细胞社会的联系细胞连接细胞黏着和细胞外基质ppt课件

1、第十五章 细胞社会的联系：细胞连接、细胞黏着和细胞外基质（Cell Junction 其二是在间隙连接的连接点处,脂双层并不直接相连, 而是由两个连接子对接形成通道，允许小分子的物质直接通过这种间隙通道从一个细胞流向另一个细胞。,（一）间隙连接(gap junction),连接子,每个连接子由6个4次跨膜蛋白亚单位环绕成，中心是直径约1.5nm的亲水性孔道。 不同类型细胞表达不同的的连接蛋白。,间隙连接与连接子的电镜照片,相邻细胞膜上的两个连接子对接形成一个间隙连接单位。 间隙连接的通透性是可以调节的。多数细胞表达1种或几种连接蛋白，它们所组装的间隙连接的孔径与调控机制也有所不同。,间隙连接的

2、功能：,1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。,2参与细胞分化：胚胎发育的早期，细胞间通过间隙连接相互协调发育和分化。小分子物质即可在一定细胞群范围内，以分泌源为中心，建立起递变的扩散浓度梯度，以不同的分子浓度为处于梯度范围内的细胞提供”位置信息”（positional information），从而诱导细胞按其在胚胎中所处的局部位置向着一定方向分化。,间隙连接的功能：,3间隙连接在卵泡和早期胚胎发育过程中的作用。 卵泡的

3、正常发育依赖于间隙连接，若突变致使 不能间隙连接，则导致不育症。,4、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。,突触,胞体,细胞核,（二）突触（synapse）：两个神经元之间或神经元与效应器细胞之间相互接触、并借以传递信息的部位。,轴突,树突,synapse来自希腊语，原意是“接触”或“接点”。,当轴突末梢与另一神经元的树突或胞体形成化学突触时，往往先形成膨大，称突触扣。扣内可见数量众多的直径在30150纳米的球形小泡，称突触泡，还有较多的线粒体。递质贮存于突触泡内。电突触没有突触泡和线粒体的汇聚,存在于可兴奋细胞间的细胞连接方式，其作用是

4、通过释放神经递质来传导兴奋。受刺激后能产生动作电位的细胞，称为可兴奋细胞，一般认为神经细胞、肌肉细胞、腺细胞属于可兴奋细胞）,化学突触Chemical synapse,化学突触，神经冲动传递到轴突末端，引起神经递质小泡释放神经递质，然后神经递质作用于突触后细胞，引起神经冲动。,突触前细胞,突触后细胞,突触前细胞借助化学信号，即神经递质，将信息转送到突触后细胞者，称化学突触；借助于电信号传递信息者，称电突触,树突,轴突,突触,电突触：平滑肌、心肌、神经末梢间均存在的这种间隙连接，称为电紧张突触（electronic synapses）。电紧张突触无须依赖神经递质或信息物质即可将一些细胞的电兴奋活

5、动传递到相邻的细胞。,电兴奋活动,树突,轴突,（三）胞间连丝（plasmodesmata）,胞间连丝，是植物细胞特有的通讯连接。是由穿过细胞壁的质膜围成的细胞质通道，直径约2040nm。因此植物体细胞可看作是一个巨大的合胞体（syncytium）。,胶原纤维,细胞表面的蛋白多糖,糖胺聚糖,细胞粘附分子,胞内附着蛋白,细胞识别与细胞黏着 在多细胞的生命有机体中，不同类型的细胞必须组成不同的组织，如脊椎动物中的肌肉组织、上皮组织、神经组织、结缔组织等。 从事件发生的次序来说，细胞识别在先，细胞黏着在后，识别是黏着的基础。,第二节 细胞黏着及其分子基础,细胞识别 （cell recognition）

6、指细胞对同种或异种细胞、同源或异源细胞以及对自己和异己分子的认识和鉴别。 细胞黏着 （cell adhesion）则是指相邻细胞或细胞与细胞外基质以某种方式聚合在一起，组成组织或与其他组织分开，这种融合的方式比较松散。就细胞组成组织而言，组织内各细胞间更为紧密的结合则是靠各种形式的连接。,在多细胞生物中，单个细胞要组成精密的组织和器官以及器官体系，首先必须具有相互识别的能力，然后通过黏着和连接将细胞组织起来。 由于不同组织的功能是不同的，所以识别本身就意味着选择。 生物学家早在1907年就发现细胞具有相互识别的能力,细胞的识别和黏着,1907年 Wilson通过实验研究两种不同颜色的海绵细胞的

7、行为。分别从黄色海绵和红色海绵中分离单细胞，然后将两种不同颜色的细胞类群混合在一起。但是，这两种类型的海绵细胞很快就各自分开聚集，红色海绵细胞聚集到一起，黄色海绵细胞也是如此，二者互不混淆。,分别用蛋白酶将外胚层和中胚层水解成单细胞，并分别标记上不同的颜色，然后将这两种细胞混合。这两种游离的细胞迅速重新聚集成团后，同种细胞形成独立的聚合体，每种聚合体只含一种颜色的细胞，这种现象称为拣出（sorting out）这一实验说明了细胞的识别具有选择性，非同类的细胞不会混合聚集。,两栖动物早期胚胎,识别反应,细胞识别引起的细胞反应， 大致有3种类型： 内吞 信号反应 细胞黏着,识别后的第三种反应则是发

8、生黏着，包括细胞同细胞外基质的黏着以及细胞与细胞的黏着。进一步发展就成为细胞连接。 在发育过程中，细胞间的识别、黏着、分离以及对胚胎发育及个体形态发生具有重要作用。 受精、胚泡植入、形态发生、器官形成,细胞黏附分子（cell adhesion molecule，CAM）,是参与细胞与细胞之间及细胞与细胞外基质之间相互作用的分子，均为整合膜蛋白。可大致分为四类： 一、钙粘素Cadherins 二、选择素Selectins 三、免疫球蛋白超家族Ig-superfamily，Ig-SF 四、整联蛋白Integrins,细胞黏附分子为跨膜蛋白,共同的分子结构由三部分组成： （1） 胞外区，N端部分，负

9、责与配体识别； （2） 跨膜区，多为一次跨膜； （3） 胞质区，C端部分，与质膜下的骨架成分直接相连，或与胞内信号分子相连。,这些分子介导的细胞识别与黏着还能在细胞骨架的参与下，形成细胞连接，如桥粒、半桥粒、黏合带以及黏合斑等结构。,细胞黏着分子的作用机制有三种模式：,1.同亲性黏着：两相邻细胞表面的同种CAM的相互识别与结合； 2.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； 3.两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。,细胞黏附分子,粘附因子介导的细胞粘连的3种方式,同亲性粘附,异亲性粘附,胞外连接分子相互识别与结合,一.钙粘蛋白,是一个大的糖蛋白家族

10、，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,两个细胞质膜突出两个相同类型的钙黏素之间的相互作用引起的细胞黏着示意图,钙黏蛋白二聚体,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。 C Ca2+对钙黏蛋白胞外部分刚性的影响，低浓度（0.05mmol/L) Ca2+导致钙黏蛋白胞外部分刚性丧失。,亲同性粘附 homophilic,钙黏蛋白的晶体结构,钙粘素的作用主要有以下几个方面：,（1）介导细胞连接，在成年脊椎动物，E-钙粘素是保持上

11、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。因而有人将E钙粘素视为转移抑制分子。,二、选择素,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

12、助白细胞从血液进入炎症部位。 已知选择素有三种 L选择素 各种白细胞 E选择素 P选择素,位于内皮细胞,位于血小板、内皮细胞,三、免疫球蛋白超家族,免疫球蛋白超家族（Ig-superfamily，Ig-SF）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,III型纤连蛋白结构域,跨膜区域,胞内区域,胞外区域,神经细胞黏着分子: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,神经细胞黏着分子nerve cell adhesion molecules

13、, N-CAM,其中了解最多的是神经细胞黏着分子，它在神经组织细胞间的黏着起着主要作用。由单一基因编码，但由于其mRNA剪接不同和糖基化各异产生20余种不同的N-CAM。所有的N-CAM的胞外部分都有5个免疫球蛋白样的结构域。,IgSF的大多数成员是整合膜蛋白，存在于淋巴细胞的表面，参与各种免疫活动。它们中的某些整合蛋白参与非钙依赖性的细胞之间的粘着。事实上，在缺少免疫系统的无脊椎动物细胞粘着分子中发现类Ig结构域，说明类Ig蛋白在原始进化过程中作为细胞粘着中介物，只是在后来才在脊椎动物的免疫系统中增加了一项免疫功能。,一些IgSF的成员如血管细胞黏着因子、神经细胞黏着因子和L1介导的非免疫细

14、胞的黏着，在神经系统发育中有重要作用。 病例：新生儿死于致死性脑积水。（L1基因突变） 失去了两条大的神经管道，一条往返于脑的两半球之间，另一条往返于脑和脊髓之间。,四、整联蛋白,整合素（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表达整合素。,24种不同的亚基和9种亚基,含1亚单位的整合素主要介导细胞与细胞外基质成分之间的粘附。含2亚单位的整合素主要存在于各种白细胞表面，介导细胞间的相互作用。含3亚单位的整合素主要存在于血小板表面，介导血小板的聚集，并参与血栓形成。含4可与肌动蛋白及其

15、相关蛋白质结合，含64整合素以层粘连蛋白为配体，参与形成半桥粒,整联蛋白介导细胞与胞外基质黏着的典型结构有黏着斑和半桥粒,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

16、。,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

17、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

18、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

19、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

20、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

21、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