臨床生物化學(xué)/細(xì)胞骨架蛋白——組織特異性蛋白的鑒定及其意義
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人類基因組（genome）含有3萬(wàn)-5萬(wàn)個(gè)可單拷貝的結(jié)構(gòu)基因，但在一個(gè)細(xì)胞生長(zhǎng)的特定條件下，往往只有少數(shù)基因表達(dá)。有些基因幾乎普遍地在所有細(xì)胞活躍地處于表達(dá)狀態(tài)，并保證其表達(dá)產(chǎn)物的功能。如多數(shù)酵解酶類蛋白、鈣調(diào)節(jié)蛋白。此外，多數(shù)細(xì)胞均有其細(xì)胞骨架的特定組分，或產(chǎn)生特定代謝的酶。這些蛋白在各細(xì)胞中表現(xiàn)出它的組織特異性（tissue-speificprotein），當(dāng)有關(guān)細(xì)胞損害過(guò)程中，它們?cè)谘h(huán)中可以出現(xiàn)，可以反應(yīng)該細(xì)胞的特異損害。這一事實(shí)被利用于監(jiān)測(cè)某組織是否進(jìn)行性損害的一種非損傷性的手段，并正在發(fā)展中。
有幾種方法可以檢測(cè)出特殊蛋白的組織特異性，如果該蛋白本身就是酶，可以直接測(cè)定酶的活性。例如肌酸激酶在骨骼肌中含量很高，但它們并不存在于肝內(nèi)。血清中該酶的活性可以反應(yīng)肌肉的損害，特別是骨骼肌的病變——肌萎縮癥，或心肌損害。如果該蛋白并非具有酶活性，但可以表現(xiàn)一定的抗原性，可用于制備相應(yīng)的抗體，用相應(yīng)的免疫學(xué)方法來(lái)檢測(cè)。新的組織特異性蛋白質(zhì)也可以通過(guò)高分辨率的雙相電泳色譜而定位，可以比較不同的組織，而檢出特殊器官中特異性蛋白的存在。
一個(gè)真核細(xì)胞的胞質(zhì)部分（往往指細(xì)胞在去除其亞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)組分——包括線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及核微粒等成分后，殘留下的可溶性部分），往往尚含有20%-30%高濃度蛋白質(zhì)溶液，各個(gè)蛋白質(zhì)之間具有弱的相互作用力。這些蛋白質(zhì)可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)水形成兩個(gè)部分，即水化的結(jié)合水分子與蛋白分子表面結(jié)合以及自由水。這些細(xì)胞質(zhì)中的由蛋白絲組成的非膜相結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為細(xì)胞骨架（cytoskeleton），根據(jù)目前的研究，按纖維直徑的大小又可將其分為微管（microtube,直徑約24nm）、微絲（microfilament，直徑約5-8nm）、中間纖維或稱中間絲（intermediatefilament，直徑約7-12nm）以及比微絲更細(xì)且不規(guī)則的纖維網(wǎng)，稱為微梁格（microtrabecularlatticesystem，直徑<6nm）。
細(xì)胞骨架蛋白在細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、分裂、信息傳遞、能量轉(zhuǎn)換、代謝調(diào)控以及纖維細(xì)胞形態(tài)方面具有重要作用。
一、微管
微管可在所有哺乳類動(dòng)物細(xì)胞中存在，除了紅細(xì)胞外，所有微管均由約55ku的α及β微管蛋白（tubulin）組成。它們正常時(shí)以αβ二聚體形式存在（110ku）并以頭尾相連的方式聚合，形成微管蛋白原纖維（protofilament），由13根這樣的原纖維構(gòu)成一個(gè)中空的微管。
從各種組織中提純微管蛋白可以發(fā)現(xiàn)還存在一些其他蛋白成分（5%-20%），稱之謂微管相關(guān)蛋白（microtubeassociatedproteinsorMAPS’）。這些蛋白具有組織特異性，表現(xiàn)出從相同αβ二聚體聚合形成的微管具有獨(dú)特的性質(zhì)，已從人類不同組織中發(fā)現(xiàn)了多種α及β微管的等點(diǎn)異質(zhì)體（variants），并追蹤微管基因表現(xiàn)出部分基因家族，某些基因被認(rèn)為是編碼獨(dú)特的微管蛋白。
在人類至少發(fā)現(xiàn)兩種明顯區(qū)別的α-微管蛋白及三種明顯區(qū)別的β-微管基因，空們產(chǎn)生具有特定功能的微管蛋白mRNA，由于這些編碼在結(jié)構(gòu)組分上十分近似蛋白質(zhì)分子，在不同組織存在多少特異性的具有差異表達(dá)的微管蛋白亞型，尚待深入研究。
二、微絲
微絲（microfilament）也普遍存在于所有真核細(xì)胞中，是一個(gè)實(shí)心狀的纖維，一般細(xì)胞中含量約占細(xì)胞內(nèi)總蛋白質(zhì)的1%-2%，但在活動(dòng)較強(qiáng)的細(xì)胞中可占20%-30%。
微絲的主要化學(xué)成分是肌動(dòng)蛋白（actin）和肌球蛋白（myosin），如同微管蛋白，肌動(dòng)蛋白的基因組成一個(gè)超家族并有多種結(jié)構(gòu)極為相似的組成。在肌細(xì)胞中至少存在4種不同的肌動(dòng)蛋白：①骨骼肌的條紋纖維；②心肌的條紋纖維；③血管壁的平滑肌；④胃腸道壁的平滑肌。它們?cè)?a href="/w/%E6%B0%A8%E5%9F%BA%E9%85%B8" title="氨基酸">氨基酸組分上有微小的差異（大約在400個(gè)氨基酸殘基序列中有4-6個(gè)變異），在肌肉與非肌細(xì)胞中都還存在β及γ肌動(dòng)蛋白，它們與具有橫紋的α肌動(dòng)蛋白可有25個(gè)氨基酸的差異。
單體的或G-肌動(dòng)蛋白可聚合為呈纖維狀的F-肌動(dòng)蛋白，它們可由Mg2+及高濃度的K+或Na+誘導(dǎo)而聚合，聚合后ATP水解為ADP及C-肌動(dòng)蛋白ADP單體，而從組裝成F-肌動(dòng)蛋白的多聚體上游離下來(lái)。在骨骼肌肌動(dòng)蛋白的細(xì)絲與肌球蛋白的粗絲相互作用產(chǎn)生肌收縮（肌球蛋白可以起作肌動(dòng)蛋白激活的ATPase的作用）。肌球蛋白也存在于哺乳動(dòng)物的非肌細(xì)胞中（但以非聚合狀態(tài)存在）。
總之，微絲具有多種功能，在不同細(xì)胞的表現(xiàn)不同，在肌細(xì)胞組成粗肌絲、細(xì)肌絲，可以收縮（收縮蛋白），在非肌細(xì)胞中主要起支撐作用、非肌性運(yùn)動(dòng)和信息傳導(dǎo)作用。
三、中間纖維
細(xì)胞骨架的第三種纖維結(jié)構(gòu)稱中等纖維或中間纖維（intermediatefilment,IF），又稱中絲，為中空的骨狀結(jié)構(gòu)，直徑介于微管和微絲之間，其化學(xué)組成比較復(fù)雜，在不同細(xì)胞中，成分變化較大。
免疫學(xué)試驗(yàn)與生物化學(xué)方法已確認(rèn)動(dòng)物細(xì)胞中有5種中間纖維，可見(jiàn)于表2-11。
表2-11 中間纖維絲蛋白的分類
| 中間纖維的類型 | 分子量（ku） | 多肽數(shù) | 細(xì)胞類型 |
| 波形蛋白纖維（vimentin） | 54 | 1 | 成纖維細(xì)胞 |
| 上皮細(xì)胞 | |||
| 軟骨細(xì)胞 | |||
| 淋巴細(xì)胞 | |||
| 結(jié)蛋白纖維（desmin） | 53 | 1 | 骨骼肌，心肌 |
| 平滑肌 | |||
| 角質(zhì)蛋白纖維（keratins） | 40-68 | 19 | 上皮 |
| 包括各種角蛋白絲 | |||
| （頭皮，指甲等） | |||
| 神經(jīng)膠質(zhì)蛋白纖維（glialfibrillaryacidicprotein，GFAP） | 51 | 1 | 神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞 |
| 經(jīng)中等纖維 | 63,160,200 | 3 | 只存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、外周神經(jīng)細(xì)胞的樹(shù)突與軸突及核周?chē)?/td> |
以上5種中間纖維有共同的基本結(jié)構(gòu)，即由311-314個(gè)氨基酸構(gòu)建成一個(gè)中央α螺旋桿狀區(qū)，兩側(cè)則是大小和化學(xué)組成不同的端區(qū)。端區(qū)的多樣性決定了中間纖維外形和性質(zhì)的差異和特異性。
表2-11中見(jiàn)人類角蛋白可有19種不同型別，可由雙相凝膠電泳行為及氨基酸序列而區(qū)別，它們又可分為I型（1-9）、II型（10-19），它們表現(xiàn)組織定位的特異性。例如4、13號(hào)與食管和舌的上皮相關(guān)，3、12則和角膜相關(guān)。這5種中間纖維蛋白存在于原始的脊椎動(dòng)物，可見(jiàn)在進(jìn)化過(guò)程中具有較強(qiáng)的保守性。多種中間纖維蛋白的抗體目前可用于免疫組織化學(xué)方法來(lái)檢測(cè)人類的癌腫，并診斷哪些細(xì)胞已轉(zhuǎn)化為惡性，例如抗細(xì)胞角蛋白抗體可用于鑒別多種類型皮膚和肺部的腫瘤等。
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