肠上皮细胞微绒毛(microvilli)的轴心微丝是非肌肉细胞中高度有序微丝束的代表，微丝呈同向平行排布，微丝束下端终止于端网结构(terminal web)。微绒毛中心的微丝束起维持微绒毛形状的作用，其中不含肌球蛋白、原肌球蛋白和?辅肌动蛋白，因而无收缩功能。微丝结合蛋白如绒毛蛋白、110K蛋白、毛缘蛋白、fodrin在微丝束的形成、维持及与微绒毛细胞膜连接中起重要作用(图 3．应力纤维 应力纤维(stressnber)是真核细胞中广泛存在的微丝束结构。电镜观察表明，应力纤维由大量平行排列的微丝组成，其成分为肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球 蛋白和?辅肌动蛋白。应力纤维与细胞间或细胞与基质表面的粘着有密切关系。应力纤维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 4．溶胶层和阿米巴运动 许多细胞中，细胞膜下有一层富含肌动蛋白纤维的区域，称为溶胶。这些肌动蛋白纤维平行于质膜排列，并与膜有连接。这一纤维网络可以为细胞膜提供强度和韧性，维持细胞形状。细胞的多种运动，如胞质环流(cyclosis)、阿米巴运动(amoiboid)、变皱膜运动(ruffled membrane locomotion)及吞噬(phagocytosis)都与肌动蛋白的溶胶与凝胶状态及其相互转化有关。这些运动能为细胞松弛素所抑制。 5．胞质分裂环 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。研究表明，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，两子细胞被分开。胞质分裂后，收缩环即消失。收缩环是非肌肉细胞中具有收缩功能的微丝束的典型代表，在很短的时间内，微丝能迅速装配与去装配以完成细胞功能，其收缩机制亦是肌动蛋白和肌球蛋白的相对滑动。 二、微管 微管(microtubule)是存在于所有真核细胞中由微管蛋白(tubulin)装配成的长管状细胞器结构，平均外径为24nm(图10—10)，通过其亚单位的装配和去装配能改变其长度，对低温、高压和秋水仙素等药物敏感。细胞内微管呈网状或束状分布，并能与其他蛋白共同装配成纺锤体、基粒、中心粒、鞭毛、纤毛、轴突、神经管等结构，参与细胞形态的维持、细胞运动和细胞分裂。 (一)成分 微管由两种类型的微管蛋白亚基，即?微管蛋白和?微管蛋白组成，?微管蛋白含450个氨基酸残基，其相对分子质量为50X103，?微管蛋白含455个氨基酸残基，?和?微管蛋白均含酸性C端序列。除极少数例外，如人的红细胞，微管几乎存在于从阿米巴到高等动植物所有真核细胞胞质中，而所有原核生物中没有微管。微管蛋白分子在生物进化上可能是最稳定的蛋白分子之一。最近，微管蛋白三维结构研究取得突破性进展，采用结晶电子显微学方法研究了微管蛋白异二聚体的三维结构，对从分子水平阐述微管的装配与调节，微管蛋白与引擎蛋白之间的相互作用有深远影响。?微管蛋白和?微管蛋白形成微管蛋白异二聚体，是微管装配的基本单位。微管蛋白二聚体含有鸟嘌呤核苷酸的两个结合位点，二价阳离子亦能结合于微管蛋白二聚体上。此外，微管蛋白二聚体上具有一个秋水仙素结
合位点，一个长春花碱结合位点。 (二)形态
微管是由微管蛋白二聚体装配成的长管状细胞器结构，平均外径为24 nm，内径15 nm，微管壁由13根原纤维排列构成，在横切面上，微管呈中空状，微管壁由13个球形蛋白亚基组成(图10—10)。微管可装配成单管，二联管(纤毛和鞭毛中)，三联管(中心粒和基体中)。细胞内还存在一些微管附属结构，如纤毛或鞭毛中的动力蛋白臂等，微管附属结构的功能有：①稳定微管；②构成微管间的连接，使微管成一定的排列；③使微管与其他结构，主要是膜结构相连接；④产生动力。 (三)装配 1．装配过程 所有微管遵循同一原则由相似的蛋白亚基装配而成，主要装配方式是：首先，?微管蛋白和?微管蛋白形成长度为8 nm的??二聚体，二聚体先形成原纤维(protofilament)，经过侧面增加而扩展为片层，至13根原纤维时，即合拢形成一段微管。新的二聚体再不断加到微管的端点使之延长。最终微管蛋白与微管达到平衡(图10—11)。 原纤维中重复的亚单位是?? 二聚体， ??????????，微管中这种亚单位排列即构成微管的极性，所有的微管都有确定的极性。微管的两个末端在结构上不是等同的，这是非常重要的结构特征。细胞内所有由微管构成的亚细胞结构也是有极性的。?????? 即为头一尾的方向，微管蛋白加上或释放主要发生于 (+)极，微管的延长主要依靠在(+)极装配GTP微管蛋白，然后GTP水解为GDP或GTP与微管蛋白分离。目前的微管装配动态模型认为，微管两端具 GTP帽(取决于微管蛋白浓度)，微管将继续装配，反之，具GDP帽则解聚。在一定条件下，微管一端发生装配使微管延长，而另一端发生去装配而使微管缩短，实际上是微管正极的装配速度快于微管负极的装配速度，这种现象称为踏车现象(treadmilling)(图10—llc)。 2．体外微管装配条件
(1)微管蛋白浓度：微管蛋白装配低于一定浓度(临界浓度)时，不发生微管聚合，临界浓度随温度和其他聚合条件的变动而异，大约为1 mg／ml； (2)最适pH：pH6．9； (3)离子：Ca2’应尽可能除去，Mg2’为装配所必需；
o0
(4)温度：37C微管蛋白二聚体装配成微管，0C微管解聚为二聚体 (5)GTP的供应。
3．体内微管装配动态聚体；
微管蛋白的合成是自我调节的，多余的微管蛋白单体结合于合成微管蛋白的核糖体上，导致微管蛋白mRNA降解。
微管在体内的装配和去装配在时间和空间上是高度有序的，间期细胞中，细胞质微管与微管蛋白亚单位库处于相对平衡状态；有丝分裂期中，胞质微管装配和去装配动态受细胞周期调控，发生显著改变，分裂前期，胞质微管网络中的微管去装配，游离的微管蛋白亚单位装配为纺锤体；分裂末期，发生逆向转变。此外，细胞中存在一些非常稳定的微管结构，如纤毛，鞭毛等。 4．微管组织中心
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 (microtubule organizing center，MTOC)。动物细胞的MTOC为中心体。MTOC决定了细胞微管的极性，微管的(—)极指向MTOC，(+)极背向MTOC。 (四)微管相关蛋白质
现已发现有几种蛋白与微管密切相关，附着于微管多聚体上，参与微管的装配并增加微管的稳定性。然而，在实验条件下，微管蛋白可以在去除这些蛋白的情况下装配。因此这些蛋白称为微管相关蛋白质(microtubule—associated protein，MAP)。包括MAPl，MAP2，MAP4，tau蛋白等。一般认为微管相关蛋白质与骨架纤维间的连接有关，近年来的研究显示微管结合蛋白可能具有更广泛的功能。所有不同的微管结构均由相同的?微管蛋白和?微管蛋白亚单位组成，其结构与功能的差异可能取决于所含微管相关蛋白质的不同。 ???蛋白：是一组由同一基因编码的、相对分子质量为55X103～62X103的蛋白质，见于神经轴突中，具有热稳定性。其功能是加速微管蛋白的聚合，形成 18 nm臂，横向连接相邻微管以稳定微管。
MAPl：相对分子质量为270X103杆状分子，对热敏感，见于神经轴突和树突中，在微管间形成横桥，但并不使微管成束。①MAP1A：见于成熟轴突中；② MAP1B：见于新生长的轴突中；③MAP1C：最初认为是大脑中5种高相对分子 质量MAP之一，后来发现MAPlC是一种胞质动力蛋白(dynein)，与逆向的轴突运输有关。 MAP2：仅见于树突中，在微管间及微管与中间纤维间形成横桥，能使微管成束。MAPl与MAP2不具同源性。MAP2由单个基因编码，具热稳定性，与依赖于cAMP的蛋白激酶有高度亲和性。①MAP2A：相对分子质量为270X103，在神经元发育过程中不断增加表达；②MAP2B：相对分子质量为270X103，在神经元发育过程中表达保持恒定；③MAP2C：相对分子质量为70X103，存在于不成熟的神经元树突中。 MAP4：相对分子质量为200X103，广泛存在于各种细胞中，具高度热稳定 性。 不同的微管结合蛋白在轴突和树突中的分布，可能决定了轴突和树突的不同形态。
(五)微管特异性药物
在微管结构和功能研究中，微管特异性药物发挥了重要作用，其中秋水仙素 (colchicine)是最重要的微管工具药物，用低浓度的秋水仙素处理活细胞，可立即破坏纺锤体结构，秋水仙素不像Ca2’、高压和低温等因素那样直接破坏微管，而是阻断微管蛋白装配成微管，体外重装配实验可以清晰地显示这一点。结合有秋水仙素的微管蛋白可以装配到微管末端，但阻止其他微管蛋白的加入。 紫杉酚(taxol)能促进微管的装配，并使已形成的微管稳定。同样重水 (D2O)也会促进微管装配，增加其稳定性。令人惊奇的是，由紫杉酚和重水所致的微管稳定性增加对细胞是有害的，使细胞周期停止于有丝分裂期，由此可见，为行使正常的微管功能，微管处于动态的装配和解聚状态是重要的。 (六)功能 1．维持细胞形态 维持细胞形态是最早被证实的微管功能。用秋水仙素处理细胞破坏微管，导致细胞变圆，说明微管对维持细胞的不对称形状是重要的。对于细胞突起部分，如纤毛、鞭毛、轴突的形成和维持，微管亦起关键作用。
2．细胞内运输 真核细胞内部是高度区域化的体系，细胞中物质的合成部位与功能部位往往是不同的，必须经过细胞内运输过程。神经轴突运输和鱼色素细胞中色素颗粒的运输是两个最为直观的例证，说明细胞骨架尤其是微管在细胞内物质转运中起关键性作用。
(1)神经元轴突运输
神经元轴突中的蛋白及膜结构都是由胞体合成后转运去的，轴突运输的类型见表10—2。
细胞骨架纤维一方面作为慢速转运的成分而经轴索运动，另一方面又充当快速转运的轨道。微管可作为高尔基体和其他小泡及颗粒运输的轨道，运速可达2?m／s，单根微管上的物质运输可以是双向的，神经轴突运输中两种引擎蛋 白已经得到纯化，—一种是驱动蛋白(kinesin)，利用ATP水解释放的能量向(+)极运输小泡(图10—12)；另一种是胞质动力蛋白，驱动向(—)极的运输。可在体外无细胞系统中用纯化的引擎蛋白分子模拟体内的运输过程。 (2)色素颗粒的运输
许多两栖类的皮肤和鱼类的鳞片中含有特化的色素细胞，在神经肌肉控制下，这些细胞中的色素颗粒可在数秒钟内迅速分布到细胞各处，从而使皮肤颜色变黑；又能很快运回细胞中心，而使皮肤颜色变浅，以适应环境的变化。研究发现，色素颗粒实际上是沿微管而转运的。 3．鞭毛运动和纤毛运动 纤毛(cilia)和鞭毛(flagellae)是细胞表面的特化结构，具有运动功能。纤毛和鞭毛的结构基本相同。纤毛轴心含有一束“9十2”排列的平行微管，中央微管均为完全微管，外围二联体微管由A、B亚纤维组成，A亚纤维为完全微管，由13个球形亚基环绕而成，B亚纤维仅由10个亚基构成，另3个亚基与A亚纤维共用(图10—13)。
轴心的主要蛋白结构(图10—13A)：①微管蛋白二聚体。二联体中的微管蛋白二聚体无秋水仙素结合部位。②动力蛋白臂(dynein arms)。由微管二联体 A亚纤维伸出，同相邻微管二联体B亚纤维相互作用使纤毛弯曲。动力蛋白相对分子质量为300X103～400X103，最初在鞭毛和纤毛中发现，是一种多亚单位高分子ATP酶，能为Ca2’、Mg2’所激活。近年来在胞质中亦发现动力蛋白，与微管多种功能活动有关，如细胞内运输，染色体趋极运动。③微管连接蛋白 (nexin)。相对分子质量为150X103～160X103，将相邻微管二联体结合在一起。④放射辐条(radialspoke)，有9条，由外围微管二联体A亚纤维伸向中央微管。⑤内鞘。 纤毛运动机制：滑动学说认为纤毛运动由相邻二联体间相互滑动所致(图 10—14)。①动力蛋白头部与B亚纤维的接触促使动力蛋白结合的ATP水解产物释放，同时造成头部角度的改变；②新的ATP结合使动力蛋白头部与B亚纤维脱开；③ATP水解，其释放的能量使头部的角度复原；④带有水解产物的动力蛋白头部与B亚纤维上另一位点结合，开始又一次循环。 图10—14 纤毛运动中的微管滑动机制 4．纺锤体和染色体运动 当细胞从间期进入分裂期时，间期细胞胞质微管网架崩解，微管解聚为微管蛋
