试述微丝的结构特点及主要功能?常用的研究微丝的工具性药物是什么?

试述微丝的结构特点及主要功能?常用的研究微丝的工具性药物是什么?

微丝由肌动蛋白分子螺旋状聚合成的纤丝,又称肌动蛋白丝(actin filament),细胞骨架的主要成分之一.其直径约7纳米.微丝和它的结合蛋白（association protion）以及肌球蛋白（myosin）三者构成化学机械系统,利用化学能产生机械运动.由微丝形成的微丝束称为应力纤维,常横贯于细胞长轴.脊椎动物肌动蛋白分为α、β和γ三种类型,α型分布于心肌和横纹肌细胞中,α及γ型分布于平滑肌细胞中,β及γ型分布于非肌细胞中.聚合的及非聚合态的肌动蛋白能与其多种结合蛋白相互作用,这些结合蛋白对肌动蛋白的聚合及对微丝的稳定、长度及分布具有调节作用.微丝对细胞贴附、铺展、运动、内吞、细胞分裂等许多细胞功能具有重要作用.肌动蛋白单体（又被称为G-Actin,全称为球状肌动蛋白,Globular Actin,下文简称G肌动蛋白）为球形,其表面上有一ATP结合位点.肌动蛋白单体一个接一个连成一串肌动蛋白链,两串这样的肌动蛋白链互相缠绕扭曲成一股微丝.这种肌动蛋白多聚体又被称为纤维形肌动蛋白（F-Actin,Fibrous Actin）.微丝能被组装和去组装.当单体上结合的是ATP时,就会有较高的相互亲和力,单体趋向于聚合成多聚体,就是组装.而当ATP水解成ADP后,单体亲和力就会下降,多聚体趋向解聚,即是去组装.高ATP浓度有利于微丝的组装.所以当将细胞质放入富含ATP的溶液时,细胞质会因为微丝的大量组装迅速凝固成胶.而微丝的两端组装速度并不一样.快的一端（+极）比慢的一端（-极）快上5到10倍.当ATP浓度达一定临界值时,可以观察到+极组装而-极同时去组装的现象,被命为“踏车”.微丝的组装和去组装受到细胞质内多种蛋白的调节,这些蛋白能结合到微丝上,影响其组装去组装速度,被称之为微丝结合蛋白（association protein）.微丝的组装先需要“核化”（nucleation）,即几个单体首先聚合,其它单体再与之结合成更大的多聚体.Arp复合体（Actin related-protein）是一种能与肌动蛋白结合的蛋白,它起到模板的作用,促进肌动蛋白的多聚化.Arp复合体由Arp2,Arp3和其它5种蛋白构成.封闭蛋白（end-blocking protein）则是微丝两端的“帽子”.当这种蛋白结合到微丝上时,微丝的组装和去组装就会停止.这对一些长度固定的蛋白来说很重要,如细肌丝.而前纤维蛋白（Profilin,或译G肌动蛋白结合蛋白）则是促进多聚的,相应地促解聚的蛋白则有丝切蛋白（Cofilin）.纤丝切割蛋白（filament severing protein）,如溶胶蛋白（Gelsolin）,能将微丝从中间切断.粘着斑蛋白（Vinculin）则能固定微丝到细胞膜上,形成粘着斑.交联蛋白（cross-linking protein）有两个以上肌动蛋白结合位点,起到连接微丝的作用,其中,丝束蛋白（fimbrin）帮助微丝结成束状,而细丝蛋白（filamin）则将微丝交联成网状.微丝是双股肌动蛋白丝以螺旋的形式组成的纤维,两股肌动蛋白丝是同方向的.肌动蛋白纤维也是一种极性分子,具有两个不同的末端,一个是正端,另一个是负端.微丝首先发现于肌细胞中,在横纹肌和心肌细胞中肌动蛋白成束排列组成肌原纤维,具有收缩功能.微丝也广泛存在于非肌细胞中.在细胞周期的不同阶段或细胞流动时,它们的形态、分布可以发生变化.因此,非肌细胞的微丝同胞质微管一样,在大多数情况下是一种动态结构,以不同的结构形式来适应细胞活动的需要.
[编辑本段]微丝的功能
微丝除参与形成肌原纤维外还具有以下功能：1．形成应力纤维（stress fiber）：非肌细胞中的应力纤维与肌原纤维有很多类似之处：都包含myosin II、原肌球蛋白、filamin和α-actinin.培养的成纤维细胞中具有丰富的应力纤维,并通过粘着斑固定在基质上.在体内应力纤维使细胞具有抗剪切力 2．形成微绒毛 3．细胞的变形运动：分为四步：①：微丝纤维生长,使细胞表面突出,形成片足(lamellipodium).②在片足与基质接触的位置形成粘着斑.③在myosin的作用下微丝纤维滑动,使细胞主体前移.④解除细胞后方的粘和点.如此不断循环,细胞向前移动.阿米巴原虫、白细胞、成纤维细胞都能以这种方式运动.4．胞质分裂：有丝分裂末期,两个即将分离的子细胞内产生收缩环,收缩环由平行排列的微丝和myosin II组成.随着收缩环的收缩,两个子细胞的胞质分离,在细胞松驰素存在的情况下,不能形成胞质分裂环,因此形成双核细胞.5．顶体反应：在精卵结合时,微丝使顶体突出穿入卵子的胶质里,融合后受精卵细胞表面积增大,形成微绒毛,微丝参与形成微绒毛,有利于吸收营养.6．其他功能：如细胞器运动、质膜的流动性、胞质环流均与微丝的活动有关,抑制微丝的药物（细胞松弛素）可增强膜的流动、破坏胞质环流.
[编辑本段]微丝特异性药物：
1、细胞松弛素（cytochalasin）
可切断微丝纤维,并结合在微丝末端抑制肌动蛋白加合到微丝纤维上,特异性的抑制微丝功能.
2、鬼笔环肽（phalloidin）
与微丝能够特异性的结合,使微丝纤维稳定而抑制其功能.荧光标记的鬼笔环肽可特异性的显示微丝.