细胞环境与互作

细胞环境与互作第1页/共67页细胞表面：是指包围在细胞质外层的一个复合的结构体系和多功能体系，是细胞与外界环境物质相互作用、并产生各种复杂功能的部位。细胞外被质膜膜骨架广义：包括细胞连接和膜的特化结构如鞭毛、纤毛和微绒毛等

第2页/共67页第一节、细胞外被又称糖萼（glycocalyx)，细胞膜外表面覆盖的一层粘多糖物质，普遍存在于动物细胞表面。用钌红染色的淋巴细胞表面电镜细胞被第3页/共67页细胞外被参与细胞与环境的相互作用，如细胞与环境的物质交换，细胞增殖的接触抑制，细胞识别等。第4页/共67页第二节、细胞外基质细胞外基质(extracellularmatrix)：分布于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白质和多糖所构成的网络胶体结构体系。第5页/共67页只存在于动物组织中，结缔组织中含量最多。植物细胞的细胞壁相当于植物体中的细胞外基质。第6页/共67页Theconnectivetissueunderlyinganepithelium.Thistissuecontainsavarietyofcellsandextracellularmatrixcomponents.Thepredominantcelltypeisthefibroblast,whichsecretesabundantextracellularmatrix.第7页/共67页种类多糖：糖胺聚糖、蛋白聚糖粘合/结构蛋白：胶原、弹性蛋白质黏着蛋白：层黏连蛋白质、纤连蛋白第8页/共67页1、糖胺聚糖及蛋白聚糖1）、氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG，糖胺聚糖）结构：GAG是重复二糖单位构成的无分枝长链多糖。二糖单位通常由氨基已糖和糖醛酸组成。分为六种：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角质素。第9页/共67页Repeatingdisaccharideunitsofvariousglycosaminoglycans

第10页/共67页透明质酸1、由葡萄糖醛酸+N-乙酰氨基葡萄糖二糖重复合成，直链，非硫酸化2、分子量大（含几千个二糖单位）3、表面带负电荷，伸展、胶体状4、抗压性、润滑作用5、含水多孔，利于迁移第11页/共67页分布：所有结缔组织和细胞外基质及许多细胞表面。构成：氨基聚糖与核心蛋白的丝氨酸残基共价连接形成的巨分子。含糖量可达90-95%。核心蛋白质的Ser残基在高尔基体中装配上GAG链。首先合成由四糖组成的连接桥（Xyl-Gal-Gal-GlcUA）连接到Ser残基上，然后再延长糖链。一个核心蛋白质上可连接数百个不同的氨基聚糖形成蛋白聚糖单体，多个单体借连接蛋白以非共价键与透明质酸结合形成多聚体。2）、蛋白聚糖proteoglycan第12页/共67页木糖第13页/共67页AProteoglycanComplex.D-glucuronicacidN-Acetyl-D-galactosamine第14页/共67页GAG与ＰＧ的功能1、弹性和抗压性2、选择渗透性3、传递信息4、角膜的透光性5、抗凝血跨膜蛋白聚糖分子结构模式图第15页/共67页２、胶原和弹性蛋白1）、胶原Collagen组成：由原胶原交联而成，原胶原是三条肽链形成的三股螺旋，原胶原的每条链由重复的Gly-X-Y序列构成。X=pro，Y=hyp或hyl，Gly-X-Y序列使α链卷曲为左手螺旋。三股链再绕成右手超螺旋。第16页/共67页collagenstructure第17页/共67页Structuresofthecollagen交联：原胶原间共价交联，呈阶梯状排列（1/4交替平行排列），形成胶原纤维，在电镜下可见间隔67nm的横纹。交联键是由侧向相邻的赖氨酸或羟赖氨酸残基氧化后所产生的两个醛基间进行缩合而形成的。第18页/共67页TEMimageofcollagen第19页/共67页原胶原共价交联后成为具有抗张强度的不溶性胶原。胚胎及新生儿的胶原因缺乏分子间的交联而易于抽提。随年龄增长，交联日益增多，组织僵硬老化。合成：由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、上皮细胞分泌。类型：已发现20多种胶原，由不同的结构基因编码。I、II、III、V、XI型胶原为有横纹的纤维形结构。是人体最丰富的蛋白，占蛋白总量的30％以上。功能：具抗张性、韧性。参与形成结缔组织，如骨、韧带、基膜、皮肤。参与细胞运动、分化、迁移等。第20页/共67页2）、弹性蛋白非糖基化纤维蛋白富含甘氨酸、脯氨酸，少羟基化不含Gly-X-Y序列，为不规则螺旋结构使组织具有弹性、回缩力第21页/共67页3、纤连蛋白和层黏连蛋白是细胞外基质中的粘着成分，具有与细胞及细胞外其它成分结合能力，对细胞的粘着、铺展、迁移、增殖、分化有直接的影响第22页/共67页1）、纤连蛋白Fibronectin（FN）类型：血浆FN：V字形二聚体，可溶，存在于血浆、体液。细胞FN：多聚体，不溶，存在于ECM及细胞表面。已鉴定的FN亚单位20种以上。由同一基因编码，转录后拼接不同，形成多种异型分子。结构：含糖4.5－9.5％。每条FN有5－7个有特定功能的结构域，如RGD第23页/共67页纤连蛋白结构（二聚体）第24页/共67页组装：FN不自发组装成纤维，通过细胞表面受体指导下进行。肿瘤细胞表面的FN纤维减少，因细胞表面的FN受体异常所致。功能：FN可将细胞连接到ECM上；FN上的RGD（Arg-Gly-Asp）序列可与细胞表面的整联蛋白结合。人工合成的RGD三肽可抑制细胞在FN基质上粘附。第25页/共67页Fibronectinhelpsconnecttheinsideofthecelltotheoutside第26页/共67页2）、层黏连蛋白laminin(LN)结构：由三条肽链借二硫键交联成十字形分子。已知7种LN分子，8种亚单位（α1-3、β1-3、γ1-2）。与FN不同，这8种亚单位由不同基因编码。含糖量很高（15-28％），具有50条左右N-连接的糖链。功能：参与构成基膜，是胚胎发育中出现最早的细胞外基质成分。第27页/共67页LamininStructure第28页/共67页Basallamina第29页/共67页第三节细胞连接封闭连接锚定连接通讯连接细胞黏着分子第30页/共67页细胞连接（CellJunction）多细胞有机体中相邻细胞之间、细胞与胞外基质之间通过细胞质膜相互联系、协同作用的重要组织方式。依功能可分为三类：封闭连接（occludingjunction)锚定连接（anchoringjunction）通讯连接（communicatingjunction）第31页/共67页一、封闭连接封闭连接将上皮细胞缝合在一起（sealcellstogether），阻止物质从一侧渗漏到另一侧。紧密连接(tightjunction)为封闭连接的典型代表，一般存在于脊椎动物上皮细胞之间。第32页/共67页Theroleoftightjunctionsintranscellulartransport.上皮细胞层都有一个共同的功能：即作为一个有选择通透性的屏障，如小肠上皮。封闭连接形成上皮层的选择通透性屏障（selectivepermeabilitybarriers）。第33页/共67页每一个紧密连接由成串排列的跨膜蛋白组成。在相邻细胞间，这些蛋白的细胞外结构域直接结合在一起，封闭细胞间的空隙。使得相邻细胞之间的质膜紧密结合，没有缝隙，防止溶液中的分子沿细胞间隙渗入体内。主要的紧密连接跨膜蛋白有：claudin和occludin第34页/共67页在冷冻蚀刻电镜下，紧密连接区域形成蛋白质焊接线的网络，也称嵴线（sealingstrand）第35页/共67页无脊椎动物上皮细胞的封闭连接称为间壁连接（septatejunctions）。连接蛋白呈梯子状排列，形状非常规则。第36页/共67页二、锚定连接锚定连接将细胞骨架系统与相邻细胞的骨架系统或与胞外基质相连，而形成一个坚挺、有序的细胞群体。锚定连接在机体内分布广泛，在上皮组织、心肌和子宫颈等组织中含量尤其丰富。锚定连接主要由两类蛋白组成：Intracellularanchorproteins和Transmembraneadhesionproteins第37页/共67页第38页/共67页在功能上，锚定连接有两种形式adhesionbelt（粘着带）anddesmosomes（桥粒）细胞与细胞间跨膜粘合分子属于cadherinFocaladhesions（粘着斑）andhemidesmosomes（半桥粒）细胞与胞外基质间跨膜粘合分子属于integrin在质膜内侧，粘着带、粘着斑是肌动蛋白纤维（actinfilaments）的连接点；而桥粒和半桥粒是中间纤维（intermediatefilaments）的连接点。第39页/共67页粘着带（adhesionbelt)呈带状环绕细胞，位于紧密连接下方。相邻细胞间的粘合分子为E-钙粘素。质膜内侧有多种附着蛋白形成的致密斑。连接的细胞骨架成分为actin。Itsmostobviousfeatureisacontractilebundleofactinfilamentsrunningalongthecytoplasmicsurfaceofthejunctionalplasmamembrane.

Theseanchorproteinsincludeα-catenin,β-catenin,γ-catenin(alsocalledplakoglobin),α-actinin,andvinculin.第40页/共67页桥粒（desmosome)呈钮扣状铆接相邻细胞。粘合分子为E-钙粘素。质膜内侧有多种附着蛋白形成的致密斑（denseplaque）。连接的细胞骨架成分为keratin。第41页/共67页粘着斑（focaladhesion)细胞与胞外基质间。粘合分子为整联蛋白。肌动蛋白纤维通过多种附着蛋白和整联蛋白连接。actin(green)vinculin(red).第42页/共67页HemidesmosomeTEM半桥粒（Hemidesmosomes

）：上皮细胞基面与基膜之间存在的桥粒结构，但只在细胞中形成桥粒斑结构，另一侧为基膜。基膜：上皮细胞基面与结缔组织之间有一层由细胞外基质组成的特化结构。Keratinfilaments第43页/共67页三、通讯连接间隙连接：存在于动物组织中化学突触胞间连丝：植物细胞间特有的连接第44页/共67页间隙连接（gapjunction）存在于大多数动物组织。连接处有2~4nm的缝隙。基本单位称连接子（connexon），由6个相同或相似的跨膜蛋白亚单位（connexins）环绕而成。第45页/共67页注射染料证明间隙连接可允许分子量小于1.0KD的分子通过，但通透性是可调节的。功能：协调细胞代谢电兴奋传导：神经末梢间的间隙连接称为电紧张突触（electrotonicsynapses）。影响细胞分化第46页/共67页Gapjunctionsasseenintheelectronmicroscope.(A)Thin-sectionand(B)freeze-fractureelectronmicrographsofalargeandasmallgapjunctionbetweenfibroblastsinculture.In(B),eachgapjunctionisseenasaclusterofhomogeneousintramembraneparticlesassociatedexclusivelywiththecytoplasmicfractureface(Pface)oftheplasmamembrane.Eachintramembraneparticlecorrespondstoaconnexon.第47页/共67页胞间连丝（plasmodesmata）穿越细胞壁，由相邻植物细胞的细胞膜共同构成，直径约20~40nm。中央有SER形成的连丝小管（由光面内质网特化而成，管两端各与一个细胞中的内质网相连）。功能上与动物细胞间的间隙连接类似。允许分子量小于800Da的分子通过，在相邻细胞间起通讯作用。通透性可调节。某些植物病毒能制造特殊的蛋白质，使胞间连丝的有效孔径扩大。第48页/共67页第49页/共67页化学突触（synapse）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。由突触前膜、突触后膜、突触间隙三部分组成。突触前神经元的突起末梢膨大呈球形，称突触小体。突触小体内有突触小泡，内含神经递质。第50页/共67页Asummaryofthevariouscelljunctionsfoundinavertebrateepithelialcell.Thedrawingisbasedonepithelialcellsofthesmallintestine.第51页/共67页各类连接的比较第52页/共67页四、细胞粘附分子

（CellAdhesionMolecule，CAM）CAM介导细胞与细胞间及细胞与ECM间的粘连。为糖蛋白，均为整合膜蛋白，分子结构由三部分组成：胞外区，N端部分，负责与配体识别；跨膜区，多为单次跨膜；胞质区，C端部分，与质膜下的骨架成分直接相连，或与胞内的信号分子相连。第53页/共67页多数细胞粘附分子依赖二价阳离子，如Ca2＋，Mg2＋。细胞粘附分子的作用机制有三种模式：亲同性粘附；亲异性粘附；通过胞外连接分子相互识别与结合。第54页/共67页1、钙粘蛋白（Cadherin）亲同性CAM，依赖Ca2＋。胞外部分形成5个结构域，均含Ca2＋结合部位。作用：介导细胞连接：如E-钙粘蛋白。参与细胞分化：决定胚胎细胞间的粘附，影响细胞分化。抑制细胞迁移：第55页/共67页第56页/共67页哺乳动物细胞表面的主要钙粘素分子第57页/共67页2、选择素（Selectin）选择素属亲异性CAM；作用依赖于Ca2＋；参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘合；已知选择素有三种：L选择素、E选择素及P选择素。P选择素贮存于血小板及内皮细胞；E选择素存在于活化的血管内皮细胞表面；L选择素广泛存在于各种白细胞的表面。第58页/共67页SELECTINSEndothelialLeukocytesPlatelets第59页/共67页第