高中生物竞赛课件细胞生物学-第17章-细胞的社会联系

第17章细胞的社会联系细胞的社会联系多细胞生物体内没有细胞是“孤立”的通过细胞通讯、黏着、连接以及细胞与胞外基质的相互作用构成复杂的细胞社会决定细胞的行为和命运，包括结构与功能分化、位置以及生死抉择，维持机体的稳态平衡第一节细胞连接细胞连接(celljunction):细胞质膜的特化区域，通过膜蛋白、细胞骨架蛋白或者胞外基质形成的细胞与细胞之间、细胞与胞外基质之间的连接结构第一节细胞连接三大类：·封闭连接·锚定连接·通讯连接Communicationjunctions通讯连接一、紧密连接（tightjunction）一般存在于上皮细胞之间冰冻断裂复型技术显示出它是由围绕在细胞四周的“焊接线”形成一、紧密连接（tightjunction）主要功能：形成渗透屏障

eg.血脑屏障(BBB)

将电子致密物氢氧化镧加入上皮细胞一侧作为示踪物，不能够通过紧密连接进入细胞的另一侧一、紧密连接（tightjunction）主要功能：形成上皮细胞膜蛋白与膜脂分子侧向扩散的屏障，维持上皮细胞极性一、紧密连接（tightjunction）紧密连接形成的渗透屏障是相对的，某些小分子可通过紧密连接，以细胞旁路途径从上皮细胞层一侧转运或“渗漏”到另一侧二、锚定连接作用：增强组织中细胞承受机械力的能力蛋白质：细胞内锚蛋白+跨膜黏附性蛋白通过细胞质膜蛋白及细胞骨架系统将细胞与细胞或细胞与胞外基质间连接起来，以形成坚韧有序的细胞群体、组织与器官。与中间丝相连的锚定连接：桥粒与半桥粒HemidesmosomeDesmosomesconnectintermediatefilamentsfromcelltocell与中间丝相连的锚定连接：桥粒与半桥粒桥粒(desmosome)：相邻细胞内的中间丝通过桥粒相互作用，将相邻细胞连成一体，增强了细胞抵抗外界压力与张力的机械强度中间丝—钙黏蛋白桥粒结构自身免疫缺陷病——天疱疮患者自身抗体结合桥粒跨膜黏附性蛋白质，破坏桥粒结构，导致上皮细胞间锚定连接丧失，体液渗漏而产生严重的皮肤水疱病天疱疮小鼠模型与中间丝相连的锚定连接：桥粒与半桥粒半桥粒：细胞与细胞外基质间的锚定连接方式。通过位于上皮细胞基底面的半桥粒，上皮细胞可以黏附到基（底）膜上。中间丝—整联蛋白半桥粒结构黏着带(adhesionbelt)位于上皮细胞紧密连接的下方，相邻细胞间（侧面）形成一个连续的带状结构。微丝—钙黏蛋白与肌动蛋白纤维相连的锚定连接：黏着带与黏着斑黏着斑(focaladhesion)细胞与细胞外基质之间的连接方式。这种连接形式在肌肉和肌腱很常见，有助于维持细胞在运动过程中的张力以及影响细胞生长的信号传递。微丝—整联蛋白与肌动蛋白纤维相连的锚定连接：黏着带与黏着斑黏着斑（Focaladhesion）Actina5b1Integrin三、通讯连接间隙连接(gap-junction)：分布广泛，几乎所有的动物组织中都存在间隙连接胞间连丝(plasmodesma)：高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接,完成细胞间的通讯联络化学突触(chemicalsynapses)：存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式，它通过释放神经递质来传导神经冲动1.间隙连接(gapjunction)结构与成分：

基本结构单位是连接子，形成一个直径约1.5nm的亲水通道许多间隙连接单位往往集结在一起形成大小不一的片状结密度梯度离心技术可将质膜上的间隙连接区域的膜片分离出来1.间隙连接(gapjunction)间隙连接（gapjunction）：除骨骼细胞和血细胞外，在几乎所有的动物细胞间专司细胞间通信的连接方式。1.结构与成分：相邻细胞质膜上的两个连接子对接形成中空的完整的间隙连接结构，以利于小分子通过。每个连接子（conneon）由6个相同或相似的间隙连接蛋白（connexin）呈环状排列而成，中央形成一个直径约1.5nm的亲水性通道。

2.功能：（1）在代谢偶联中起作用：允许小分子代谢物和信号物质通过；（2）在神经冲动中起作用：电突触属于间隙连接；（3）在胚胎早期发育中起作用：为影响细胞分化的信号物质的传递提供通道。3.间隙连接通透性的调节：（1）间隙连接对小分子物质的通透能力具有底物选择性；（2）间隙连接通透性受细胞质Ca2+浓度和pH调节。1.间隙连接(gapjunction)在神经冲动信息传递中的作用：电突触与化学突触传递信号不同，电突触的间隙连接有利于细胞间的快速通讯1.间隙连接(gapjunction)在胚胎早期发育中的作用：间隙连接存在于发育与分化的特定阶段的细胞之间间隙连接通透性的调节对小分子物质的通透能力具有底物选择性﹤1×103

通透性受细胞质Ca2+浓度和pH调节，胞质低pH高Ca2+降低透性2.胞间连丝(plasmodesma)植物细胞间通讯连接方式在植物细胞物质运输和信号传递中起着重要作用胞间连丝介导的细胞间物质运输也是有选择性的，并且是可以调节的2.胞间连丝(plasmodesma)3.化学突触(chemicalsynapses)化学突触（chemicalsynapse）：化学突触是存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式，它通过释放神经递质来传导神经冲动，并因此而得名。在信息传递中，化学突触有一个将电信号转化为化学信号，再将化学信号转化为电信号的过程〔电信号（动作电位）→化学信号（释放神经递质）→电信号（动作电位）〕，因此表现出动作电位在传递中的延迟现象。化学突触详见生理学有关内容。第二节细胞黏着及其分子基础细胞识别与细胞黏着细胞连接需要细胞识别与黏着，然后在细胞骨架和跨膜蛋白参与下形成细胞连接同种类型细胞间的彼此黏着是许多组织结构的基本特征将两栖动物早期胚胎的外胚层和中胚层细胞解离为单细胞并混合在一起，起初细胞形成一个混合的聚合体，然后从其他类型细胞中分选出来。外胚层细胞移动到聚合体的外表面，中胚层细胞移动到聚合体的内部，这些正是它们在胚胎中所占据的位置细胞黏着分子（celladhesionmolecule，CAM）细胞识别与黏着的分子基础是细胞表面的细胞黏着分子细胞黏着分子分为4大类：钙黏蛋白、选择素、整联蛋白及免疫球蛋白超家族细胞黏着分子（celladhesionmolecule，CAM）通过3种方式介导细胞识别与黏着同亲型结合、异亲型结合、衔接分子依赖性结合细胞黏着分子（celladhesionmolecule，CAM）CAM是整合膜蛋白，介导细胞与细胞间及细胞与ECM间相互作用为糖蛋白，分子结构由三部分组成：胞外区，N端部分，负责与配体识别跨膜区，多为单次跨膜胞质区，C端部分，与质膜下的骨架成分相连，或与胞内的信号分子相连细胞黏着分子（celladhesionmolecule，CAM）细胞黏着分子（celladhesionmolecule，CAM）胞质区与质膜下的骨架成分相连1.钙黏蛋白(cadherin)同亲型结合、Ca2+依赖的细胞黏着糖蛋白典型钙黏蛋白胞外部分形成5个重复结构域铰链区是Ca2+结合位点钙黏蛋白家族部分成员名称主要分布参与细胞连接类型在小鼠中失活后的表型E-钙黏蛋白上皮细胞黏着连接胚泡细胞不能聚集在一起，死于胚泡时期N-钙黏蛋白神经、心脏、骨骼肌及成纤维细胞黏着连接、化学突触因心脏缺陷而死于胚胎时期P-钙黏蛋白胎盘、表皮黏着连接异常乳腺发育VE-钙黏蛋白内皮细胞黏着连接血管异常发育（因为内皮细胞凋亡）钙黏蛋白参与的细胞连接钙黏蛋白的结构与功能胞外最后一个重复结构域在Ca2+

结合后彼此“嵌合”在一起，从而实现Ca2+

依赖性细胞黏着低浓度（<0.05mmol/L）Ca2+导致钙黏蛋白胞外部分的刚性丧失阳离子螯合剂EDTA能破坏Ca2+或Mg2+依赖性的细胞黏着钙黏蛋白介导高度选择性的细胞识别与黏着通过调控钙黏蛋白的种类与数量能影响细胞间的黏着与迁移，从而影响组织分化小鼠8细胞胚胎时期，表达E-钙黏蛋白将松散的分裂球细胞变成紧密黏合的细胞。E-钙黏蛋白突变，会导致胚胎细胞的分离和死亡上皮－间质转型涉及E-钙黏蛋白的表达与否上皮细胞转型为间质细胞或间质细胞转型为上皮细胞是一个受控的可逆过程，称之上皮－间质转型表达E-钙黏蛋白后，分散的间质细胞会聚集在一起形成上皮组织；不表达E-钙黏蛋白的上皮细胞则从上皮组织迁移出来形成游离的间质细胞KalluriR&WeinbergRA,2009上皮－间质转型(EMT)是细胞转分化的一种方式epithelial-mesenchymaltransition，EMT癌细胞演进、干细胞分化与EMT有关KalluriR&WeinbergRA,20092.选择素(selectin)异亲型结合、Ca2+依赖性的细胞黏着分子选择素是跨膜蛋白，其胞外部分具有高度保守并能识别其他细胞表面特异性寡糖链的凝集素（lectin）结构域选择素的种类L-选择素存在于各种白细胞的表面，参与炎症部位白细胞从内皮细胞间隙进入组织的过程E-选择素存在于活化的血管内皮细胞表面P-选择素位于血小板和内皮细胞上选择素及整联蛋白介导的细胞黏着，帮助白细胞从血液进入组织选择素及整联蛋白介导的细胞黏着，帮助白细胞从血液进入组织3.免疫球蛋白超家族(IgSF)分子结构中具有与免疫球蛋白类似结构域的细胞黏着分子超家族（不依赖于Ca2+）大多介导淋巴细胞和免疫应答所需要的细胞之间的黏着3.免疫球蛋白超家族(IgSF)4.整联蛋白(integrin)普遍存在于脊椎动物细胞表面，异亲型结合、Ca2+

或Mg2+依赖性的细胞黏着分子，主要介导细胞与胞外基质间的黏着整联蛋白主要配体分布α5β1纤连蛋白广泛α6β1层粘连蛋白广泛α7β1层粘连蛋白肌细胞αLβ2IgSF白细胞α2β3纤维蛋白原血小板α6β4层粘连蛋白上皮细胞间的半桥粒整联蛋白分子结构由α、β两个亚基形成跨膜异二聚体整联蛋白参与的细胞连接整联蛋白通过与胞内骨架蛋白的相互作用介导细胞与胞外基质的黏着这一黏着通过自身结构域与纤连蛋白、层粘连蛋白等含有RGD三肽的胞外基质成分结合半桥粒黏着斑整联蛋白介导细胞与胞外基质的黏着βsubunitbindsRGDdomainonfibronectinsubunitbindscalciumCa2+necessaryforsubstratebinding整联蛋白与医学血小板的凝聚需要血小板特异的整联蛋白αⅡbβ3与含RGD序列的可溶性血液蛋白（纤维蛋白原）相互作用利用整联蛋白胞外区具有通过自身结构域识别含有RGD三肽序列配体的特性，开辟以配体-受体相互作用为基础的疾病治疗的新手段整联蛋白介导的信号传递整联蛋白参与的信号传递方向有“由内向外”及“由外向内”两种形式涉及细胞内外配体活化细胞表面整联蛋白整联蛋白介导的信号传递血液凝固过程：“由内向外”传递信号血小板结合于受损血管或被其他可溶性信号分子作用后引起细胞内信号的传递，活化整联蛋白构象发生改变而被激活。活化的整联蛋白与血液凝固蛋白——纤维蛋白原结合后导致血小板彼此粘连在一起形成血凝块整联蛋白介导的信号传递黏着斑介导的锚定依赖性生长：“由外向内”其典型信号转导通路依赖细胞内酪氨酸激酶——黏着斑激酶(FAK)调节细胞增殖、生长、生存、凋亡等重要生命活动黏着斑介导的锚定依赖性生长第三节细胞外基质细胞外基质（extracellularmatrix,ECM）：由细胞分泌的蛋白质和多糖所构成的细胞外空间网络结构。在上皮细胞层和结缔组织间的胞外基质特化为基膜。细胞外基质在结缔组织中含量最为丰富。功能：为组织构建提供支撑框架，还对与其接触的细胞的存活、发育、迁移、增殖、形态以及其他功能产生重要的调控作用不同类型的细胞外基质动物细胞的胞外基质成分结构蛋白：胶原和弹性蛋白，分别赋予胞外基质强度和韧性

蛋白聚糖：由蛋白质和多糖共价形成，高度亲水，赋予胞外基质抗压能力粘连糖蛋白：纤连蛋白和层粘连蛋白，有助于细胞粘连到胞外基质上1.胶原(collagen)（1）结构与类型是胞外基质最基本成分，也是动物体内含量最丰富的蛋白质基本结构单位是原胶原，由3条α链多肽盘绕成3股螺旋结构α链的一级结构具有Gly-X-Y三肽重复序列,其中X常为脯氨酸（Pro），Y常为羟脯氨酸（Hypro）或羟赖氨酸（Hylys）胶原的类型及其特征类型多聚体形式组织分布突变表型Ⅰ纤维皮肤、肌腱、骨、韧带、角膜等严重的骨缺陷和断裂Ⅱ纤维软骨、脊索、人眼玻璃体软骨缺陷、矮小症状Ⅲ纤维皮肤、血管、体内器官皮肤易损、关节松软、血管易破Ⅴ纤维（结合Ⅰ型胶原）与Ⅰ型胶原共分布皮肤易损、关节松软、血管易破Ⅺ纤维（结合Ⅱ型胶原）与Ⅱ型胶原共分布近视、失明Ⅸ与Ⅱ型胶原侧面结合软骨骨关节炎Ⅳ片层状（形成网络）基膜血管球形肾炎、耳聋Ⅶ锚定纤维复层鳞状上皮下皮肤起疱ⅩⅦ非纤维状半桥粒皮肤起疱ⅩⅧ非纤维状基膜近视、视网膜脱离、脑积水（2）胶原的合成与装配胶原的合成与组装始于内质网，并在高尔基体中进行修饰，最后在细胞外组装ER合成前体肽链，装配成前胶原(procollagen)，前体链两端无Gly-X-Y重复序列前胶原在胞外被前胶原肽酶切除N-及C-末端前肽，形成胶原分子胶原分子1/4聚合装配成胶原原纤维(collagenfibril)、胶原纤维(collagenfiber)（2）胶原的合成与装配（2）胶原的合成与装配（2）胶原的合成与装配脯氨酸和赖氨酸残基的羟基化有助于羟基间形成氢键，以稳定胶原3股螺旋结构缺少维生素C时，脯氨酸的羟基化受到影响，导致胞外基质中胶原不断丢失而引起血管脆性增加从而引起坏血病Ehlers-Danlos综合征病人缺乏切除前肽的酶，导致胶原不能正常组装，出现皮肤血管脆弱、皮肤弹性过强等症状（3）胶原的空间排布形式胶原纤维的大小和空间排布形式在不同结缔组织中存在巨大差异，这至少与两方面因素有关：一是细胞分泌的胞外基质中一些纤维结合胶原（fibrilassociatedcollagen）二是分泌胶原的细胞对胶原在胞外基质中排布的影响（4）胶原的功能参与形成结缔组织，如骨、韧带、基膜、皮肤。胞外基质中的其他组分通过与胶原结合形成结构与功能的复合体，赋予组织刚性及抗张力强度成骨缺陷病：

Ⅰ型胶原发生突变2.弹性蛋白(elastin)是弹性纤维的主要成分。由二类短肽交替排列构成。一种是疏水短肽，赋予分子以弹性；另一种为富丙氨酸及赖氨酸残基的α螺旋，负责在相邻分子间交联，形成网状结构。主要存在于脉管壁及肺组织呈无规则卷曲状态，通过Lys残基相互交连成网状结构2.弹性蛋白(elastin)与胶原纤维共同存在，分别赋予组织弹性及抗张性随着年龄增加，弹性蛋白不断流失，胶原铰链程度增加，导致关节不灵活、皮肤起皱、失去弹性3.糖胺聚糖和蛋白聚糖糖胺聚糖是由重复的二糖单位构成的不分支长链多糖：氨基己糖+糖醛酸高度亲水性的糖胺聚糖带有大量负电荷，能够吸引大量的阳离子，结合大量水分子糖胺聚糖像海绵一样吸水产生膨压，赋予胞外基质抗压的能力（1）糖胺聚糖（glycosaminoglycan，GAG）可分为六种：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角质素。透明质酸(HA)，含多达10万个糖基。可结合大量水分子，赋予组织一定的抗压性。还使细胞易于增殖和迁移，也起润滑关节的作用。3.糖胺聚糖和蛋白聚糖蛋白聚糖由糖胺聚糖（除透明质酸外）与核心蛋白的丝氨酸残基共价连接形成的大分子（2）蛋白聚糖（proteoglycan）蛋白聚糖软骨中蛋白聚糖借助连接蛋白以非共价键的形式与透明质酸结合形成复合体，赋予软骨凝胶样特性和抗变形能力蛋白聚糖与多种生长因子结合，有利于激素分子与细胞表面受体结合

4.纤连蛋白（FN）和层粘连蛋白（LN）有数个（5-7）结构域,能识别并结合胞外基质组分还能识别并结合细胞表面受体（通过自身RGD（Arg-Gly-Asp）

三肽序列）（1）纤连蛋白(fibronectin)类型：血浆FN：V字形二聚体，可溶，存在于血浆、体液。细胞FN：多聚体，不溶，存在于ECM及细胞表面。已鉴定的FN亚单位20种以上。由同一基因编码，转录后拼接不同，形成多种异型分子。组装：FN不自发组装成纤维，通过细胞表面受体指导下进行。肿瘤细胞表面的FN纤维减少，因细胞表面的FN受体异常所致。