医学细胞生物学细胞表面及其特化结构赵崴终稿

1、会计学1医学细胞生物学细胞表面及其特化结构医学细胞生物学细胞表面及其特化结构赵崴终稿赵崴终稿细胞表面结构示意图细胞表面结构示意图 跨膜糖蛋白跨膜糖蛋白吸附的糖蛋白吸附的糖蛋白跨膜蛋白聚糖跨膜蛋白聚糖细胞外细胞外被被（糖萼（糖萼）脂双脂双层层胞质溶胶胞质溶胶细胞外空间细胞外空间糖脂糖脂（二）褶皱（二）褶皱（ruffle）细胞表面的扁形突起，也称细胞表面的扁形突起，也称为片足（为片足（lamellipodia ）。）。在巨噬细胞的表面上，普遍在巨噬细胞的表面上，普遍存在着褶皱结构，与吞噬颗存在着褶皱结构，与吞噬颗粒物质有关。粒物质有关。（三）（三） 细胞内褶细胞内褶内褶（内褶（infolding）

2、是质膜由细胞表面内陷形成的结构，）是质膜由细胞表面内陷形成的结构，以相反的方向扩大了细胞的表面积。这种结构常见于液以相反的方向扩大了细胞的表面积。这种结构常见于液体和离子交换活动比较旺盛的细胞。体和离子交换活动比较旺盛的细胞。 肾近曲小管上皮细胞之基肾近曲小管上皮细胞之基底褶及其中的线粒体底褶及其中的线粒体16000 Human spermcell junction细胞连接细胞连接(cell junction) ：相邻细胞间形成一相邻细胞间形成一定的连接装置，加强细胞的机械联系和组织定的连接装置，加强细胞的机械联系和组织的牢固性，并协调细胞间的代谢活动。的牢固性，并协调细胞间的代谢活动。细胞连

3、接类型细胞连接类型类型类型连接名称连接名称主要特征主要特征第一类第一类封闭连接（紧密连接）封闭连接（紧密连接）相邻细胞膜形成封闭链相邻细胞膜形成封闭链第二类第二类锚定连接锚定连接细胞骨架纤维参与锚定细胞骨架纤维参与锚定 黏合连接黏合连接 黏合带黏合带 黏合斑黏合斑由微丝介导的细胞连接由微丝介导的细胞连接细胞或细胞外基质粘着细胞或细胞外基质粘着 桥粒连接桥粒连接 桥粒桥粒由张力丝介导的细胞连接由张力丝介导的细胞连接 半桥粒半桥粒细胞与基膜之间的连接细胞与基膜之间的连接第三类第三类通讯连接通讯连接连接结构介导细胞通讯连接结构介导细胞通讯 间隙连接间隙连接由连接子介导细胞通讯由连接子介导细胞通讯 化

4、学突触化学突触神经突触通讯神经突触通讯一一. 紧密连接紧密连接 (tight junction)分布：分布：广泛分布于各种上皮细胞管腔面细胞间隙顶端。广泛分布于各种上皮细胞管腔面细胞间隙顶端。 如：消化道、血管、膀胱、生殖道等。如：消化道、血管、膀胱、生殖道等。细 胞 膜细 胞 膜 细胞间隙细胞间隙跨膜蛋白跨膜蛋白结构特点结构特点：功能功能1) 封闭上皮细胞封闭上皮细胞 的间隙，保证的间隙，保证 组织内环境的组织内环境的 稳定性。稳定性。2) 保证物质转运保证物质转运 的方向性。的方向性。紧密连接紧密连接细胞间隙细胞间隙细胞膜细胞膜葡萄糖被动运葡萄糖被动运输载体蛋白输载体蛋白Na/葡萄糖协同葡

5、萄糖协同转运蛋白转运蛋白 骨架纤维骨架纤维 细胞膜细胞膜胞内附着蛋白胞内附着蛋白跨膜连接蛋白跨膜连接蛋白胞外空隙胞外空隙胞外基质胞外基质黏合连接：包括黏合带和黏合斑黏合连接：包括黏合带和黏合斑l部位：黏合带位于上皮细胞顶端紧密连接的下方部位：黏合带位于上皮细胞顶端紧密连接的下方紧密连接紧密连接（黏合带）中间连接（黏合带）中间连接 微丝束微丝束 （肌动蛋白纤维）（肌动蛋白纤维）细胞间隙细胞间隙(15-20nm)(15-20nm)l形态特征形态特征l作用：增强组织支持、抵抗机械张力的重要作用。作用：增强组织支持、抵抗机械张力的重要作用。- S-S - S - S -肌动蛋白肌动蛋白细胞膜细胞膜黏合

6、斑蛋白黏合斑蛋白纤粘连蛋白受体纤粘连蛋白受体纤粘连蛋白纤粘连蛋白蛋白聚糖蛋白聚糖胶原纤维胶原纤维(adhesion plaque) 桥粒（桥粒（spot desmosome）l部位：存在于上皮细胞黏合带下方。部位：存在于上皮细胞黏合带下方。l形态特征：相邻细胞经由一纽扣状结构铆接在一起。形态特征：相邻细胞经由一纽扣状结构铆接在一起。细胞膜细胞膜 细胞间隙细胞间隙钙黏蛋白钙黏蛋白中间纤维中间纤维桥粒斑桥粒斑（2525 30nm)30nm)桥粒连接：在桥粒连接：在皮皮肤肤、心肌心肌、消化消化道上皮道上皮、子宫子宫和和阴道上皮细胞阴道上皮细胞中中特别丰富。特别丰富。细胞膜细胞膜基底膜基底膜中间纤维中

7、间纤维l作用：桥粒与半桥粒：它们似铆钉将相邻细胞或细胞作用：桥粒与半桥粒：它们似铆钉将相邻细胞或细胞与基质牢牢连接起来与基质牢牢连接起来, , 起支持，附着，抵抗外界压力与起支持，附着，抵抗外界压力与张力的作用。张力的作用。整联蛋白整联蛋白半桥粒半桥粒(hemidesmosome)l形态与桥粒类似，但半桥粒是细胞与其下方的基底膜相连形态与桥粒类似，但半桥粒是细胞与其下方的基底膜相连。 总之：锚定连接将相邻细胞的骨架系统与细胞或总之：锚定连接将相邻细胞的骨架系统与细胞或细胞外基质相连形成一个坚挺，有序的细胞群体。细胞外基质相连形成一个坚挺，有序的细胞群体。锚定连接锚定连接与与中间纤维中间纤维的锚

8、定连接的锚定连接桥粒与半桥粒桥粒与半桥粒与与肌动蛋白纤维肌动蛋白纤维的锚定连接的锚定连接黏合连接黏合连接9-10nm细胞膜细胞膜细胞间隙细胞间隙2-4nm连接子连接子跨膜蛋白亚单位跨膜蛋白亚单位孔孔 道道1.5nm1.5nm两个连接子为一两个连接子为一个缝隙连接单位个缝隙连接单位（缝隙连接的基本单位）（缝隙连接的基本单位）三三. .通讯连接通讯连接 communicating junction类型：缝隙连接、化学突触、胞间连丝类型：缝隙连接、化学突触、胞间连丝缝隙连接：细胞间隙中丛集圆柱状颗粒缝隙连接：细胞间隙中丛集圆柱状颗粒-连接子或连接小体连接子或连接小体动物细胞显示缝隙连接动物细胞显示缝

9、隙连接相邻细胞膜相邻细胞膜相邻细胞对应连接子通道相邻细胞对应连接子通道由由6个亚单位构成的连接子个亚单位构成的连接子1.5nm亲水亲水通道通道l代谢偶联：小分子代谢物和信号分子（分子量代谢偶联：小分子代谢物和信号分子（分子量小于小于1500KD)1500KD)即可通过缝隙连接的通道，由一个即可通过缝隙连接的通道，由一个细胞进入与之相邻的另一个细胞。细胞进入与之相邻的另一个细胞。控制细胞分化控制细胞分化、保持发育一致。、保持发育一致。l电偶联：带电离子通过缝隙连接通道由一个细电偶联：带电离子通过缝隙连接通道由一个细胞直接进入另一个细胞，使动作电位迅速在细胞胞直接进入另一个细胞，使动作电位迅速在细

10、胞之间传播。之间传播。协调组织功能活动。协调组织功能活动。缝隙连接的作用：缝隙连接的作用：微绒毛微绒毛紧密连接紧密连接粘着带粘着带桥粒桥粒角质纤维角质纤维间隙连接间隙连接半桥粒半桥粒基底层基底层概念：概念：细胞外基质（细胞外基质（extracellular matrix，ECM）是指分部）是指分部于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白质和多糖所构成的纤维凝胶于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白质和多糖所构成的纤维凝胶网络结构。主要由凝胶样基质和纤维网架构成。网络结构。主要由凝胶样基质和纤维网架构成。功能：功能：粘连；支持；改变细胞微环境；信号功能。粘连；支持；改变细胞微环境；信号功能。类型：类型：氨基聚糖与

11、蛋白聚糖、胶原和弹性蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖、胶原和弹性蛋白、非胶原糖蛋白（黏着糖蛋白）：层粘连蛋白和非胶原糖蛋白（黏着糖蛋白）：层粘连蛋白和 纤粘连蛋白纤粘连蛋白n 结构：结构：氨基聚糖是由重复的二糖单位构成的长链多糖氨基聚糖是由重复的二糖单位构成的长链多糖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) ) 糖醛酸糖醛酸（葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸）（葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸）n 类型：类型：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、透明质酸、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。肝素和硫酸角质素等。( (一一) )

12、氨基聚糖与蛋白聚糖氨基聚糖与蛋白聚糖氨基聚糖氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG）氨基聚糖的分子特性及组织分布氨基聚糖的分子特性及组织分布氨基聚糖氨基聚糖二糖单位二糖单位硫酸基硫酸基分布组织分布组织透明质酸透明质酸葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸，N N- -乙酰葡乙酰葡萄糖萄糖0 0结缔组织、皮肤、软骨、玻璃体、结缔组织、皮肤、软骨、玻璃体、滑液滑液硫酸软骨素硫酸软骨素葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸，N-N-乙酰半乙酰半乳糖乳糖0.2-2.30.2-2.3软骨、角膜、骨、皮肤、动脉软骨、角膜、骨、皮肤、动脉硫酸皮肤素硫酸皮肤素葡萄糖醛酸或艾杜糖醛葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸酸，N-N-乙酰葡萄糖乙酰葡萄

13、糖1.0-2.01.0-2.0皮肤、血管、心、心瓣膜皮肤、血管、心、心瓣膜硫酸硫酸乙酰肝素乙酰肝素葡萄糖醛酸或艾杜糖醛葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸酸，N-N-乙酰葡萄糖乙酰葡萄糖0.2-3.00.2-3.0肺、动脉、细胞表面肺、动脉、细胞表面肝素肝素葡萄糖醛酸或艾杜糖醛葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸酸，N-N-乙酰葡萄糖乙酰葡萄糖2.0-3.02.0-3.0肺、肝、皮肤、肥大细胞肺、肝、皮肤、肥大细胞硫酸角质素硫酸角质素半乳糖半乳糖，N-N-乙酰葡萄糖乙酰葡萄糖0.9-1.80.9-1.8软骨、角膜、椎间盘软骨、角膜、椎间盘n结构：结构：l蛋白聚糖由氨基聚糖与核心蛋白蛋白聚糖由氨基聚糖与核心蛋白(core

14、protein) (core protein) 的丝氨酸残基共价连接形成的巨分子的丝氨酸残基共价连接形成的巨分子l若干蛋白聚糖单体借连接蛋白以非共价键与透明若干蛋白聚糖单体借连接蛋白以非共价键与透明 质酸结合形成多聚体质酸结合形成多聚体l 显著特点是多态性：可以含有不同氨基酸序列核显著特点是多态性：可以含有不同氨基酸序列核 心蛋白心蛋白, ,长度和成分不同的氨基聚糖；长度和成分不同的氨基聚糖；蛋白聚糖（蛋白聚糖（proteoglycanproteoglycan）n蛋白聚糖的功能蛋白聚糖的功能 软骨中的蛋白聚糖是最巨大分子之一软骨中的蛋白聚糖是最巨大分子之一, , 赋赋予软骨以凝胶样特性和抗变形

15、能力；予软骨以凝胶样特性和抗变形能力； 蛋白聚糖可视为细胞外的激素富集与储存蛋白聚糖可视为细胞外的激素富集与储存库，可与多种生长因子结合，完成信号的传库，可与多种生长因子结合，完成信号的传导。导。 胶原胶原胶原是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白。胶原是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白。n 胶原主要由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞及某些胶原主要由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞及某些上皮细胞合成并分泌到细胞外。上皮细胞合成并分泌到细胞外。n 分子结构分子结构：胶原是由胶原是由3 3条条多肽链盘绕构成的三股螺旋结构多肽链盘绕构成的三股螺旋结构氨基酸组成具有三肽重复顺序：氨基酸组成具有三肽重复

16、顺序：Gly-X-YGly-X-Y在胶原纤维的内部，原胶原蛋白分子呈在胶原纤维的内部，原胶原蛋白分子呈1/41/4交替平行排交替平行排 列，相邻的原胶原蛋白头尾相连。平行排列的列，相邻的原胶原蛋白头尾相连。平行排列的N N端和端和C C 端共价结合。端共价结合。( (二二) )胶原与弹性蛋白胶原与弹性蛋白胶原的结构胶原的结构 肽链肽链胶原原纤维胶原原纤维胶原分子胶原分子胶原纤维胶原纤维成纤维细胞周围的胶原纤维成纤维细胞周围的胶原纤维切去信号肽、切去信号肽、N端和端和C端添加端添加短前肽短前肽(前前 -链链)。在高尔基在高尔基体内加工：羟基化、糖基化体内加工：羟基化、糖基化形成二硫键，以氢键连接

17、形成二硫键，以氢键连接形成三股螺旋的前胶原。形成三股螺旋的前胶原。前胶原合成后，分泌进入细胞间隙中前胶原合成后，分泌进入细胞间隙中切去前肽，形成直径切去前肽，形成直径1.5nm、长长300nm的胶原分子的胶原分子前肽的功能前肽的功能：诱导装配，分泌前防止交联成胶原原纤维：诱导装配，分泌前防止交联成胶原原纤维n 胶原的装配胶原的装配n 胶原的主要功能胶原的主要功能 胶原在不同组织中行使不同的功能胶原在不同组织中行使不同的功能 胶原具有刺激细胞增殖和诱导分化的作用胶原具有刺激细胞增殖和诱导分化的作用 不同的发育阶段表达不同类型的胶原不同的发育阶段表达不同类型的胶原n 胶原与疾病：胶原与疾病： 由不

18、正常胶原纤维形成导致的坏血病由不正常胶原纤维形成导致的坏血病 由胶原分子表达异常引起的遗传性疾病由胶原分子表达异常引起的遗传性疾病 由自身免疫性胶原组织损伤产生的免疫性胶原病由自身免疫性胶原组织损伤产生的免疫性胶原病n 弹性蛋白由两种类型短肽段交替排列构成：弹性蛋白由两种类型短肽段交替排列构成： 一种是疏水短肽赋予分子以弹性；一种是疏水短肽赋予分子以弹性； 一种短肽为富含丙氨酸及赖氨酸残基的一种短肽为富含丙氨酸及赖氨酸残基的螺旋，负责在相螺旋，负责在相 邻分子间形成交联。邻分子间形成交联。n 弹性蛋白是高度疏水的非糖基化蛋白，有两个明显的特征弹性蛋白是高度疏水的非糖基化蛋白，有两个明显的特征

19、构象呈无规则卷曲状态；构象呈无规则卷曲状态； 通过通过Lys(赖氨酸赖氨酸)残基相互交连成网状结构。残基相互交连成网状结构。 弹性蛋白（弹性蛋白（elastinelastin） 伸展伸展回缩回缩单个弹性蛋白分子单个弹性蛋白分子交联键交联键( (三三) ) 非胶原糖蛋白非胶原糖蛋白特点特点 ：既可与细胞结合，又可与细胞外基质中其他：既可与细胞结合，又可与细胞外基质中其他大分子结合，从而使细胞与细胞外基质相互粘着。大分子结合，从而使细胞与细胞外基质相互粘着。代表：代表： 纤连蛋白纤连蛋白 层粘连蛋白层粘连蛋白n 纤连蛋白是高分子量糖蛋白（纤连蛋白是高分子量糖蛋白（220-250KD220-250K

20、D） 有两种存在形式有两种存在形式可溶性纤粘连蛋白，称为血浆可溶性纤粘连蛋白，称为血浆FNFN，不溶性纤粘连蛋白，称为细胞不溶性纤粘连蛋白，称为细胞FNFNn 纤连蛋白的分子结构纤连蛋白的分子结构每条每条FNFN肽链约含肽链约含24502450个氨基酸残基，具有个氨基酸残基，具有5 57 7个有特个有特定功能的结构域，由对蛋白酶敏感的肽段连接。定功能的结构域，由对蛋白酶敏感的肽段连接。FNFN肽链中的一些短肽序列为细胞表面的各种肽链中的一些短肽序列为细胞表面的各种FNFN受体识受体识别与结合的最小结构单位。例如，在肽链中央的与细胞别与结合的最小结构单位。例如，在肽链中央的与细胞相结合的模块中存

21、在相结合的模块中存在RGDRGD（Arg-Gly-AspArg-Gly-Asp）（精氨酸甘）（精氨酸甘氨酸天冬氨酸）序列。氨酸天冬氨酸）序列。纤连蛋白（纤连蛋白（fibronectinfibronectin，FNFN）结合肝素结合肝素结合细胞结合细胞结合胶原、多胺结合胶原、多胺结合肌动蛋白、纤维蛋白、结合肌动蛋白、纤维蛋白、肝素、金黄色葡萄糖菌肝素、金黄色葡萄糖菌结合肌动蛋白、肝素、结合肌动蛋白、肝素、DNAn 纤连蛋白的主要功能：纤连蛋白的主要功能： 介导细胞粘着，进而调节细胞的形状和细胞骨架介导细胞粘着，进而调节细胞的形状和细胞骨架 的组织，促进细胞铺展；的组织，促进细胞铺展； 在胚胎发生

22、过程中，纤连蛋白对于许多类型细胞在胚胎发生过程中，纤连蛋白对于许多类型细胞 的迁移和分化是必需的；的迁移和分化是必需的； 在创伤修复中，纤连蛋白促进巨噬细胞和其它免在创伤修复中，纤连蛋白促进巨噬细胞和其它免 疫细胞迁移到受损部位；疫细胞迁移到受损部位； 在血凝块形成中，纤连蛋白促进血小板附着于在血凝块形成中，纤连蛋白促进血小板附着于 血管受损部位。血管受损部位。n 层粘连蛋白是高分子糖蛋白（层粘连蛋白是高分子糖蛋白（820KD820KD）, ,动物胚胎动物胚胎及成体组织的基膜的主要结构组分之一及成体组织的基膜的主要结构组分之一n 层粘连蛋白的结构由一条重链和两条轻链构成层粘连蛋白的结构由一条重

23、链和两条轻链构成n 层粘连蛋白中至少存在两个不同的受体结合部位层粘连蛋白中至少存在两个不同的受体结合部位： 与与型胶原的结合部位；型胶原的结合部位； 与细胞质膜上整合素结合的与细胞质膜上整合素结合的Arg-Gly-Asp(R-G-D)Arg-Gly-Asp(R-G-D)序列序列层粘连蛋白（层粘连蛋白（lamininlaminin，LNLN）细胞外基质的成分细胞外基质的成分 左，蛋白聚糖单体；中，蛋白聚糖多聚体；右，氨基聚糖左，蛋白聚糖单体；中，蛋白聚糖多聚体；右，氨基聚糖 胶原分子胶原分子胶原原纤维胶原原纤维胶原纤维胶原纤维（三）（三） 细胞内褶细胞内褶内褶（内褶（infolding）是质膜由细胞表面内陷形成的结构，）是质膜由细胞表面内陷形成的结构，以相反的方向扩大了细胞的表面积。这种结构常见于液以相反的方向扩大了细胞的表面积。这种结构常见于液体和离子交换活动比较旺盛的细胞。体和离子交换活动比较旺盛的细胞。 肾近曲小管上皮细胞之基肾近曲小管上皮细胞之基底褶及其中的线粒体底褶及其中的线粒体16000 细胞连接细胞连接(cell junction) ：相邻细胞间形成一相邻细胞间形成一定的连接装置，加强细胞的机械联系和组织定的连接装置，加强细胞的机械联系和组织的牢固性，并协调细胞间的代谢活动。的牢