細(xì)胞表面專業(yè)知識講座

§1細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)、表面特征和表面活性一.細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)

生物膜自主裝在很大程度上依賴其組成成份類脂和蛋白質(zhì)表面活性，

尤其是它們所含有表面活性物質(zhì)兩個基本特征：吸附作用和聚集作用細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第1頁

質(zhì)膜與內(nèi)膜系統(tǒng)組成細(xì)胞與環(huán)境、區(qū)間之間分隔界面或邊界，同時這些膜含有顯著表面特征和表面活性，在膜功效上發(fā)揮主要作用。

細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第2頁

細(xì)胞表面是個復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系和多功效體系。從結(jié)構(gòu)上分三個區(qū)：

存在于細(xì)胞外空間糖萼脂雙層胞漿面膜骨架復(fù)合物細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第3頁細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第4頁糖萼：(1)細(xì)胞包被：質(zhì)膜糖蛋白或糖脂伸向胞外部分糖鏈。雖是質(zhì)膜一部分，但在細(xì)胞外側(cè)，并能用糖苷酶等將其移去而不使質(zhì)膜或細(xì)胞受到致命性損傷。

（2）細(xì)胞外表面粘附物：處于包被外而又與包被緊密粘附胞外基質(zhì)（蛋白多糖、糖蛋白）。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第5頁

實(shí)際上這兩層結(jié)構(gòu)界限不清，用釕紅染色時，染成一片，不易分辨，所以細(xì)胞膜外緣兩層復(fù)合物整體上稱為糖萼。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第6頁二.細(xì)胞表面特征和表面活性脂雙層固有特征生物膜所特有表面特征與活性細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第7頁1.脂雙層固有特征和活性

如表面物理化學(xué)特征、表面張力、界面電動力學(xué)活性。

經(jīng)過對人工膜模型研究取得相關(guān)數(shù)據(jù)。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第8頁

表面張力是最主要表面活性，脂雙層液晶態(tài)結(jié)構(gòu)表面能或表面張力是推進(jìn)生物膜自我組裝、形態(tài)建成及其運(yùn)動性基本力量之一。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第9頁2.生物膜所特有表面特征與活性如:生物膜粘附

生物膜選擇性通透

特異受體反應(yīng)

生物膜中蛋白(載體蛋白、通道蛋白、酶、受體蛋白等）、表面糖萼、胞漿膜骨架復(fù)合物都會對生物膜所特有表面特征與活性產(chǎn)生影響。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第10頁

在考慮膜表面特征同時還要考慮膜其它特征以及細(xì)胞生理和代謝調(diào)整作用。表面電荷、脂雙層厚度、糖萼厚度、壓縮系數(shù)細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第11頁§2細(xì)胞電泳1.質(zhì)膜表面帶電原因

細(xì)胞表面存在帶電基團(tuán)，使其帶有電荷（固定表面電荷）。大多數(shù)動物細(xì)胞表面帶有靜負(fù)電荷，糖蛋白上唾液酸羧基是其負(fù)電荷主要起源。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第12頁

細(xì)胞表面凈負(fù)電荷會吸引周圍介質(zhì)中正離子靠近細(xì)胞表面。而因擴(kuò)散作用，這些離子又有遠(yuǎn)離細(xì)胞表面傾向。其結(jié)果是，離膜表面越遠(yuǎn)，離子濃度越稀。所以形成一個垂直于細(xì)胞表面電位梯度—雙電層總電位。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第13頁

吸附于細(xì)胞表面正離子可分為兩層：（1）一層為吸附層：這部分離子緊密排列在膜表面，厚度約為1nm。這部分離子不易于離開細(xì)胞表面，并會隨細(xì)胞而運(yùn)動。

細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第14頁細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第15頁（2）其外側(cè)一層正離子易于離開膜表面擴(kuò)散，形成擴(kuò)散層。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第16頁

兩層離子電荷總和等于細(xì)胞表面靜負(fù)電荷總和。從另一個角度來看，細(xì)胞表面固定電荷與吸附層電荷凈電荷總和與擴(kuò)散層電荷性質(zhì)相反，數(shù)量相等。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第17頁

在外加直流電場作用下，吸附層電荷隨細(xì)胞一起相對于介質(zhì)而運(yùn)動，雙電層分離，并產(chǎn)生一個電位差—ζ電位。

ζ電位大小與細(xì)胞表面電荷性質(zhì)和數(shù)量相關(guān)，并隨溶液中離子濃度改變而改變。

ζ電位僅在外加電場作用下細(xì)胞運(yùn)動時才能顯現(xiàn)。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第18頁2.細(xì)胞電泳給細(xì)胞懸液外加直流電場時,細(xì)胞向某一電極移動現(xiàn)象稱為細(xì)胞電泳。

（1）顯微鏡法

在光學(xué)顯微鏡下觀察懸浮于溶液中細(xì)胞在外加電場作用下移動。依據(jù)有沒有移動判斷細(xì)胞表面是否帶有電荷；依據(jù)移動方向判斷其電荷性質(zhì)；依據(jù)移動速率測定ζ電位和表面電荷密度；細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第19頁（2）電泳光散射法當(dāng)光作用于移動粒子（細(xì)胞）時，會發(fā)生散射，散射光頻率對入射光而言有一個小改變，即頻移。只要測出頻移，可計算出電泳遷移率。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第20頁3.細(xì)胞電泳在生物醫(yī)學(xué)中應(yīng)用免疫學(xué)：（1）淋巴細(xì)胞電泳行為與表面特征淋巴細(xì)胞電泳遷移率有快慢兩個峰，其中快峰細(xì)胞含有T細(xì)胞表面特征和生物學(xué)特點(diǎn)；而慢峰細(xì)胞含有B細(xì)胞表面特征和生物學(xué)特點(diǎn)，所以能夠用細(xì)胞電泳方法將T、B兩種細(xì)胞分開。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第21頁

造成兩類淋巴細(xì)胞電泳遷移率差異原因是，T細(xì)胞表面帶有負(fù)電荷神經(jīng)氨酸比B細(xì)胞表面多，而帶正電和基團(tuán)則少于B細(xì)胞表面。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第22頁（2）淋巴細(xì)胞與抗原識別反應(yīng)研究當(dāng)淋巴細(xì)胞與抗原接觸時，產(chǎn)生淋巴素類物質(zhì)，其中有些物質(zhì)能夠作用于巨噬細(xì)胞表面并使其電泳遷移率變慢。所以細(xì)胞電泳可作為檢測淋巴細(xì)胞免疫反應(yīng)一個簡便工具，在臨床上用本法能夠預(yù)測器官移植效果。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第23頁病理學(xué)（1）細(xì)胞表面電荷與其生物學(xué)性質(zhì)關(guān)系多數(shù)試驗(yàn)證實(shí)，癌細(xì)胞表面較正常細(xì)胞帶有更多負(fù)電荷，而且其負(fù)電荷多少與癌細(xì)胞惡性程度、轉(zhuǎn)移能力等成正相關(guān)。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第24頁（2）細(xì)胞、血小板表面電荷與血栓形成關(guān)系血栓形成中紅細(xì)胞和血小板凝集起主要作用，因而與紅細(xì)胞、血小板和血管內(nèi)皮細(xì)胞表面電荷改變有親密關(guān)系。試驗(yàn)表明，這類病人紅細(xì)胞和血小板電泳遷移率都比健康人要慢。這種變慢是細(xì)胞表面電荷降低結(jié)果。凡能使表面電荷降低，比如飽和脂肪酸，均可減慢其電泳遷移率并促進(jìn)紅細(xì)胞凝集。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第25頁（3）末梢血細(xì)胞電泳圖與血液病

健康人末梢血細(xì)胞電泳圖可看到三個峰，低速-S峰、中速-F峰、高速-R峰。分別相當(dāng)于白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、紅細(xì)胞所在位置。在各種病理?xiàng)l件下，尤其是白細(xì)胞異常各種疾病，電泳圖發(fā)生對應(yīng)改變。比如：淋巴細(xì)胞增多時，F(xiàn)峰顯著高于S峰，并向左右擴(kuò)展。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第26頁

噬中性粒細(xì)胞增多時，S峰顯著高于F峰，而慢性粒細(xì)胞白血病時電泳遷移率會出現(xiàn)一個新高峰，主要由幼稚細(xì)胞所組成。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第27頁§3細(xì)胞粘附一.當(dāng)細(xì)胞靠近于另外細(xì)胞或一個固體基質(zhì),在適宜條件下,借助物化作用,它們之間可發(fā)生粘附。細(xì)胞粘附在多細(xì)胞生物發(fā)育與組織修復(fù)過程中形態(tài)建成和功效維持上起著非常主要作用。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第28頁

依據(jù)粘附對象不一樣，細(xì)胞粘附可分為兩類：細(xì)胞與非細(xì)胞表面粘附細(xì)胞間粘附粘附過程包括:非特異性相互作用特異性相互作用。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第29頁非特異性相互作用：

靜電、立體空間、VanderWaale等性質(zhì)相互作用特異性相互作用：

各種粘附因子作用

細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第30頁

細(xì)胞粘附能力差異很大，它不但取決粘附細(xì)胞本身，還取決于被粘附細(xì)胞或基質(zhì)，影響相互作用原因：細(xì)胞或基質(zhì)類型它們表面特征細(xì)胞生理狀態(tài)和環(huán)境條件細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第31頁二.細(xì)胞粘附中作用力靜電斥力因立體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性而產(chǎn)生斥力VanderWaale力

細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第32頁

細(xì)胞間非特異VanderWaale相互吸引力總是遠(yuǎn)小于靜電斥力和立體穩(wěn)定性所產(chǎn)生斥力。所以沒有某種原因使細(xì)胞間斥力減小或使其克服，單靠VanderWaale力不足以發(fā)生細(xì)胞粘附。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第33頁

細(xì)胞重力、運(yùn)動、細(xì)胞表面一些特化結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞粘附一些步驟都可成為克服細(xì)胞斥力原因。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第34頁三.細(xì)胞粘附過程

細(xì)胞粘附是一個復(fù)雜生命現(xiàn)象。細(xì)胞間粘附或細(xì)胞與固體基質(zhì)間粘附包括各種不一樣作用力。在多數(shù)情況下，這一過程還包含了粘附因子之間特異性相互作用。盡管它們粘附過程有許多差異，但它們都包括以下幾個共同或相同步驟。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第35頁（1）細(xì)胞之間相互靠近

細(xì)胞之間欲發(fā)生粘附，必先彼此靠近。細(xì)胞之間靠近可能在兩種情況下發(fā)生:一是受液流驅(qū)動。血液、淋巴液內(nèi)細(xì)胞均可在液流驅(qū)動下彼此靠近。二是細(xì)胞主動運(yùn)動。粘附于基質(zhì)上細(xì)胞可伸出片足，進(jìn)行阿米巴式運(yùn)動，從而彼此靠近。電化學(xué)梯度?？烧T發(fā)這種主動運(yùn)動。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第36頁（2）克服細(xì)胞初始排斥作用當(dāng)細(xì)胞靠近到一定距離，細(xì)胞之間將會產(chǎn)生斥力。這種斥力起源于靜電相互作用和表面糖鏈立體穩(wěn)定性。另外細(xì)胞之間液膜也可阻止細(xì)胞間接觸。克服這些斥力是細(xì)胞形成粘附前提。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第37頁（3）在接觸區(qū)第一個健形成細(xì)胞最初接觸部位是斥力最小或者該部位能夠產(chǎn)生一個力足以克服細(xì)胞之間排斥作用。這個部位可能在微絨毛尖端或片足邊緣。一旦細(xì)胞在這么一些特殊部位之間發(fā)生接觸，并形成第一個健，就會對細(xì)胞接觸起穩(wěn)定作用。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第38頁（4）接觸區(qū)結(jié)構(gòu)改變及其擴(kuò)展這是細(xì)胞粘附中最復(fù)雜一步。由第一個健形成，將會觸發(fā)膜下細(xì)胞骨架，從而引發(fā)膜分子側(cè)向移動。其結(jié)果將造成特異相互作用粘附分子向接觸區(qū)移動，使接觸區(qū)擴(kuò)大。與此同時，那些相互排斥分子將會被擠出接觸區(qū)。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第39頁

這兩個過程都會使細(xì)胞粘附深入加強(qiáng)。上述步驟與細(xì)胞骨架運(yùn)動親密相關(guān)，因而依賴于細(xì)胞代謝。特異分子之間相互作用主要借助于VanderWaale力，這種力僅在分子靠得很近時才能起作用。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第40頁四.細(xì)胞粘附影響原因:細(xì)胞代謝細(xì)胞間接觸時間疏水性細(xì)胞表面電荷膜分子側(cè)向運(yùn)動與細(xì)胞表面柔韌性細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第41頁五.細(xì)胞表面粘附因子（CAMs）

細(xì)胞主要經(jīng)過其表面CAMs與其它細(xì)胞或固體基質(zhì)粘著。不一樣CAMs介導(dǎo)不一樣類型細(xì)胞粘附。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第42頁1.整合素：

一類主要細(xì)胞粘因子。它是由兩條非共價鍵結(jié)合透膜肽鏈α、β組成二聚體，α、β有長胞外部分，都能與細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）等配體結(jié)合，其中β鏈有與RGD（精氨酸-甘氨酸-天門冬氨酸）三肽序列結(jié)合部位，α胞外有Ca2+結(jié)合位點(diǎn)。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第43頁

兩條肽鏈胞內(nèi)部分較短，含有與細(xì)胞骨架結(jié)合位點(diǎn)。這么整合素能結(jié)合膜兩側(cè)配體分子，因而能在膜兩側(cè)之間傳遞信息。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第44頁2.鈣粘著蛋白家族

這個家族糖蛋白是嚴(yán)格鈣依賴性一次跨膜蛋白,這個家族組員超出30個。不一樣鈣粘著蛋白有50%-60%同源序列，主要是每種鈣粘著蛋白有特征性組織分布。了解較多鈣粘著蛋白有E-cadherin、N-cadherin和P-cadherin。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第45頁

鈣粘著蛋白由單一跨膜片段，單一胞漿結(jié)構(gòu)區(qū)和由四個結(jié)構(gòu)域組成大胞外部分組成。鈣粘著蛋白把相同類型細(xì)胞緊密粘著在一起。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第46頁3.選擇素家族存在于白細(xì)胞、血小板和血管內(nèi)皮細(xì)胞，分別稱為L-、P-、E-selectin。這些分子是單一跨膜蛋白。胞外部分含有各種結(jié)構(gòu)域，他們能識別其它細(xì)胞表面特殊糖鏈結(jié)構(gòu)，而且發(fā)生Ca依賴結(jié)合。選擇粘集素介導(dǎo)血循環(huán)中炎癥和凝血部位白細(xì)胞與血管壁暫時性相互作用。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第47頁4.免疫球蛋白（lg）超家族（lgSF）共同特點(diǎn)是含有數(shù)個lg樣結(jié)構(gòu)域，這個家族不一樣組員含有不一樣數(shù)目標(biāo)lg樣結(jié)構(gòu)域。大多數(shù)lgSF組員存在于淋巴細(xì)胞表面，介導(dǎo)淋巴細(xì)胞與巨噬細(xì)胞、其它淋巴細(xì)胞以及靶細(xì)胞等參加免疫反應(yīng)細(xì)胞之間特異相互作用，包括免疫反應(yīng)許多方面。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第48頁細(xì)胞黏附是黏附與去黏附動態(tài)改變過程。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第49頁六.細(xì)胞粘著意義細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第50頁(1)心血管疾病

血栓患者紅細(xì)胞和血小板粘附性顯著高于正常人。細(xì)胞表面專業(yè)知識講座第51頁(2)腫瘤

腫瘤細(xì)胞特點(diǎn)之一是侵潤和轉(zhuǎn)移。腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移包含一系列步驟。比如：黑色素瘤向肺轉(zhuǎn)移過程中，細(xì)胞首先要脫離原發(fā)部位，穿過基膜，進(jìn)入間質(zhì)，隨即再穿過毛細(xì)血管