细胞生物学细胞连接与细胞外基质

1、细胞连接细胞连接( (cell junction)cell junction)概念：概念：多细胞生物的组织中，细胞与细胞间和细胞与细胞外多细胞生物的组织中，细胞与细胞间和细胞与细胞外基质间往往形成一些结构关系，这些结构称为细胞连接基质间往往形成一些结构关系，这些结构称为细胞连接( (cell cell junctions)junctions)。第十三章第十三章 细胞连接与细胞外基质细胞连接与细胞外基质紧密连接紧密连接( (tight junction)tight junction)是封闭连是封闭连接的主要形式接的主要形式. .将相邻细胞的质膜密切的将相邻细胞的质膜密切的连接在一起。连接在一起。

2、不仅连接相邻的细胞不仅连接相邻的细胞, , 而而且封闭细胞间隙且封闭细胞间隙, , 使大多数分子难以在使大多数分子难以在细胞间通透。细胞间通透。紧密连接紧密连接一、封闭连接一、封闭连接 ( (occluding junctions)occluding junctions)主要存在于脊椎动物上皮细胞间和表皮细胞间主要存在于脊椎动物上皮细胞间和表皮细胞间: :消化道消化道上皮上皮, ,膀胱上皮膀胱上皮, ,脑毛细血管内皮和睾丸支持细胞间都存脑毛细血管内皮和睾丸支持细胞间都存在着紧密连接在着紧密连接. .紧密连接的存在部位和结构特点紧密连接的存在部位和结构特点(a)上皮细胞切片观察到的紧密连接上皮细

3、胞切片观察到的紧密连接; (b)扫描电子显微镜观察的上皮顶部扫描电子显微镜观察的上皮顶部细胞细胞周围的环状紧密连接周围的环状紧密连接从结构上看从结构上看, , 通过连接蛋白形成焊接线通过连接蛋白形成焊接线（嵴线嵴线），），封闭相邻细封闭相邻细胞间的空隙。胞间的空隙。紧密连接的功能紧密连接的功能从功能上看， 紧密连接除了连接细胞之外，还有两个作用：防止物质双向渗漏，并限制了膜蛋白在脂分子层的流动，维持细胞的极性，有利于物质的跨细胞转运(图4-46)。1.封闭相邻细胞间的接缝，防止一些大分子在细胞间自由穿行。2.防止膜蛋白的自由扩散,使膜蛋白限定在质膜的一定区域.中间纤维有关的：桥粒（中间纤维有关

4、的：桥粒（desmosome） 半桥粒（半桥粒（hemidesmosome）肌动蛋白有关的：粘着带（肌动蛋白有关的：粘着带（adhesion belt） 粘着斑（粘着斑（focal adhesion）二、锚定连接（二、锚定连接（anchoring junctions） 锚定连接将锚定连接将相邻细胞相邻细胞的骨架系统或将的骨架系统或将细胞与基质细胞与基质相连形相连形成一个坚挺、有序的细胞群体。成一个坚挺、有序的细胞群体。类型类型广泛存在于各种上皮细胞中广泛存在于各种上皮细胞中, , 特别是在受机械张力较特别是在受机械张力较大的组织中尤为丰富大的组织中尤为丰富, , 如心肌、膀胱、子宫、子宫颈和皮

5、如心肌、膀胱、子宫、子宫颈和皮肤表皮等处。肤表皮等处。30纳米纳米细胞间形成纽扣状结构，将相细胞间形成纽扣状结构，将相邻细胞铆接在一起邻细胞铆接在一起（一）桥粒（一）桥粒( (desmosomes)desmosomes)盘状致密斑上所连中间丝的性质因细胞类型而异：盘状致密斑上所连中间丝的性质因细胞类型而异：将细胞同细胞外基质相连将细胞同细胞外基质相连. . 主要位于主要位于上皮细胞的底面，作用是把上皮细胞与其下方的上皮细胞的底面，作用是把上皮细胞与其下方的基膜连接在一起基膜连接在一起.hemidesmosomeshemidesmosomes 粘着带粘着带 ( (adhesion belts)a

6、dhesion belts)粘着带连接粘着带连接位于上皮细胞紧密连接的下方位于上皮细胞紧密连接的下方， 靠钙粘靠钙粘着蛋白同着蛋白同肌动蛋白肌动蛋白相互作用，相互作用， 将两个细胞连接起来将两个细胞连接起来, ,相邻细胞质膜的间隙为相邻细胞质膜的间隙为20202525nm, nm, 介于紧密连接和介于紧密连接和桥粒之间桥粒之间, ,粘着带粘着带( (adherens belt)adherens belt)位于上皮细胞紧密连接的下方；位于上皮细胞紧密连接的下方；靠靠钙钙着蛋白着蛋白同肌动蛋白相互作用；同肌动蛋白相互作用；着带处着带处 细胞与细胞外基质间亦存在粘合连接，连接处的质膜细胞与细胞外基质

7、间亦存在粘合连接，连接处的质膜呈盘状，称为粘着斑呈盘状，称为粘着斑( (adhesion plaques)adhesion plaques)。使细胞中的肌使细胞中的肌动蛋白丝束和基质连接起来。动蛋白丝束和基质连接起来。（四）粘着斑（四）粘着斑肌肌动动蛋蛋白白丝丝束束在斑处靠一种穿膜在斑处靠一种穿膜连接蛋白连接蛋白整联整联蛋白蛋白( (integrin)integrin)把把肌动蛋白丝束和基肌动蛋白丝束和基质连接起来。质连接起来。细胞骨架在细胞连接中的作用细胞骨架在细胞连接中的作用骨架成份通过粘着带和粘着斑将相邻细胞的质膜或质膜与细胞外基质蛋白联系在一起，不仅增强了组织的机械强度，更重要的是形成

8、了组织网络和组织整体。一种特殊的细胞连接一种特殊的细胞连接, , 位于特化的具有细胞间位于特化的具有细胞间通讯作用的细胞通讯作用的细胞. . 具机械的细胞连接作用具机械的细胞连接作用在细胞间形成电偶联或代谢偶联在细胞间形成电偶联或代谢偶联, , 以此来传递以此来传递信号信号 通讯连接的方式：通讯连接的方式： 间隙连接间隙连接 胞间连丝胞间连丝 化学突触化学突触三、通讯连接三、通讯连接 ( (communicacating junctions)communicacating junctions)间隙连接是动物细胞中通过连接子间隙连接是动物细胞中通过连接子(connexons)进行的细进行的细胞间

9、连接。所谓胞间连接。所谓“间隙间隙”,有两层含义有两层含义,其一是在间隙连接处其一是在间隙连接处, 相邻细胞质膜间有相邻细胞质膜间有23nm的间隙的间隙;其二是在间隙连接的连接其二是在间隙连接的连接点处点处,双脂层并不直接相连双脂层并不直接相连, 而是由两个连接子对接形成通道，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。个细胞。所有动物的大多数组织都存在间隙连接。所有动物的大多数组织都存在间隙连接。（一）间隙连接（一）间隙连接 ( (gap junction)gap junction)基本单位

10、称连接子（connexon），每个连接子由4个或6个相同或相似的连接蛋白(connexon)亚基环绕中央形成孔径为1.52nm的水性通道；相邻两细胞分别用各自的连接子相互对接形成细胞间的通道，左，连接子电镜照片；右，间隙连接模型左，连接子电镜照片；右，间隙连接模型 连 接 子 的 中 央连 接 子 的 中 央有亲水通道，允许有亲水通道，允许无机离子和分子量无机离子和分子量小于小于1 1kdakda的小分子的小分子( (如糖、氨基酸、核如糖、氨基酸、核苷酸和维生素苷酸和维生素) )自由自由穿过通道。但一些穿过通道。但一些大分子（如蛋白质、大分子（如蛋白质、核酸和多糖）则不核酸和多糖）则不能通过。

11、能通过。当细胞受到损伤时，质膜渗漏，细胞中的代谢物流出，当细胞受到损伤时，质膜渗漏，细胞中的代谢物流出，细胞外高浓度的细胞外高浓度的caca2+2+和和nana+ +进入细胞内，进入细胞内， caca2+2+ 变化对间隙连变化对间隙连接的通透性有调节作用：接的通透性有调节作用：立即引起间隙连接的通道关闭，避立即引起间隙连接的通道关闭，避免影响相邻的正常细胞，造成营养物质流失。免影响相邻的正常细胞，造成营养物质流失。连接子通道的开关可受到调节连接子通道的开关可受到调节有 学 者 认有 学 者 认为，通道关闭为，通道关闭是由于连接子是由于连接子的每个亚单位的每个亚单位发生小的扭转发生小的扭转而造成

12、的。而造成的。1.连接作用。连接作用。2.能在细胞间形成电偶联能在细胞间形成电偶联(electrical coupling)。电偶联在电偶联在神经冲动信息传递过程中起重要作用。神经冲动信息传递过程中起重要作用。3. 代谢偶联代谢偶联(matebolic coupling)。代谢偶联可使小分子代代谢偶联可使小分子代谢物和信号分子通过间隙连接形成的水性通道谢物和信号分子通过间隙连接形成的水性通道, 从一个细胞从一个细胞到另一个细胞。如到另一个细胞。如camp和和ca2+等可通过间隙连接从一个细等可通过间隙连接从一个细胞进入到相邻细胞胞进入到相邻细胞, 因此因此,只要有部分细胞接受信号分子的作只要有

13、部分细胞接受信号分子的作用用,可使整个细胞群发生反应。可使整个细胞群发生反应。间隙连接的功能间隙连接的功能:胞间连丝胞间连丝( (plasmodesma)plasmodesma) 高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接, ,完成细胞间完成细胞间的通讯联络。胞间连丝穿越细胞壁的通讯联络。胞间连丝穿越细胞壁, ,由相互连接的相邻细胞的由相互连接的相邻细胞的细胞质膜共同组成的直径为细胞质膜共同组成的直径为20204040nmnm的管状结构的管状结构, ,中央是由内中央是由内质网延伸形成的链管结构。质网延伸形成的链管结构。 胞间连丝不仅使相邻细胞的细胞质膜、细胞间连丝

14、不仅使相邻细胞的细胞质膜、细胞质、内质网交融在一起。而且也是植物细胞间胞质、内质网交融在一起。而且也是植物细胞间物质运输和传递刺激的重要渠道，它与动物细胞物质运输和传递刺激的重要渠道，它与动物细胞的间隙连接有许多相同之处。正常情况下它允许的间隙连接有许多相同之处。正常情况下它允许1000道尔顿以下的分子渗透，也能让离子自由道尔顿以下的分子渗透，也能让离子自由通过。它的活性同样受通过。它的活性同样受ca2+离子浓度的调节等，离子浓度的调节等，因此具有植物信号传导的作用。因此具有植物信号传导的作用。胞间连丝的胞间连丝的功能功能l是存在于可兴奋细胞间的一种连接方式，其作用是通过释放神经递质来传导兴奋

15、。l由突触前膜、突触后膜、突触间隙三部分组成。l突触前神经元的突起末梢膨大呈球形，称突触小体。l突触小体内有突触小泡，内含神经递质。 化学突触的结构（具有小囊泡的一侧为突触前膜）化学突触的结构（具有小囊泡的一侧为突触前膜） 在细胞识别的基础上，同类细胞发生聚集形成细胞团或组织的过程叫做细胞粘附（细胞粘附（cell adhesioncell adhesion） 。 参与细胞粘附的分子称为细胞粘附分子细胞粘附分子( (cell cell adhesion molecule,cam)adhesion molecule,cam) 根据细胞粘附分子的作用方式可以分为四类：四、细胞粘附分子四、细胞粘附分子

16、 ( (cell adhesion molecule,cam)cell adhesion molecule,cam)四种类型的细胞粘附分子四种类型的细胞粘附分子整联蛋白介导两种类型介导两种类型 四种不同方式的粘着四种不同方式的粘着( (一一) )钙粘素钙粘素( (cadherin)cadherin)也叫钙粘附蛋白，也叫钙粘附蛋白， 属属同亲性依赖同亲性依赖ca2+的细胞粘连糖蛋白，的细胞粘连糖蛋白， 肽链伸出部褶叠成肽链伸出部褶叠成5 5个区，末端个区，末端4 4个区具有个区具有caca2+2+结合部位结合部位( (高度钙依高度钙依赖性赖性) ) 。 钙粘蛋白通过附着蛋白组与质钙粘蛋白通过附着

17、蛋白组与质膜下方的平行于质膜排列的肌动膜下方的平行于质膜排列的肌动蛋白丝束相结合。蛋白丝束相结合。( (二二) )选择素选择素( (selectin)selectin)选择素属亲异性选择素属亲异性camcam，其其作用依赖于作用依赖于caca2 2 。主要主要参与白细胞与脉管内皮参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘合。细胞之间的识别与粘合。已知选择素有三种：已知选择素有三种：l l（leukocyte)leukocyte)选择素、选择素、e(endothelial)e(endothelial)选择素选择素及及p(platelet)p(platelet)选择素。选择素。( (三三) )免疫球蛋

18、白超家族免疫球蛋白超家族cam cam (ig-superfamily,ig-sf)(ig-superfamily,ig-sf)ig-sfig-sf包括分子结包括分子结构中含有免疫球蛋构中含有免疫球蛋白（白（igig）样结构域样结构域的所有分子，的所有分子，一般一般不依赖于不依赖于caca2 2 。免疫球蛋白样结免疫球蛋白样结构域构域系指借二硫系指借二硫键维系的两组反键维系的两组反向平行向平行折叠结折叠结构。构。 ( (四四) )整联蛋白整联蛋白 ( (integrin)integrin)整联蛋白是由整联蛋白是由和和两个亚单位形成的异两个亚单位形成的异二聚体二聚体. .介导细胞与细胞间的相介导

19、细胞与细胞间的相互作用及细胞与细胞外互作用及细胞与细胞外基质间的相互作用。基质间的相互作用。大多为亲异性细胞粘附分子，大多为亲异性细胞粘附分子，其作用依赖于其作用依赖于ca2。介导细胞与细胞间的相互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。几乎所有动植物细胞均表达作用及细胞与细胞外基质间的相互作用。几乎所有动植物细胞均表达整联蛋整联蛋白白. .整合素识别的主要部位是配基上的rgd三肽结构(arg-gly-asp(r-g-d)序列粘附分子间的作用粘附分子间的作用糖蛋白糖蛋白同亲性异亲性淋巴细胞经钌红染色后，在电镜显示出的细胞外被图象淋巴细胞经钌红染色后，在电镜显示出的细胞外被图象

20、第五节第五节 细胞外被与细胞外基质细胞外被与细胞外基质动物细胞表面存在着一层厚约动物细胞表面存在着一层厚约10201020nmnm的富含糖类物质的富含糖类物质的结构，称为细胞外被的结构，称为细胞外被( (cell coat)cell coat)或糖萼或糖萼( (glycocalyx)glycocalyx)。二、细胞外基质二、细胞外基质 ( (extracellular matrix)extracellular matrix)细胞外基质：细胞外基质： 分布于细胞外空间，由细胞分泌的分布于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白和蛋白和多糖多糖所构成的网络结构。所构成的网络结构。功能：功能：细胞外基质将细胞粘

21、连在一起构成组织；细胞外基质将细胞粘连在一起构成组织；提供细胞细胞外网架，在组织中或组织间起支持作用提供细胞细胞外网架，在组织中或组织间起支持作用. .细胞外基质通过结合细胞外基质通过结合一些生长因子和激素结合进行信号传导一些生长因子和激素结合进行信号传导影响细胞的代谢、功能、迁移、增殖和分化。影响细胞的代谢、功能、迁移、增殖和分化。细胞外基质的组成成分分为三大类: 蛋白聚糖蛋白聚糖(proteoglycan): 是由糖胺聚糖糖胺聚糖以共价的形式与线线性多肽性多肽连接而成的多糖和蛋白复合物， 它们能够形成水性的胶状物; 结构蛋白结构蛋白: 如胶原和弹性蛋白，它们赋予细胞外基质一定的强度和韧性。

22、 粘着蛋白粘着蛋白(adhesive proteins):如纤粘连蛋白和层粘连蛋白，它们促使细胞同基质结合。其中以胶原和蛋白聚糖为基本骨架在细胞表面形成纤维网状复合物，并通过细胞质膜中的整联蛋白将细胞外与细胞内连成了一个整体。( (一一) )细胞外基质的成分细胞外基质的成分1. 1. 胶原胶原( (collagen)collagen)胶原是动物体内含量最丰富的蛋白质，遍布于体内胶原是动物体内含量最丰富的蛋白质，遍布于体内各种器官和组织，是胞外基质最基本成份之一，也各种器官和组织，是胞外基质最基本成份之一，也是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白, ,构成构

23、成细胞外基质中的框架结构。细胞外基质中的框架结构。 胶原纤维的基本结构单胶原纤维的基本结构单位位( (胶原分子胶原分子) )是原胶原是原胶原原胶原是由三条肽链盘原胶原是由三条肽链盘绕 成 的 三 股 螺 旋 结 构绕 成 的 三 股 螺 旋 结 构( (trimers)trimers) 原胶原肽链具有原胶原肽链具有gly-x-gly-x-y y重复序列，对胶原纤维的重复序列，对胶原纤维的高级结构的形成是重要的，高级结构的形成是重要的，通常：通常：x x：propro，y y：hypro hypro or hylysor hylys 在胶原纤维内在胶原纤维内部部, ,原胶原蛋白分原胶原蛋白分子交

24、替平行排列子交替平行排列, ,形成周期性横纹形成周期性横纹在胶原纤维内部在胶原纤维内部, ,有分子内和分子有分子内和分子间的交联间的交联。胶原胶原三股螺旋化三股螺旋化前胶原前胶原高尔基体高尔基体维维生生 羟羟素素 化化c c原胶原原胶原切去前肽切去前肽细胞外细胞外粗面内质网粗面内质网前胶原(procollagen)是原胶原的前体和分泌形式。翻译翻译n n端前肽端前肽c c端前肽端前肽前前链链 重复重复gly-x-ygly-x-y序列序列早前胶原早前胶原 胶原是骨、腱和皮肤组织中的主要蛋白，在胶原是骨、腱和皮肤组织中的主要蛋白，在胞外基质中含量最高胞外基质中含量最高, ,刚性及抗张力强度最大刚性

25、及抗张力强度最大,胶原起着细胞外胶原起着细胞外基质骨架基质骨架作用作用; ; 胶原可被胶原酶特异降解，而参入胞外基质胶原可被胶原酶特异降解，而参入胞外基质信号传递信号传递的调控网络中；的调控网络中； 在不同组织中，胶原组装成不同的纤维形式在不同组织中，胶原组装成不同的纤维形式, ,以适应特定功能的需要。以适应特定功能的需要。胶原酶遗传缺陷胶原酶遗传缺陷某些人具有胶原酶的遗某些人具有胶原酶的遗传缺陷，这样传缺陷，这样, ,他们的他们的胶原纤维就不能正确地胶原纤维就不能正确地装配，其结果，皮肤和装配，其结果，皮肤和各种其它的结绨组织就各种其它的结绨组织就会降低它们的强度变得会降低它们的强度变得非常

26、的松弛。非常的松弛。 氨基聚糖是由重复的二糖单位构成的无分枝长链多糖氨基聚糖是由重复的二糖单位构成的无分枝长链多糖, ,其其二糖单位之一是氨基己糖二糖单位之一是氨基己糖( (氨基葡萄糖或氨基半乳糖氨基葡萄糖或氨基半乳糖),),故称为故称为氨基聚糖氨基聚糖, ,另一个是糖醛酸另一个是糖醛酸. .细胞外基质中发现的大多数糖胺细胞外基质中发现的大多数糖胺聚糖都是作为蛋白聚糖的一个成分而存在聚糖都是作为蛋白聚糖的一个成分而存在氨基聚糖（氨基聚糖（glysaminoglycan,gagglysaminoglycan,gag） 糖胺糖胺聚糖包括聚糖包括透明质酸、透明质酸、4-硫酸软骨素、硫酸软骨素、6-硫

27、酸软骨素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素和硫酸角质素等。硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素和硫酸角质素等。透明质酸：（透明质酸：（hyaluronic acid,hahyaluronic acid,ha） 是一种重要的糖氨聚糖，是由是一种重要的糖氨聚糖，是由二糖单位葡萄糖醛酸，二糖单位葡萄糖醛酸，乙酰氨基葡萄糖重复排列构成，乙酰氨基葡萄糖重复排列构成， 分子表面含有大量亲水基团分子表面含有大量亲水基团, ,可以结合大量水分子形成粘可以结合大量水分子形成粘性的水化凝胶性的水化凝胶, , 同时同时, ,透明质酸分子表面的透明质酸分子表面的coocoo基团结合阳基团结合阳离子离子, ,增加了

28、离子浓度和渗透压增加了离子浓度和渗透压, ,大量水分子被摄入基质。大量水分子被摄入基质。n5 0005 000个个 胞外基质中胞外基质中, ,透明质酸倾向于向外膨胀透明质酸倾向于向外膨胀, ,产生压力产生压力, ,使结缔组织具有抗压的能力。使结缔组织具有抗压的能力。 透明质酸使细胞保持彼此分离透明质酸使细胞保持彼此分离, ,使细胞易使细胞易于运动迁移和增殖并阻止细胞分化，透明质于运动迁移和增殖并阻止细胞分化，透明质酸结合于许多迁移细胞的表面。酸结合于许多迁移细胞的表面。透明质酸透明质酸( (hyaluronic acid)hyaluronic acid)的生物学功能的生物学功能 蛋白聚糖（蛋白

29、聚糖（proteoglycanproteoglycan）蛋白聚糖蛋白聚糖单体模式单体模式图图蛋白聚糖蛋白聚糖多聚体多聚体透明质酸氨基聚糖氨基聚糖分子式分子式软骨中的蛋白聚糖软骨中的蛋白聚糖 存在于所有结缔组织，细胞外基质和许多细胞表面。是存在于所有结缔组织，细胞外基质和许多细胞表面。是氨基聚糖（除透明质酸外）与核心蛋白的氨基聚糖（除透明质酸外）与核心蛋白的丝氨酸残基共价连丝氨酸残基共价连接形成的巨分子接形成的巨分子。由于糖胺聚糖表面带的负电荷，可结合阳离子，提高渗由于糖胺聚糖表面带的负电荷，可结合阳离子，提高渗透压，转而又可结合大量水分子，使蛋白聚糖形成多孔含透压，转而又可结合大量水分子，使蛋白聚糖形成多孔含水的胶体