制其聚合组装。

11、_____具有稳定微管，防止解聚，协调微管与其他细胞成分的相互关系的作用。

12、驱动囊泡沿着轴突微管从细胞体向轴突末端单向移动的蛋白质复合物是_____。

13、在细胞内永久性微丝有，临时性微丝有 ；永久性微管有，临时性微管有。

14、细胞骨架普遍存在于 细胞中，是细胞的 结构，由细胞内的 成分组成。包括、和 三种结构。

15、中心体由 个相互 排列的圆筒状结构组成。结构式为。主要功能是与细胞的 和 有关。

16、鞭毛和纤毛基部的结构式为，杆状部的结构式为，尖端部的结构式为

三、选择题

1、细胞骨架是由哪几种物质构成的（）。A、糖类 B、脂类 C、核酸 D、蛋白质 E.以上物质都包括 2.下列哪种结构不是由细胞中的微管组成（）。A、鞭毛 B、纤毛 C、中心粒 D、内质网 E、以上都不是 3.关于微管的组装，哪种说法是错误的（）。A、微管可随细胞的生命活动不断的组装与去组装 B、微管的组装分步进行 C.微管的极性对微管的增长有重要意义 D、微管蛋白的聚合和解聚是可逆的自体组装过程 E、微管两端的组装速度是相同的 4.在电镜下可见中心粒的每个短筒状小体（）。A、由9组二联微管环状斜向排列 B、由9组单管微管环状斜向排列 C、由9组三

联微管环状斜向排列 D、由9组外围微管和一个中央微管排列 E、由9组外围微管和二个中央微管排列

5、组成微丝最主要的化学成分是（）。A、球状肌动蛋

白 B、纤维状肌动蛋白 C、原肌球蛋白 D、肌钙蛋白 E、锚定蛋白

6、能够专一抑制微丝组装的物质是（）。A、秋水仙素 B、细胞松弛素B C、长春花碱 D、鬼笔环肽 E、Mg+ 7.在非肌细胞中，微丝与哪种运动无关（）。A、支持作用 B、吞噬作用 C、主动运输 D、变形运动 E、变皱膜运动 8.对中间纤维结构叙述错误的是（）。A、直径介于微管和微丝之间 B、为实心的纤维状结构 C、为中空的纤维状结构 D、两端是由氨基酸组成的化学性质不同的头部和尾部 E、杆状区为一个由310个氨基酸组成的保守区

9、在微丝的组成成分中，起调节作用的是（）。A、原肌球蛋白 B、肌球蛋白 C、肌动蛋白 D、丝状蛋白 E、组带蛋白

10、下列哪种纤维不属于中间纤维（）。A、角蛋白纤维 B、结蛋白纤维 C、波形蛋白纤维 D、神经丝蛋白纤维 E、肌原纤维

四、判断题

1、细胞松弛素B是真菌的一种代谢产物，可阻止肌动蛋白的聚合，结合到微丝的正极，阻止新的单体聚合，致使微丝解聚。（）

2、永久性结构的微管有鞭毛、纤毛等，临时性结构为纺锤体等。（）

3、纺锤体微管可分为动粒微管和非极性微管。（）

4、核骨架不象胞质骨架那样由非常专一的蛋白成分组成，核骨架的成分比较复杂，主要成分是核骨架蛋白及核骨架结合蛋白，并含有少量RNA。（）

五、简答题

1、微丝的化学组成及在细胞中的功能。

2、什么是微管组织中心，它与微管有何关系。

3、简述中间纤维的结构及功能。

4、比较微管、微丝和中间纤维的异同。

5、试述微管的化学组成、类型和功能。参考答案

一、名词解释

1、细胞骨架：细胞骨架(Cytoskeleton是指存在于真核细胞质内的中的蛋白纤维网架体系。包括狭义和广义的细胞骨架两种概念。广义的细胞骨架包括：细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架和细胞外基质。狭义的细胞骨架指细胞质骨架，包括微丝、微管和中间纤维。

2、应力纤维：应力纤维是真核细胞中广泛存在的微丝束结构，由大量平行排列的微丝组成，与细胞间或细胞与基质表面的粘着有密切关系，可能在细胞形态发生、细胞分化和组织的形成等方面具有重要作用。

3、微管：在真核细胞质中，由微管蛋白构成的，可形成纺锤体、中心体及细胞特化结构鞭毛和

纤毛的结构。

4、微丝：在真核细胞的细胞质中，由肌动蛋白和肌球蛋白构成的，可在细胞形态的支持及细胞肌性收缩和非肌性运动等方面起重要作用的结构。

5、中间纤维：存在于真核细胞质中的，由蛋白质构成的，其直径介于微管和微丝

之间，在支持细胞形态、参与物质运输等方面起重要作用的纤维状结构。

6、踏车现象：在一定条件下，细胞骨架在装配过程中，一端发生装配使微管或微丝延长，而另一端发生去装配而使微管或微丝缩短，实际上是正极的装配速度快于负极的装配速度，这种现象称为踏车现象。

7、微管组织中心（MTOC）：微管在生理状态及实验处理解聚后重新装配的发生处称为微管组织中心。动物细胞的MTOC为中心体。MTOC决定了细胞中微管的极性，微管的（-）极指向MTOC，（+）极背向MTOC。

8、胞质分裂环：在有丝分裂末期，两个即将分裂的子细胞之间产生一个收缩环。收缩环是由大量平行排列的微丝组成，由分裂末期胞质中的肌动蛋白装配而成，随着收缩环的收缩，两个子细胞被分开。胞质分裂后，收缩环即消失。

二、填空题

1、细胞质骨架；

2、正极、负极；

3、收缩环；

4、微绒毛、微丝；

5、踏车行为；

6、微管蛋白、α、β微管蛋白；

7、动力蛋白；

8、中心粒；

9、中心体；

10、细胞松弛素B；

11、微管结合蛋白；

12、驱动蛋白；

13、肌细胞中的细肌丝、小肠微绒毛中的轴心微丝，胞质分裂环；鞭毛、纤毛，纺锤体；

14、、真核，支撑，蛋白质，微管，微丝，中间纤维；

15、2，垂直蛋白，9×3+0，分裂，运动；

16、9×3+0，9×2+2，9×1+2；

三、选择题

1、D；

2、D；

3、E；

4、C；

5、A；

6、B；

7、C；

8、B；

9、A；

10、E。

四、判断题

1、√；

2、√；

3、×；

4、√。

五、简答题

1、微丝的化学组成及在细胞中的功能。答：微丝的化学组成：主要成分为肌动蛋白和肌球蛋白，肌球蛋白起控制微丝的形成、连接、盖帽、切断的作用，也可影响微丝的功能。其他成分为调节蛋白、连接蛋白、交联蛋白。微丝的功能：（1）与微管共同组成细胞的骨架，维持细胞的形状。（2）具有非肌性运动功能，与细胞质运动、细胞的变形运动、胞吐作用、细胞器与分子运动、细胞分裂时的膜缢缩有关。（3）具有肌性收缩作用（4）与其他细胞器相连，关系密切。（5）参与细胞内信号传递和物质运输。

2、什么是微管组织中心，它与微管有何关系。答：微管组织中心是指微管装配的发生处。它可以调节微管蛋白的聚合和解聚，使微管增长或缩短。而微管是由微管蛋白组成的一个结构。二者有很大的不同，但又有十分密切 的关系。微管组织中心可以指挥微管的组装与去组装，它可以根据细胞的生理需要，调节微管的活动。如在细胞有丝分裂前期，根据染色体平均分配的需要，从

微管组织中心：中心粒和染色体着丝粒处进行微管的装配形成纺锤体，到分裂末期，纺锤体解聚成微管蛋白。所以说，微管组织中心是微管活动的指挥

3、简述中间纤维的结构及功能。答：中间纤维的直径约7～12nm的中空管状结构，由4或8个亚丝组成。单独或成束存在于细胞中。中间纤维具有一个较稳定的310个氨基酸的α螺旋组成的杆状中心区，杆状区两端为非螺旋的头部区（N端）和尾部区（C端）。头部区和尾部区由不同的氨基酸构成，为高度可变区域。功能：（1）支持和固定作用：支持细胞形态，固定细胞核。（2）物质运输和信息传递作用：在细胞质中与微管、微丝共同完成物质的运输，在细胞核内，与DNA的复制和转录有关。（3）细胞分裂时，对纺锤体和染色体起空间支架作用，负责子细胞内细胞器的分配与定位。（4）在细胞癌变过程中起调控作用。

4、比较微管、微丝和中间纤维的异同。答：微管、微丝和中间纤维的相同点：（1）在化学组成上均由蛋白质构成。（2）在结构上都是纤维状，共同组成细胞骨架。（30在功能都可支持细胞的形状；都参与细胞内物质运输和信息的传递；都能在细胞运动和细胞分裂上发挥重要作用。微管、微丝和中间纤维的不同点：（1）在化学组成上均由蛋白质构成，但三者的蛋白质的种类不同，而且中等纤维在不同种类细胞中的基本成分也不同。（2）在结构上，微管和中间纤维是中空的纤维状，微丝是实心的纤维状。微管的结构是均一的，而中等纤维结构是为中央为杆状部，两侧为头部或尾部。（3）功能不同：微管可构成中心粒、鞭毛或纤毛等重要的细胞器和附属结构，在细胞运动时或细胞分裂时发挥作用：微丝在细胞的肌性收缩或非肌性收缩中发挥作用，使细胞更好的执行生理功能；中等纤维具有固定细胞核作用，行使子细胞中的细胞器分配与定位的功能，还可能与DNA的复制与转录有关。总之，微管、微丝和中间纤维是真核细胞内重要的非膜相结构，共同担负维持细胞形态，细胞器位置的固定及物质和信息传递重要功能。

5、试述微管的化学组成、类型和功能。答：微管的化学组成：主要化学成分为微管蛋白，为酸性蛋白。其他化学成分为微管结合蛋白包括为微管相关蛋白、微管修饰蛋白、达因蛋白。微管的类型：单微管、二联管、三联管。微管的功能：（1）构成细胞的网状支架，维持细胞的形态。（2）参

篇3：于荣：细胞骨架“帮忙”气孔运动

从1995年至今，于荣的世界很微观，她的关注点始终是植物的细胞骨架与气孔运动。

记者：“细胞骨架”听起来有些陌生，能不能先简要介绍什么是细胞骨架及其研究背景?

于荣：对于细胞骨架的研究是从20世纪60年代开始的，研究者相继在真核细胞中发现了微管，微丝、中间纤维三种不同的细胞骨架成分，它们在细胞中构成了一个复杂的三维网络体系，也就是细胞骨架。除了维持细胞形态外，细胞骨架也与细胞运动有关。比如肌肉收缩要靠肌细胞中的微丝和微丝马达蛋白相互协调完成，鞭毛和纤毛的运动，要依靠微管和微管马达蛋白的相互作用产生。细胞骨架也参与了植物的气孔运动，从1995年开始，我的研究也集中在细胞骨架在气孔运动机理中的作用上。

记者：针对细胞骨架与气孔运动的研究取得了哪些进展?

于荣：气孔由两个保卫细胞组成，主要存在于植物的叶片下表皮，保卫细胞的形态变化引起了气孔运动。1996年，研究者发现，在气孔运动中，保卫细胞中的微丝排布会发生明显变化，并由此首次提出微丝在气孔运动中起作用。如果将引起气孔开闭的信息传递过程比喻成一场“接力赛”，微丝接了其中的一个”接力棒”。微丝在气孔运动中的作用，很快得到了学界的公认，也被写入了权威的学界年度综述。而关于植物细胞骨架的另一组成部分——微管是否参与气孔运动，却存在争论。反对观点来自1997年和1998年，韩国与美国的研究者相继提出微管在气孔运动中没有作用，之后，日本的研究者认为微管参与气孔运动。国内的研究者也持支持观点，我的2003年新星项目就是“微管骨架在气孔运动中的作用”。

记者：新星项目的成果是否有助于平息争论?

于荣：1995年，我在中国农业大学读博士的时候，用显微注射技术也初步得出了相同的支持结论，因为显微注射技术对细胞造成的伤害远远小于在固定细胞过程中多种化学试剂所造成的伤害。要提出令人信服的实验结果，必须尽量减低实验中的假象，随着实验经验的积累，对使用活体细胞的要求也越来越迫切。1998年出现的植物微管绿色荧光蛋白(GFP)转基因活体标记技术，解决了这个问题。在高精度的激光共聚扫描显微镜下，可以清楚地看到在气孔开闭过程中，保卫细胞内微管骨架的排布发生相应的聚合，解聚的动态变化，这就是最令人信服的证据，微管确实在气孔运动中起作用。

记者：那么，相关研究的实用方向在哪里呢?

篇4：第7讲细胞骨架研究进展

1.细胞骨架的组成成分

细胞骨架聚合物控制着真核细胞的形态和动力学特征，包括3种主要形式： 肌动蛋白丝(actin filament，AF)、微管(microtubule，MrI1)和中间丝(intermediate filament，IF)，三者被组装成网络结构来抵制细胞变形，但在响应外应力时能够重新组装，在维持细胞完整性方面发挥着重要功能。肌动蛋白丝和微管的聚合与解聚是细胞形态变化的直接因素，与此同时分子马达在细胞各种组分的装配过程中发挥重要功能。由细胞骨架聚合物形成的网络框架的结构被几种类别的调控蛋白控制：成核蛋白(nucleation-promoting factor，NPF，是纤维形成的起始结构；加帽蛋白(capping protein，CP)，可终止纤维的延伸；聚合酶，促进纤维更快更持久地延伸；解聚因子(depolymerizing factor，DF)，属于肌动蛋白结合蛋白，是微丝骨架的一个重要调节者；交联蛋(crosslinkers protein，CP)，能组织形成高度有序的网络结构。来自细胞内部或外部的机械刺激能影响这些调控因子的活动，反过来这些调控因子又能影响纤维网络局部的装配。三种主要细胞骨架聚合物具有不同的机械稳定性、装配水平、极性，与之结合的分子马达(molecularmotor)类型也不同。1．1 微管和微丝

微管是由微管蛋白原丝组成的不分支的中空管状结构。直径约25nm，是细胞骨架成分，与细胞支持和运动有关。纺锤体、真核细胞纤毛、中心粒等均系由微管组成的细胞器。微管有最复杂的聚合和解聚特征，在细胞内的压力下会弯曲，在分裂间期，许多细胞会集合放射状排列的微管以便利用其稳定性，这些微管担当起中心轮毂和细胞内运输功能。有丝分裂过程中，微管骨架会自发地重新排列形成纺锤体，把染色体排列在一条线上。一条微管能在两种状态之间交换：延伸和收缩。其动力学不稳定性使得微管骨架能快速地重组。

微丝(microfilaments，MF)是由肌动蛋白分子螺旋状聚合成的纤丝，又称肌动蛋白丝，是细胞骨架的主要成分之一。微丝对细胞贴附、铺展、运动、内吞、细胞分裂等许多细胞功能具有重要作用。它没有微管稳固，但绑定肌动蛋白丝的交联蛋白具有高度稳定性，装配形成的束状网络结构和树突状网络结构高度稳定。成束的微丝对伸出的丝状伪足起支持作用，丝状伪足使细胞具有趋化性以及参与细胞间的通讯，并能够产生像在吞噬过程中细胞形态的变化。肌动蛋白丝能响应细胞信号系统的作用发生连续的聚合和解聚。如吞噬细胞伸出的伪足是在细胞表面接受趋化性的受体传递下来的信号刺激后，在细胞活跃的边缘带聚合成 的。成纤维细胞的收缩作用是在肌动蛋白束的装配过程中，细胞表面的跨膜蛋白与配体结合时触发的。当肌动蛋白纤维和一些解聚因子(比如切割蛋白家族成员)或与一些聚合因子相互作用时，会发生更加复杂的动力学变化。

依赖于微管的驱动蛋白(kinesin)、动力蛋白(dynein)和依赖于微丝的肌球蛋白fmyosin)这3类蛋白超家族成员构成分子马达。分子马达的功能是组织微管和肌动蛋白骨架，微管相连的分子马达对于细胞间期微管的组装以及有丝分裂纺锤体的形成至关重要。肌球蛋白分子马达也对压力纤维中排列的肌动蛋白丝的成束起重要作用，使得细胞能够接触并感知其外部环境。

肌动蛋白结合蛋白(actin—binding protein，ABP)和成核促进因子(nucleation—promoting factor，NPF)的活化促进肌动蛋白丝网络结构。肌动蛋白相关蛋白Arp2／3复合物(包括Arp2和Arp3)和肌动蛋白与已经存在的蛋白丝一端结合，因而产生了高度分枝的肌动蛋白纤维，这些纤维相互作用形成树突状网络结构，成核促进因子活化Arp2／3复合物介导产生分枝作用，且能和细胞膜特异性结合，确保分枝状纤维网络中新纤维的成核作用只发生在那些朝细胞膜方向生长的纤维中。最终加帽蛋白阻止新的肌动蛋白单体的添加而阻断其生长。生长、分枝和加帽过程的完成标志着肌动蛋白丝网络的形成，对细胞迁移运动至关重要。1．2 中间丝

中间丝是存在于真核细胞中介于微丝和微管之间，直径约10nm的纤丝，是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑作用，因组成的蛋白质不同而有不同的命名。它们抵制拉力的能力比抵制压力要强的多。它们能被交联蛋白彼此或与肌动蛋白丝和微管交联在一起，通过和微管或肌动蛋白丝相互作用来形成细胞外应力响应结构，如上皮细胞中的中间丝组装成一个致密的网络抵御外力作用。近年来的研究表明，由核纤层蛋白聚合而成的中间丝，能维持真核细胞胞核结构的完整；核纤层蛋白被细胞周期蛋白依赖的激酶磷酸化从而促进有丝分裂开始时核膜的溶解。不同于微管及肌动蛋白丝，中间丝无极性，不能支持分子马达有方向性的运动。

2.细胞骨架网络结构

近年来的研究表明，细胞内由微管、肌动蛋白丝或中间丝交联形成复杂的细胞骨架网络，与其它细胞之间特异或非特异性地相互作用，在传递压力和张力及感知微环境物理作用方面起核心作用。肌动蛋白成核促进因子WHAMM不仅和肌动蛋白结合也和微管及细胞膜结合 ；微管的延伸促进GTPase Rac1活化，促进片状伪足样突起中肌动蛋白的聚合。对细胞内应力或外应力以及波形运动提供 了一种途径。目前，对细胞骨架的研究仍是通过对单个聚合物的认识而了解它们在整个细胞动力学方面的作用。

在体外重组纯化的细胞骨架纤维研究中发现，肌动蛋白丝网络可形成各种各样的结构，其可塑性可能来源于两个方面：熵变和焓变，熵变由满足纤维摇动所需热能引起构造的缩小导致的，比如当它们被拉伸时；焓变由构成纤维分子间距变化导致的，比如当它们被弯曲的时候，即使没有发生热能变化。网络的结构可能是引起这两种弹性变化的重要因素。

近年来的研究证明纤维的熵变在网络机械性质中具有重要作用，当外力作用于肌动蛋白丝网络以及中间丝或细胞外基质纤维(如鞭毛和纤毛)时，网络结构由于纤维相互缠结以及各个纤维的熵变而变得更坚固并抵制进一步变形。当向任意组装的肌动蛋白纤维中添加一种稳固的交联剂，同时施加外力，发现弹性系数等级显著增加，并且，由于单个纤维的熵变，在力的作用下网络结构保持坚固 驯。当向任意组装的肌动蛋白纤维中添加这种更灵活的交联剂细丝蛋白A及分子马达肌球蛋白时，网络强度增加到超过相互缠结的纤维网络的强度，并且强度是非线性增加的。

在高度组装的网络结构中，肌动蛋白丝的弯曲而非熵变拉伸，与网络的弹性作用相关。当给予树突状的肌动蛋白纤维网络(如在运动的细胞中占主要优势生长的肌动蛋白纤维网络)一定压力时，网络强度显示非线性的增加，在高压力下又会减弱，这种行为是可逆的，表明承载压力的纤维可能是网络弹性的重要特性。尽管纤维的弯曲和拉伸已成为许多肌动蛋白丝网络研究的焦点，交联网络的机械性质也必须依赖于交联剂本身的特性。在对交联剂长度的研究中发现，肌动蛋白结合位点的间距变化严重影响弹性系数和网络结构。总之，纤维拉伸和弯曲的高度非线性行为以及交联蛋白和对成核促进因子的研究表明，网络结构决定细胞骨架的功能。

在整个细胞中，肌动蛋白骨架有各种各样的结构，每种结构均和特定的功能相联系，肌动蛋白纤维结构是怎样和其他的细胞系统相连接仍是研究的重要领域。细胞骨架网络在机械负荷下的变形和等离子膜的紧张度变化相关联，如嗜中性粒细胞吞噬抗体包裹的颗粒时（这是一个肌动蛋白驱动的过程)，等离子膜紧张度显著增加。

细胞骨架网络结构能分散细胞外压力，微管受到外力时会随着压力增加降低增长率，且完全解聚的可能性增大，一小部分肌动蛋白丝的聚合也受到限制。但对单根纤维模型为基础的研究发现，树突状肌动蛋白丝网络结构的部分纤维在受到外力作用时产生的结果不同，运用原子力显微镜(atomic—force— microscope)重组树突状肌动蛋白丝网络，当不断增加负荷时树枝状网络以一个恒定的速率生长，表明细胞骨架网络压力感受元件通过局部纤维的结构变化而适应不断增加的负荷。在测量运动细胞片状伪足突起的研究中也观察到这种现。3.细胞机械感受特征与细胞微环境

细胞骨架通过细胞间连接或胞外基质接受胞外信号，细胞除对化学信号应答外，对物理信号也产生应答。研究表明，处于紧缩状态的细胞骨架产生的张力可探测细胞外基质的力学特性，胞外物理介质反过来又会影响细胞骨架的组装和细胞行为，但物理作用强度是否是影响细胞最重要的信号仍具有争议。细胞与胞外基质、细胞与细胞间的相互作用是怎样导致细胞的组织形式和细胞行为上的变化，几项研究表明在细胞骨架组装过程中接受物理信号的重要性。例如，Thery等发现在有丝分裂细胞中，纺锤体的取向、分裂板的位置和子细胞的空间分布均受到细胞外基质中蛋白质的空间分布的影响。通过使用显微示踪技术研究胞外基质蛋白的模型发现，细胞按预期方向分裂是受胞外基质与细胞膜接触控制的。除了粘附位点的模型外，细胞本身的物理性质也会影响细胞骨架的组织形式。在外力作用下，细胞的增殖会受到影响。如取自鼠乳腺癌细胞的一个肿瘤球在琼脂糖凝胶中成簇生长时，结果发现在有压力条件下细胞增殖缓慢，而在给于高压时细胞会发生凋亡。

Discher等研究表明细胞通过细胞骨架响应机械信号，在对培养细胞研究中，培养基的物理环境对干细胞的正常分化有重要影响，在间充质干细胞(mesenehymal stem cel1)和神经细胞的培养中，培养基的物理环境可能存在信号功能，指导干细胞向特定的世系分化。在一定强度的培养基上培养细胞的传统方法可能改变细胞的动力学性质和基因表达机制。间充质干细胞在培养基一定强度下分化成各种世系的细胞，通过抑制非肌球蛋白的活性，这种特异性世系分化性能就会被阻断嘲。在不同的培养基上，细胞生长与所在组织的物理环境不同而变化，细胞骨架性质和组织形式也存在着变化。如中心粘附点和粘附的连接点在感应压力下会发生变化，目前已有几个机械信号的特异介质分子被鉴别出。细胞骨架的结构及它构建的过程能够记录机械的相互作用，而单根纤维却不能。如果和外在环境的机械相互作用能持续地改变细胞骨架，可能会使细胞的行为发生变化。尽管细胞感知外环境机械作用发生应答反应由基因决定，但对于细胞对微环境相互作用的信息是怎样被贮存的现知之甚少，细胞骨架组装和重组装是否对细胞的动力学特征保持记忆。受机械力不断作用的细胞基因表达是否可遗传，目前尚处于研究中。4.展望 在现有的实验技术条件下，可从高分辨率的分子结构图像分析到直接对细胞的结构和过程进行动力学控制，要探究将细胞动力学和细胞骨架与细胞功能联系起来的机制和分子需要新的模型。而电脑模拟技术作为一种探测多层次有序系统的方式正变得越来越重要，通过机械刺激的输入到表型的输出来追踪细胞行为和功能的变化，将是未来研究的热点。

篇5：细胞生物学网络课程-第十章 细胞骨架与细胞运动

【实验目的】

1.认识光学显微镜下细胞的形态结构； 2.掌握临时制片和显微绘图的方法。

【材料、器材和试剂】

材料：人体口腔黏膜上皮细胞、洋葱鳞茎；

器材：显微镜、剪刀、镊子、载玻片、盖玻片、牙签、滤纸； 试剂：1%碘液。

【方法和步骤】

1.口腔黏膜上皮细胞的制片与观察

口腔黏膜细胞涂片标本的制备：吸取一滴碘液滴在一张洁净的载玻片中央，用一根事先灭菌的牙签伸入自己的口腔内壁轻轻刮取黏膜上皮细胞，然后，将其放入载玻片上的染液中并来回搅动使细胞散开，染色1 min左右后小心加盖玻片（尽量避免产生气泡），用滤纸吸去盖玻片周围的液体。

观察：将自制的口腔黏膜上皮细胞标本装片置于显微镜下观察，先用低倍镜观察较分散的、轮廓清晰的黏膜上皮细胞。由于该细胞体积较小、着色较淡，观察时应稍降低视野亮度以便于较快找到目标（在低倍镜下，用碘液染色的细胞呈黄色，成群或分散分布，形态大小多呈扁平椭圆形）。选择轮廓清晰的细胞移至视野中央，转换至高倍镜下观察。在高倍镜下，可见口腔黏膜上皮细胞外围有一层薄薄的细胞膜，扁圆形的细胞核呈深黄色，细胞质呈浅黄色或浅蓝色，核中央致密的结构为核仁。

2.洋葱鳞茎内表皮细胞的制片与观察

表皮细胞装片标本的制备：取一干净载玻片，在其中央滴一滴碘液，将洋葱鳞茎用小刀分为几块，取一块肉质鳞叶，用剪刀在内表皮划“田”字形小方格，每一小方格边长3-4mm，然后用镊子轻轻撕下一小方格的膜质表皮，置于载玻片的碘液滴中铺平，取一干净的盖玻片，将其一侧先接触标本旁的碘液，再缓缓地盖上盖玻片，尽量避免产生气泡，用滤纸吸去盖玻片周围的液体。

观察：将制备好的装片标本放到显微镜下，先用低倍镜观察，可见许多长柱状、排列整齐、彼此相连的细胞，选择其中一个典型的细胞移至视野中央，再转换至高倍镜下仔细观察细胞壁、细胞核、细胞质和液泡等结构。

【实验结果】

绘图并进行适当标注：人口腔黏膜上皮细胞和洋葱鳞茎内表皮细胞。【讨论】

简述观察细胞形态时，制作临时装片和显微镜镜检时的注意事项。

实验四 线粒体和液泡系的活体染色

【实验目的】

1.掌握一些细胞器的超活性染色技术和原理。

2.观察动物、植物细胞内线粒体和液泡系的形态、数量和分布。

【材料、器材和试剂】

材料：人体口腔黏膜上皮细胞、洋葱；

器材：显微镜、牙签、镊子、剪刀、载玻片、盖玻片；

试剂：Ringer溶液；1/5000詹纳斯绿B溶液；1/3000中性红溶液。

【方法和步骤】

1.线粒体的超活染色与观察

（1）人体口腔黏膜上皮细胞线粒体的超活染色和观察

① 取清洁载玻片放在37℃恒温水浴锅的金属板上，滴2滴1/5000詹纳斯绿B染液； ② 用一根预先灭菌的牙签伸入自己的口腔内壁轻轻刮取黏膜上皮细胞，将刮下的粘液状物放入载玻片的染液滴中，染色10-15min（注意不可使染液干燥，必要时可再加一滴染液），盖上盖玻片，用吸水纸吸去四周溢出的染液，置于显微镜下观察；

③ 在低倍镜下，选择平展的口腔黏膜上皮细胞，转换高倍镜进行观察。可见扁平状上皮细胞的核周围胞质中，分布着一些被染成蓝绿色的颗粒状或棍棒状的线粒体。（2）洋葱鳞茎内表皮细胞线粒体的超活染色和观察

① 用吸管吸取1/5000詹纳斯绿B染液，滴一滴在干净的载玻片上，然后用镊子撕取洋葱鳞茎内表皮一小块，置于染液中，染色10-15min；

② 吸去染液，加一滴Ringer液，注意使内表皮展平，盖上盖玻片，显微镜下观察。在高倍镜下，可见表皮细胞中央被一大液泡所占据，细胞核被挤至旁边，线粒体染成蓝绿色，呈颗粒状或线条状。

2.液泡系的超活染色和观察

① 洋葱鳞茎内表皮一小块，置于1/3000中性红溶液中，染色5-10min；

② 吸去染液，加一滴Ringer液，注意使内表皮展平，盖上盖玻片，显微镜下观察，可见被染成砖红色的中央大液泡。

【实验结果】

1.根据实验观察，绘制洋葱鳞茎内表皮细胞和人体口腔黏膜上皮细胞线粒体分布图。2.根据实验观察，绘制洋葱鳞茎表皮细胞指示液泡系的形态和分布。

【讨论】

1.简述线粒体詹纳斯绿B活体染色和液泡系中性红活体染色的原理； 2.分析线粒体和液泡系活体染色时需要注意的事项。3.细胞内线粒体的形态和分布有何特点？

实验五 植物细胞骨架的光学显微镜观察

【实验目的】

了解细胞骨架的结构特征及其样品制备技术。

【材料、器材和试剂】

材料：洋葱鳞茎；

器材：普通光学显微镜、5Oml烧杯、玻璃滴管、容量瓶、试剂瓶、载玻片、盖玻片、镊子、小剪刀、吸水纸、擦镜纸；

试剂：M 缓冲液；6mmol/L（pH 6.8）磷酸缓冲液；1% Triton X-100；0.2%考马斯亮蓝R250；3%戊二醛。

【方法和步骤】

1.撕取洋葱鳞茎内表皮（约lcm大小若干片）置于装有pH 6.8磷酸缓冲液的50ml烧杯中，使其下沉；

2.吸去磷酸缓冲液，用l% Triton X-100处理20-30min； 3.吸去Triton X-100，用M缓冲液洗3次，每次10min； 4.3%戊二醛固定O.5-lh；

5.pH 6.8磷酸缓冲液洗3次，每次10min； 6.0.2%考马斯亮蓝R250染色20-30min；

7.用蒸馏水洗1或2次，细胞置于载玻片上，加盖玻片，于普通光学显微镜下观察。

2【实验结果】

绘制洋葱鳞茎表皮细胞微丝束的分布图。

【讨论】

篇6：细胞骨架的观察

细胞骨架的观察

姓名：邓燕玲 学号：201011202912 专业：生命科学生物科学 实验时间：20121030 指导老师：张伟 同组同学：张丽华

细胞生物学实验

实验目的

1.了解细胞骨架的组成、结构和功能。2.学习细胞骨架标记的原理和方法。3.学习用鬼笔环肽标记微丝的方法步骤。

4.观察小鼠胚胎成纤维细胞和中国仓鼠卵巢细胞的细胞微丝骨架。5.讨论细胞骨架在中学中教学的重点与难点。

实验原理

1.细胞骨架一般是指真核细胞质内的蛋白质纤维网架系统。广义大的细胞骨架包括细胞膜骨架、细胞核骨架和细胞质骨架。直至1963年，科学家用戊二醛在室温下固定成功后，人们才广泛地观察到各类细胞骨架纤维的存在。细胞骨架包括微管、微丝和中间纤维。不同成分有不同的结构和功能。细胞骨架处于不断地动态平衡中，并且有极性。2.微丝的标记方法可分为在固定细胞中标记和在活体中标记。本实验采用的是固定细胞标记，主要运用带荧光探针的抗体或鬼笔环肽标记，这需要对样品进行化学固定和膜的通透。

3.荧光探针是一种标记物，其中包含的荧光物质在从外界吸收能量后变成激发态，在回到基态时以电磁波的形式释放能量，从而产生荧光。荧光物质在受到长时间的照射后会淬灭。

4.鬼笔环肽（phalloidin）是一种剧毒生物碱，能结合F-actin，而不与G-actin结合，并且在结合后可以抑制微丝的解聚，破坏微丝聚合和解聚的动态平衡。鬼笔环肽对细胞有毒害作用，因此不利于活体细胞的研究。

5.荧光显微镜是用于观察和分析样品中产生的荧光物质的成分和定位的一种光学显微镜，荧光物质在受到激发光的激发下，会发出比激发光波长更长的光，从而在显微镜下观察。

实验器材

1.材料：小鼠胚胎成纤维细胞、CHO中国仓鼠卵巢细胞

2.试剂：PEM缓冲液（50 mM pipes,5 mM EGTA, 5 mM MgSO4, 0.225M 山梨醇），0.5 % Triton X-100（溶于PEM缓冲液），4%多聚甲醛（溶于PEM缓冲液），55nM Alex-phalloidin 3.器械：荧光显微镜 实验步骤

1.将小培养皿中的培养液用移液枪吸掉，加入预热的1mlPEM清洗，注意不要打在盖玻片

细胞生物学实验

上，洗三次。

2.加入1ml37°C预热的0.5 % Triton X-100，放置10min。3.加入预热的1mlPEM清洗，洗三次。4.加入预热的4%多聚甲醛1ml，放置15min。5.加入预热的1mlPEM清洗，洗三次。

6.剪下一段与载玻片宽度一样的封口膜，将封口膜包在在玻片上，在玻片上的封口膜上加10L的 55nM Alex –phalloidin，将载玻片有细胞的一面朝下盖片，在暗盒中静置25min。7.用37°预热的PEM洗三次，将载玻片有细胞的一面朝上转移到一个新的载玻片中，在荧光显微镜下观察并拍照。

实验结果 思考题

1.PEM缓冲液的作用是什么？

答：促进微管中肌动蛋白的聚合，抑制其解聚，使微管形态固定，便于观察。2.1％Triton X-100处理细胞的作用是什么？

篇7：细胞骨架的构成

1、作为支架，为坚持细胞的`形状提供支持结构，并给细胞器定位。

2、为细胞内的物质和细胞器的运输运动提供机械支持。

3、为细胞从一个位置向另一个位置挪动提供动力。

4、为信使RNA提供锚定位点，促进mRNA翻译成多肽。

篇8：植物细胞骨架的观察

一、实验目的：掌握植物细胞骨架处理及染色方法。

二、实验原理：用适当浓度的TritonX-100处理时，可将细胞内蛋白质破坏，但细胞骨架系统的蛋白质却被保存，后者用考马斯亮兰R250染色，可在光学显微镜下观察到细胞骨架的网状结构。

三、实验试剂：

1、M-缓冲液；

2、pH6.8磷酸缓冲液； 3、1% TritonX-100，用M-缓冲液配制； 4、0.2%考马斯亮兰R250； 5、3%戊二醛，用pH6.8磷酸缓冲液；

四、实验步骤：

1、撕取洋葱鳞茎内表皮细胞（约1cm2大小若干片）置于装有pH6.8磷酸缓冲液的50ml烧杯中，使其下沉；

2、吸去pH6.8磷酸缓冲液，用1% TritonX-100处理20min；

3、吸去1% TritonX-100，用M-缓冲液洗三次，每次8min；

4、3%戊二醛固定30min；

5、pH6.8磷酸缓冲液洗三次，每次8min；

6、0.2%考马斯亮兰R250染色20min；

7、用蒸馏水洗1-2次，将内表皮细胞平铺子载玻片上，加盖玻片，于显微镜下观察。

五、实验作业：

1、绘制你所观察到的植物细胞骨架图象；

篇9：细胞生物学网络课程-第十章 细胞骨架与细胞运动

摘要

细胞骨架是指在真核细胞中的蛋白纤维网络体系，微管（Microtubule MT）是细胞骨架的重要组成成分之一。它不仅对维持细胞胞形态、保持细胞内部结构的有序性有重要作用，而且与细胞运动、物质运输、能量转化、信息传递、细胞分裂、基因表达、细胞分化等生命活动密切相关[1]。

细胞内很多基质中起作用的酶都是附着在细胞骨架上的，而生命代谢的本质基本可以认为是各种酶促反应，动植物体内的微管都是由中心体发出，在细胞内形成有组织有规则的结构，很多大分子物质如蛋白质合成过程中的分泌蛋白就是在微丝的肌动蛋白牵引下沿着微管进入高尔基体或其它细胞器，由此可得，微管对细胞的组织层次至关重要，甚至构成细胞分裂分化的结构基础。

关键词

细胞骨架，细胞固定，微管，微管套，嘉庚蛸精细胞，小鼠精细胞，小麦幼苗根尖细胞，紫外辐射（UV-B）。

我们在研究观察细胞骨架时常用的细胞固定液有：戊二醛、多聚甲醛、乙醇、甲醛、丙酮等。由于不同固定液固定细胞效果不同，因此应该根据试验样本及目的选择合适的固定液[2]。以下为利用这些固定方法和免疫荧光-激光共聚焦显微技术及透射电镜技术观测头足类动物嘉庚蛸精细胞和小麦幼苗根尖细胞在不同实验条件下微管排列方式及其对细胞核和染色质的影响。

微管对嘉庚蛸精细胞核影响的研究

细胞骨架分布有一定的规则性和方向性，复杂程度高。在哺乳动物精细胞分化过程中，微管及微管依赖蛋白参与了精子顶体的形态建成，由于头足类动物精子发生过程与哺乳动物镜子发生过程具有相似性，采用嘉庚蛸研究微管在头足类动物精子发生过程中的分布特征，对探究微管依赖蛋白在精子发生过程中作用的分子机制具有重要指导意义。

头足类动物精细胞分化形成精子过程中，核从圆形演变成长圆柱形或长螺旋形，核的形态变化与核周围微管的活动，密切相关。微管是由微管蛋白装配成的长管状结构，是真核生物细胞骨架的主要组成部分；是依赖于微管的驱动蛋白的运输通道。利用免疫荧光-激光共聚焦显微技术及透射电镜技术观察了嘉庚蛸精子形成过程中微管的分布特征及其作用，结果表明：精细胞早期，核呈圆形或卵圆形，核内染色质由团块状趋向颗粒状均布，或部分凝集成絮状，核周围无微管套结构，且微管不均匀分布；精细胞中期，核呈橄榄形，核内染色质呈颗粒状或絮状，微管在核周围均匀分布，形成微管套；精细胞后期，核呈长梭形，核内染色质呈纤维状，微管套紧贴核周围；未成熟精子，核呈长柱状，核内染色质致密均布，微管套仍紧密围绕核周；成熟精子，核周微管结构消失。嘉庚蛸精子形成过程中微观结构有一个动态变化过程，由此可推测微管套可能在核的形态发生过程中发挥重要作用，由于微管套只在精细胞核形变过程中存在和起作用，因此，微管套可能通过特殊的途径参与核内染色质的浓缩[3]。具体机制还有待进一步研究。

精细胞分化形成精子过程中，微管系统发挥重要作用。形态学和分子生物学研究表明，微管套不仅可能参与精子顶体的生物发生，而且还可能参与精核的形态建成[4]。

郭睿等[5]利用免疫荧光FLTC/DAPI共染技术研究分析了小鼠精细胞变态成形过程中微管套结果变化及其作用，微管套在圆形精细胞核变形延伸的起始阶段形成，并随着精细胞核的浓缩和变长逐渐向精细胞尾部移位，直至精子变态成形后消失，微管套结构的形成和消失与精细胞核的浓缩及延伸同步，其形态变化和位置的改变与精细胞核形态学变化吻合，由于微管套始终与核紧密接触直至核的形变过程结束，由此认为微管套是引导精子细胞核浓缩、变形、延伸的重要结构。同时，kierszenbaum相关分子蛋白研究还表明，微管套结构还参与了鞭毛和轴丝的发生。

若能阐明微管及其相关蛋白的特性和功能，将有可能揭示精细胞核形态变化的机制。在嘉庚蛸精子顶体反应过程的研究中，发现了顶体锥的存在以及精核的囊泡化现象[6]。该现象是否与微管套相关还有待进一步研究。

紫外辐射UV-B对小麦根尖细胞骨架的影响

微管在植物细胞中参与维持细胞形态、染色体迁移、细胞有丝分裂、细胞壁构建和信号转导等生理过程[7]，能对外界作出敏感反应。

以小麦幼苗根尖为材料，采用间接免疫荧光标记技术并结合激光共聚焦扫描显微系统，研究增强紫外线B（ultraviolet-B，UV-B）辐射对小麦根尖细胞微管骨架的影响，为进一步研究微管骨架与“分束分裂”的关系打下基础。研究表明，小麦根尖分裂过程中微管骨架排列呈现一定的周期性，对照组中微管周期结构明显清晰，荧光较强。而增强UV-B辐射处理的小麦根尖细胞中，其微管结构紊乱，周质微管骨架定向发生改变，或解聚呈片段或点状分布；出现两条早期的异常结构，纺锤体微管聚集，末期成膜体弥散或缺失。

该研究表明，增强UV-B辐射使微观结构出现异常列阵，且与对照组相比达到了显著水平，使细胞周质微管的空间发生改变，由原本平行排列变为紊乱分布，同时出现断裂和解聚现象。周质微管直接或间接地维持细胞的空间结构，即决定细胞的形状，且它与质膜相连接，起着稳定质膜的作用[8]，周质微管发生断裂和解聚，更加重了UV-B对细胞屏障——质膜的损伤，而这必然会降低细胞内各种细胞器和细胞结构的稳定性，破坏细胞内外物质交换平衡及细胞内物质的代谢，使植物生理功能发生障碍，从而使植物抗逆境能力下降。

纺锤体的主要功能是牵引染色体，支配染色体的移动。增强UV-B辐射使纺锤体微管结构损伤，聚集成棒，直接影响染色体与纺锤体的结合，在染色体分配的关键时刻易使其聚集或丢失，这很可能导致细胞中形成落后染色体、染色体桥甚至可能使染色体像微管一样聚集成束而形成“分束分裂”细胞。增强UV-B辐射还使细胞在分裂末期没有成膜体微管，而不能控制细胞核物质沉积，这样在子细胞中无法构成新的细胞壁，最终导致细胞产生多核现象[9]。因此，增强UV-B辐射不仅改变了微管结构，还使其分布发生改变。在细胞分裂中微管与染色体的关系密切，微管分布发生改变直接影响染色体的分布，这些都可能导致细胞分裂发生异常而形成“分束分裂”，最终改变细胞的遗传性质。完整的细胞微管骨架是信号转导所必需的，如果微管受到干扰，依赖细胞骨架进行的信号转导反应也会受到干扰或终止发生。

相关文献

篇10：植物细胞骨架的显示及光镜观察

———试剂配制及注意事项

1.M缓冲液：M缓冲液是使细胞骨架中的微丝保持稳定的溶液。在M缓冲液中，其中咪唑是缓冲剂EGTA 和EDTA螯合 Ca离子，溶液并提供Mg离子，在低钙条件下，骨架纤维保持聚合状态并且较为舒张，便于观察。

配制： 试剂

相对分子质量

所需浓度

每升加量

备注

咪唑

68.08

50mmol/L

3.40g

稳定PH值，缓冲作用。

KCl

74.55

50mmol/L

3.73g

提供离子，对骨架起聚合作用

MgCl2。6H2O 203.30 0.5mmol/L

0.1g

提供离子，对骨架起聚合作用。

EGTA

380.40 1.0mmol/L 0.38g

螯合Ca离子 Ca离子对聚合不利

EDTA。2H2O 372.24 0.1mmol/L

0.04g

螯合Ca离子 Ca离子对聚合不利。

B-巯基乙醇

78.13

1.0 mmol/L

70ul

起还原作用，稳定骨架结构。

甘油

92.09

4.0mmol/L

294.8ul

加水定容至1L，PH调至7.2 注意：B-巯基乙醇

危险品！经皮肤、吞咽吸收有致命危险；刺激眼睛、呼吸道 粘膜，引起慢性咽炎！用药品时应适当穿戴防护服，手套。取用时及时塞好瓶塞。

2.60mM磷酸缓冲液：维持细胞生理平衡使其保持正常活性。

配制：KH2PO4, 0.37g

Na2HPO4.12H2O,1.2 g

加水到500ML

注意：

3.Triton X-100(曲拉通 X-100)化学名称为聚乙二醇辛基苯基:可以处理掉一部分蛋白质，使骨架成分更清晰。

配制方法：用M缓冲液稀释已有浓度的药品。

注意：对人体有危害，皮肤粘上后用大量清水冲洗，不慎入眼时应提起眼睑，用流动清水冲洗并就医，不慎食入后，应大量饮用清水催吐并就医。4.3％戊二醛：室温下较好地保存细胞骨架成分。

配制：25％戊二醛 12ml,6mM磷酸缓冲液 88ml 注意： ①2%酸性戊二醛对金属有腐蚀性；2%中性戊二醛对手术刀片等碳钢制品有腐

蚀性，使用前应先加入0.5%亚硝酸钠防锈。②戊二醛杀菌效果受pH影响大，用酸性或强化酸性戊二醛浸泡医疗器械时，应先用0.3%碳酸氢钠调pH7.5-8.8。pH超过9.0时，戊二醛迅速聚合则失去杀菌能力。

③2%碱性戊二醛室温只可保存2周，其余剂型可保存4周。

④戊二醛对皮肤粘膜有刺激性，接触溶液时应戴手套，防止溅入眼内或吸入体内。⑤配制戊二醛要用蒸馏水，盛放戊二醛溶液的容器要干净。

⑥用戊二醛消毒或灭菌后的器械一定要用灭菌蒸馏水充分冲洗后再使用

5.考马斯亮蓝R-250

配制：考马斯亮蓝R-250 0.2g 冰醋酸7ml

甲醇46.5ml 蒸馏水46.5ml 注意：考马斯亮蓝和皮肤中蛋白质通过范德华力结合，反应快速，并且稳定，无法用普通试剂洗掉。待一两周左右，皮屑细胞自然衰老脱落即可无碍。甲醇对人体有害，误食后可导致失明，肝病，甚至死亡。皮肤粘上后用大量清水冲洗，不慎入眼时应提起眼睑，用流动清水冲洗并就医，不慎食入后，应大量饮用清水催吐洗胃并就医。甲醇易燃，使用时应避免明火，做好防火处理。

冰醋酸有腐蚀性，其蒸汽对眼与鼻有刺激作用，应做好通风与防护。

篇11：细胞生物学网络课程-第十章 细胞骨架与细胞运动

洋葱细胞骨架制备条件优化及影响因素研究

以洋葱为材料,研究1%Triton X-100抽提非骨架蛋白时间、细胞环境温度和紫外线照射活细胞对洋葱细胞骨架形态观察效果的影响.结果表明:1%Triton X-100抽提非骨架蛋白25 min观察效果较好,细胞处在20℃和4℃环境下骨架清晰完整,呈网络状分布;-18℃、50℃及紫外线照射60 min处理均会造成细胞骨架不同程度的`解聚,影响细胞骨架的观察.

作 者：马云 王启钊 王伍 柴翠翠 MA Yun WANG Qi-zhao WANG Wu CHAI Cui-cui  作者单位：信阳师范学院,生命科学学院,河南,信阳,464000 刊 名：新乡学院学报（自然科学报） 英文刊名：JOURNAL OF XINXIANG UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)：2009 26(1) 分类号：Q245 关键词：细胞骨架   细胞环境温度   紫外线   洋葱鳞茎   显微观察