细胞骨架是一个复杂的网状结构，由各种相关蛋白丝组成，存在于所有细胞的细胞质中。1903年，Nikolai K. Koltsov 首次创造了“细胞骨架”这一术语。它位于细胞膜和细胞核之间。
什么是细胞骨架？
让我们来深入了解一下细胞骨架。这是一个复杂的结构，与存在于原核生物、真核生物、细菌和古细菌细胞质中的细胞蛋白相互连接。细胞骨架是一个纤维网络，它连接着所有的细胞器，帮助细胞正常工作。在真核细胞中，细胞骨架由细丝和运动蛋白组成的“混合体”构成，它们有助于细胞运动。细胞骨架的主要功能是保持细胞的完整性和形状。此外，它还协助物质运输。细胞骨架由三个主要组件构成，这三个组件可以根据细胞的需求进行生长或解聚。
细胞骨架的结构
细胞骨架主要由以下三种类型组成：
- 微管
- 中间纤维
- 微丝
微管
这些是微小的、中空的圆管，直径约为 24 纳米。它们是中空的，微管内部的空腔被称为管腔。它们由可溶性微管蛋白二聚体形成，而可溶性微管蛋白是α-微管蛋白和β-微管蛋白的异二聚体。
一根微管由 10 到 15 条原纤维组成（在哺乳动物细胞中，通常由 13 条原纤维组成一根微管）。这些是非常动态的结构，这意味着它们可以迅速发生变化。它们会因聚合作用而快速生长，或因解聚作用而迅速收缩。微管在细胞运动、细胞内运输和细胞分裂中起着至关重要的作用。
细胞运动
- 基体是一组特殊的微管，它们从细胞表面形成突起，从而引起细胞运动。
- 如果这些突起短且数量多，它们被称为“纤毛”。
- 如果这些突起长且数量少，它们被称为“鞭毛”。
细胞内运输
- 微管负责运输细胞器和膜结合的囊泡。
- 这一过程由动力蛋白等运动蛋白驱动。这些运动蛋白将运输囊泡附着在微管和肌动蛋白丝上，从而引起细胞内运输。
- 微管包含两个末端：正极 (+) 和负极 (-)。微管的正极位于细胞的周边，而负极附着在中心体上。
- 微管利用运动蛋白，如驱动蛋白（存在于正极）和动力蛋白（存在于负极），在细胞质中向相反的方向运输细胞器和囊泡。
细胞分裂
- 微管在细胞周期中发挥着重要作用——它们排列细胞成分并将其一分为二。
- 微管在细胞分裂（包括减数分裂和有丝分裂）中起着关键作用，它是有丝分裂纺锤体的主要成分，负责在细胞分裂期间将染色体分离。
中间纤维
这些纤维的直径约为 10 纳米，它们为细胞提供抗张强度。它们有助于形成神经丝和角蛋白。中间纤维主要分为五种类型——
- I 型和 II 型- 角蛋白： 这些角蛋白分别以酸性形式和碱性形式存在。角蛋白中间纤维在形成细胞连接方面起着重要作用。这些连接可以将细胞彼此连接在一起，或者将细胞与基质连接在一起。
- III 型- 波形蛋白和结蛋白： 波形蛋白是一种结构蛋白，存在于白细胞（WBCs）、平滑肌细胞和成纤维细胞中。波形蛋白在将细胞器固定在细胞质中起着至关重要的作用。而结蛋白则是一种存在于骨骼肌、心肌和平滑肌中的结构蛋白。
- IV 型- 这类包括三种类型：NF-L、NF-M 和 NF-H（这里 NF 表示神经丝，L 代表轻链，M 代表中链，H 代表重链）。这些是大量存在于神经元细胞质中的蛋白质聚合物。
- V 型- 核纤层蛋白： 核纤层蛋白是存在于真核细胞核膜内的重要结构蛋白。它们不仅有助于机械稳定性，还在结合蛋白和染色质方面发挥着重要作用。
细胞骨架也由一些运动蛋白组成（注：原文在此处截断，意为通常还有微丝和运动蛋白部分）
微丝
虽然原文这部分被截断了，但让我们为您补充这部分知识，以便我们能完整地探索细胞骨架的第三个组件。
微丝，也称为肌动蛋白丝，是由肌动蛋白蛋白组成的细长纤维。它们的直径约为 7 纳米，是细胞骨架三个组件中最细的。它们主要分布在细胞膜下方，帮助细胞维持形状、进行运动和细胞分裂。
功能：
- 细胞运动与形状： 它们与肌球蛋白相互作用，产生力量，使细胞能够移动和改变形状。
- 胞质分裂： 它们形成收缩环，这在细胞分裂成两个子细胞的过程中起着收缩作用。
- 细胞内运输： 虽然微管主要负责长距离运输，但微丝也参与短距离的运输过程。
通过对这三种组件（微管、中间纤维和微丝）的探讨，我们可以看到细胞骨架不仅仅是细胞的“骨头”，更是一个动态的、多功能的系统，对于维持生命活动至关重要。