细胞骨架与细胞形态

细胞骨架是蛋白质纤维的动态网络，它赋予细胞机械强度，决定其形状，组织其内部结构，并驱动细胞运动和分裂。它由三种主要的纤维系统组成：肌动蛋白丝、微管和中间丝。每种系统都具有独特的机械特性和伴侣蛋白，它们共同使细胞能够抵抗变形、改变形状、运输货物和迁移。

Definition

细胞骨架是细胞内由肌动蛋白丝、微管和中间丝及其相关的运动蛋白和调节蛋白组成的系统，它提供机械支持，决定和改变细胞形状，并组织细胞内部和细胞自身的运动。

Scope

本条目涵盖了三种细胞骨架纤维系统、它们的组装和动力学、作用于它们的运动蛋白和辅助蛋白，以及它们在细胞形态、力学、细胞内运输和运动中的作用。它是细胞生物学中的一个参考和教育主题；细胞分裂和迁移作为过程在相关条目中处理，不提供临床指导。

Core questions

• 三种主要的细胞骨架纤维系统是什么？它们有何不同？
• 纤维的组装和解聚如何产生力并改变形状？
• 运动蛋白如何利用细胞骨架运输货物？
• 细胞骨架如何赋予细胞其特有的形状和力学特性？

Key concepts

• 肌动蛋白丝（微丝）
• 微管和微管蛋白
• 中间丝
• 纤维聚合和动态不稳定性
• 运动蛋白（肌球蛋白、驱动蛋白、动力蛋白）
• 细胞皮层和机械支持
• 沿细胞骨架的细胞内运输

Key theories

肌动蛋白动力学与细胞形态

Pollard和Cooper描述了肌动蛋白丝受调控的组装和解聚（由成核蛋白、加帽蛋白和切断蛋白控制）如何产生推动力，从而塑造细胞表面并驱动运动。

中间丝作为机械整合器

Herrmann及其同事描述了中间丝是坚韧、可伸展的聚合物，它们抵抗机械应力并整合细胞和组织的机械特性，这与更具动态性的肌动蛋白和微管系统不同。

Mechanisms

肌动蛋白单体聚合成螺旋状纤维，其受调控的生长和解聚（由成核蛋白、加帽蛋白和切断蛋白控制）推动细胞膜形成突起，并与肌球蛋白运动蛋白一起产生收缩力；致密的肌动蛋白皮层位于质膜下方，决定细胞的形状和硬度。微管是中空的微管蛋白管，经历动态不稳定性，并作为驱动蛋白和动力蛋白的轨道，运输货物和定位细胞器，并在细胞分裂中形成纺锤体。中间丝组装成坚韧的绳状聚合物，承受张力并为细胞和组织提供机械弹性。这些系统相互交联和协调，共同决定细胞的形状、力学、内部组织和运动性。

Clinical relevance

细胞骨架是组织力学的基础，也是某些天然毒素和药物（稳定或不稳定纤维）的作用靶点，并且中间丝类型被用作细胞谱系的组织学标记。本条目描述了正常的细胞骨架生物学，仅供参考和教育，不作为治疗决策的依据。

Evidence & guidelines

此处内容基于肌动蛋白和中间丝生物学的权威综述以及标准教科书；它属于描述性细胞生物学范畴，而非临床指南材料。

History

二十世纪中期，电子显微镜揭示了细胞内的纤维网络，生物化学鉴定了肌动蛋白、微管蛋白和中间丝蛋白作为它们的组成部分。微管动态不稳定性的发现以及肌动蛋白组装调节因子的发现，确立了细胞骨架是一个动态而非静态的支架，而肌球蛋白、驱动蛋白和动力蛋白运动蛋白的表征解释了它是如何驱动运输和运动的，正如Pollard和Cooper以及Herrmann及其同事的综述所综合的那样。

Key figures

• Thomas D. Pollard
• John A. Cooper
• Harald Herrmann
• Ueli Aebi

Seminal works

• pollard-cooper-2009
• herrmann-2007

Frequently asked questions

细胞骨架有哪三种类型的纤维？

肌动蛋白丝（微丝），它们塑造细胞表面并驱动运动；微管，它们作为运输轨道并形成有丝分裂纺锤体；以及中间丝，它们提供机械强度。

细胞骨架如何在细胞内部移动物质？

驱动蛋白和动力蛋白等运动蛋白沿着微管行走，肌球蛋白沿着肌动蛋白丝移动，它们以ATP提供的能量为动力，携带细胞器和囊泡作为货物并产生力。