第15章细胞连接细胞黏着和细胞外基质.ppt

第15章 细胞社会的联系：细胞连接、细胞黏着和细胞外基质,第一节 细胞连接,第二节 细胞黏着及其分子基础,第三节 细胞外基质,细胞连接是在细胞质膜的特化区域，通过膜蛋白，细胞骨架蛋白或胞外基质形成的细胞之间、细胞与胞外基质间的连接结构，是多细胞有机体相邻细胞间协同作用的重要组织方式。,第一节 细胞连接,根据行使功能的不同，细胞有三种类型的细胞连接, 封闭连接 (Occluding junction): 紧密连接(tight junction) 锚定连接 (Anchoring junction): 桥粒、半桥粒、粘着带、粘着斑 通讯连接 (Communicating junction): 间隙连接(gap junction)、突触连接、胞间连丝,细胞连接,1. 封闭连接,紧密连接(tight junction)是封闭连接的主要形式 存在部位：普遍存在于小肠上皮细胞靠近管腔端的相邻细胞膜间。 从结构上看, 通过连接蛋白形成焊接线（嵴线），封闭相邻细胞间的空隙。,紧密连接, 紧密连接嵴线中的两类蛋白, 封闭蛋白（occludin），跨膜四次的膜蛋白（60KD）； claudin蛋白家族（现已发现20种以上），两者都是跨膜4次的膜蛋白。,紧密连接的功能 形成渗透屏障，具有“闭锁带”作用； 形成上皮细胞质膜蛋白与膜脂分子侧向扩散的屏障，维持上皮细胞极性。,2.锚定连接(anchoring junction),又称斑形成连接(plaque-bearing junction)，通过细胞骨架系统将相邻两细胞或细胞与细胞外基质连接在一起。 锚定连接在组织内分布很广泛,在上皮组织,心肌和子宫颈等组织中含量尤为丰富 主要靠黏着蛋白、整联蛋白和细胞骨架体系将相邻两细胞或细胞与细胞外基质连接在一起。,根据参与的骨架纤维不同，锚定连接有两种不同的形式：,与中间纤维相连的锚定连接，主要包括细胞与细胞间的桥粒和细胞与胞外基质之间的半桥粒。 与肌动蛋白纤维相连的锚定连接，主要包括细胞与细胞间的黏着带和细胞与胞外基质之间的黏着斑。,与中间纤维相连的锚定连接结构与功能,桥粒： 铆接相邻细胞，在质膜的胞质带是锚蛋白形成的致密斑，细胞内的中间纤维直接与其相连，相邻两细胞的致密斑由跨膜连接糖蛋白（黏着蛋白）相互连接。 连接致密斑的糖蛋白为钙黏着蛋白:包括桥粒芯蛋白和桥粒芯胶黏蛋白。, 桥粒连接,半桥粒：半桥粒与桥粒形态类似,但功能和化学组成不同。它通过细胞质膜上的跨膜蛋白-整联蛋白将上皮细胞固着在基底膜上。,半桥粒与桥粒连接的差别 参与连接的跨膜蛋白不是钙黏着蛋白而是整联蛋白。 整联蛋白的细胞外结构域不是与相邻细胞的整联蛋白相连而是同细胞外基质相连（纤粘连蛋白、层粘连蛋白）。 在半桥粒中，中间纤维不是穿过而是终止于半桥粒的致密斑内。,Hemidesmosomes,与肌动蛋白纤维相连的锚定连接,黏着带 黏着斑, 粘着带 (adhesion belts),是细胞-细胞间黏着的一种方式；位于上皮细胞紧密连接的下方； 靠钙黏着蛋白同肌动蛋白纤维相互作用； 黏着带处相邻细胞质膜的间隙为20-30nm, 介于紧密连接和桥粒之间。,参与粘着连接的组分 黏着蛋白(cadherin) 一种跨膜连接糖蛋白，属Ca2+ 依赖的细胞-细胞粘着分子。 细胞质斑(cytoplasmic plaque) 含粘着斑蛋白(vinculin)，介导肌动蛋白与粘着蛋白相连； 肌动蛋白 actin,Adhesion belts, 粘着斑 (adhesion plaque，focal adhesion) 是肌动蛋白纤维与细胞外基质之间的连接方式。,Focal adhesion,黏着带与黏着斑主要区别：,参与黏着带的跨膜蛋白是钙黏着蛋白，参与黏着斑的是整联蛋白； 黏着带实际上是两个相邻细胞膜上钙黏着蛋白与黏着蛋白的连接，而黏着斑连接是肌动蛋白纤维通过整联蛋白同细胞外基质，如纤粘连蛋白，而不是与另一个细胞的表面相连。,锚定连接的作用,3.通讯连接(Communication Junction),一种特殊的细胞连接, 在细胞间形成电偶联或代谢偶联，以此来传递信号。 通讯连接的方式： 间隙连接 化学突触 胞间连丝,间隙连接(gap junction),Concept: 广泛存在于动物细胞间，几乎所有的动物细胞都利用间隙连接实现细胞通讯联系。 Connexons: 基本结构单位：连接子. 每个连接子由6个相同或相似跨膜蛋白亚单位环绕中央形成孔径为1.5-2nm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分子间的通道，允许分子量在1000D以下的分子通过,间隙连接,间隙连接的主要功能：,1参与细胞分化：在胚胎发育过程中间隙连接会在特定时间和特定的细胞间出现或消失。间隙连接出现在脊索动物与大多数无脊椎动物胚胎发育的早期。 2协调代谢：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。 3、构成电紧张突触：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动传递到相邻的细胞。,胞间连丝(plasmodesma),是相邻植物细胞壁上的一个穿过细胞壁的狭窄通道，有管状的内质网（连丝小管）通过。因此，通过胞间连丝，使得相邻细胞的细胞质膜、细胞质、内质网交融在一起。 胞间连丝直径约20-40nm，允许1000道尔顿以下的分子渗透。,Plasmodesma,细胞连接的不同方式,第二节 细胞黏着及其分子基础,通过细胞识别与细胞黏着试验证实：同种类型细胞间的彼此粘连是许多组织结构的基本特征。细胞与细胞间的粘连是由特定的细胞粘连分子所介导的。 粘连分子的特征 粘连分子均为整合膜蛋白，在胞内与细胞骨架成分相连； 多数要依赖Ca2+或Mg2+才起作用。,细胞粘附分子的作用机制有三种模式： 1.同亲性粘附：同种黏着分子间的相互识别与结合； 2.异亲性粘附：不同种黏着分子间的相互识别与结合； 3.衔接分子依赖性结合：相同的黏着分子借助细胞外连接分子相互识别与结合。, 粘连分子类型,钙粘素（Cadherins）:属同亲性CAM，依赖Ca2+的细胞粘连糖蛋白，对胚胎发育中的细胞识别、迁移和组织分化以及成体组织器官构成具有主要作用。 选择素（Selectin）:属异亲性依赖于Ca2+的能与特异糖基识别并相结合的糖蛋白，其胞外部分具有一凝集素（lectin）结构域。主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘着。P(Platelet)选择素、E(Endothelial)选择素和L(Leukocyte)选择素。, 粘连分子类型,免疫球蛋白超家族的CAM(Ig-Superfamily，IgSF):分子结构中具有与免疫球蛋白类似的结构域的CAM超家族，一般不依赖Ca2+。免疫球蛋白样结构域指二硫键维系的反向平行折叠结构。 整联蛋白（Integrins）:异亲型结合、 Ca2+、Mg2+依赖性的黏着分子。由和两个亚基形成的异源二聚体糖白，介导细胞与基质、细胞与细胞之间的粘着。,非锚定连接的细胞粘连分子及其作用部位（深色）,第三节 细胞外被及细胞外基质,细胞表面（细胞膜+细胞外被+细胞外基质），其功能： 保护细胞,使细胞有一个相对稳定的内环境； 参与细胞内外的物质交换和能量交换； 参与信号的识别和信息的传递； 参与细胞运动； 维护细胞的各种形态；,1.细胞外被 (cell coat),是细胞外表面覆盖的一层粘多糖的物质，又称为多糖包被。往往与膜蛋白或膜脂共价结合。,功能： Mediate cell-cell and cell-substratum interactions； Provide mechanical protection to cells。,糖萼（Glycocalyx),形成糖脂或糖蛋白,电镜下的细胞表面,细胞表面结构,2. 细胞外基质(extracellular matrix),指紧临细胞膜的细胞外空间,是由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构。,功能： 将细胞粘连在一起构成组织，提供细胞外网架； 胞外基质三维结构及成份的变化,改变细胞微环境从而对细胞形态、细胞的生命活动起重要的调控作用。,Typical Extracellular matrix,胶原,纤连蛋白,层粘连蛋白,蛋白聚糖,3. 细胞外基质的基础物质, 按组成成分的功能，可分为三大类 蛋白聚糖(proteoglycan),强亲水性，赋予胞外基质抗压能力。 结构蛋白 如胶原和弹性蛋白，它们赋予基质一定的强度和韧性。 粘着蛋白(adhesive proteins) 如纤连蛋白和层粘蛋白，它们促使细胞同基质结合。,3.1 蛋白聚糖(Proteoglycan, PG), 结构： 蛋白与多聚糖的复合物,一个蛋白聚糖由糖胺聚糖（glycosaminoglycans，GAGs)与核心蛋白(core protein)的丝氨酸残基共价连接形成的巨分子.,Proteoglycan,软骨中的蛋白聚糖,3.2 结构蛋白,(一)、胶原(Collagen),基本特性： 胶原是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白 胶原是在动物体内含量最丰富的蛋白质,(约占总蛋白的30%左右)。 胶原产生于纤维原细胞. Collagens are found throughout the animal kingdom and are noted for their high tensile strength, that is, their resistance to pulling forces. It is estimated that a collagen fiber 1 mm in diameter is capable of suspending a weight of 10 kg without breaking., 常见的胶原类型及其在组织中的分布,型胶原常形成较粗的纤维束, 主要分布于皮肤、肌腱、韧带及骨中,具有很强的抗张强度; 型胶原主要存在于软骨中; 型胶原形成微细的原纤维网,广泛分布于伸展性的组织,如皮肤、血管等疏松结缔组织; 型胶原形成二维网格结构,是基膜的主要成分及支架。 型胶原含量最丰富,形成类似的纤维结构；但并非所有胶原都形成纤维；,胶原纤维结构特征,Structural features,胶原的组装,胶原的合成、装配与运输,胶原的作用, 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,刚性及抗张力强度最大,胶原起着细胞外基质骨架作用; 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。,胶原酶遗传缺陷,某些人具有胶原酶的遗传缺陷，这样,他们的胶原纤维就不能正确地装配，其结果，皮肤和各种其它的结绨组织就会降低它们的强度，变得非常的松弛。,皮肤过渡松弛症,（二）、弹性蛋白(Elastin), 是弹性纤维(elastic fibers)的主要成分，是高度疏水的非糖基蛋白。 功能：能够赋予细胞外基质弹性。 弹性蛋白也是富含甘氨酸和脯氨酸的蛋白质。与胶原不同的是，弹性蛋白的脯氨酸没有羟基化，所以没有羟脯（赖）氨酸的存在。,弹性蛋白的结构,两个明显特征: (1）构象呈无规则卷曲！ （2）通过赖氨酸残基相互交联成网状结构。,3.3 粘着蛋白,粘着蛋白(adhesive protein)是细胞外基质中的第三类成分，之所以将这些蛋白称为粘着蛋白，主要是这些蛋白起着将细胞外基质与细胞联系起来的桥梁作用。 是高分子糖蛋白。,（一）、层粘连蛋白(laminin, LN),层粘连蛋白是高分子糖蛋白（820KD）,动物胚胎及成体组织的基膜(basal lamina)的主要结构组分之一 基膜：由层粘连蛋白+型胶原+巢蛋白+硫酸肝素糖蛋白等组成。,Laminin,层粘连蛋白的功能,首先作为基膜的主要结构成分对基膜的组装起关键作用。细胞是通过层粘连蛋白锚定于基膜上。 层粘连蛋白中至少存在两个不同的受体结合部位： 与型胶原的结合部位； 与细胞质膜上的整合素结合的RGD（Arg-Gly-Asp）序列。,（二）、纤粘连蛋白(Fibronectin, FN),纤粘连蛋白是高分子量糖蛋白（220-250KD） 血浆纤粘连蛋白是二聚体,由两条相似的A链及B链组成,整个分子呈V形。 细胞纤粘连蛋白是二聚体或多聚体。, FN的结构特点：, 每个亚单位由数个结构域构成； 有两个关键的结合位点： 与其他 ECM, 如 collagens 和proteoglycans等结合的位点。这些位点将不同的分子连成了稳定的网状结构 与细胞表面结合的位点。该结构域中含RGD三肽序列 纤粘连蛋白的膜蛋白受体为整合素家族成员之一,在其细胞外功能区有与RGD高亲和性结合部位。,整联蛋白与细胞外受体相连, RGD序列, 用蛋白酶消化纤粘连蛋白与细胞结合区, 发现这一结构域中Arg-Gly-Asp三肽序列，负责同细胞表面的结合。RGD序列同样存在于细胞外基质和血液的其它类型的黏着蛋白序列中。 是细胞识别的最小结构单位,本章内容到此结束，谢谢大家！,1. 细胞连接有哪几种类型, 各有何功能? 2. 胞外基质的组成、分子结构及生物学功能是什么？,思考题,