细胞生物学翟中和第三PPT学习教案

1、会计学1第一节细胞连接第一节细胞连接细胞与细胞间或细胞与细胞外基质的联结结构称为细胞连接（细胞与细胞间或细胞与细胞外基质的联结结构称为细胞连接（cell junctioncell junction）。细胞连接的体积很小，只有在电镜下才能观察到。可分为三大类，即：）。细胞连接的体积很小，只有在电镜下才能观察到。可分为三大类，即：封闭连接封闭连接（occluding junctionoccluding junction）、）、锚定连接锚定连接（anchoring junctionanchoring junction）和）和通讯连接通讯连接（communicating junctioncommuni

2、cating junction）。）。第1页/共77页一、封闭连接一、封闭连接是封闭连接的主要形式，存在于脊椎动物的上皮细胞间，长度约是封闭连接的主要形式，存在于脊椎动物的上皮细胞间，长度约50-400nm50-400nm，相邻细胞之间的质膜紧密结合，没有缝隙。在电镜下可以看到连接区域具有蛋白质形成的焊接线网络，焊接线也称嵴线，封闭了细胞与细胞之间的空隙。上皮细胞层对小分子的透性与嵴线的数量有关，有些紧密连接甚至连水分子都不能透过。，相邻细胞之间的质膜紧密结合，没有缝隙。在电镜下可以看到连接区域具有蛋白质形成的焊接线网络，焊接线也称嵴线，封闭了细胞与细胞之间的空隙。上皮细胞层对小分子的透性与嵴

3、线的数量有关，有些紧密连接甚至连水分子都不能透过。紧密连接的焊接线由紧密连接的焊接线由跨膜细胞粘附分子跨膜细胞粘附分子构成，主要的跨膜蛋白为构成，主要的跨膜蛋白为claudinclaudin和和occludinoccludin，另外还有膜的，另外还有膜的外周蛋白外周蛋白ZOZO。第2页/共77页紧密连接作用：一是防止可溶性物质从上皮细胞层一侧通过胞外间隙扩散到另一侧，形成渗透屏障，起着封闭作用；消化道上皮、膀胱上皮、脑毛细血管内皮以及睾丸支持细胞之间都存在紧密连接。后二者分别构成了脑血屏障和睾血屏障，能保护这些重要器官和组织免受异物侵害。二是形成上皮细胞质膜蛋白与膜至脂分子侧向扩散的屏障，维持

4、上皮细胞的极性。第3页/共77页紧密连接位于上皮细胞的上端第4页/共77页兔子上皮细胞的紧密连接（冰冻蚀刻）第5页/共77页紧密连接的模式图第6页/共77页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, ,在上皮组在上皮组织织, ,心肌和子宫颈等组织中含量尤为丰富心肌和子宫颈等组织中含量尤为丰富。第7页/共77页第8页/共77页桥粒桥粒存在于承受强拉力的组织中，如皮肤、口腔、食管等处的复层鳞状上皮细胞之间和心肌中。相邻细胞间形成纽扣状结构，细胞膜之间的间隙约存在于承受强拉力的组织中，如皮肤、口腔、食管等处的复层鳞状上皮细胞之间和心肌中。相邻细胞间形成纽扣状结构，细胞膜之间的间隙约30n

5、m30nm，质膜下方有细胞质附着蛋白质，如片珠蛋白、桥粒斑蛋白等，形成一厚约，质膜下方有细胞质附着蛋白质，如片珠蛋白、桥粒斑蛋白等，形成一厚约151520nm20nm的致密斑。斑上有中间纤维相连，中间纤维的性质因细胞类型而异，如：在上皮细胞中为角蛋白丝，在心肌细胞中则为结蛋白丝。桥粒中间为钙粘素。因此相邻细胞中的中间纤维通过细胞质斑和钙粘素构成了穿胞细胞骨架网络。的致密斑。斑上有中间纤维相连，中间纤维的性质因细胞类型而异，如：在上皮细胞中为角蛋白丝，在心肌细胞中则为结蛋白丝。桥粒中间为钙粘素。因此相邻细胞中的中间纤维通过细胞质斑和钙粘素构成了穿胞细胞骨架网络。第9页/共77页桥粒位于粘合带下方

6、第10页/共77页桥粒的结构模型桥粒的结构模型第11页/共77页第12页/共77页半桥粒（hemidesmosome）在结构上类似桥粒，位于上皮细胞基面与基膜之间，它桥粒的不同之处在于：只在质膜内侧形成桥粒斑结构，其另一侧为基膜；穿膜连接蛋白为整合素（integrin）而不是钙粘素，整合素是细胞外基质的受体蛋白；细胞内的附着蛋白为角蛋白（keratin）。第13页/共77页第14页/共77页粘合带（粘合带（adhesion beltadhesion belt）呈带状环绕细胞，一般位于）呈带状环绕细胞，一般位于上皮细胞顶侧面的紧密连接下方。在粘合带处相邻细胞上皮细胞顶侧面的紧密连接下方。在粘合带

7、处相邻细胞的间隙约的间隙约151520nm20nm。间隙中的粘合分子为间隙中的粘合分子为E-E-钙粘素。在质膜的内侧有几种附钙粘素。在质膜的内侧有几种附着蛋白与钙粘素结合在一起，这些附着蛋白包括：着蛋白与钙粘素结合在一起，这些附着蛋白包括：-，-，-连锁蛋白、粘着斑蛋白、连锁蛋白、粘着斑蛋白、-辅肌动蛋白和辅肌动蛋白和片珠蛋白。片珠蛋白。粘合带处的质膜下方有与质膜平行排列的肌动蛋白束，粘合带处的质膜下方有与质膜平行排列的肌动蛋白束，钙粘蛋白通过附着蛋白与肌动蛋白束相结合。于是，相钙粘蛋白通过附着蛋白与肌动蛋白束相结合。于是，相邻细胞中的肌动蛋白丝束通过钙粘蛋白和附着蛋白编织邻细胞中的肌动蛋白丝

8、束通过钙粘蛋白和附着蛋白编织成了一个广泛的网络，把相邻细胞联合在一起。成了一个广泛的网络，把相邻细胞联合在一起。第15页/共77页粘合带结构模型粘合带结构模型第16页/共77页第17页/共77页粘合斑（粘合斑（adhesion plaqueadhesion plaque）位于细胞与细胞外基质间，通过整合素（）位于细胞与细胞外基质间，通过整合素（integrinintegrin）把细胞中的肌动蛋白束和基质连接起来。连接处的质膜呈盘状，称为粘合斑。）把细胞中的肌动蛋白束和基质连接起来。连接处的质膜呈盘状，称为粘合斑。第18页/共77页间隙连接：分布广泛，几乎所有的动物 组织中都存在间隙连接。 化学

9、突触：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。胞间连丝：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。第19页/共77页第20页/共77页第21页/共77页间隙间隙连接连接电镜电镜照片照片第22页/共77页连接子电镜照片间隙连接模型间隙连接模型第23页/共77页第24页/共77页、功能、功能间隙连接在代谢偶联中的作用间隙连接在代谢偶联中的作用 间隙连接允许小分子代谢物和信号分子通过间隙连接允许小分子代谢物和信号分子通过, 是细胞间代谢是细胞间代谢偶联的基础偶联的基础 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 代谢偶联作用

10、在协调细胞群体的生物学功能方面起重要作用代谢偶联作用在协调细胞群体的生物学功能方面起重要作用. 间隙连接在神经冲动信息传递过程中的作用间隙连接在神经冲动信息传递过程中的作用 电突触电突触(electronic junction) 快速实现细胞间信号通讯快速实现细胞间信号通讯 间隙连接调节和修饰相互独立的神经元群的行为间隙连接调节和修饰相互独立的神经元群的行为第25页/共77页间隙连接在早期胚胎发育和细胞分化过程中的作用间隙连接在早期胚胎发育和细胞分化过程中的作用 胚胎发育中细胞间的偶联提供信号物质的通路胚胎发育中细胞间的偶联提供信号物质的通路, , 从而为某一特定细胞提供它的从而为某一特定细胞

11、提供它的“位置信息位置信息”，并根据其位置影响其分化。，并根据其位置影响其分化。 肿瘤细胞之间间隙的连接明显减少或消失，间隙联接类似肿瘤细胞之间间隙的连接明显减少或消失，间隙联接类似 “肿瘤抑制因子肿瘤抑制因子”。 间隙连接的通透性是可以调节的间隙连接的通透性是可以调节的 降低胞质中的降低胞质中的pHpH值和提高自由值和提高自由Ca2+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 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。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。第26页/共77页第27页/共77页胞间连丝结构模型胞间连丝结构模型第28页/共

12、77页（三）化学突触是存在于可兴奋细胞间的一种连接方式，其作用是通过释放神经递质来传导兴奋。由突触前膜、突触后膜、 和突触间隙三部分组成。第29页/共77页各种连接的比较 紧密连接 上皮组织 封闭连接 间壁连接 只存在于无脊椎动物中 粘合带 上皮组织 连接肌动蛋白 粘合斑 上皮细胞基部 桥粒 心肌、表皮 锚定连接 连接中间纤维 半桥粒 上皮细胞基部 间隙连接 大多数动物组织中 化学突触 神经细胞间和神经肌肉间 通讯连接 胞间连丝 植物细胞间 第30页/共77页几类细胞连接的比较第31页/共77页第二节细胞黏着及其分子基础第二节细胞黏着及其分子基础细胞粘附分子（细胞粘附分子（cell adhes

13、ion moleculecell adhesion molecule，CAMCAM）是参与细胞与细胞之间及细胞与细胞外基质之间相互作用的分子。可大致分为五类：钙粘素、选择素、免疫球蛋白超家族、整合素及透明质酸粘素。）是参与细胞与细胞之间及细胞与细胞外基质之间相互作用的分子。可大致分为五类：钙粘素、选择素、免疫球蛋白超家族、整合素及透明质酸粘素。细胞粘附分子都是跨膜糖蛋白，分子结构由三部分组成：胞外区，肽链的细胞粘附分子都是跨膜糖蛋白，分子结构由三部分组成：胞外区，肽链的N N端部分，带有糖链，负责与配体的识别；跨膜区，多为一次跨膜；胞质区，肽链的端部分，带有糖链，负责与配体的识别；跨膜区，多为

14、一次跨膜；胞质区，肽链的C C端部分，一般较小，或与质膜下的骨架成分直接相连，或与胞内的化学信号分子相连，以活化信号转导途径。端部分，一般较小，或与质膜下的骨架成分直接相连，或与胞内的化学信号分子相连，以活化信号转导途径。第32页/共77页多数细胞粘附分子的作用依赖于二价阳离子，如多数细胞粘附分子的作用依赖于二价阳离子，如Ca2Ca2，Mg2Mg2。细胞粘附分子的作用机制有三种模式：两相邻细胞表面的同种。细胞粘附分子的作用机制有三种模式：两相邻细胞表面的同种CAMCAM分子间的相互识别与结合（亲同性粘附）；两相邻细胞表面的不同种分子间的相互识别与结合（亲同性粘附）；两相邻细胞表面的不同种CAM

15、CAM分子间的相互识别与结合（亲异性粘附）；两相邻细胞表面的相同分子间的相互识别与结合（亲异性粘附）；两相邻细胞表面的相同CAMCAM分子借分子借 细胞外的连接分子相互细胞外的连接分子相互 识别与结合。识别与结合。第33页/共77页一、钙黏蛋白一、钙黏蛋白钙黏蛋白钙黏蛋白属亲同性属亲同性CAMCAM，其作用依赖于，其作用依赖于CaCa2 2。钙粘素分子结构同源性很高，其胞外部分形成钙粘素分子结构同源性很高，其胞外部分形成5 5个结构域，其中个结构域，其中4 4个同源，均含个同源，均含CaCa2 2结合部位。决定钙粘素结合特异性的部位在靠结合部位。决定钙粘素结合特异性的部位在靠N N末端的一个结

16、构域中，只要变更其中末端的一个结构域中，只要变更其中2 2个氨基酸残基即可使结合特异性由个氨基酸残基即可使结合特异性由E-E-钙粘素转变为钙粘素转变为P-P-钙粘素。钙粘素分子的胞质部分是最高度保守的区域，参与信号转导。钙粘素。钙粘素分子的胞质部分是最高度保守的区域，参与信号转导。第34页/共77页钙黏蛋白钙黏蛋白通过不同的连接蛋白质与不同的细胞骨架成分相连，如通过不同的连接蛋白质与不同的细胞骨架成分相连，如E-E-钙粘素通过钙粘素通过-、-、-连锁蛋白（连锁蛋白（catenincatenin）以及粘着斑蛋白（）以及粘着斑蛋白（vinculinvinculin）、锚蛋白、）、锚蛋白、辅肌动蛋白

17、等与肌动蛋白纤维相连；桥粒中的辅肌动蛋白等与肌动蛋白纤维相连；桥粒中的desmogleindesmoglein及及desmocollindesmocollin则通过桥粒致密斑与中间纤维相连。则通过桥粒致密斑与中间纤维相连。第35页/共77页钙粘素的作用主要有以下几个方面：钙粘素的作用主要有以下几个方面：1 1介导细胞连接，在成年脊椎动物，介导细胞连接，在成年脊椎动物，E-E-钙粘素是保持上皮细胞钙粘素是保持上皮细胞相互粘合的主要相互粘合的主要CAMCAM，是粘合带的主要构成成分。桥粒中的钙粘，是粘合带的主要构成成分。桥粒中的钙粘素就是素就是desmogleindesmoglein及及desmo

18、collindesmocollin。2 2参与细胞分化，钙粘素对于胚胎细胞的早期分化及成体组织参与细胞分化，钙粘素对于胚胎细胞的早期分化及成体组织（尤其是上皮及神经组织）的构筑有重要作用。在发育过程中通（尤其是上皮及神经组织）的构筑有重要作用。在发育过程中通过调控钙粘素表达的种类与数量可决定胚胎细胞间的相互作用（过调控钙粘素表达的种类与数量可决定胚胎细胞间的相互作用（粘合、分离、迁移、再粘合），从而通过细胞的微环境，影响细粘合、分离、迁移、再粘合），从而通过细胞的微环境，影响细胞的分化，参与器官形成过程。胞的分化，参与器官形成过程。3 3抑制细胞迁移，很多种癌组织中细胞表面的抑制细胞迁移，很多

19、种癌组织中细胞表面的E E钙粘素减少或消钙粘素减少或消失，以致癌细胞易从瘤块脱落，成为侵袭与转移的前提。因而有失，以致癌细胞易从瘤块脱落，成为侵袭与转移的前提。因而有人将人将E E钙粘素视为转移抑制分子。钙粘素视为转移抑制分子。第36页/共77页钙粘素结构模型钙粘素结构模型第37页/共77页二、选择素二、选择素选择素（selectin）属亲异性CAM，其作用依赖于Ca2。主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘合。已知选择素有三种：L选择素、E选择素及P选择素。选择素的胞外区由三个结构域构成：N端的C型凝集素结构域，EGF样结构域、重复次数不同的补体结合蛋白结构域；通过凝集素结构域来识别糖蛋

20、白及糖脂分子上的糖配体。第38页/共77页E选择素及P选择素所识别与结合的糖配体为唾液酸化及岩藻糖化的N乙酰氨基乳糖结构（sLeX及sLeA）。P选择素贮存于血小板的颗粒及内皮细胞的Weibel-Palade小体。炎症时活化的内皮细胞表面首先出现P选择素，随后出现E选择素。它们对于召集白细胞到达炎症部位具有重要作用。E选择素存在于活化的血管内皮细胞表面。炎症组织释放的白细胞介素I（IL-1）及肿瘤坏死因子（TNF）等细胞因子可活化脉管内皮细胞，刺激E选择素的合成。L选择素广泛存在于各种白细胞的表面，参与炎症部位白细胞的出脉管过程。第39页/共77页选择素结构模型选择素结构模型第40页/共77页

21、三、免疫球蛋白超家族三、免疫球蛋白超家族免疫球蛋白超家族（Ig-superfamily，Ig-SF）包括分子结构中含有免疫球蛋白（Ig）样结构域的所有分子，一般不依赖于Ca2。免疫球蛋白样结构域系指借二硫键维系的两组反向平行折叠结构。第41页/共77页四、整联蛋白（integrin）：大多为亲异性细胞粘附分子，其作用依赖于Ca2。介导细胞与细胞间的相互作用及细胞与细胞外基质间的相互作用。 由 （120185kD）和（90110kD）两个亚单位形成的异二聚体。迄今已发现16种亚单位和9种亚单位。它们按不同的组合构成20余种整合素。第42页/共77页亚单位的亚单位的N N端有结合二价阳离子的结构域

22、，胞质区近膜处都有一个非常保守的端有结合二价阳离子的结构域，胞质区近膜处都有一个非常保守的KXGFFKRKXGFFKR序列，与整合素活性的调节有关。序列，与整合素活性的调节有关。含含11亚单位的整合素主要介导细胞与细胞外基质成分之间的粘附。含亚单位的整合素主要介导细胞与细胞外基质成分之间的粘附。含22亚单位的整合素主要存在于各种白细胞表面，介导细胞间的相互作用。亚单位的整合素主要存在于各种白细胞表面，介导细胞间的相互作用。33亚单位的整合素主要存在于血小板表面，介导血小板的聚集，并参与血栓形成。除亚单位的整合素主要存在于血小板表面，介导血小板的聚集，并参与血栓形成。除44可与肌动蛋白及其相关蛋

23、白质结合，可与肌动蛋白及其相关蛋白质结合，6464整合素以层粘连蛋白为配体，参与形成半桥粒。整合素以层粘连蛋白为配体，参与形成半桥粒。第43页/共77页半桥粒处的半桥粒处的64整合素整合素第44页/共77页细胞外基质细胞外基质指细胞质膜外表面覆盖的一层粘多糖物质，实际指细胞表面与质膜中的蛋白或脂类分子共价结合的寡糖链。 不仅对膜蛋白起保护作用,而且在细胞识别中起重要作用。 第45页/共77页第46页/共77页 生物种类 细胞外 结构 结构纤维 水化基质 组分 粘连分子 动物 细 胞植 物细 胞细胞外 基质细胞壁 胶原弹性蛋白 纤维素 蛋白聚糖 半纤维素伸展蛋白 纤粘连蛋白层粘连蛋白 果胶质 第

24、47页/共77页第48页/共77页第49页/共77页第50页/共77页原胶原第51页/共77页三股螺旋结构（a）胶原纤维的分子结构与形成过程）胶原纤维的分子结构与形成过程()；（b）胶原纤维的电镜照片）胶原纤维的电镜照片 第52页/共77页第53页/共77页、胶原的组织胶原组织排布的影响1)胞外基质中的细胞分泌的一些纤维结合胶原。2)分泌胶原的细胞对胶原在胞外基质中排布的影响。第54页/共77页第55页/共77页第56页/共77页第57页/共77页第58页/共77页第59页/共77页第60页/共77页蛋白聚糖的特性与功能显著特点是多态性：不同的核心蛋白, 不同的氨基聚糖；软骨中的蛋白聚糖是最大

25、巨分子之一, 赋予软骨以凝胶样特性和抗变形能力；蛋白聚糖可视为细胞外的激素富集与储存库，可与多种生长因子结合，完成信号的传导。 第61页/共77页蛋白聚糖蛋白聚糖第62页/共77页第63页/共77页、纤粘连蛋白、纤粘连蛋白(fibronectin)纤粘连蛋白是高分子量糖蛋白（220-250KD）纤粘连蛋白分型：血浆纤粘连蛋白是二聚体,由两条相似的A链及 链组成,整个分子呈V形。细胞纤粘连蛋白是多聚体。 纤粘连蛋白不同的亚单位为同一基因的表达产 物, 每个亚单位由数个结构域构成，RGD三肽 序列是为细胞识别的最小结构单位纤粘连蛋白的膜蛋白受体为整合素家族成员之 一,在其细胞外功能区有与RGD高亲

26、和性结合部位第64页/共77页纤粘连蛋白的主要功能：介导细胞粘着，进而调节细胞的形状和细胞骨架的组织,促进细胞铺展；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；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；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。第65页/共77页细胞纤粘连蛋白是多聚体第66页/共77页整合素第67页/共77页层粘连蛋白层粘连蛋白(laminin) 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组分之一；层粘连蛋白在胚胎发育及组织分化中具有重要作用；层粘连蛋白也与肿瘤细胞的转移有关。第68页/共77页层粘连蛋白的结构由一条重链和两条轻链构成细胞通过层粘连蛋白锚定于基膜上；层粘连蛋白中至