微丝具有极性,肌动蛋白单体加到(+)极的速度要比加到(-)极的速度快5-10倍。溶液中ATP-肌动蛋白的浓度也影响组装的速度。当处于临界浓度时,ATP-actin可能继续在(+)端添加、而在(-)端开始分离,表现出一种“踏车”现象(图9-4)。
细胞中微丝参与形成的结构除肌原纤维、微绒毛等属于稳定结构外,其他大都处于动态的组装和去组装过程中,并通过这种方式实现其功能。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。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。
二、微丝结合蛋白
已经分离出来的微丝结合蛋白有100多种,可分为以下不同类型(图9-5):
1.核化蛋白(nucleating protein)
核化(nucleation)是纤维组装的第一步,即几个蛋白单体先组装成多聚体,然后其它单体继续添加形成长纤维分子。Arp(actin-related protein)复合体在体内和体外都可以促进肌动蛋白的核化,其作用就像一个模板,类似于微管组织中心的γ球蛋白复合体,Arp复合体由Arp2、Arp3和5种其它蛋白构成。Arp与actin在结构上具有同源性。
2.单体隐蔽蛋白(monomer sequestering protein)
细胞中约有50%的肌动蛋白为可溶性肌动蛋白,大大高于肌动蛋白组装所需的临界浓度。但是这些蛋白与其它蛋白结合,构成一个隐蔽的蛋白库。只有当细胞需要组装纤维的时候这些可溶性肌动蛋白才被释放出来。如:thymosin与actin结合可阻止其向纤维添加,抑制其水解或交换结合的核苷酸。
3.封端蛋白(end-blocking protein)
作用是调节肌动蛋白纤维的长度,结合在(+)或(-)极形成“帽子”,阻止其它单体添加。如骨骼肌细肌丝的(-)端被tropomodulin封闭,(+)端被CapZ封闭。
4.单体聚合蛋白(monomer polymerizing protein)
如profilin结合在actin的ATP结合位点相对的一侧,能与thymosin竞争结合actin,profilin可将结合的单体安装到纤维的(+)极。
5.微丝解聚蛋白(actin-filament depolymerizing protein)
如cofilin可结合在纤维的(-)极,使微丝去组装。这种蛋白在微管快速组装和去组装的结构中具有重要的作用,涉及细胞的移动、内吞和胞质分裂。
6.交联蛋白(cross-linking protein)
每一种蛋白含有2至多个微丝结合部位,因此可以将2至多条纤维联系在一起形成纤维束或网络。分为成束蛋白和成胶蛋白两类,成束蛋白如:丝束蛋白(fimbrin)、绒毛蛋白(villin)和α-辅肌动蛋白(α-actinin),可以将肌动蛋白纤丝交联成平行排列成束的结构。成胶蛋白,如细丝蛋白(filamin)促使形成肌动蛋白微丝网。
7.纤维切断蛋白(filament severing protein)
此类蛋白能结合在微丝中部,将微丝切断。如溶胶蛋白(gelsolin)。
8.膜结合蛋白(membrane-binding protein)
如粘着斑蛋白(vinculin)可将肌动蛋白纤维量接在膜上,参与构成粘合带。

图9-5 各类微管结合蛋白(图片来自 G. Karp 2002)