微管
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分子結(jié)構(gòu)
微管(microtubule)
微管是一種具有極性的細(xì)胞骨架。微管是由α，β兩種類型的微管蛋白亞基形成的微管蛋白二聚體，由微管蛋白二聚體組成的長管狀細(xì)胞器結(jié)構(gòu)。微管由微管蛋白異源二聚體為基本構(gòu)件, 螺旋盤繞形成微管的壁。在每根微管中微管蛋白二聚體頭尾相接, 形成細(xì)長的原纖維(protofilament), 13條這樣的原纖維縱向排列組成微管的壁。微管是直徑為24-26nm的中空?qǐng)A柱體。外徑平均為24nm, 內(nèi)徑為15nm。微管壁大約厚5nm，微管通常是直的, 但有時(shí)也呈弧形。細(xì)胞內(nèi)微管呈網(wǎng)狀和束狀分布, 并能與其他蛋白共同組裝，可裝配成單管，二聯(lián)管（纖毛和鞭毛中），三聯(lián)管（中心粒和基體中），紡錘體、基粒、軸突、神經(jīng)管等結(jié)構(gòu)。它是由13 條原纖維（protofilament）構(gòu)成的中空管狀結(jié)構(gòu)，直徑22—25納米。微管蛋白二聚體由結(jié)構(gòu)相似的α和β-微管蛋白構(gòu)成，兩種亞基均可結(jié)合GTP，α-微管蛋白結(jié)合的GTP從不發(fā)生水解或交換，是α-微管蛋白的固有組成部分；而作為GTP酶，β-微管蛋白可水解結(jié)合的GTP，結(jié)合的GDP可交換為GTP。微管和微絲一樣，具有生長速度較快解離速度較慢的(+)端和生長速度較慢解離速度較快的(-)端。微管在細(xì)胞內(nèi)起支撐作用。另外它還是兩種運(yùn)載分子，驅(qū)動(dòng)蛋白（Kinesin）和運(yùn)動(dòng)蛋白（Dynein）的行走軌道。微管可能連帶附在其上的運(yùn)動(dòng)蛋白會(huì)發(fā)放信號(hào)促進(jìn)粘著斑的解聚，后者是粘著斑的周轉(zhuǎn)和尾部與底質(zhì)分離過程中重要的一步。
微管的功能：維持細(xì)胞形態(tài)，輔助細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸，與其他蛋白共同裝配成紡錘體，基粒，中心粒，鞭毛，纖毛神經(jīng)管等結(jié)構(gòu)。
微管可在所有哺乳類動(dòng)物細(xì)胞中存在，除了紅細(xì)胞外，所有微管均由約55ku的α及β微管蛋白（tubulin）組成。它們正常時(shí)以αβ二聚體形式存在（110ku）并以頭尾相連的方式聚合，形成微管蛋白原纖維（protofilament），由13根這樣的原纖維構(gòu)成一個(gè)中空的微管。
微管結(jié)合蛋白
微管結(jié)合蛋白（microtubule associated proteins MAPs）分子至少包含一個(gè)結(jié)合微管的結(jié)構(gòu)域和一個(gè)向外突出的結(jié)構(gòu)域。突出部位伸到微管外與其它細(xì)胞組分（如微管束、中間纖維、質(zhì)膜）結(jié)合（圖9-17）。
MAP的主要功能是：①促進(jìn)微管聚集成束；②增加微管穩(wěn)定性或強(qiáng)度；③促進(jìn)微管組裝。包括I 型和II型兩大類， I 型對(duì)熱敏感，如MAP1a、 MAP1b，主要存在于神經(jīng)細(xì)胞 。II型熱穩(wěn)定性高，包括 MAP2a、b、c，MAP4和tau蛋白。其中 MAP2只存在于神經(jīng)細(xì)胞,，MAP2a的含量減少影響樹突的生長。
微管組織
微管組織中心（microtubule organizing center MTOCs）是微管進(jìn)行組裝的區(qū)域，著絲粒、成膜體、中心體、基體均具有微管組織中心的功能。所有微管組織中心都具有γ微管球蛋白，這種球蛋白的含量很低，可聚合成環(huán)
狀復(fù)合體，像模板一樣參與微管蛋白的核化，幫助α和β球蛋白聚合為微管纖維。
中心體（centrosome）位于細(xì)胞的中心部位（圖9-18）。由兩個(gè)相互垂直的中心粒（centriole）構(gòu)成（圖9-19），周圍是一些無定形或纖維形、高電子密度的物質(zhì)，叫做外中心粒物質(zhì)（PCM，pericentriolar material）。中心粒直徑0.2mm，長0.4mm，由9組3聯(lián)微管構(gòu)成，不直接參與微管蛋白的核化，具有召集PCM的作用。
微管蛋白以環(huán)狀的γ球蛋白復(fù)合體為模板核化、先組裝出（-）極，然后開始生長，因此中心體周圍的微管（-）極指向中心體，（+）級(jí)遠(yuǎn)離中心體。
1972年R. Weisenberg證明提純的微管，在微酸性環(huán)境（PH=6.9），適宜的溫度下，存在GTP
、Mg和去除Ca的條件下能自發(fā)的組裝成微管。但這種微管只有11條原纖維，可能是因?yàn)闆]有γ微管球蛋白構(gòu)成的模板。
微管β球蛋白結(jié)合的GTP水解并不是微管組裝所必需的步驟，但是結(jié)合GTP的微管蛋白二聚體能加合到微管纖維上，在快速生長的纖維兩端微管球蛋白結(jié)合的GTP來不及水解，形成的“帽子”，使微管纖維較為穩(wěn)定。一旦暴露出結(jié)合GDP的亞單位微管，則開始去組裝。
微管的功能
1、支架作用
細(xì)胞中的微管就像混凝土中的鋼筋一樣，起支撐作用，在培養(yǎng)的細(xì)胞中，微管呈放射狀排列在核外，（+）端指向質(zhì)膜（圖9-20），形成平貼在培養(yǎng)皿上的形狀。在神經(jīng)細(xì)胞的軸突和樹突中，微管束沿長軸排列，起支撐作用，在胚胎發(fā)育階段為管幫助軸突生長，突入
周圍組織，在成熟的軸突中，微管是物質(zhì)運(yùn)輸?shù)穆奋墶?/p>
2、細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸
微管起細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)穆奋壸饔茫茐奈⒐軙?huì)抑制細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸。
與微管結(jié)合而起運(yùn)輸作用的馬達(dá)蛋白有兩大類：驅(qū)動(dòng)蛋白kinesin，動(dòng)力蛋白dynein，兩者均需ATP提供能量。
Kinesin發(fā)現(xiàn)于1985年，是由兩條輕鏈和兩條重鏈構(gòu)成的四聚體（圖9-21），外觀具有兩個(gè)球形的頭（具有ATP酶活性）、一個(gè)螺旋狀的桿和兩個(gè)扇子狀的尾。通過結(jié)合和水解ATP，導(dǎo)致頸部發(fā)生構(gòu)象改變，使兩個(gè)頭部交替與微管結(jié)合，從而沿微管“行走”，將“尾部”結(jié)合的“貨物”（運(yùn)輸泡或細(xì)胞器）轉(zhuǎn)運(yùn)到其它地方。據(jù)估計(jì)哺乳動(dòng)物中類似于kinesin的蛋白（KLP, kinesin-like protein or KRB, kinesin-related protein）超過50余種，大多數(shù)KLP能向著微管（+）極運(yùn)輸小泡，也有些如Ncd蛋白（一種著絲點(diǎn)相關(guān)的蛋白）趨向微管的（-）極。
Dynein發(fā)現(xiàn)于1963年，因與鞭毛和纖毛的運(yùn)動(dòng)有關(guān)而得名。dynein分子量巨大（接近1.5Md），由兩條相同的重鏈和一些種類繁多的輕鏈以及結(jié)合蛋白構(gòu)成（鞭毛二聯(lián)微管外臂的動(dòng)力蛋白具有三個(gè)重鏈）。其作用主要有以下幾個(gè)方面：在細(xì)胞分裂中推動(dòng)染色體的分離、驅(qū)動(dòng)鞭毛的運(yùn)動(dòng)、向著微管（-）極運(yùn)輸小泡（圖9-22）。
3、形成紡錘體
紡錘體是一種微管構(gòu)成的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，其作用是在分裂細(xì)胞中牽引染色體到達(dá)分裂極。
4、纖毛與鞭毛的運(yùn)動(dòng)
纖毛與鞭毛是相似的兩種細(xì)胞外長物，前者較短，約5~10um；后者較長，約150um，兩者直徑相似，均為0.15~0.3um。
鞭毛和纖毛均由基體和鞭桿兩部分構(gòu)成（圖9-23），鞭毛中的微管為9+2結(jié)構(gòu)，即由9個(gè)聯(lián)微管和一對(duì)中央微管構(gòu)成，其中二聯(lián)微管由AB兩個(gè)管組成，A管由13條原纖維組成，B管由10條原
纖維組成，兩者共用3條。A管對(duì)著相鄰的B管伸出兩條動(dòng)力蛋白臂（圖9-24），并向鞭毛中央發(fā)出一條輻。基體的微管組成為9+0，并且二聯(lián)微管為三聯(lián)微管所取代，結(jié)構(gòu)類似于中心粒。
纖毛和鞭毛的運(yùn)動(dòng)是依靠動(dòng)力蛋白（dynein）水解ATP，使相鄰的二聯(lián)
活力造成的。這種病人同時(shí)還患有慢性支氣管炎，主要是因?yàn)槭潜廾屠w毛沒有動(dòng)力蛋白臂，不能排出侵入肺部的粒子。
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