第十七章细胞的社会联系

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1、第十七章 细胞社会的联系,第一节 细胞连接 第二节 细胞黏着及其分子基础 第三节 细胞外基质,第一节 细胞连接,细胞连接（cell junction）：是指在细胞质膜的特化区域，通过膜蛋白、细胞骨架蛋白或者胞外基质形成的细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质间的连接结构。 根据行使功能的不同，可分为封闭连接；锚定连接；通讯连接。,一、封闭连接 紧密连接（tight junction）为典型代表。 概念：通过相邻细胞质膜上的跨膜整合蛋白形成嵴线相互作用，从而将两个细胞的质膜紧密地连接在一起。又称封闭小带，存在于脊椎动物的上皮细胞间，长度约50-400 nm，相邻细胞之间的质膜紧密结合，没有缝隙。,相邻

2、两个细胞通过嵴线紧密连接在一起。,紧密连接的功能,形成渗透屏障，阻止可溶性物质从上皮细胞层一侧通过细胞间隙扩散到另一侧，起封闭作用。 形成上皮细胞质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，保持细胞正常功能。小肠上皮细胞是极性细胞，有面向肠腔的顶面以及基底面。 血脑屏障、血睾屏障、胎盘屏障,紧密连接通过相邻细胞质膜上的跨膜蛋白形成嵴线而相互作用，从而将两个细胞的质膜紧密地连接在一起。 嵴线中至少已确定了两类蛋白：一类是闭合蛋白,另一类是密封蛋白，二者均为4次跨膜蛋白。,二、锚定连接,概念：通过细胞质膜蛋白及细胞骨架系统将相邻细胞，或细胞与细胞外基质间连接起来。 分布：锚定连接在机

3、体组织内分布很广泛，在上皮组织，心肌和子宫颈等组织中含量尤为丰富。 类型：根据直接参与细胞连接的骨架纤维的性质不同，锚定连接又分为与中间纤维相关的锚定连接和与肌动蛋白纤维相关的锚定连接。,（一）与中间纤维相关的锚定连接：桥粒与半桥粒,1.桥粒：是连接相邻细胞间的锚定连接方式，最明显特征是细胞内锚蛋白形成独特的盘状致密斑，一侧与细胞内中间丝相连，另一侧与跨膜黏附性蛋白相连，在两细胞间形成纽扣样结构，将相邻细胞铆接在一起。细胞质内的中间纤维通过桥粒相互连接形成贯穿于整个组织的整体网络，支持该组织并抵抗外界压力与张力。,2.半桥粒,形态与桥粒类似，但功能和化学组成不同。 半桥粒是细胞与细胞外基质间的

4、连接形式。,通过半桥粒，上皮细胞可以黏在基膜上。,（二）与肌动蛋白纤维相关的锚定连接：黏着带与黏着斑,黏着带位于上皮细胞紧密连接的下方，相邻细胞间形成一个连续的带状结构。相邻细胞间隙约30 nm，其间由钙黏蛋白形成胞间横桥联接。 与黏着带相连的骨架纤维是肌动蛋白纤维，连环蛋白介导钙黏蛋白与微丝的连接。,黏着斑,是细胞与细胞外基质之间的连接方式，参与的细胞骨架组分是微丝，跨膜黏附性蛋白质是整联蛋白，胞外基质主要是胶原和纤连蛋白。胞内锚蛋白有踝蛋白、辅基蛋白、细丝蛋白和纽蛋白。 存在于肌肉和肌腱、体外培养的成纤维细胞。,三、通讯连接,（一）间隙连接 1.结构与成分 基本结构单位是连接子，每个连接子

5、由6个相同或相似的4次跨膜的间隙连接蛋白环绕成，中心是直径约1.5nm的亲水性通道。相邻细胞膜上两个连接子对接成完整的间隙连接结构。 不同类型细胞表达不同的的连接蛋白。,2.间隙连接的功能,代谢偶联：例如，在体外培养条件下，把不能利用外源次黄嘌呤合成核酸的突变型成纤维细胞和野生型成纤维细胞共同培养，则两种细胞都能吸收次黄嘌呤合成核酸。如果破坏细胞间的间隙连接，则突变型细胞不能吸收次黄嘌呤合成核酸。 在神经冲动信息传递过程中的作用：神经元之间或神经元与效应细胞之间通过突触完成神经冲动的传导。 间隙连接在卵泡和早期胚胎发育过程中的作用。卵泡的正常发育依赖于间隙连接，若突变致使不能间隙连接，则导致不

6、育症。,（二）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。功能：物质运输、信号传递。 胞间连丝穿越细胞壁，由相邻细胞的细胞质膜共同组成直径为20-40 nm的管状结构，中央是由光面内质网延伸形成的链样管。在链样管和管状质膜之间是由细胞液构成的环孔，可调节细胞间的物质交换。 胞间连丝可在细胞板形成后期产生，也可在非姐妹细胞之间形成。 胞间连丝介导的胞间物质运输是有选择性的，且可以调节。,（三）化学突触,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。,第二节 细胞黏着及其分子基础,同类细胞的识别与黏着,细胞识别与黏着的分子基础是细胞表面的细胞黏着分

7、子CAM。CAM都是整合膜蛋白，介导细胞与细胞间的黏着或细胞与细胞外基质的黏着。 细胞黏着分子的作用机制有三种模式： 同亲性黏着：两相邻细胞表面的同种CAM的相互识别与结合； 异亲性黏着：两相邻细胞表面的不同种CAM的相互识别与结合； 两相邻细胞表面的相同CAM分子借细胞外的连接分子相互识别与结合。,一、钙黏蛋白 是一个大的糖蛋白家族，介导钙离子依赖性的同亲型细胞黏着。 三种最初发现的钙粘素是根据它们发现的组织所命名的。 在胚胎组织早期是主要的细胞聚集在一起的方式。,A 典型的钙黏蛋白分子为单次跨膜蛋白，形成同源二聚体，胞外肽链折叠形成5或6个重复结构域，Ca2+就结合在重复结构域之间。 B

8、Ca2+对钙黏蛋白胞外部分刚性的影响，低浓度（0.05mM/L) Ca2+导致钙黏蛋白胞外部分刚性丧失。,钙黏蛋白的作用,（1）介导细胞连接，在成年脊椎动物，E-钙粘素是保持上皮细胞相互粘合的主要CAM，是粘合带的主要构成成分。 （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（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（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。 （3）抑制细胞迁移，很多种癌组织中细胞表面的E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

9、有人将E钙粘素视为转移抑制分子。,二、选择素,二、选择素（selectin） 属异亲性CAM，其作用依赖于Ca2+，是一种跨膜蛋白。 主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与黏着，帮助白细胞从血液进入炎症部位。,三、免疫球蛋白超家族,指分子结构中具有与免疫球蛋白样结构域的细胞黏着分子超家族。 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 一般不依赖于Ca2 同亲性&异亲性 免疫细胞黏着和非免疫细胞黏着,四、整联蛋白,整联蛋白（integrin）大多为亲异性细胞粘附分子，其作用依赖于Ca2Mg2+； 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； 几乎所有脊椎动物细胞均

10、表达整合素。,24种不同的亚基和9种亚基,整联蛋白的分子结构 整联蛋白由、两个亚基形成跨膜异二聚体，二者均具有较大的胞外配体结合区、单跨膜区和较小的可结合细胞骨架及信号分子的胞内区，其中含1亚基的各种整联蛋白是多种胞外基质成份的受体。,整联蛋白通过与胞内支架蛋白的相互作用介导细胞与胞外基质的黏着。 其胞内部分通过踝蛋白等与胞内的肌动蛋白丝相互作用。 胞外部分则通过自身结构与纤连蛋白、层粘连蛋白等含有Arg-Gly-Asp（RGD）三肽序列的胞外基质成分结合。,血小板及白细胞的整联蛋白往往以无活性的形式存在于细胞表面，必需被激活后才能介导细胞黏着。（血管受损等） 锚定依赖性生长：大多数正常细胞必

11、须附着在胞外基质上才能成功培养，即使培养基中含有刺激细胞生长的因子，如果细胞不能贴附在胞外基质上也会停止分裂直至死亡。,第三节 细胞外基质 （extracellular matrix，ECM）,是指分布于细胞外空间，由细胞分泌蛋白和多糖所构成的网络结构。 细胞外基质（extracellular matrix，ECM）是由大分子构成的错综复杂的网络。为细胞的生存及活动提供适宜的场所，并通过信号转导系统影响细胞的形状、代谢、功能、迁移、增殖和分化。,细胞外基质在结缔组织中最丰富,上皮组织、肌组织及脑与脊髓中的ECM含量较少，而结缔组织中ECM含量较高 骨的胞外基质为刚硬的特性，支撑作用 软骨的胞外

12、基质具有韧性 角膜的胞外基质是透明的保护层 肌腱中的胞外基质胶原纤维平行排列，以抵抗强拉力。 上皮细胞和结缔组织间的胞外基质形成基底膜。,动物细胞的胞外基质成分主要有3种：,一、纤维（结构）蛋白：包括胶原和弹性蛋白，分别赋予胞外基质强度和韧性。 二、蛋白聚糖：由蛋白和多糖共价形成，具有高度亲水性，从而赋予胞外基质抗压的能力。 三、粘着成分：包括纤连蛋白和层粘连蛋白，有助于细胞粘连到胞外基质上。,一、结构蛋白 （一）胶原,胶原是由纤维糖蛋白家族构成的，它只存在于细胞外基质中。胶原普遍存在于动物界，其特点是具有高的张力强度，即很强的抗拉能力。 据估计，一根直径1毫米的胶原纤维可悬挂10公斤的重物而

13、不会拉断。 胶原是动物体内含量最丰富的蛋白质，占人体蛋白质总量的25%以上。,1. 胶原的类型,26种，常见的六种类型的胶原及特性。 胶原是胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白。 I型胶原常形成较粗的纤维束，分布广泛：皮肤、肌腱、韧带及骨中。 II型主要存在于软骨中。 III型胶原分布于具有伸展性的组织中，如皮肤、血管及内脏等。,几种主要胶原及其特征,人胶原纤维的电镜照片,基本的胶原单体是由3条a螺旋组成的三股螺旋,2. 胶原的分子结构及组装,胶原纤维的基本结构是原胶原。3条a螺旋组成的三股螺旋。 胶原的合成与组装始于内质网，并在高尔基体中进行修饰，然后分泌到细胞外组装成胶原纤维。,3. 胶原的

14、功能,胶原在细胞外基质中含量最高，刚性及抗张力强度最大，构成细胞外基质的骨架结构，细胞外基质的其他组分通过与胶原结合形成结构与功能的复合体。,胶原与疾病,1.坏血病：pro的羟化反应是在与脯氨酰-4羟化酶及脯氨酰-3羟化酶的催化下进行的。维生素C是这两种酶所必需的辅助因子。维生素C缺乏导致胶原的羟化反应不能充分进行，不能形成正常的胶原原纤维，结果非羟化的前链在细胞内被降解。因而，膳食中缺乏维生素C可导致血管、肌腱、皮肤变脆，易出血，称为坏血病。 2.皮肤过度松弛症 (Ehlers-Danlos):胶原纤维的不能正常装配，皮肤和其他结缔组织降低强度而变得非常松弛。,（二）弹性蛋白,弹性蛋白是弹性

15、纤维的主要成分。弹性纤维主要存在于脉管壁及韧带，弹性纤维与胶原纤维共同存在，分别赋予组织弹性及抗张性。 构象是无规则卷曲。,二、糖胺聚糖和蛋白聚糖,1. 糖胺聚糖（glycosaminoglycan，GAG）：是由重复二糖单位构成的无分枝长链多糖。其二糖单位通常由氨基已糖（氨基葡萄糖或氨基半乳糖）故又称氨基己糖。氨基聚糖依组成糖基、连接方式、硫酸化程度及位置的不同可分为4种，即：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素以及硫酸角质素。,透明质酸（hyaluronic acid,HA）是唯一不发生硫酸化的氨基聚糖，其糖链特别长。 高度亲水的糖胺聚糖分子表面有大量带负电荷，能够吸引大量的阳离

16、子，可结合大量水分子。结果，糖胺聚糖就像海绵一样吸水占据很大的空间，产生膨压。赋予组织抗压的能力。,2. 蛋白聚糖,蛋白聚糖是氨基聚糖（除透明质酸外）与核心蛋白质（coreprotein）的丝氨酸残基共价形成的大分子，其糖含量可高达90%95%。,左蛋白聚糖；中蛋白聚糖多聚体；右氨基聚糖,硫酸软骨素,硫酸角质素,糖胺聚糖（glycosaminoglycan，GAG）蛋白聚糖（proteoglycan，PG）的功能,GAG和PG构成了ECM的基质，高度酸性，且带副电荷因此能结合大量的阳离子，阳离子又可以结合大量的水分子，因此PG形成多孔、吸水的胶状物填充在ECM。 使细胞表面具有较大的可塑性，抗压能力。 作为细胞黏着位点。 对信号传导、细胞分化、细胞癌变有一定联系。,三 纤连蛋白和层粘连蛋白,1. 纤连蛋白Fibronectin（FN）是一种大型的糖蛋白，存在于所有脊椎动物。 类型： 血浆FN： V字形二聚体，可溶，存在于血浆、体液。 细胞FN：多聚体，不溶，存在于ECM及细胞表面。 已鉴定的FN亚单位20种以上。由同一基因编码，