本原
微丝主要由肌动蛋白(actin)构成,和肌球蛋白(myosin,一种分子马达蛋白)一起作用,使细胞运动。它们参与细胞的变形虫运动、植物细胞的细胞质流动与肌肉细胞的收缩:植物细胞的细胞质流动: 微丝中的actin(肌动蛋白)与myosin(肌球蛋白)在细胞质形成三维的网络体系。actin位于外质,myosin位于内质。 myosin连结着细胞质颗粒,由ATP供给能量,myosin与细胞质颗粒的结合体沿着actin filament滑动,从而带动整个细胞质的环流。变形虫运动(amoeboid movememt,阿米巴运动): 肌肉细胞的收缩:如同微管蛋白,肌动蛋白的基因组成一个超家族,并组成多种极为相似的结构。例如,各种肌肉细胞有不同的肌动蛋白:①骨骼肌的条纹纤维;②心肌的条纹纤维;③血管壁的平滑肌;④胃肠道壁的平滑肌。它们在氨基酸组分上有微小的差异(大约在400个氨基酸残基序列中有4-6个变异),在肌肉与非肌细胞中都还存在β及γ肌动蛋白,它们与具有横纹的α肌动蛋白可有25个氨基酸的差异。G-肌动蛋白单体(含ATP)可聚合为呈纤维状的F-肌动蛋白(含ADP),它们可由Mg2+及高浓度的K+或Na+诱导而聚合,聚合后ATP水解为ADP及C-肌动蛋白ADP单体,组成F-肌动蛋白。在骨骼肌的细肌丝(thin filament,由肌动蛋白构成)与粗肌丝(thick filament,由肌球蛋白构成)相互作用而使肌肉收缩(肌球蛋白可以起作肌动蛋白激活的ATPase的作用)。肌球蛋白也存在于哺乳动物的非肌细胞中(但以非聚合状态存在)。中间纤维细胞骨架的第三种纤维结构称中间纤维(intermediate filament,IF),又称中间丝、中等纤维,直径介于微管和微丝之间(8nm-10nm),其化学组成比较复杂。构成它的蛋白质多达5种,常见的有波形蛋白(vimentin)、角蛋白(keratin)、结蛋白、神经元纤维、神经胶质纤维。在不同细胞中,成分变化较大。中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。中间纤维有共同的基本结构,即构建成一个中央α螺旋杆状区,两侧则细胞骨架是大小和化学组成不同的端区。端区的多样性决定了中间纤维外形和性质的差异和特异性。以上这些结构单元并非是一成不变的,而是随细胞的生命活动而呈现高度的动态性,它们均由单体蛋白以较弱的非共价键结合在一起,构成纤维型多聚体,很容易进行组装和去组装,这正是实现其功能所必需的特点。原核生物长期以来,人们认为细胞骨架仅为真核生物所特有的结构,但近年来的研究发现它也存在于细菌等原核生物中。目前为止,人们已经在细菌中发现的FtsZ、MreB 和CreS 依次与真核细胞骨架蛋白中的微管蛋白、肌动蛋白丝及中间丝类似。FtsZ 能在细胞分裂位点装配形成Z 环结构,并通过该结构参与细胞分裂的调控;MreB能形成螺旋丝状结构,其主要功能有维持细胞形态、调控染色体分离等;CreS存在于新月柄杆菌中,它在细胞凹面的细胞膜下面形成弯曲丝状或螺旋丝状结构,该结构对维持新月柄杆菌细胞的形态具有重要作用。细胞骨架与疾病细胞在病理情况下常常会出现细胞骨架系统异常。如阿尔茨海默症患者,在脑神经元中发现有大量扭曲变形的微管和大量受损的中间纤维;在恶性转化的细胞中,常表现为微管减少和解聚,细胞骨架异常可增强癌细胞的运动能力。研究表明,微丝束及其末端黏着斑的破坏以及肌动蛋白小体的出现,与肿瘤细胞的浸润和转移特性有关。此外,中间纤维的分布具有严格的组织特异性,绝大多数肿瘤细胞在发生转移后仍表现其原发肿瘤的中间纤维类型,故可作为临床肿瘤的鉴别诊断和肿瘤细胞是否转移的判据。中间纤维显微技术与羊膜刺穿结合,可用于先天胎儿畸形的诊断,例如,若羊水中含有神经元纤维和神经胶质纤维细胞,则提示胎儿或有中枢神经系统畸形。羊膜刺穿示意图其他蛋白不仅如此,细胞骨架还包含有很多结构单元的附属蛋白质,比如:分子马达(molecular motors): 动力蛋白(dynein), kinesin, myosin结合蛋白:vinculin, cofilin, tropomyosin等等广义的细胞骨架还包括核基质(nucleoskeleton)、核纤层(nuclear lamina)和细胞外基质(extracellular matrix),形成贯穿于细胞核、细胞质、细胞外的一体化网络结构。发现历史细胞骨架(cytoskeleton)是指真核细胞中的蛋白纤维网络结构。发现较晚,主要是因为一般电镜制样采用低温(0-4℃)固定,而细胞骨架会在低温下解聚。直到20世纪60年代后,细胞骨架采用戊二醛常温固定,才逐渐认识到细胞骨架的客观存在。真核细胞借以维持其基本形态的重要结构,被形象地称为细胞骨架,它通常也被认为是