细胞连接外基质

1、项项 荣荣 中南大中南大学生学生物科学与技术学院细胞生物学系物科学与技术学院细胞生物学系第一节第一节 细胞连接细胞连接(Cell Junction) v细胞连接：细胞连接：多多细胞有机体中，细胞有机体中，相邻相邻细细胞之间通过形成各种连接结构，以加胞之间通过形成各种连接结构，以加强细胞的机械强细胞的机械联系联系和组织的牢固性，和组织的牢固性，同时同时协调协调细胞间的代谢活动，这种连细胞间的代谢活动，这种连接结构称为细胞连接。接结构称为细胞连接。细胞连接的分类细胞连接的分类v紧密连接(tight junction)v锚定连接(anchoring junctions)v通讯连接(communica

2、ting junctions)紧密连接紧密连接(tight junction)v紧密连接：是紧密连接：是封闭连接的主要形式，存在封闭连接的主要形式，存在于上皮细胞之间；于上皮细胞之间；v紧密连接的紧密连接的结构结构v紧密连接的功能紧密连接的功能v形成渗漏屏障，起重要的形成渗漏屏障，起重要的封闭作用封闭作用；v隔离作用隔离作用，使游离端与基底面质膜上，使游离端与基底面质膜上的膜蛋白行使各自不同的膜功能；的膜蛋白行使各自不同的膜功能；锚定连接锚定连接(anchoring junctions)v锚定连接在组织内分布很广泛锚定连接在组织内分布很广泛, ,在上在上皮组织皮组织, ,心肌和子宫颈等组织中含

3、量心肌和子宫颈等组织中含量尤为丰富；尤为丰富；v锚定连接的类型、结构锚定连接的类型、结构与与功能功能锚定连接的类型、结构与功能锚定连接的类型、结构与功能v锚定连接将相邻细胞的骨架系统或将细胞锚定连接将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连形成一个坚固、有序的细胞群与基质相连形成一个坚固、有序的细胞群体。体。v与肌动蛋白纤维相连的与肌动蛋白纤维相连的黏着连接黏着连接v黏着带黏着带：相邻细胞间形成一个连续的带状结：相邻细胞间形成一个连续的带状结构构,间隙间隙约约1520nm；v黏着黏着斑斑: : 细细胞通过胞通过肌动蛋白肌动蛋白纤维和整合素纤维和整合素(integrin)与与细胞外基质之间的连接方式

4、；细胞外基质之间的连接方式；v与中间纤维相连的与中间纤维相连的桥粒连接桥粒连接v桥粒桥粒：铆接相邻细胞，提供细胞内中间纤维的锚：铆接相邻细胞，提供细胞内中间纤维的锚定位点，形成整体网络，起支持和抵抗外界压力定位点，形成整体网络，起支持和抵抗外界压力与张力的作用。与张力的作用。v半桥粒半桥粒：半桥粒与桥粒形态类似：半桥粒与桥粒形态类似, , 它通过细胞质它通过细胞质膜上的膜蛋白整合素将上皮细胞固着在基底膜上。膜上的膜蛋白整合素将上皮细胞固着在基底膜上。间隙连接间隙连接v间隙连接的结构间隙连接的结构v间隙连接的功能及其调节机制间隙连接的功能及其调节机制v间隙连接的通透性是可以调节的间隙连接的通透性

5、是可以调节的通讯连接通讯连接(communicating junctions)v间隙连接间隙连接：分布广泛，几乎所有的动物组：分布广泛，几乎所有的动物组织中都存在间隙连接；织中都存在间隙连接；v化学突触化学突触：存在于可兴奋细胞之间的细胞：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连接方式，它通过释放神经递质来传导神经冲动。经冲动。v胞间连丝胞间连丝：高等植物细胞之间通过其相互：高等植物细胞之间通过其相互联接，完成细胞的通讯联络。联接，完成细胞的通讯联络。 间隙连接的结构间隙连接的结构v间隙连接处相邻细胞质膜间的间隙为间隙连接处相邻细胞质膜间的间隙为23nm ；v连接子连接

6、子(connexon) 是间隙连接的基是间隙连接的基本单位。每个连接子由本单位。每个连接子由6个个connexin分子组成；分子组成；v连接单位由两个连接子连接单位由两个连接子对接对接构成；构成；v连接子中心形成一个直径约连接子中心形成一个直径约1.5nm的的孔道。孔道。v间隙连接在间隙连接在代谢偶联代谢偶联中的作中的作用用v间隙连接允许小分子代谢物和信号分子通间隙连接允许小分子代谢物和信号分子通过，是细胞间代谢偶联的基础；过，是细胞间代谢偶联的基础；v代谢偶联现象在体外培养细胞中的证实代谢偶联现象在体外培养细胞中的证实（荧光染料）；（荧光染料）； v代谢偶联作用在协调细胞群体的生物学功代谢偶

7、联作用在协调细胞群体的生物学功能方面起重要作用。能方面起重要作用。v间隙连接在神经冲动间隙连接在神经冲动信息传递信息传递过程过程中的作用中的作用v电偶联电偶联实现细胞间的快速通讯；实现细胞间的快速通讯； v间隙连接调节和修饰相互独立的神经元群间隙连接调节和修饰相互独立的神经元群的行为；的行为；v协调心肌细胞、小肠平滑肌的收缩。协调心肌细胞、小肠平滑肌的收缩。v间隙连接在早期胚胎间隙连接在早期胚胎发育发育和细胞和细胞分分化化过程中的作用过程中的作用v胚胎发育中细胞间的偶联提供信号物质的胚胎发育中细胞间的偶联提供信号物质的通路通路, , 从而为某一特定细胞提供它的从而为某一特定细胞提供它的“位位置

8、信息置信息”，并根据其，并根据其位置位置影响其分化；影响其分化；v肿瘤肿瘤细胞之间间隙的连接明显细胞之间间隙的连接明显减少减少或或消失消失，间隙联接类似间隙联接类似“肿瘤抑制因子肿瘤抑制因子”。间隙连接的间隙连接的通透性通透性是可以调节的是可以调节的v降低胞质中的降低胞质中的pH值和提高自由值和提高自由Ca2+的浓度都可以使其通透性降低；的浓度都可以使其通透性降低；v间隙连接的通透性受两侧电压梯度间隙连接的通透性受两侧电压梯度的调控及细胞外化学信号的调控；的调控及细胞外化学信号的调控；v这可能是避免由于个别细胞死亡或这可能是避免由于个别细胞死亡或损伤而导致整片组织受害的一种保损伤而导致整片组织

9、受害的一种保护性措施。护性措施。紧密连接的结构nAdhesion belts between epithelial cells in the small intestine.Cadherin：粘连素：粘连素Catenins：链蛋白：链蛋白Actin filament：肌动蛋白纤维：肌动蛋白纤维Adhesion plaque踝蛋白踝蛋白 纽蛋白纽蛋白 桩蛋白桩蛋白 desmosome桥粒斑蛋白nConstruction of an anchoring junction.间间隙隙连连接接的的结结构构 Gap junctions as seen in the electron microscope.

10、 Three classes of channel proteins. 电电 偶偶 联联 A proposed model for how gap-junction channels may close in response to a rise in Ca2+ or a fall in pH in the cytosol. 化学突触化学突触 Importance of the cytoskeleton in cell adhesion. PlasmodesmataTight junctionAdhesion beltDesmosome Gap junctionHemidesmosome 第二

11、节第二节 细胞外基质细胞外基质v细胞外基质细胞外基质(extracellular matrix)：指分布于指分布于细胞外空间细胞外空间, 由细胞分泌的由细胞分泌的蛋白蛋白和和多糖多糖所构成所构成的网络结构。的网络结构。成纤维细胞分泌胶原成纤维细胞分泌胶原为什么她的皮肤不如年轻的时候那么水润、光滑了？为什么她的皮肤不如年轻的时候那么水润、光滑了？细胞外基质的功能细胞外基质的功能v构成支持细胞的构成支持细胞的框架框架，负责组织的构建；，负责组织的构建；v胞外基质三维结构及成份的变化胞外基质三维结构及成份的变化, ,改变细胞改变细胞微环境从而对细胞形态、生长、分裂、分微环境从而对细胞形态、生长、分裂

12、、分化、迁移、识别、粘着和凋亡等起重要的化、迁移、识别、粘着和凋亡等起重要的调控调控作用；作用；v促进组织创伤后的再生促进组织创伤后的再生修复修复；v导致组织的导致组织的病理病理改变，与器官组织纤维化、改变，与器官组织纤维化、肿瘤转移和浸润等有关。肿瘤转移和浸润等有关。纤维连结蛋白 纤维胶原层粘连蛋白 粘蛋白蛋白聚糖基底膜蛋白聚糖核心蛋白多糖透明质烷细胞外基质分类细胞外基质分类v一、多糖和糖蛋白：一、多糖和糖蛋白： 1.1.氨基聚糖氨基聚糖 凝胶样基质凝胶样基质 2.2.蛋白聚糖蛋白聚糖v二、结构蛋白：二、结构蛋白： 1.1.胶原胶原 纤维网架纤维网架 2.2.弹性蛋白弹性蛋白v三、粘着糖蛋白

13、三、粘着糖蛋白 1.1.纤粘连蛋白纤粘连蛋白 粘附成分粘附成分 2.2.层粘连蛋白层粘连蛋白细胞外基质分类细胞外基质分类v胶原蛋白（胶原蛋白（collagen）v弹性蛋白（弹性蛋白（elastin）v纤粘连蛋白（纤粘连蛋白（fibronectin，FN）和层粘）和层粘连蛋白（连蛋白（ laminin，LN）v氨基聚糖（氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG）和和蛋白聚糖（蛋白聚糖（proteoglycan，PG）胶原蛋白（胶原蛋白（collagen）v胶原的结构特征胶原的结构特征v胶原的类型胶原的类型v胶原的合成胶原的合成v组织中胶原的分布特点组织中胶原的分布特点v胶原的功能胶原

14、的功能胶原的结构特征胶原的结构特征v动物体内含量最高的蛋白质，纤维状，动物体内含量最高的蛋白质，纤维状，不溶于水；不溶于水；v胶原蛋白的基本结构单位是胶原蛋白的基本结构单位是胶原分子胶原分子；v胶原分子是由三条胶原分子是由三条肽链盘绕成的肽链盘绕成的三股螺三股螺旋结构旋结构；v胶原分子肽链具有胶原分子肽链具有Gly-x-y(Gly：甘氨酸、：甘氨酸、x：脯氨酸、：脯氨酸、y：羟脯氨酸或羟赖氨酸）：羟脯氨酸或羟赖氨酸）重复序列，对重复序列，对胶原蛋白高级结构胶原蛋白高级结构的形成的形成十分重要；十分重要；胶原的类型类类型型分子式分子式 超微结构超微结构 化学特征化学特征 分分 布布 来来 源源

15、1（）2 2() 67nm横横纹纤维纹纤维 低羟赖氨低羟赖氨酸酸 、低糖、低糖类类 皮肤、肌皮肤、肌键、骨、键、骨、韧带、眼韧带、眼角膜角膜 成纤维细成纤维细胞胞 1()3 67nm横横纹纤维纹纤维 高羟赖氨高羟赖氨酸酸 、高糖、高糖类类 软骨、椎软骨、椎间盘间盘 、 脊索、眼脊索、眼玻璃体玻璃体 成软骨细成软骨细胞成纤维胞成纤维细胞细胞 1（）3 67nm横横纹纤维纹纤维 高羟脯氨高羟脯氨酸、酸、低羟赖氨低羟赖氨酸、低糖酸、低糖类类 皮肤、血皮肤、血管、内部管、内部器官器官 网状细胞网状细胞 1() 2 2 () 网状不形网状不形成纤维束成纤维束 很高的羟很高的羟赖氨酸、赖氨酸、高糖类高糖类

16、 基膜基膜 上皮细胞上皮细胞内皮细胞内皮细胞 胶原的合成胶原的合成组织中胶原的分布特点组织中胶原的分布特点胶原的功能胶原的功能v胶原在胞外基质中含量最高，刚性及胶原在胞外基质中含量最高，刚性及抗张力抗张力强度最大，构成细胞外基质的骨架结构，细强度最大，构成细胞外基质的骨架结构，细胞外基质中的其它组分通过与胶原结合形成胞外基质中的其它组分通过与胶原结合形成结构与功能的复合体；结构与功能的复合体；v通过细胞表面受体介导与细胞内骨架相互作通过细胞表面受体介导与细胞内骨架相互作用，影响细胞的形态和运动；用，影响细胞的形态和运动；v刺激上皮细胞分化，维持上皮细胞生长；刺激上皮细胞分化，维持上皮细胞生长；

17、v细胞迁移的附着基质，并引导细胞迁移。细胞迁移的附着基质，并引导细胞迁移。弹性弹性蛋白蛋白(elastin)的的特征特征v弹性蛋白是弹性纤维的主要成分；主要存在弹性蛋白是弹性纤维的主要成分；主要存在于脉管壁及肺的基底膜。于脉管壁及肺的基底膜。v弹性纤维与胶原纤维共同存在，分别赋予组弹性纤维与胶原纤维共同存在，分别赋予组织以织以弹性弹性及抗张性。及抗张性。v弹性蛋白是高度疏水的非糖基化蛋白，具有弹性蛋白是高度疏水的非糖基化蛋白，具有两个明显的特征两个明显的特征:v由两种短肽构成，构象呈由两种短肽构成，构象呈无规则卷曲状态无规则卷曲状态;v通过通过Lys残基相互交连成网状残基相互交连成网状结构。结

18、构。纤粘连纤粘连蛋白蛋白(fibronenctin，FN)、层层粘连粘连蛋白蛋白(laminin，LN)v纤粘连蛋白纤粘连蛋白v纤粘连蛋白的分子特征纤粘连蛋白的分子特征v纤粘连蛋白的主要功能纤粘连蛋白的主要功能v层粘连蛋白层粘连蛋白v层粘连蛋白的分子特征层粘连蛋白的分子特征v层粘连蛋白的主要功能层粘连蛋白的主要功能 纤粘连蛋白的分子特征纤粘连蛋白的分子特征v根据存在部位不同，分两类：根据存在部位不同，分两类：v血浆纤粘连蛋白：血浆纤粘连蛋白：是二聚体是二聚体，由两条相，由两条相似的似的A链及链及B链组成链组成,整个分子呈整个分子呈V形；可形；可溶。溶。v细胞纤粘连蛋白：是多聚体，不可溶。细胞纤

19、粘连蛋白：是多聚体，不可溶。v纤粘连蛋白不同的亚单位为同一基因的表达纤粘连蛋白不同的亚单位为同一基因的表达产物产物, 每个亚单位由数个结构域构成，每个亚单位由数个结构域构成，RGD（Arg-Gly-Asp）三肽序列）三肽序列是为细胞识别的最是为细胞识别的最小结构单位；小结构单位；v纤粘连蛋白的膜蛋白受体为纤粘连蛋白的膜蛋白受体为整合素整合素家族成员家族成员之一，在其细胞外功能区有与之一，在其细胞外功能区有与RGD高亲和性高亲和性结合部位。结合部位。纤粘连蛋白的主要功能纤粘连蛋白的主要功能v介导细胞粘着，进而介导细胞粘着，进而调节细胞的形状调节细胞的形状和和细胞骨架的组织，促进细胞铺展；细胞骨架

20、的组织，促进细胞铺展；v在胚胎发生过程中，纤粘连蛋白对于许在胚胎发生过程中，纤粘连蛋白对于许多类型细胞的迁移和分化是必须的；多类型细胞的迁移和分化是必须的；v在创伤修复中，纤粘连蛋白促进巨噬细在创伤修复中，纤粘连蛋白促进巨噬细胞和其它免疫细胞迁移到受损部位；胞和其它免疫细胞迁移到受损部位；v在血凝块形成中，纤粘连蛋白促进血小在血凝块形成中，纤粘连蛋白促进血小板附着于血管受损部位。板附着于血管受损部位。层粘连蛋白的分子特征层粘连蛋白的分子特征v层粘连蛋白是高分子糖蛋白（层粘连蛋白是高分子糖蛋白（820KD），），动物胚胎及成体组织的基膜的主要结构动物胚胎及成体组织的基膜的主要结构组分之一；组分之

21、一；v层粘连蛋白的层粘连蛋白的结构结构由一条重链和两条轻由一条重链和两条轻链构成；链构成；v层粘连蛋白中至少存在两个不同的受体层粘连蛋白中至少存在两个不同的受体结合部位：结合部位：v与与型胶原的结合部位；型胶原的结合部位；v与细胞质膜上的整合素结合的与细胞质膜上的整合素结合的Arg-Gly-Asp(R-G-D)序列。序列。层粘连蛋白的主要功能层粘连蛋白的主要功能v是基膜的是基膜的主要结构成分主要结构成分，对基膜的组装起，对基膜的组装起关键作用；关键作用；v层粘连蛋白在胚胎发育及组织分化中具有层粘连蛋白在胚胎发育及组织分化中具有重要作用；重要作用；v层粘连蛋白有助于神经元在体外存活，在层粘连蛋白

22、有助于神经元在体外存活，在缺乏神经生长因子的情况下促神经元轴突缺乏神经生长因子的情况下促神经元轴突生长；生长；v层粘连蛋白也与肿瘤细胞的转移有关。层粘连蛋白也与肿瘤细胞的转移有关。氨基聚糖氨基聚糖v氨基聚糖是由重复的氨基聚糖是由重复的二糖单位二糖单位构成的长链多糖构成的长链多糖v二糖单位之：氨基己糖二糖单位之：氨基己糖 (氨基葡萄糖或氨基半乳糖氨基葡萄糖或氨基半乳糖) + 糖醛酸糖醛酸(半乳糖）；半乳糖）；v氨基聚糖氨基聚糖: 透明质酸、透明质酸、4-硫酸软骨素、硫酸软骨素、6-硫酸软骨素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素和硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素和硫酸角质硫酸角质素等。素等。

23、v透明质酸透明质酸(hyaluronic acid)及其生物学功能及其生物学功能v透明质酸是增殖细胞和迁移细胞的胞外基质主要成透明质酸是增殖细胞和迁移细胞的胞外基质主要成分分,也是蛋白聚糖的主要结构组分；也是蛋白聚糖的主要结构组分；v透明质酸在结缔组织中起强化、弹性和润滑作用；透明质酸在结缔组织中起强化、弹性和润滑作用；v透明质酸使细胞保持彼此分离透明质酸使细胞保持彼此分离,使细胞易于运动迁移使细胞易于运动迁移和增殖并阻止细胞分化。和增殖并阻止细胞分化。蛋白聚糖蛋白聚糖v蛋白聚糖见于所有结缔组织和细胞外基蛋白聚糖见于所有结缔组织和细胞外基质及许多细胞表面；质及许多细胞表面；v蛋白聚糖由氨基聚糖与核心蛋白蛋白聚糖由氨基聚糖与核心蛋白(core protein)的丝氨酸残基共价连接形成的巨的丝氨酸残基共价连接形成的巨分子；分子；v若干蛋白聚糖单体借连接蛋白以非共价若干蛋白聚糖单体借连接蛋白以非共价键与透明质酸结合形成键与透明质酸结合形成多聚体多聚体；v蛋白聚糖的特性与功能：蛋白聚糖的特性与功能：v显著特点是多态性：不同的核心蛋白显著特点是多态性：不同的核心蛋白, 不同的氨不同的氨基聚糖；基聚糖；v软骨中的蛋白聚糖是最大巨分子之一软骨中的蛋白聚糖是最大巨分子之一,