第四章細(xì)胞質(zhì)膜和細(xì)胞表面

1、第四章 細(xì)胞質(zhì)膜與細(xì)胞表面,?細(xì)胞質(zhì)膜與細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)?細(xì)胞連接?細(xì)胞外被與細(xì)胞外基質(zhì),細(xì)胞膜(cell membrane)又稱(chēng)質(zhì)膜（plasma membrane），是指圍繞在細(xì)胞最外層，由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成的生物膜。細(xì)胞膜只是真核細(xì)胞生物膜的一部分，真核細(xì)胞的生物膜（biomembrane）包括細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)（細(xì)胞器膜和核膜）和細(xì)胞膜（cell membrane）。,第一節(jié) 細(xì)胞膜與細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu),? 細(xì)胞膜的化學(xué)組

2、成? 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型及特點(diǎn)? 骨架與細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu),細(xì)胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成。一、膜脂膜脂主要包括磷脂、糖脂和膽固醇三種類(lèi)型。（一）磷脂 是構(gòu)成膜脂的基本成分，約占整個(gè)膜脂的50％以上。磷脂為雙型性分子（amphipathic molecules）或雙親媒性分子或兼性分子。,,細(xì)胞膜的化學(xué)組成,,親水的頭部,疏水尾部,,心磷脂,磷脂分子的結(jié)構(gòu)特征： a. 一般有一個(gè)極性頭（磷酸和堿基）和兩

3、 個(gè)非極性的尾（脂肪酸鏈）； b. 脂肪酸碳鏈為偶數(shù)； c. 含有飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸。 類(lèi)型：分為甘油磷脂和鞘磷脂。,（二） 糖脂存在于原核和真核細(xì)胞的質(zhì)膜上，其含量約占膜脂總量的5％以下，在神經(jīng)細(xì)胞膜上糖脂含量較高，約占5-10％。糖脂也是兩性分子，結(jié)構(gòu)與磷脂相似，由一個(gè)或多個(gè)糖殘基代替磷脂酰膽堿而與鞘氨醇的羥基結(jié)合。,最簡(jiǎn)單的糖脂是半乳糖腦苷脂，它只有一個(gè)半乳糖殘基作為極性頭部；

4、變化最多、最復(fù)雜的糖脂是神經(jīng)節(jié)苷脂。兒童所患的家族性白癡病（Tay-sachs disease）和神經(jīng)節(jié)苷脂有關(guān)。神經(jīng)節(jié)苷脂本身還是一類(lèi)膜上的受體，破傷風(fēng)毒素、霍亂毒素、干擾素等的受體就是不同的神經(jīng)節(jié)苷脂。,,1. 半乳糖腦苷脂，2. GM1神經(jīng)節(jié)苷脂，3. 唾液酸,（三）膽固醇只存在于真核細(xì)胞膜上，含量一般不超過(guò)膜脂的1/3，植物細(xì)胞膜中含量較少。它是一種雙性分子。功能是提高脂雙層的力學(xué)穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)脂雙層流動(dòng)性，降低水溶性物質(zhì)的通透

5、性。,,,（四）脂質(zhì)體脂質(zhì)體（liposome）是根據(jù)磷脂分子在水相中形成穩(wěn)定的脂雙層膜的趨勢(shì)而 將少量的磷脂放在水溶液中,它能夠自我裝配成脂雙層的球狀結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為脂質(zhì)體，所以脂質(zhì)體是人工制備的連續(xù)脂雙層的球形脂質(zhì)小囊。脂質(zhì)體可作為生物膜的研究模型，并可作為生物大分子(DNA分子)和藥物的運(yùn)載體，因此脂質(zhì)體是研究膜脂與膜蛋白及其生物學(xué)性質(zhì)的極好材料。在構(gòu)建導(dǎo)彈人工脂質(zhì)體時(shí),不僅要將被運(yùn)載的分子或藥物包入脂質(zhì)體的內(nèi)部水相,同時(shí)要在

6、脂質(zhì)體的膜上做些修飾,如插入抗體便于脂質(zhì)體進(jìn)入機(jī)體后尋靶。,,膜脂的功能： 1）支撐，膜脂是細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的骨架； 2）維持構(gòu)象并為膜蛋白行使功能提供環(huán)境； 3）是部分酶行駛功能所必需的。,二、 膜蛋白膜蛋白是膜功能的主要體現(xiàn)者。核基因組編碼的蛋白質(zhì)中30%左右的為膜蛋白。根據(jù)與膜脂的結(jié)合方式以及在膜中的位置的不同，膜蛋白分為內(nèi)在（integral protein）、外周蛋白（peripheral

7、 protein）和脂錨定蛋白（lipid-anchored protein）。,,蛋白與膜的結(jié)合方式①、②整合蛋白；③、④脂錨定蛋白；⑤、⑥外周蛋白,（一）內(nèi)在蛋白（integral proteins） 內(nèi)在蛋白又稱(chēng)為整合蛋白，以不同程度嵌入脂雙層的內(nèi)部，有的為全跨膜蛋白（tansmembrane proteins）。膜蛋白為兩性分子。它與膜結(jié)合非常緊密，只有用去垢劑（detergent）才能從膜上洗滌下來(lái)，常用SDS和Tr

8、iton-X100。 內(nèi)在蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域形成親水通道有兩種形式，一是由多個(gè)α螺旋組成親水通道；二是由β折疊組成親水通道。,內(nèi)在蛋白與脂膜的結(jié)合方式：膜蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域與脂雙層分子的疏水核心的相互作用。? 跨膜結(jié)構(gòu)域兩端帶正電荷的aa殘基與磷脂分子帶負(fù)電的極 性頭形成離子鍵，或帶負(fù)電的氨基酸殘基通過(guò)Ca2+、Mg2+等 陽(yáng)離子與帶負(fù)電的磷脂極性頭相互作用。? 膜蛋白在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)的半胱氨酸殘基上共價(jià)結(jié)合脂肪

9、酸分子,插入脂雙層之間, 還有少數(shù)蛋白與糖脂共價(jià)結(jié)合。,（二）外周蛋白（peripheral protein）外周蛋白又稱(chēng)為外在蛋白（extrinsic protein），為水溶性的，分布在細(xì)胞膜的表面，靠離子鍵或其它較弱的鍵與膜表面的蛋白質(zhì)分子或脂分子的親水部分結(jié)合，因此只要改變?nèi)芤旱碾x子強(qiáng)度甚至提高溫度就可以從膜上分離下來(lái)。,,（三）脂錨定蛋白（lipid-anchored protein） 脂錨定蛋白通過(guò)磷脂或脂肪酸

10、錨定，共價(jià)結(jié)合。分兩類(lèi)，一類(lèi)是糖磷脂酰肌醇(GPI)連接的蛋白，GPI位于細(xì)胞膜的外小葉，用磷脂酶C處理能釋放出結(jié)合的蛋白。許多細(xì)胞表面的受體、酶、細(xì)胞粘附分子和引起羊瘙癢病的PrPC就是這類(lèi)蛋白。另一類(lèi)脂錨定蛋白與插入質(zhì)膜內(nèi)小葉的長(zhǎng)碳?xì)滏溄Y(jié)合。附注:朊病毒蛋白(prionprotein,prp)是由一種分子量為33—35kD的正常細(xì)胞蛋白PrPc或PrPc33—35發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)變形成的,細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型及特點(diǎn),一、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的研究歷史

11、,1.   E. Overton 1895 推測(cè)細(xì)胞膜由連續(xù)的脂類(lèi)物質(zhì)組成。,疏水(hydrophobic),2.   E. Gorter & F. Grendel 1925 推測(cè)細(xì)胞膜由雙 層脂分子組成。,3.   J. Danielli & H. Davson 1935 提出了”蛋白質(zhì)-脂類(lèi)-蛋白 質(zhì)”的三明治模型。認(rèn)為質(zhì)膜由雙層脂

12、類(lèi)分子及其內(nèi)外表 面附著的蛋白質(zhì)構(gòu)成的。1959年提出了修正模型，認(rèn)為膜 上還具有貫穿脂雙層的蛋白質(zhì)通道，供親水物質(zhì)通過(guò)。,,4.   J. D. Robertson 1959 用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)，厚約7.5nm。這就是所謂的“單位膜”模型。它由厚約3.5nm的雙層脂分子和內(nèi)外表面各厚約2nm的蛋白質(zhì)構(gòu)成。,5.   S.

13、J. Singer & G. Nicolson 1972　根據(jù)免疫熒光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果，在”單位膜”模型的基礎(chǔ)上提出”流動(dòng)鑲嵌模型”。,二、質(zhì)膜的流動(dòng)鑲嵌模型的特點(diǎn),,組成成分：主要組成成分為脂類(lèi)和蛋白質(zhì)，還含有少量的糖類(lèi)。不對(duì)稱(chēng)性：蛋白質(zhì)或嵌在脂雙層表面，或嵌在其內(nèi)部，或橫跨 整個(gè)脂雙層，表現(xiàn)出分布的不對(duì)稱(chēng)性。流動(dòng)性：膜蛋白和膜脂可作各向運(yùn)動(dòng)。,,膜脂的分子運(yùn)動(dòng)

14、,1 側(cè)向擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 2 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 3 擺動(dòng)運(yùn)動(dòng) 4 伸縮震蕩運(yùn)動(dòng)5 翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 6 旋轉(zhuǎn)異構(gòu)化運(yùn)動(dòng),2. 影響膜流動(dòng)的因素,主要有側(cè)向擴(kuò)散和旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散兩種運(yùn)動(dòng)方式。旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散指膜蛋白圍繞與膜平面垂直的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。膜蛋白的側(cè)向運(yùn)動(dòng)受細(xì)胞骨架的限制，破壞微絲的藥物如細(xì)胞松弛素B能促進(jìn)膜蛋白的側(cè)向運(yùn)動(dòng)?？捎脽晒鈽?biāo)記技術(shù)和光脫色恢復(fù)技術(shù)檢測(cè)膜蛋白的流動(dòng)性。,3．膜蛋白的流動(dòng),細(xì)胞融合技術(shù)觀(guān)察蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng),光脫色恢復(fù)技術(shù)（FRAP）,質(zhì)膜的流動(dòng)性

15、是保證其正常功能的必要條件。例如跨膜物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞信息傳遞、細(xì)胞識(shí)別、細(xì)胞免疫、細(xì)胞分化以及激素的作用等等都與膜的流動(dòng)性密切相關(guān)。當(dāng)膜的流動(dòng)性低于一定的閾值時(shí)，許多酶的活動(dòng)和跨膜運(yùn)輸將停止，反之如果流動(dòng)性過(guò)高，又會(huì)造成膜的溶解。,4．膜流動(dòng)性的意義,（三）、細(xì)胞膜的功能,? 為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境;? 選擇性的物質(zhì)運(yùn)輸,包括代謝底物的輸入與代謝 產(chǎn)物的排除,其中伴隨著能量的傳遞;? 提供細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn),并完成細(xì)胞

16、內(nèi)外信息跨膜傳遞;? 為多種酶提供結(jié)合位點(diǎn),使酶促反應(yīng)高效而有序地進(jìn)行;? 介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)之間的連接;? 質(zhì)膜參與形成具有不同功能的細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)。,細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)是為適應(yīng)某種環(huán)境而形成的特殊表面結(jié)構(gòu)，如：膜骨架、鞭毛和纖毛、微絨毛及細(xì)胞的變形足等，分別與細(xì)胞形態(tài)的維持、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞的物質(zhì)交換等功能有關(guān)。,七、骨架與細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu),膜骨架指細(xì)胞膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)( meshwo

17、rk)，它參與維持質(zhì)膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能。它的特點(diǎn)是粘質(zhì)性高，有較強(qiáng)的抗拉能力。,（一）膜骨架,,（二）紅細(xì)胞的生物學(xué)特性,哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞沒(méi)有細(xì)胞核和內(nèi)膜系統(tǒng)，細(xì)胞膜既有良好的彈性又有較高的強(qiáng)度，并且細(xì)胞膜和膜骨架的蛋白比較容易純化、分析。紅細(xì)胞經(jīng)過(guò)低滲處理，質(zhì)膜破裂，內(nèi)容物釋放，留下一個(gè)保持原形的殼，稱(chēng)為血影。因此，是研究膜骨架的理想材料。,,（三）紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架,,1.血影蛋白又稱(chēng)收縮蛋白 (spectr

18、in)，是紅細(xì)胞膜骨架的主要成份,但不是紅細(xì)胞膜蛋白的成份,約占膜提取蛋白的30%。血影蛋白屬紅細(xì)胞的膜下蛋白，這種蛋白是一種長(zhǎng)的、可伸縮的纖維狀蛋白,長(zhǎng)約100 nm,由兩條相似的亞基∶β亞基(相對(duì)分子質(zhì)量220kDa)和α亞基(相對(duì)分子質(zhì)量200kDa)構(gòu)成。兩個(gè)亞基鏈呈現(xiàn)反向平行排列, 扭曲成麻花狀，形成異二聚體, 兩個(gè)異二聚體頭-頭連接成200nm長(zhǎng)的四聚體。5個(gè)或6個(gè)四聚體的尾端一起連接于短的肌動(dòng)蛋白纖維并通過(guò)非共價(jià)鍵與外帶4

19、.1蛋白結(jié)合,而帶4.1 蛋白又通過(guò)非共價(jià)鍵與跨膜蛋白帶3蛋白的細(xì)胞質(zhì)面結(jié)合, 形成“連接復(fù)合物”。這些血影蛋白在整個(gè)細(xì)胞膜的細(xì)胞質(zhì)面下面形成可變形的網(wǎng)架結(jié)構(gòu),以維持紅細(xì)胞的雙凹圓盤(pán)形狀。2.錨蛋白(ankyrin) :又稱(chēng)2.1蛋白。錨定蛋白是一種比較大的細(xì)胞內(nèi)連接蛋白, 每個(gè)紅細(xì)胞約含10萬(wàn)個(gè)錨定蛋白，相對(duì)分子質(zhì)量為215,000。錨定蛋白一方面與血影蛋白相連, 另一方面與跨膜的帶3蛋白的細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域部分相連, 這樣，錨定蛋白借助

20、于帶3蛋白將血影蛋白連接到細(xì)胞膜上，也就將骨架固定到質(zhì)膜上。它屬于聯(lián)結(jié)蛋白家族,廣泛存在于各種組織細(xì)胞中.錨蛋白連接整合膜蛋白到細(xì)胞骨架蛋白網(wǎng)絡(luò),在多種細(xì)胞功能活動(dòng)中起關(guān)鍵作用,參與機(jī)體生長(zhǎng)、發(fā)育、細(xì)胞內(nèi)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞極性的建立和維持、細(xì)胞黏附、信號(hào)傳導(dǎo)以及mRNA轉(zhuǎn)錄等.,3.帶3(Band3)蛋白:與血型糖蛋白一樣都是紅細(xì)胞的膜蛋白,因其在PAGE電泳分部時(shí)位于第三條帶而得名。帶3蛋白在紅細(xì)胞膜中含量很高，約為紅細(xì)胞膜蛋白的25%。

21、由于帶3蛋白具有陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)功能，所以帶3蛋白又被稱(chēng)為“陰離子通道”。帶3蛋白是由兩個(gè)相同的亞基組成的二聚體, 每條亞基含929個(gè)氨基酸,它是一種糖蛋白，在質(zhì)膜中穿越12～14次,因此,是一種多次跨膜蛋白。4.帶4.1蛋白(band 4.1 protein)是由兩個(gè)亞基組成的球形蛋白，它在膜骨架中的作用是通過(guò)同血影蛋白結(jié)合，促使血影蛋白同肌動(dòng)蛋白結(jié)合。帶4.1蛋白本身不同肌動(dòng)蛋白相連，因?yàn)樗鼪](méi)有與肌動(dòng)蛋白連接的位點(diǎn)。,5.血型糖蛋白(

22、glycophorin ) 血型糖蛋白又稱(chēng)涎糖蛋白(sialo glycoprotein),因它富含唾液酸。血型糖蛋白是第一個(gè)被測(cè)定氨基酸序列的蛋白質(zhì),有幾種類(lèi)型，包括A、B、C、D。血型糖蛋白B、C、D在紅細(xì)胞膜中濃度較低。血型糖蛋白A是一種單次跨膜糖蛋白, 由131個(gè)氨基酸組成, 其親水的氨基端露在膜的外側(cè), 結(jié)合16個(gè)低聚糖側(cè)鏈。血型糖蛋白的基本功能可能是在它的唾液酸中含有大量負(fù)電荷,防止了紅細(xì)胞在循環(huán)過(guò)程中經(jīng)過(guò)狹小血管時(shí)相互聚

23、集沉積在血管中。,膜骨架蛋白主要成分包括：血影蛋白、肌動(dòng)蛋白、錨蛋白和 帶4.1蛋白等。,,,,第二節(jié) 細(xì)胞連接(cell junction),概念：是指細(xì)胞間或細(xì)胞與細(xì)胞基質(zhì)之間的聯(lián)系結(jié)構(gòu)。,類(lèi)型：根據(jù)行使功能的不同進(jìn)行分類(lèi)：,,封閉連接（occluding junctions）錨定連接（anchoring junctions）通訊連接（communicating junctions）,一、封閉連接（occluding

24、junctions）,封閉連接將相鄰的質(zhì)膜緊密連接在一起阻止溶液中的分子沿細(xì)胞間隙滲入體內(nèi)。,（一）緊密連接（tight junction）,又稱(chēng)封閉小帶（zonula occludens），是封閉連接的主要形式，存在于脊椎動(dòng)物的上皮細(xì)胞。連接區(qū)域由蛋白質(zhì)形成的嵴線(xiàn)，嵴線(xiàn)主要由兩種跨膜蛋白claudin和occludin和外周蛋白ZO組成。緊密連接具有封閉（阻止可溶性物質(zhì)的散）、隔離（將上表皮細(xì)胞的游離端與基底面細(xì)胞膜上的膜蛋白相互隔

25、離）和支持功能。,,緊密連接模式圖,緊密連接的焊接線(xiàn)由跨膜細(xì)胞粘附分子構(gòu)成，主要的跨膜蛋白為claudin和occludin，另外還有膜的外周蛋白ZO。緊密連接的主要作用是封閉相鄰細(xì)胞間的接縫，防止溶液中的分子沿細(xì)胞間隙滲入體內(nèi)，從而保證了機(jī)體內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定；消化道上皮、膀胱上皮、腦毛細(xì)血管內(nèi)皮以及睪丸支持細(xì)胞之間都存在緊密連接。后二者分別構(gòu)成了腦血屏障和睪血屏障，能保護(hù)這些重要器官和組織免受異物侵害。在各種組織中緊密連接對(duì)一些小分

26、子的密封程度有所不同，例如小腸上皮細(xì)胞的緊密連接對(duì)Na+的滲漏程度比膀胱上皮大1萬(wàn)倍。,,二、錨定連接（anchoring junctions）,錨定連接將相鄰細(xì)胞的骨架系統(tǒng)或?qū)⒓?xì)胞與基質(zhì)相連形成一個(gè)堅(jiān)挺、有序的細(xì)胞群體。,連接蛋白：細(xì)胞內(nèi)附著蛋白（attachment proteins） 跨膜連接的糖蛋白,橋粒（desmosome）是相鄰細(xì)胞間形成的紐扣式結(jié)構(gòu)。通過(guò)質(zhì)膜下的致密斑連接中間纖維，

27、中間為鈣粘素。主要分布在承受拉力的組織中，如皮膚、口腔、試管和心肌中。半橋粒（hemidesmosome）位于上皮細(xì)胞基面與基膜之間，它與橋粒的不同之處在于：①只在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)形成橋粒斑結(jié)構(gòu)，其另一側(cè)為基膜；②穿膜連接蛋白為整合素而不是鈣粘素；③細(xì)胞內(nèi)的附著蛋白為角蛋白。,（二）、橋粒與半橋粒,（一）橋粒與半橋粒橋粒（desmosome）存在于承受強(qiáng)拉力的組織中，如皮膚、口腔、食管等處的復(fù)層鱗狀上皮細(xì)胞之間和心肌中（圖11-7）。相鄰

28、細(xì)胞間形成紐扣狀結(jié)構(gòu)，細(xì)胞膜之間的間隙約30nm，質(zhì)膜下方有細(xì)胞質(zhì)附著蛋白質(zhì)，如片珠蛋白（plakoglobin）、橋粒斑蛋白（desmoplakin）等，形成一厚約15～20nm的致密斑。斑上有中間纖維相連，中間纖維的性質(zhì)因細(xì)胞類(lèi)型而異，如：在上皮細(xì)胞中為角蛋白絲（keratin filaments），在心肌細(xì)胞中則為結(jié)蛋白絲（desmin filaments）。橋粒中間為鈣粘素（desmoglein及desmocollin）。因此相

29、鄰細(xì)胞中的中間纖維通過(guò)細(xì)胞質(zhì)斑和鈣粘素構(gòu)成了穿胞細(xì)胞骨架網(wǎng)絡(luò),,半橋粒（hemidesmosome）在結(jié)構(gòu)上類(lèi)似橋粒，位于上皮細(xì)胞基面與基膜之間（圖11-9），它與橋粒的不同之處在于：①只在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)形成橋粒斑結(jié)構(gòu)，其另一側(cè)為基膜；②穿膜連接蛋白為整合素（integrin）而不是鈣粘素，整合素是細(xì)胞外基質(zhì)的受體蛋白；③細(xì)胞內(nèi)的附著蛋白為角蛋白（keratin）。,（二）粘合帶與粘合斑粘合帶（adhesion belt）呈帶狀環(huán)繞細(xì)胞，一

30、般位于上皮細(xì)胞頂側(cè)面的緊密連接下方 。在粘合帶處相鄰細(xì)胞的間隙約15～20nm。粘合帶處的質(zhì)膜下方有與質(zhì)膜平行排列的肌動(dòng)蛋白束，鈣粘蛋白通過(guò)附著蛋白與肌動(dòng)蛋白束相結(jié)合。于是，相鄰細(xì)胞中的肌動(dòng)蛋白絲束通過(guò)鈣粘蛋白和附著蛋白編織成了一個(gè)廣泛的網(wǎng)絡(luò)，把相鄰細(xì)胞聯(lián)合在一起。,粘合斑（adhesion plaque）位于細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間，通過(guò)整合素（integrin）把細(xì)胞中的肌動(dòng)蛋白束和基質(zhì)連接起來(lái)。連接處的質(zhì)膜呈盤(pán)狀，稱(chēng)為粘合斑。,,左，

31、連接子電鏡照片；右，間隙連接模型,?間隙連接在代謝偶聯(lián)中的作用 ?間隙連接允許小分子代謝物和信號(hào)分子通過(guò), 是細(xì)胞間代謝 偶聯(lián)的基礎(chǔ) ?代謝偶聯(lián)現(xiàn)象在體外培養(yǎng)細(xì)胞中的證實(shí) ?代謝偶聯(lián)作用在協(xié)調(diào)細(xì)胞群體的生物學(xué)功能方面起重要作用.?間隙連接在早期胚胎發(fā)育和細(xì)胞分化過(guò)程中的作用 ?胚胎發(fā)育中細(xì)胞間的偶聯(lián)提供信號(hào)物質(zhì)的通路, 從而為某一 特定細(xì)胞提供它的“位置信息”，并根據(jù)其位置影響其分化

32、。 ?腫瘤細(xì)胞之間間隙的連接明顯減少或消失，間隙聯(lián)接類(lèi)似 “腫瘤抑制因子”。 ?間隙連接在神經(jīng)沖動(dòng)信息傳遞過(guò)程中的作用 ?電突觸(electronic junction) 快速實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間信號(hào)通訊 ?間隙連接調(diào)節(jié)和修飾相互獨(dú)立的神經(jīng)元群的行為,間隙連接的功能及其調(diào)節(jié)機(jī)制,,胞間連絲結(jié)構(gòu)模型,?胞間連絲的功能 ?實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間由信號(hào)介導(dǎo)的物質(zhì)有選擇性的轉(zhuǎn)運(yùn)； ?實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間的電傳導(dǎo)； ?在發(fā)育過(guò)

33、程中，胞間連絲結(jié)構(gòu)的改變可以調(diào)節(jié) 植物細(xì)胞間的物質(zhì)運(yùn)輸。,,化學(xué)突觸的結(jié)構(gòu)（具有小囊泡的一側(cè)為突觸前膜）,,化學(xué)突觸的結(jié)構(gòu)模型,,幾類(lèi)細(xì)胞連接的比較,,細(xì)胞表面的粘附因子,細(xì)胞粘附分子（cell adhesion molecule，CAM）是參與細(xì)胞與細(xì)胞之間及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間相互作用的分子?？纱笾路譃槲孱?lèi)：鈣粘素、選擇素、免疫球蛋白超家族、整合素及透明質(zhì)酸粘素。 細(xì)胞粘附分子都是跨膜糖蛋白，分子結(jié)構(gòu)由三部分組成

34、：①胞外區(qū)，肽鏈的N端部分，帶有糖鏈，負(fù)責(zé)與配體的識(shí)別；②跨膜區(qū)，多為一次跨膜；③胞質(zhì)區(qū)，肽鏈的C端部分，一般較小，或與質(zhì)膜下的骨架成分直接相連，或與胞內(nèi)的化學(xué)信號(hào)分子相連，以活化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。,,細(xì)胞粘附分子的作用方式,鈣粘素的作用：1．介導(dǎo)細(xì)胞連接，在成年脊椎動(dòng)物，E-鈣粘素是保持上皮細(xì)胞相互粘合的主要CAM，是粘合帶的主要構(gòu)成成分。2．參與細(xì)胞分化，鈣粘素對(duì)于胚胎細(xì)胞的早期分化及成體組織的構(gòu)筑有重要作用。在發(fā)育過(guò)程中通過(guò)調(diào)控鈣

35、粘素表達(dá)的種類(lèi)與數(shù)量可決定胚胎細(xì)胞間的相互作用，從而通過(guò)細(xì)胞的微環(huán)境，影響細(xì)胞的分化，參與器官形成過(guò)程。3．抑制細(xì)胞遷移，很多種癌組織中細(xì)胞表面的E鈣粘素減少或消失，以致癌細(xì)胞易從瘤塊脫落，成為侵襲與轉(zhuǎn)移的前提。因而有人將E鈣粘素視為轉(zhuǎn)移抑制分子。,一、鈣粘素鈣粘素（cadherin）屬親同性CAM，其作用依賴(lài)于Ca2＋。至今已鑒定出30種以上鈣粘素，分布于不同的組織。,,,鈣粘素結(jié)構(gòu)模型,二、選擇素選擇素（selectin）屬親

36、異性CAM，其作用依賴(lài)于Ca2＋。主要參與白細(xì)胞與脈管內(nèi)皮細(xì)胞之間的識(shí)別與粘合。已知選擇素有三種：L選擇素、E選擇素及P選擇素。,,三、免疫球蛋白超家族免疫球蛋白超家族（Ig-superfamily，Ig-SF），分子結(jié)構(gòu)中含有免疫球蛋白（Ig）的類(lèi)似結(jié)構(gòu)域CAM超家族，一般不依賴(lài)于Ca2＋。免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域是指借二硫鍵維系的兩組反向平行β折疊結(jié)構(gòu)。,,,四、整合素整合素（integrin）大多為親異性細(xì)胞粘附分子，其作用依賴(lài)于Ca

37、2＋。介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞間的相互作用及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間的相互作用。幾乎所有動(dòng)植物細(xì)胞均表達(dá)整合素。,,,第三節(jié)細(xì)胞外被與細(xì)胞外基質(zhì),細(xì)胞外被動(dòng)物細(xì)胞表面存在著一層富含糖類(lèi)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為細(xì)胞外被（cell coat）或糖萼（glycocalyx）。用重金屬染料如：釕紅染色后，在電鏡下可顯示厚約10~20nm的結(jié)構(gòu)，邊界不甚明確。細(xì)胞外被是由構(gòu)成質(zhì)膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖鏈組成的，實(shí)質(zhì)上是質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的一部分(圖4-18)。細(xì)胞外被的作用

38、有：,1、保護(hù)作用：細(xì)胞外被具有一定的保護(hù)作用，去掉細(xì)胞外被，并不會(huì)直接損傷質(zhì)膜。2、細(xì)胞識(shí)別：細(xì)胞識(shí)別與構(gòu)成細(xì)胞外被的寡糖鏈密切相關(guān)。寡糖鏈由質(zhì)膜糖蛋白和糖脂伸出，每種細(xì)胞寡糖鏈的單糖殘基具有一定的排列順序，編成了細(xì)胞表面的密碼，它是細(xì)胞的”指紋”，為細(xì)胞的識(shí)別形成了分子基礎(chǔ)。同時(shí)細(xì)胞表面尚有寡糖的專(zhuān)一受體，對(duì)具有一定序列的寡糖鏈具有識(shí)別作用。因此，細(xì)胞識(shí)別實(shí)質(zhì)上是分子識(shí)別。Townes和Holtfreter（1955）把兩棲類(lèi)動(dòng)物

39、的原腸胚3個(gè)胚層的細(xì)胞分散后，混合培養(yǎng)，結(jié)果3個(gè)胚層的細(xì)胞均自行分類(lèi)聚集，分別參加其來(lái)源胚層的組建。如果將雞胚細(xì)胞和小鼠胚細(xì)胞分散后相混培養(yǎng)，各種細(xì)胞仍按來(lái)源組織分別聚集，但相聚細(xì)胞只具有組織的專(zhuān)一性，而沒(méi)有物種的分辨能力。3、決定血型：血型實(shí)質(zhì)上是不同的紅細(xì)胞表面抗原，人有20幾種血型，最基本的血型是AB0血型。紅細(xì)胞質(zhì)膜上的糖鞘脂是AB0血型系統(tǒng)的血型抗原，血型免疫活性特異性的分子基礎(chǔ)是糖鏈的糖基組成。A、B、O三種血型抗原的糖鏈

40、結(jié)構(gòu)基本相同，只是糖鏈末端的糖基有所不同。A型血的糖鏈末端為N-乙酰半乳糖；B型血為半乳糖；AB型兩種糖基都有，O型血?jiǎng)t缺少這兩種糖基。,細(xì)胞外基質(zhì),概念：細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）是指分部 于細(xì)胞外空間，由細(xì)胞分泌的蛋白和多糖所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)。功能：粘連；支持；改變細(xì)胞微環(huán)境；信號(hào)功能。類(lèi)型：膠原、層粘連蛋白和纖連蛋白、氨基聚糖與蛋白聚糖、

41、 彈性蛋白及植物細(xì)胞壁 。,,細(xì)胞外基質(zhì)的成分,,上皮組織的細(xì)胞外基質(zhì),膠原是細(xì)胞外基質(zhì)中最主要的水不溶性纖維蛋白。類(lèi)型：已發(fā)現(xiàn)20多種，Ⅰ～Ⅳ型了解較多。分子結(jié)構(gòu)：膠原纖維的基本結(jié)構(gòu)單位是原膠原。在膠原顯微的 內(nèi)部，原膠原蛋白分子呈1/4交替平行排列，相鄰 的原膠原蛋白頭尾相連。平行排列的N端和C端共

42、 價(jià)結(jié)合。合成：基因—mRNA－前膠原－原膠原－原膠原纖維功能：骨架結(jié)構(gòu)；參與信號(hào)傳遞。,一、膠原（collagen）,,,?纖連蛋白是高分子量糖蛋白（220-250KD）?纖連蛋白模型?纖連蛋白的主要功能： ?介導(dǎo)細(xì)胞粘著，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的形狀和細(xì)胞骨 架的組織，促進(jìn)細(xì)胞鋪展； ?在胚胎發(fā)生過(guò)程中，纖連蛋白對(duì)于許多類(lèi)型細(xì) 胞的遷移和分化是必需的； ?在創(chuàng)傷修復(fù)中，纖連蛋白促進(jìn)

43、巨噬細(xì)胞和其它 免疫細(xì)胞遷移到受損部位； ?在血凝塊形成中，纖連蛋白促進(jìn)血小板附著于 血管受損部位。,二、纖連蛋白（fibronectin，F(xiàn)N）,,,?層粘連蛋白是高分子糖蛋白（820KD）,動(dòng)物胚胎 及成體組織的基膜的主要結(jié)構(gòu)組分之一；?層粘連蛋白的結(jié)構(gòu)由一條重鏈和兩條輕鏈構(gòu)成 ?細(xì)胞通過(guò)層粘連蛋白錨定于基膜上；?層粘連蛋白中至少存在兩個(gè)不同的受體結(jié)合部位： ?與Ⅳ型膠

44、原的結(jié)合部位； ?與細(xì)胞質(zhì)膜上的整合素結(jié)合的 Arg-Gly-Asp(R-G-D)序列。?層粘連蛋白在胚胎發(fā)育及組織分化中具有重要作用； 層粘連蛋白也與腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移有關(guān)。,,,三、層粘連蛋白（laminin，LN）,?氨基聚糖是由重復(fù)的二糖單位構(gòu)成的長(zhǎng)鏈多糖?二糖單位之一是氨基己糖 (氨基葡萄糖或氨基半乳糖) + 糖醛酸;?氨基聚糖: 透明質(zhì)酸、4-硫酸軟骨素、6-硫酸軟骨素、

45、 硫酸皮膚素、硫酸乙酰肝素、肝素和硫酸角質(zhì)素等。?透明質(zhì)酸(hyaluronic acid)及其生物學(xué)功能?透明質(zhì)酸是增殖細(xì)胞和遷移細(xì)胞的胞外基質(zhì)主要成 分,也是蛋白聚糖的主要結(jié)構(gòu)組分?透明質(zhì)酸在結(jié)締組織中起強(qiáng)化、彈性和潤(rùn)滑作用 ?透明質(zhì)酸使細(xì)胞保持彼此分離,使細(xì)胞易于運(yùn)動(dòng)遷 移和增殖并阻止細(xì)胞分化,四、氨基聚糖與蛋白聚糖,1．氨基聚糖（glycosaminog

46、lycan，GAG）,?蛋白聚糖見(jiàn)于所有結(jié)締組織和細(xì)胞外基質(zhì)及許多細(xì)胞表面?蛋白聚糖由氨基聚糖與核心蛋白(core protein)的絲氨酸殘 基共價(jià)連接形成的巨分子?若干蛋白聚糖單體借連接蛋白以非共價(jià)鍵與透明質(zhì)酸結(jié)合 形成多聚體?蛋白聚糖的特性與功能?顯著特點(diǎn)是多態(tài)性：不同的核心蛋白, 不同的氨基聚糖；?軟骨中的蛋白聚糖是最大巨分子之一, 賦予軟骨以凝 膠樣特性和抗變形能力；?蛋

47、白聚糖可視為細(xì)胞外的激素富集與儲(chǔ)存庫(kù)，可與多 種生長(zhǎng)因子結(jié)合，完成信號(hào)的傳導(dǎo)。,2．蛋白聚糖（proteoglycan）,,左，蛋白聚糖；中，蛋白聚糖多聚體；右，氨基聚糖,彈性蛋白纖維網(wǎng)絡(luò)賦予組織以彈性，彈性纖維的伸展性比同樣橫截面積的橡皮條至少大5倍。彈性蛋白由兩種類(lèi)型短肽段交替排列構(gòu)成：一種是疏水短肽賦予分子以彈性；另一種短肽為富丙氨酸及賴(lài)氨酸殘基的α螺旋，負(fù)責(zé)在相鄰分子間形成交聯(lián)。彈性蛋白是高度疏水的

48、非糖基化蛋白，具有兩個(gè)明顯的特征:?構(gòu)象呈無(wú)規(guī)則卷曲狀態(tài)；?通過(guò)Lys殘基相互交連成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。,五、彈性蛋白（elastin）,,六、植物細(xì)胞壁（cell wall）,?植物細(xì)胞壁的組成 ?植物細(xì)胞壁的功能 ?增加細(xì)胞強(qiáng)度，提供支持功能； ?信息儲(chǔ)存庫(kù)的功能：產(chǎn)生多種寡糖 素作為信號(hào)物質(zhì)，或抵抗病、蟲(chóng)害， 或作為細(xì)胞生長(zhǎng)和發(fā)育的信號(hào)物質(zhì)。,?纖維素分子?纖維素微原纖維（microfib

49、ril）,?為細(xì)胞壁提供了抗張強(qiáng)度?半纖維素（hemicellulose）: 木糖、半乳糖和葡萄糖 等組成的高度分支的多糖 ?介導(dǎo)微原纖維連接彼此連接或介導(dǎo)微原纖維與其 它基質(zhì)成分（果膠質(zhì)）連接?果膠質(zhì)（pectin）：含有大量攜帶負(fù)電荷的糖，結(jié)合 Ca2+等陽(yáng)離子,被高度水化形成凝膠 ?果膠質(zhì)與半纖維素橫向連接,參與細(xì)胞壁復(fù)雜網(wǎng)架的形成。 ?伸展蛋白(ex