第四章 細(xì)胞質(zhì)膜與細(xì)胞表面

細(xì)胞生物學(xué)

CellBiology伊犁師范學(xué)院

課程內(nèi)容第一章緒論第二章細(xì)胞基本知識(shí)概要

第三章 細(xì)胞生物學(xué)研究方法第四章細(xì)胞質(zhì)膜與細(xì)胞表面第五章 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)膜系統(tǒng)第六章細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換第七章細(xì)胞核與染色體第八章 細(xì)胞增殖及其調(diào)控第九章核糖體

第十章細(xì)胞骨架第十一章細(xì)胞分化與基因表達(dá)調(diào)控第十二章細(xì)胞衰老與凋亡第四章細(xì)胞質(zhì)膜與細(xì)胞表面伊犁師范學(xué)院生物教研室何春霞制作

第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜與細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)(自學(xué))

第二節(jié)細(xì)胞連接(celljunction)

第三節(jié)細(xì)胞外被與細(xì)胞外基質(zhì)細(xì)胞連接的概念

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)。一封閉連接（occludingjunctions）二錨定連接（anchoringjunctions）三通訊連接（communicatingjunctions）

四、細(xì)胞表面的粘著因子（celladhesionmolecule，CAM）一、膠原（collagen）二、糖胺聚糖和蛋白聚糖三、層粘連蛋白和纖粘連蛋白四、彈性蛋白（elastin）五、植物細(xì)胞壁（cellwall）第三節(jié)細(xì)胞外被與細(xì)胞外基質(zhì)一、封閉連接存在于脊椎動(dòng)物的上皮細(xì)胞間。連接區(qū)域具有蛋白質(zhì)焊接線，也稱嵴線，由跨膜細(xì)胞粘附分子構(gòu)成。相鄰細(xì)胞之間的質(zhì)膜緊密結(jié)合，沒(méi)有縫隙。電鏡圖封閉連接的主要作用二、錨定連接（anchoringjunctions）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。中間纖維有關(guān)的：橋粒（desmosome）

半橋粒（hemidesmosome）肌動(dòng)蛋白有關(guān)的：粘著帶（adhesionbelt）粘著斑（focaladhesion）類型連接蛋白：細(xì)胞內(nèi)附著蛋白（attachmentproteins）跨膜連接的糖蛋白是相鄰細(xì)胞間形成的紐扣狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)質(zhì)膜下的致密斑連接中間纖維。橋粒中間為鈣粘素。分布：承受強(qiáng)拉力的組織中，如皮膚、口腔、食管、心肌中。細(xì)胞膜細(xì)胞間隙中線(橋粒蛋白、糖鏈)角蛋白絲胞質(zhì)斑（20~30nm)電鏡圖

橋粒（desmosome）位于上皮細(xì)胞基面與基膜之間，連接蛋白為整連蛋白。中間纖維終止于致密斑內(nèi)。半橋粒（hemidesmosome）粘合帶：（adhesionbelt）呈帶狀環(huán)繞細(xì)胞，位于緊密連接下方。相鄰細(xì)胞間的粘合分子為E-鈣粘素。介于緊密連接與橋粒之間。粘合斑（adhesionplaque）肌動(dòng)蛋白纖維與細(xì)胞外基質(zhì)之間的連接方式。使細(xì)胞具有附著的功能粘合帶與粘合斑1、間隙連接2.胞間連絲plasmodesmata3、化學(xué)突觸synapse三、通訊連接間隙連接多分布于神經(jīng)細(xì)胞、腺細(xì)胞、上皮細(xì)胞、心肌細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞。連接處有2~4nm的縫隙?；締挝环Q連接子（connexon），由6個(gè)相同或相似的跨膜蛋白亞單位環(huán)繞而成。1、間隙連接注射染料證明間隙連接可允許分子量小于1KD的分子通過(guò)。間隙連接的功能2.胞間連絲plasmodesmata由穿過(guò)植物細(xì)胞壁的原生質(zhì)構(gòu)成，直徑約20~40nm。中央有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成的連絲小管。功能上與動(dòng)物細(xì)胞間的間隙連接類似。允許分子量小于1*103，半徑約為0.7-0.8nm的分子通過(guò)，在相鄰細(xì)胞間起通訊作用。

通透性可調(diào)節(jié)，某些植物病毒能制造特殊的蛋白質(zhì)，使胞間連絲的有效孔徑擴(kuò)大。3、化學(xué)突觸synapse

是存在于可興奮細(xì)胞間的一種連接方式，其作用是通過(guò)釋放神經(jīng)遞質(zhì)來(lái)傳導(dǎo)興奮。由突觸前膜、突觸后膜、突觸間隙三部分組成。突觸前神經(jīng)元的突起末梢膨大呈球形，稱突觸小體。突觸小體內(nèi)有突觸小泡，內(nèi)含神經(jīng)遞質(zhì)。四、細(xì)胞表面的粘著因子（celladhesionmolecule，CAM）介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與外基質(zhì)之間粘附作用的跨膜糖蛋白鈣粘素家族（Cadherin）選擇素家族（Selectin）免疫球蛋白超家族（Immunoglobulinsuperfamily）整合素家族（Integrin）細(xì)胞粘著分子都是跨膜糖蛋白，分子結(jié)構(gòu)由三部分組成：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。鈣粘素（cadherin）屬親同性CAM，其作用依賴于Ca2＋。至今已鑒定出30種以上鈣粘素，分布于不同的組織。（一）、鈣粘素

鈣粘素的作用鈣粘素結(jié)構(gòu)模型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)控鈣粘素表達(dá)的種類與數(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。

鈣粘素的作用選擇素（selectin）屬異親性CAM，其作用依賴于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。（二）、選擇素免疫球蛋白超家族（Ig-superfamily，Ig-SF），分子結(jié)構(gòu)中含有免疫球蛋白（Ig）的類似結(jié)構(gòu)域CAM超家族，一般不依賴于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)。（三）、免疫球蛋白超家族整合素（integrin）大多為親異性細(xì)胞粘附分子，其作用依賴于Ca2＋。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。（四）整合素

細(xì)胞外被概念：細(xì)胞外被cellcoat（糖萼glycocalyx）指細(xì)胞外覆蓋的一層粘多糖（糖蛋白或糖脂）功能：對(duì)膜蛋白其保護(hù)作用，對(duì)細(xì)胞識(shí)別有重要作用。類型：糖蛋白、糖脂細(xì)胞外基質(zhì)概念：細(xì)胞外基質(zhì)（extracellularmatrix，ECM）是指分布于細(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。類型：膠原、層粘連蛋白和纖連蛋白、氨基聚糖與蛋白聚糖、彈性蛋白及植物細(xì)胞壁。類型：約占人體蛋白30％以上，已發(fā)現(xiàn)20多種，主要I-IV型，膠原纖維構(gòu)成肌腱、皮膚、軟骨、韌帶、結(jié)締組織等

一、膠原（collagen）膠原的分子結(jié)構(gòu)膠原的合成膠原的功能分子結(jié)構(gòu)：膠原蛋白的基本結(jié)構(gòu)單位是原膠原(tropocollagen),原膠原肽鏈的一級(jí)結(jié)構(gòu)具有(Gly-x-y)n重復(fù)序列,其中x常為脯氨酸(Pro),y常為羥脯氨酸(Hypro)或羥賴氨酸(Hylys)。原膠原是由三條α-肽鏈組成的纖維狀蛋白質(zhì),相互擰成三股螺旋狀構(gòu)型,長(zhǎng)300nm,直徑1.5nm。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端共價(jià)結(jié)合。合成：膠原肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成，膠原纖維裝配始于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，經(jīng)高爾基體，在細(xì)胞外完成。膠原是細(xì)胞外基質(zhì)中最主要的水不溶性纖維蛋白。構(gòu)成細(xì)胞外基質(zhì)的骨架，與其它組分形成結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)合體，具有很強(qiáng)的抗張力強(qiáng)度，使組織具有牢固，不易變形的特性。功能二、糖胺聚糖和蛋白聚糖糖胺聚糖：由重復(fù)二糖單位（氨基己糖和糖醛酸）構(gòu)成的長(zhǎng)鏈多糖；蛋白聚糖：由糖胺聚糖和核心蛋白的絲氨酸殘基共價(jià)連接成的巨分子。1．糖胺聚糖（glycosaminoglycan，GAG）糖胺聚糖是由重復(fù)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、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(hyaluronicacid)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

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

蛋白聚糖由糖胺聚糖與核心蛋白(coreprotein)的絲氨酸殘基共價(jià)連接形成的巨分子，其含糖量可達(dá)90%-95%。

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2．蛋白聚糖（proteoglycan）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)。蛋白聚糖的特性與功能三、層粘連蛋白和纖粘連蛋白層粘連蛋白:是各種動(dòng)物胚胎和成體組織基膜的主要結(jié)構(gòu)組分，細(xì)胞常通過(guò)層粘連蛋白固定于基膜上。纖粘連蛋白：高分子量糖蛋白，是多聚體，20種以上，受體是整合蛋白家族，介導(dǎo)細(xì)胞粘附，促成細(xì)胞遷移。

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；1、層粘連蛋白（laminin，LN）

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)。

纖連蛋白是高分子量糖蛋白（220-250KD）

纖連蛋白模型2、纖連蛋白（fibronectin，F(xiàn)N）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)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。纖連蛋白的主要功能彈性蛋白是彈性纖維的主要成分，細(xì)胞外基質(zhì)中的彈性纖維網(wǎng)絡(luò)，賦予組織以彈性使其在延長(zhǎng)后可以回彈。彈性纖維主要存在于血管、肺部、皮膚和肌鍵等組織中

四、彈性蛋白（elastin）彈性蛋白是高度疏水的非糖基化蛋白，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)。

纖維素分子

纖維素微原纖維（microfibril）,

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)）連接植物細(xì)胞壁的組成五、植物細(xì)胞壁（cellwall）

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