细胞连接与细胞粘附【高级课件】

1、第十章 细胞连接与细胞黏附,Cell Junction and Cell Adhesion,1,精制课件,细胞连接（cell junction）与细胞黏附 （cell adhesion）是细胞间结构和功能联系的基本形式。,概述,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,2,精制课件,细胞连接：细胞表面与其他细胞或细胞外基质结合的特化区 称为细胞连接(cell junction)。 分布：人和动物体内除结缔组织和血液外的各种组织。 功能：加强细胞间的机械联系和维持组织结构的完整性、协 调性。 细胞黏附：在细胞识别的基础上，同类细胞发生聚集形成细胞

2、团或组织的过程称为细胞黏附（cell adhesion）。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,3,精制课件,第一节 细胞连接,一、紧密连接（tight junction） 二、锚定连接（anchoring junction） 三、通讯连接（communicating junction）,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,4,精制课件,细胞连接、细胞黏附和细胞外基质,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,5,精制课件,一、紧密连

3、接,1. 分布：广泛分布于各种上皮细胞，如消化道上皮细胞、膀胱上皮细胞、脑毛细血管内皮细胞等，环绕每个上皮细胞的顶部。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,2. 电镜下结构 紧密连接处，两个相邻细胞质膜以断续的点连在一起。 特殊的跨膜蛋白排列形成蛋白质颗粒条索，交错成网状，将细胞间隙封闭起来。,6,精制课件,小肠上皮细胞紧密连接电镜照片 A. 冰冻断裂复型电镜照片显示细胞微绒毛和细胞紧密连接区 B. 扫描电镜照片显示蛋白质颗粒条索,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,7,精制课件,3

4、. 分子组成： 密封蛋白（claudin） 闭合蛋白（occludin） PDZ蛋白、ZO家族等：,4次穿膜的膜整合蛋白，C-末端和N-末端均伸向细胞质，对紧密连接的形成和功能起重要作用。,胞质外周蛋白 , 起连接和调节作用。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,紧密连接模式图 A.相邻质膜上蛋白颗粒连成的封闭索 B.紧密连接中的两种穿膜蛋白,8,精制课件,9,精制课件,4. 紧密连接的主要功能,（1）封闭上皮细胞的间隙，形成一道与外界隔离的封闭带，保证组织内环境的稳定。 防止细胞外物质无选择地通过细胞间隙进入组织； 防止组织中的物质回流

5、入腔中。 （2）形成上皮细胞膜蛋白与膜脂分子侧向扩散的屏障，从而维持上皮细胞的极性。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,10,精制课件,小肠上皮细胞转运葡萄糖入血示意图,小肠上皮细胞顶端质膜中的Na+/葡萄糖协同运输蛋白，运输2个Na+的同时转运1个葡萄糖分子，使胞质内产生高葡萄糖浓度；质膜基底面和侧面的葡萄糖易化扩散运输蛋白，转运葡萄糖离开细胞，形成葡萄糖的定向转运。Na+-K+泵将回流到细胞质中的Na+转运出细胞，维持Na+穿膜浓度梯度。,Cell Membrane and Membrane Transport,第四章 细胞膜与物质

6、的穿膜运输,11,精制课件,二、锚定连接,锚定连接：是一类由细胞骨架纤维参与，存在于细胞之间或细胞与细胞外基质之间的连接结构 。 分布：广泛分布于各种组织，特别是在上皮、心肌和子宫颈等需要承受机械力的组织中尤为丰富。 功能：形成能够抵抗机械张力的牢固黏合，参与组织器官形态和功能的维持、细胞的迁移运动以及发育和分化等多种过程。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,12,精制课件,锚定连接由两大类蛋白构成： 细胞内锚定蛋白（intracellular anchor protein ） 一端将特定的细胞骨架成分同连接复合体连接； 另一端与穿膜黏

7、着蛋白相连。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,穿膜黏着蛋白（transmembrane adhesion protein ）：是一类细胞粘附分子。 胞内区：与细胞内锚定蛋白相连； 胞外区：与相邻细胞特异的穿膜黏着蛋白或细胞外基质蛋白相连。,13,精制课件,锚定连接的两类蛋白,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,14,精制课件,（一） 黏着连接 （adhering junction） ：与肌动蛋白丝相连的锚定连接。 黏着带（adhesion belt ）：细胞与细胞之间的黏着 连接

8、。 黏着斑（focal adhesion ） ：细胞与细胞外基质间 的黏着连接。,Cell Junction and Cell Adhesion,分类：,第十章 细胞连接与细胞黏附,（二） 桥粒连接（desmosome junction） ：与中间纤维相连的锚定连接。 桥粒（desmosome）：细胞与细胞之间的连接。 半桥粒（hemidesmosome）：细胞与细胞外基质间 的连接。,15,精制课件,(一)黏着连接是由肌动蛋白丝参与的锚定连接,黏着带 存在部位：位于上皮细胞紧密连接的下方，是相邻细胞之间形成的一个连续的带状结构。 分子组成： 穿膜黏着蛋白 钙黏着蛋白 (cadherin)，属

9、于Ca2+依赖性细胞黏附分子。 胞内区：通过细胞内锚定蛋白与肌动蛋白丝相连； 胞外区：与相邻细胞的钙黏着蛋白胞外部分结合。 锚定蛋白：、联蛋白、黏着斑蛋白、斑珠蛋白、和-辅肌动蛋白。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,16,精制课件,小肠上皮细胞之间黏着带结构示意图 A. 黏着带示意图 B. 黏着带组成结构模式图,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,17,精制课件,18,精制课件,黏着带功能： 使相邻细胞的微丝束通过细胞内锚定蛋白和穿膜黏 着蛋白连成广泛的穿膜网，使组织连为一个坚固

10、的 整体； 微丝束具有收缩功能，可以使上皮细胞内陷形成管 状或泡状原基，从而在胚胎发育形态发生中起重要 作用。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,19,精制课件,2. 黏着斑,存在部位：位于上皮细胞基底部，是细胞通过局部黏附与细胞外基质之间形成的黏着连接。 分子组成： 穿膜黏着蛋白 :膜整联蛋白(integrin) （多数为51） 胞外区：与细胞外基质成分相连； 胞内区：通过锚定蛋白与肌动蛋白丝相连。 锚定蛋白：踝蛋白(talin)、-辅肌动蛋白、细丝蛋白(filamin)和纽蛋白等。,Cell Junction and Cell Ad

11、hesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,20,精制课件,黏着斑的结构与功能,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,21,精制课件,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,黏着斑的功能： 介导细胞与细胞外基质的黏着； 参与细胞的迁移； 参与细胞信号转导。,22,精制课件,1.桥粒 存在部位：位于上皮细胞黏着带的下方，是相邻细胞间的一种斑点状的锚定连接结构。 分子组成： 细胞内锚定蛋白：构成桥粒斑，是中间纤维附着 的部位。 桥粒斑珠蛋白； 桥粒斑蛋白。,(二)桥粒连接是由中间纤维参与的锚定连

12、接,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,23,精制课件, 穿膜黏着蛋白 钙黏着蛋白家族。 桥粒黏蛋白； 桥粒胶蛋白。 胞内部分：与细胞内锚定蛋白构成的桥粒斑相连。 胞外部分：与相邻细胞的穿膜黏着蛋白相连，通过依赖Ca2+的黏附机制将两个相邻细胞连接在一起。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,24,精制课件,桥粒的结构 A.桥粒的电镜照片 B.桥粒结构模式图,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,25,精制课件,桥粒,26,精制课

13、件,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,桥粒的功能：相邻细胞中的中间纤维通过细胞桥粒斑和穿膜黏着蛋白构成了贯穿整个组织的整体网架，增强了组织抵抗外界压力与张力的机械强度。,27,精制课件,上皮细胞与基底膜之间的连接结构 ，因其结构仅为桥粒的一半而得名。形态上与桥粒类似，但功能与化学组成不同。 功能：把上皮细胞与其下方的基底膜连接在一起，防止机械力造成的上皮与其下方的组织剥离。,2.半桥粒,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,28,精制课件,化学组成： 锚定蛋白网蛋白(plectin）

14、，构成胞质斑，可与细胞内的中间纤维相连。 穿膜黏着蛋白 ：整联蛋白（64） ，穿膜蛋白BP180可与基底膜中层黏连蛋白（锚定纤维）发生黏附性结合，从而将细胞与基膜牢固地铆在一起。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,29,精制课件,半桥粒结构 A.半桥粒结构照片 B.半桥粒结构模式图,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,30,精制课件,、 联蛋白 黏着斑蛋白,网蛋白,桥粒斑珠蛋白 桥粒斑蛋白,胞内锚定蛋白,肌动蛋白丝,中间纤维,胞内连接成分,整联蛋白,E-钙粘素,整联蛋白,钙粘素,穿

15、膜黏着蛋白,细胞与胞外基质之间,细胞之间,细胞与基膜之间,细胞之间,连接类型,黏着斑,黏着带,半桥粒,桥粒,方式 成分,锚定连接各类型的比较,踝蛋白 纽蛋白,31,精制课件,三、通讯连接 生物体大多数组织相邻细胞膜上存在特殊的连接通道，以实现细胞间电信号和化学信号的通讯联系，从而完成群体细胞间的合作协调，这种连接形式称为通讯连接(communicating junction)。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,32,精制课件,(一)间隙连接是动物组织中普遍存在的一种细胞连接方式,电镜下结构：间隙连接部位相邻细胞膜之间有23nm的缝隙，

16、因而间隙连接又称缝隙连接。,Cell Junction and Cell Adhesion,三、通讯连接,第十章 细胞连接与细胞黏附,基本结构单位连接子(connexon)。 由6个相同或相似的穿膜连接蛋白 连接子蛋白环绕而成，中央形成1.52nm的亲水性通道。 相邻质膜上的两个连接子相对接而连在一起，通过中央通道使相邻细胞质连通。,33,精制课件,间隙连接的结构 A. 质膜横切面显示间隙连接 B. 质膜冷冻蚀刻显示间隙连接成片分布区域 C.间隙连接三维结构示意图 D. 连接子蛋白与连接子,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,34,精制课

17、件,间隙连接的功能：加强相邻细胞的连接，介导细胞 间通讯。 细胞通讯是指一个细胞的信息通过化学递质或电信 号传递给另一个细胞，协调相邻细胞间的功能活动。 间隙连接的通讯方式：代谢耦联和电耦联。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,35,精制课件,代谢耦联（metabolic coupling）：是指分子量小于1 kD的代谢物和信号分子（如无机离子、单糖、氨基酸、核苷酸、维生素、cAMP和IP3等） ，在相邻细胞间通过间隙连接的传递。这种功能在胚胎发育早期特别重要。 电耦联（electric coupling）：也称离子耦联，其连接子是一种

18、离子通道，带电的离子能通过间隙连接到达相邻细胞。在兴奋性组织的细胞之间，均广泛存在电耦联现象。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,36,精制课件,分子量小于1000-1500Da的物质可以自由通过,间隙连接,37,精制课件,（二）突触也是一种细胞通讯连接方式,突触：神经元之间或神经元与效应细胞（如肌细胞）之间通过突触（synapse）完成神经冲动的传递。 电突触（electronic synapse）细胞间形成间隙连接，电冲动可直接通过间隙连接从突触前向突触后传导，突触速度快而准确。 化学突触（chemical synapse）突触前和

19、突触后细胞膜之间存在20nm宽的间隙，神经冲动通过神经递质小泡释放神经 递质作用于突触后细胞，引起新的神经冲动。有一个“电信号-化学信号-电信号”的转换过程，是一种间接而慢速的信息传递形式。,Cell Junction and Cell Adhesion,三、通讯连接,第十章 细胞连接与细胞黏附,38,精制课件,电突触结构示意图 A.电突触结构示意图 B. 电突触的间隙连接示意图,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,39,精制课件,化学突触,40,精制课件,细胞连接的类型,Cell Junction and Cell Adhesion,第

20、十章 细胞连接与细胞黏附,41,精制课件,小结：细胞连接,封闭连接,锚定连接,通讯连接,紧密连接,黏着连接,桥粒连接,间隙连接,突触,黏合带,黏着斑,桥粒,半桥粒,功能,细胞-细胞,细胞-细胞外基质,结构,42,精制课件,43,精制课件,44,精制课件,第二节 细胞黏附,一、钙黏着蛋白 二、选择素 三、免疫球蛋白超家族 四、整联蛋白家族,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,45,精制课件,1.细胞黏附分子 （cell adhesion molecule，CAM） 一类广泛存在于细胞膜上的穿膜糖蛋白，是介导细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之

21、间相互结合并起黏附作用的一类细胞表面分子。 根据其分子结构与功能特性，分为四大类：,钙黏着蛋白 （cadherin） 选择素（selectin） 免疫球蛋白超家族( Ig-superfamily, IgSF) 整联蛋白家族 （integrin family）,细胞黏附分子概述,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,46,精制课件,细胞表面主要黏附分子家族,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,47,精制课件,2.细胞黏附分子的组成,较长的胞外区：肽链的N端部分，带有糖链，是与配体识别的部

22、位 ； 跨膜区：多为一次穿膜的疏水区； 较小的胞质区：肽链的C端部分，可与质膜下的细胞骨架成分或与胞内的信号转导蛋白结合。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,48,精制课件,同亲型结合（homophilic binding）：相邻细胞表面的同种黏附分子间的相互识别与黏附，如钙黏着蛋白； 异亲型结合（heterophilic binding）：两相邻细胞表面的不同种黏附分子间的相互识别与黏附，如选择素和整联蛋白； 连接分子依赖性结合（linker-dependent binding）：即相邻细胞黏附分子通过连接分子中介才能相互识别与黏附。

23、,3.细胞黏附分子介导细胞识别与黏附的方式：,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,49,精制课件,细胞间黏附的三种方式（引自Alberts 等，2002）,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,50,精制课件,钙黏着蛋白家族部分成员,一、钙黏着蛋白家族,钙黏着蛋白是一类依赖于Ca2+的同亲型细胞黏附分子。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,51,精制课件,1. 钙黏着蛋白分子结构,单次穿膜糖蛋白，由700750个氨基酸残基组成。

24、 在质膜中常以同源二聚体的形式存在。 钙黏着蛋白分子结构同源性很高。 胞外区约由110个氨基酸残基组成，常折叠成5个重复结构域，可结合Ca2+，赋予钙黏着蛋白分子刚性和强度。 Ca2+结合越多，钙黏着蛋白刚性越强。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,52,精制课件,钙黏着蛋白的结构与功能 A. 一个经典钙黏着蛋白 B. 一个钙黏着蛋白重复子的三维结构 C. Ca2+对钙黏着蛋白的影响,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,53,精制课件, 介导细胞与细胞之间的同亲性细胞黏附,在胚胎和

25、成人组织中，同类细胞需要具备自我标识与彼此黏附的特性。,2.钙黏着蛋白的功能,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附, 在个体发育过程中影响细胞的分化，参与组织器官 的形成,通过调控钙黏着蛋白表达的种类与数量而决定胚胎细胞间的相互 作用，影响细胞的分化。 上皮-间质转型（epithelial-mesenchymal transition,EMT）：, 参与细胞之间稳定的特化连接结构的形成。,如参与形成黏着带等。,54,精制课件,钙黏着蛋白通过附着蛋白与微丝结合,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与

26、细胞黏附,55,精制课件,二、选择素,选择素是一类依赖于Ca2+的异亲型细胞粘附分子，能特异性地识别其他细胞表面寡糖链中的特定糖基。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,56,精制课件,1.选择素的分子结构,单次穿膜糖蛋白； 胞外区由三个独立的结构域组成： N-末端凝集素样结构域：识别特异糖基，参与细胞之间选择性黏附的重要活性部位 表皮生长因子(EGF)样结构域 补体调节蛋白（CCP）结构域,具有加强分子间黏附以及参与补体系统调节等作用。,胞内区可通过锚定蛋白与细胞内微丝结合。,Cell Junction and Cell Adhesio

27、n,二、选择素,第十章 细胞连接与细胞黏附,57,精制课件,三种已知选择素的结构示意图 A. 三种选择素的结构 B. 这三种选择素都能够识别糖蛋白寡糖链末端的糖基配体并与之结合 C. 糖基配体的详细结构,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,58,精制课件,参与白细胞与血管内皮细胞或血小板的识别与黏着，帮助白细胞从血液进入炎症部位。,2.选择素的功能,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,选择素及整联蛋白介导白细胞迁移,59,精制课件,三、免疫球蛋白超家族,免疫球蛋白超家族（immuno

28、globin-superfamily, Ig-SF）：是一类分子结构中含有类似免疫球蛋白结构域、不依赖Ca2+的细胞粘附分子。 结构：胞外区由一个或多个免疫球蛋白(Ig)样结构域组成。每一个Ig结构域都是由90110个氨基酸残基形成的紧密折叠结构，其间有二硫键相连接。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,60,精制课件,黏附方式：Ig-SF成员复杂，包括多个黏附分子家族。 同亲型细胞黏着：神经细胞黏附分子（neural cell adhesion molecule，N-CAM）及血小板-内皮细胞黏附分子（PE-CAM）； 异亲型细胞黏着：

29、细胞间黏附分子（I-CAM）及血管细胞黏附分子（V-CAM）等。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,大多数Ig-SF黏附分子介导淋巴细胞和免疫应答所需要的细胞（巨噬细胞、其他淋巴细胞和靶细胞）之间的特异的相互作用；但一些Ig-SF成员，如N-CAM介导非免疫细胞的黏着。,61,精制课件, 神经细胞黏附分子(N-CAM) 胞外区有5个免疫球蛋白样的结构域； 通过同亲型黏着机制与相邻细胞同类分子结合黏附在一起； 与神经系统的发育、轴突的生长和再生以及突触的形成密切相关。,1.Ig-SF黏附分子的功能,Cell Junction and Ce

30、ll Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,62,精制课件,神经细胞黏附分子的结构 A.4种神经细胞黏附分子免疫球蛋白样结构域 ，每个结构域在环末端形成二硫键 B.同亲型结合模型,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附,63,精制课件, 血管细胞黏附分子（V-CAM） 通过异亲型细胞黏附机制参与细胞黏附。 与白细胞表面的41整联蛋白相结合，使白细胞沿内皮滚动并固着于炎症部位的血管内皮，发生铺展，进而分泌水解酶而穿过血管壁。,Cell Junction and Cell Adhesion,第十章 细胞连接与细胞黏附, 细胞间黏附分子（I-CAM）：有多种类型 I-CAM在淋巴系统抗原识别、细胞毒T细胞功能发挥以及淋巴细胞的募集方面起重要作用； 内皮细胞I-CAM可通过与白细胞表面的整联蛋白分子结合，在炎症反应中发挥作用。,64,精制课件,四、整联蛋白家族,整联蛋白是一类普遍存在于脊椎动物细胞表面，依赖于Ca2+或Mg2+的异亲型细胞黏附