什么是肌动蛋白纤维

微丝(microfilament，MF)，又称肌动蛋白纤维(actin filament)，是指真核细胞中由肌动蛋白(actin)组成，直径为7nm的骨架纤维。

(一)成分

肌动蛋白是微丝的结构成分，分子量为43kD。肌动蛋白单体外观呈哑铃状，其确切分子结构尚不清楚。肌动蛋白存在于所有真核细胞中，肌动蛋白在真核细胞进化过程中相当保守，在哺乳动物和鸟类细胞中至少已分离到6种肌动蛋白，4种称为α-肌动蛋白，分别为横纹肌、心肌、血管平滑肌和肠道平滑肌所特有，另两种为β-肌动蛋白和γ-肌动蛋白，见于所有肌肉细胞和非肌肉细胞胞质中。不同类型肌肉细胞的α-肌动蛋白分子一级结构(约400个氨基酸残基)仅相差4～6个氨基酸残基，β-肌动蛋白或γ-肌动蛋白与α-横纹肌肌动蛋白相差约25个氨基酸残基。显然这些肌动蛋白基因是从同一个祖先基因进化而来。多数简单的真核生物，如酵母或粘菌，含单个肌动蛋白基因，仅合成一种肌动蛋白。然而，许多多细胞真核生物含有多个肌动蛋白基因，如海胆有11个，网柄菌属(Dictyostelium)有17个，在某些植物中有60个。由于这些生物中不同肌动蛋白的实际数量尚未确定，实际有多少基因表达了尚不清楚。肌动蛋白亦要经过翻译后修饰，如N-端乙酰化或组氨酸残基的甲基化。这一过程可以使其具有更多的功能多样性。

(二)装配

微丝，亦称为纤维形肌动蛋白(F-actin)，是由球形肌动蛋白(G-actin)单体形成的多聚体。肌动蛋白单体具有极性，装配时呈头尾相接，故微丝具有极性。微丝的分子结构尚无定论，比较传统的模型认为微丝是由两条肌动蛋白单链呈右手螺旋盘绕形成的纤维，近年来则倾向于认为微丝是由一条肌动蛋白单体链形成的右手螺旋(图9－1)。

在含有ATP和Ca2+以及很低浓度的Na+、K+等阳离子溶液中，微丝趋于解聚成G-actin；而在Mg2+和高浓度的Na2+，K+溶液诱导下，G-actin则装配为纤维状肌动蛋白，新的G-actin加到微丝末端，使微丝延伸。G-actin可以加到微丝两端，但(+)极组装的速度较(-)极快，在一定条件下，微丝可以表现出一端因加亚单位而延长，而另一端因亚单位脱落而减短，这种现象称为踏车行为(tread milling)。肌动蛋白可在体外装配成微丝，其结构与细胞中分离的微丝相同，可以通过聚合-解聚纯化微丝。

在体内，有些微丝是永久性的结构，如肌肉中的细丝及肠上皮细胞微绒毛中的轴心微丝等；有些微丝是暂时性的结构，如胞质分裂环中的微丝。血小板激活及无脊椎动物精子细胞顶体反应中的微丝只有在需要时方进行装配。实际上，在大多数非肌肉细胞中，微丝是一种动态结构，持续进行组装和解聚，并与细胞形态维持及细胞运动有关。体内肌动蛋白的装配在两个水平上进行调节：(1)游离肌动蛋白单体的浓度；(2)微丝横向连接成束或成网的程度。细胞内许多微丝结合蛋白参与调节肌动蛋白的组装。

微丝结合蛋白

微丝系统的主要组分是肌动蛋白纤维，即微丝。此外，微丝系统中还包括许多微丝结合蛋白(microfilament associated protein)。细胞中不同的微丝可以含有不同的微丝结合蛋白，形成独特的结构或执行特定的功能。

1．肌肉收缩系统中的有关蛋白

肌球蛋白(myosin)约占肌肉总蛋白的一半，分子量为450kD，含两条多肽链，两股重链盘绕成双股α-螺旋，长约140nm，直径2nm。可用蛋白水解酶将肌球蛋白分子切断，胰蛋白酶处理产生轻酶解肌球蛋白(light meromyosin，LMM)和重酶解肌球蛋白(heavy meromyosin，HMM)。重酶解肌球蛋白经木瓜蛋白酶处理，形成肌球蛋白头部(HMM－S1)和杆部(HMM－S2)(图9－2)，肌球蛋白头部具ATP酶活力，构成粗丝的横桥，是与肌动蛋白分子结合的位置(图9－3)。肌球蛋白的主要功能是参与肌丝滑动。

原肌球蛋白(tropomyosin，Tm)在肌肉中占总蛋白的5～10％，分子量为64kD，分子长度为40nm，由两条平行的多肽链形成α-螺旋构型，原肌球蛋白位于肌动蛋白螺旋沟内，一个Tm的长度相当于7个肌动蛋白。原肌球蛋白结合于细丝，调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。

肌钙蛋白(troponin，Tn)分子量为80kD，含3个亚基，肌钙蛋白-C(Tn-C)特异与Ca2+结合；肌钙蛋白T(Tn-T)与原肌球蛋白有高度亲合力；肌钙蛋白Ⅰ(Tn－Ⅰ)抑制肌球蛋白ATPase的活性。细肌丝中每隔40nm有一个肌钙蛋白复合体结合到原肌球蛋白上(图9-4，图9-5)。

除上述主要分子外，肌肉收缩系统中还存在一些其它蛋白。将肌动蛋白纤维锚定于Z线或质膜的蛋白有：(1)CapZ，由32kD和36kD两个亚基构成，定位于肌细胞Z线，结合于肌动蛋白纤维(+)极，阻止肌动蛋白纤维(+)极的解聚，使肌动蛋白纤维保持稳定；(2)α-辅肌动蛋白200kD是骨骼肌Z盘、平滑肌细胞质板及心肌闰盘主要组分之一，可横向连接微丝形成束。(3)纽蛋白(vinculin)，116kD，见于平滑肌细胞质板、心肌闰盘，介导微丝结合于细胞膜。

肌小节中起结构作用的蛋白还有：(1)titin，分子量可能大于1000kD，1μm长，具有弹性，连接Z盘与肌球蛋白纤维，在肌肉收缩或舒张时将肌球蛋白纤维定位于肌小节中央；(2)nebulin，占肌肉总蛋白3％，从Z盘伸出，与肌动蛋白纤维伴行，可能参与调节肌动蛋白纤维的组装；(3)dystrophin，400kD，占肌肉总蛋白0.002％，确切功能不清楚，可能参与将肌动蛋白纤维锚定于质膜。dystrophin对防止肌纤维退化是重要的。

2．非肌肉细胞中的微丝结合蛋白

非肌肉细胞中亦存在肌球蛋白、原肌球蛋白、α-辅肌动蛋白等；而肌钙蛋白在非肌肉细胞中尚未发现。近年来在非肌肉细胞中分离鉴定了多种微丝结合蛋白，与微丝装配及功能有密切关系。现简述如下(表9－1)。

他是一种蛋白质~你知道的还问！