第四章 细胞表面.ppt

细胞表面 1细胞表面结构 表面特性和表面活性一 细胞表面结构生物膜的自主装在很大程度上依赖其构成成分类脂和蛋白质的表面活性 特别是它们所具有的表面活性物质的两个基本特征 吸附作用和聚集作用 质膜与内膜系统构成细胞与环境 区间之间的分隔界面或边界 同时这些膜具有明显的表面特性和表面活性 在膜功能上发挥重要作用 细胞表面是个复杂的结构体系和多功能体系 从结构上分三个区 存在于细胞外空间的糖萼脂双层胞浆面的膜骨架复合物 糖萼 1 细胞包被 质膜糖蛋白或糖脂伸向胞外部分的糖链 虽是质膜的一部分 但在细胞外侧 并能用糖苷酶等将其移去而不使质膜或细胞受到致命性损伤 2 细胞外表面粘附物 处于包被外而又与包被紧密粘附的胞外基质 蛋白多糖 糖蛋白 实际上这两层结构界限不清 用钌红染色时 染成一片 不易分辨 因此细胞膜外缘的两层复合物整体上称为糖萼 二 细胞表面特性和表面活性 脂双层固有的特性 生物膜所特有的表面特性与活性 1 脂双层固有的特性和活性如表面的物理化学特性 表面张力 界面电动力学活性 通过对人工膜模型的研究获得有关数据 表面张力是最主要的表面活性 脂双层的液晶态结构的表面能或表面张力是推动生物膜的自我组装 形态建成及其运动性的基本力量之一 2 生物膜所特有的表面特性与活性如 生物膜的粘附生物膜的选择性通透特异的受体反应生物膜中的蛋白 载体蛋白 通道蛋白 酶 受体蛋白等 表面糖萼 胞浆膜骨架复合物都会对生物膜所特有的表面特性与活性产生影响 在考虑膜表面特性的同时还要考虑膜其它特性以及细胞的生理和代谢调节作用 表面电荷 脂双层厚度 糖萼厚度 压缩系数 2细胞电泳1 质膜表面带电原因细胞表面存在带电基团 使其带有电荷 固定的表面电荷 大多数动物细胞表面带有静负电荷 糖蛋白上唾液酸的羧基是其负电荷的主要来源 细胞表面的净负电荷会吸引周围介质中的正离子靠近细胞表面 而因扩散作用 这些离子又有远离细胞表面的倾向 其结果是 离膜表面越远 离子浓度越稀 因此形成一个垂直于细胞表面的电位梯度 双电层总电位 吸附于细胞表面的正离子可分为两层 1 一层为吸附层 这部分离子紧密排列在膜表面 厚度约为1nm 这部分离子不易于离开细胞表面 并会随细胞而运动 2 其外侧的一层的正离子易于离开膜表面扩散 形成扩散层 两层离子的电荷的总和等于细胞表面的静负电荷总和 从另一个角度来看 细胞表面的固定电荷与吸附层电荷的净电荷总和与扩散层电荷的性质相反 数量相等 在外加直流电场作用下 吸附层电荷随细胞一起相对于介质而运动 双电层分离 并产生一个电位差 电位 电位的大小与细胞表面电荷的性质和数量有关 并随溶液中离子浓度的改变而改变 电位仅在外加电场作用下细胞运动时才能显现 2 细胞电泳给细胞悬液外加直流电场时 细胞向某一电极移动的现象称为细胞电泳 1 显微镜法在光学显微镜下观察悬浮于溶液中的细胞在外加电场作用下的移动 根据有无移动判断细胞表面是否带有电荷 根据移动的方向判断其电荷性质 根据移动的速率测定 电位和表面电荷密度 2 电泳光散射法当光作用于移动粒子 细胞 时 会发生散射 散射光的频率对入射光而言有一个小的改变 即频移 只要测出频移 可计算出电泳迁移率 3 细胞电泳在生物医学中的应用免疫学 1 淋巴细胞的电泳行为与表面特征淋巴细胞的电泳迁移率有快慢两个峰 其中快峰的细胞具有T细胞的表面特征和生物学特点 而慢峰的细胞具有B细胞的表面特征和生物学特点 因此可以用细胞电泳方法将T B两种细胞分开 造成两类淋巴细胞电泳迁移率差异的原因是 T细胞表面带有负电荷的神经氨酸比B细胞表面多 而带正电和的基团则少于B细胞表面 2 淋巴细胞与抗原识别反应的研究当淋巴细胞与抗原接触时 产生淋巴素类物质 其中有些物质可以作用于巨噬细胞表面并使其电泳迁移率变慢 因此细胞电泳可作为检测淋巴细胞免疫反应的一种简便工具 在临床上用本法可以预测器官移植的效果 病理学 1 细胞表面电荷与其生物学性质的关系多数实验证明 癌细胞表面较正常细胞带有更多的负电荷 而且其负电荷的多少与癌细胞的恶性程度 转移能力等成正相关 2 细胞 血小板的表面电荷与血栓形成的关系血栓形成中红细胞和血小板的凝集起重要作用 因而与红细胞 血小板和血管内皮细胞表面电荷的变化有密切关系 实验表明 这类病人的红细胞和血小板的电泳迁移率都比健康人要慢 这种变慢是细胞表面电荷减少的结果 凡能使表面电荷减少的 例如饱和脂肪酸 均可减慢其电泳迁移率并促进红细胞凝集 3 末梢血细胞的电泳图与血液病健康人末梢血细胞电泳图可看到三个峰 低速 S峰 中速 F峰 高速 R峰 分别相当于白细胞 淋巴细胞 红细胞所在的位置 在各种病理条件下 尤其是白细胞异常的各种疾病 电泳图发生相应的变化 例如 淋巴细胞增多时 F峰明显高于S峰 并向左右扩展 噬中性粒细胞增多时 S峰明显高于F峰 而慢性粒细胞白血病时电泳迁移率会出现一个新的高峰 主要由幼稚细胞所构成 3细胞粘附一 当细胞接近于另外的细胞或一个固体基质 在适宜条件下 借助物化作用 它们之间可发生粘附 细胞粘附在多细胞生物的发育与组织修复过程中的形态建成和功能维持上起着非常重要的作用 根据粘附对象不同 细胞粘附可分为两类 细胞与非细胞表面的粘附细胞间的粘附粘附过程涉及 非特异性相互作用特异性相互作用 非特异性相互作用 静电 立体空间 VanderWaale等性质的相互作用特异性相互作用 各种粘附因子的作用 细胞粘附能力差别很大 它不仅取决粘附细胞本身 还取决于被粘附细胞或基质 影响相互作用的因素 细胞或基质的类型它们的表面特性细胞的生理状态和环境条件 二 细胞粘附中的作用力静电斥力因立体结构稳定性而产生的斥力VanderWaale力 细胞间非特异的VanderWaale相互吸引力总是远小于静电斥力和立体稳定性所产生的斥力 因此没有某种原因使细胞间的斥力减小或使其克服 单靠VanderWaale力不足以发生细胞粘附 细胞的重力 运动 细胞表面的某些特化结构以及细胞粘附的某些步骤都可成为克服细胞斥力的原因 三 细胞粘附过程细胞粘附是一种复杂的生命现象 细胞间的粘附或细胞与固体基质间的粘附涉及多种不同作用力 在多数情况下 这一过程还包括了粘附因子之间的特异性相互作用 尽管它们的粘附过程有许多差异 但它们都涉及以下几个共同或相似的步骤 1 细胞之间的相互靠近细胞之间欲发生粘附 必先彼此靠近 细胞之间靠近可能在两种情况下发生 一是受液流的驱动 血液 淋巴液内的细胞均可在液流的驱动下彼此靠近 二是细胞的主动运动 粘附于基质上的细胞可伸出片足 进行阿米巴式的运动 从而彼此靠近 电化学梯度常可诱发这种主动运动 2 克服细胞的初始排斥作用当细胞靠近到一定距离 细胞之间将会产生斥力 这种斥力来源于静电相互作用和表面糖链的立体稳定性 此外细胞之间的液膜也可阻止细胞间的接触 克服这些斥力是细胞形成粘附的前提 3 在接触区第一个健的形成细胞的最初接触部位是斥力最小的或者该部位能够产生一种力足以克服细胞之间的排斥作用 这个部位可能在微绒毛尖端或片足边缘 一旦细胞在这样一些特殊部位之间发生接触 并形成第一个健 就会对细胞接触起稳定作用 4 接触区的结构变化及其扩展这是细胞粘附中最复杂的一步 由第一个健的形成 将会触发膜下的细胞骨架 从而引起膜分子的侧向移动 其结果将导致特异相互作用的粘附分子向接触区移动 使接触区扩大 与此同时 那些相互排斥的分子将会被挤出接触区 这两个过程都会使细胞粘附进一步加强 上述步骤与细胞骨架的运动密切相关 因而依赖于细胞代谢 特异分子之间的相互作用主要借助于VanderWaale力 这种力仅在分子靠得很近时才能起作用 四 细胞粘附的影响因素 细胞代谢细胞间的接触时间疏水性细胞表面电荷膜分子的侧向运动与细胞表面的柔韧性 五 细胞表面粘附因子 CAMs 细胞主要通过其表面的CAMs与其它细胞或固体基质粘着的 不同CAMs介导不同类型的细胞粘附 1 整合素 一类重要的细胞粘因子 它是由两条非共价键结合的透膜肽链 组成的二聚体 有长的胞外部分 都能与细胞外基质 ECM 等配体结合 其中 链有与RGD 精氨酸 甘氨酸 天门冬氨酸 三肽序列结合的部位 胞外有Ca2 结合的位点 两条肽链胞内部分较短 含有与细胞骨架结合的位点 这样整合素能结合膜两侧的配体分子 因而能在膜两侧之间传递信息 2 钙粘着蛋白家族这个家族的糖蛋白是严格钙依赖性的一次跨膜蛋白 这个家族成员超过30个 不同的钙粘着蛋白有50 60 的同源序列 重要的是每种钙粘着蛋白有特征性组织分布 了解较多的钙粘着蛋白有E cadherin N cadherin和P cadherin 钙粘着蛋白由单一跨膜片段 单一胞浆结构区和由四个结构域组成的大的胞外部分组成 钙粘着蛋白把相似类型的细胞紧密粘着在一起 3 选择素家族存在于白细胞 血小板和血管内皮细胞 分别称为L P E selectin 这些分子是单一跨膜蛋白 胞外部分含有各种结构域 他们能识别其它细胞表面特殊的糖链结构 并且发生Ca依赖的结合 选择粘集素介导血循环中炎症和凝血部位的白细胞与血管壁的暂时性相互作用 4 免疫球蛋白 lg 超家族 lgSF 共同特点是含有数个lg样结构域 这个家族不同成员含有不同数目的lg样结构域 大多数lgSF成员存在于淋巴细胞表面 介导淋巴细胞与巨噬细胞 其他淋巴细胞以及靶细胞等参与免疫反应的细胞之间的特异的相互作用 涉及免疫反应的许多方面 细胞黏附是黏附与去黏附的动态变化过程 六 细胞粘着的意义 1 心血管疾病血栓患者的红细胞和血小板的粘附性明显高于正常人 2 肿瘤肿瘤细胞的特点之一是侵润和转移 肿瘤细胞的转移包括一系列环节 例如 黑色素瘤向肺转移的过程中 细胞首先要脱离原发部位 穿过基膜 进入间质 随后再穿过毛细血管的基膜和细胞间隙进入血循环 在血流中 某些瘤细胞可能发生聚集 这些聚集细胞较分散细胞在远隔部位定居的可能性大的多 另一方面 随血流转运的细胞并非在任何组织和器官都能定居并增殖 黑色素瘤在肺部转移的机会最多 这种定居要求细胞在流经肺毛细血管时