细胞的社会联系.ppt
Chapter 14 细胞的社会联系,14.1 细胞外基质14.2 细胞识别14.3 细胞黏着及其分子基础14.4 细胞连接,4.2.2 细胞外基质,细胞外基质,指分布于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白质和多糖所构成的网络结构。胞外基质不仅为组织的构建提供了支撑框架，还对于其接触的细胞命运以及其他功能产生重要的调控作用。主要含有结构蛋白，蛋白聚糖和粘连糖蛋白。,细胞外基质功能,1、细胞外基质将细胞粘连在一起构成组织；动物组织的构建既是多细胞相互作用的结果，也是细胞与胞外基质相互作用的结果。2、提供细胞外网架，在组织中或组织之间起支持作用。3、细胞外基质的三维结构及成分是动态变化的，通过细胞微环境的改变对细胞形态、生长、分裂、分化和凋亡起到调控作用。,CollagenGlycosaminoglycans 糖胺聚糖Proteoglycan,PG 蛋白聚糖Elastin 弹性蛋白Fibronectin,FN 纤粘连蛋白Laminin,LN 层粘连蛋白Plant cell wall,一、胶原（collagen）,胶原构成细胞外基质的骨架，也是动物体内含量最丰富的蛋白，约占人体蛋白质总量的25以上。是胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白。在各种动物中都存在，肌腱、软骨和骨中的胶原非常丰富，含量接近1/2。胶原含有多种不同的类型，其分布具有一定的组织特异性。,胶原类型多达26种,分为六种（IVI），具有不同的化学结构和免疫性能，是不同基因的表达产物。I型 常形成较粗的纤维束，分布广泛，如皮肤、肌腱、韧带和骨骼中，有很强的抗张强度；占胶原总量的90。II型 主要存在于软骨中；III型 形成细微的原纤维网，广泛分布于伸展性的组织；IV型 形成二维网络样结构，构成基膜。V和VI与I型供分布。,2.胶原的分子结构胶原的基本结构单位原胶原（tropocollagen）。原胶原是三条肽链形成的三股螺旋；每条链盘绕成呈链卷曲的左手螺旋；三股链再绕成右手超螺旋。原胶原分子间共价交联，呈1/4交替平行排列，形成胶原纤维，在电镜下可见间隔67nm的周期性横纹。,3.胶原的合成、装配,胶原合成与组装始于糙面内质网（rER）核糖体上进行。在高尔基体中进行修饰和加工，最终分泌到细胞外基质中组装成胶原纤维；3条前链螺旋（前胶原）分泌原胶原胶原原纤维胶原纤维,4.胶原的组织:,同一组织中常含有几种不同类型的胶原，但常以某一种为主。在不同的组织中，胶原组装成不同的纤维形式，以适应特定的功能。多样的排列形式主要与两种因素有关。纤维结合胶原，介导分子间或胶原与胞外基质之间的相互作用，影响排布形式；分泌胶原的细胞对胶原在胞外基质中的排布的影响。,5.胶原的功能,含量高，刚性和抗张强度最大，构成细胞外基质的骨架结构，并与其他组分结合形成结构与功能的复合体；参与形成结缔组织，如骨、韧带、基膜、皮肤；参与细胞外基质信号传递。,二、弹性蛋白,是弹性纤维（elastic fiber）的主要成分。主要存在于脉管壁和肺，少量存在于皮肤、肌腱和疏松结缔组织中。与胶原纤维共同存在，弹性纤维赋予组织弹性，而胶原纤维赋予组织抗张性。胶原和弹性蛋白的重要性在老年个体中表现最为明显。是高度疏水的非糖基化蛋白，富含甘氨酸和脯氨酸。构象呈无规则卷曲状态，通过Lys残基相互交联成网状结构。,三、糖胺聚糖和蛋白聚糖,1.糖胺聚糖（glycosaminoglycan，GAG）组成：GAG是重复二糖单位构成的长链多糖。二糖单位为氨基已糖（氨基葡萄糖或氨基半乳糖）和糖醛酸。分类：根据糖基连接的类型和硫酸基团的数量与位置，分为：透明质酸、4硫酸软骨素、6硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素和硫酸角质素。功能：糖胺聚糖高度亲水，富含大量负电荷，吸引大量的阳离子，吸水产生膨压，赋予胞外基质抗压的能力；在细胞外形成多孔的水合胶状体，填充了胞外基质的大部分空间，提供机械支持作用。,透明质酸(hyaluronic acid)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，惟一例外的是透明质酸，它在细胞外 基质中也可游离存在。透明质酸在结缔组织中起强化、弹性和润滑作用,具有抗压能力。,2.蛋白聚糖（proteoglycan）,组成：由糖胺聚糖和核心蛋白（core protein）共价连接形成的巨分子，是糖和蛋白质的复合物。含糖量达9095。,存在形式：在很多组织中，以单分子形式存在；具有显著的多态性，可以含有不同的核心蛋白以及长度和成分不同的多糖。分布于细胞表面、所有结缔组织和细胞外基质。功能：形成多孔、吸水的胶状物，保护细胞，抗挤压。可与成纤维细胞生长因子，转化生长因子结合，有利于激素分子与细胞表面受体结合，完成信号转导。部分蛋白聚糖参与基膜的构成。,四、层粘连蛋白和纤连蛋白,层粘连蛋白和纤连蛋白是目前了解最清楚的非胶原蛋白，具有多格结构域，提供了胞外基质中大分子与细胞表面受体特异性结合的位点。,纤连蛋白（fibronectin，FN）,组成：高分子量糖蛋白，由2个亚单位组成，在C端形成两个二硫键交联。已鉴定的FN亚单位20种以上，纤连蛋白是由同一基因编码，转录后不同方式拼接而形成的多种异型分子。,结构：每条FN有57个有特定功能的结构域，具有与细胞表面受体、胶原、血纤蛋白、硫酸蛋白多糖的高亲合性的结合部位。功能：纤连蛋白的表面受体是整联蛋白的家族成员，有的纤连蛋白含有RGD结构域，结合细胞表面受体，介导细胞的粘着。通过结合细胞表面受体和胶原等胞外基质成分，将细胞锚定在胞外基质上，参与维持细胞形态。多种癌细胞不能合成纤连蛋白，失去正常的形态，脱离胞外基质。纤连蛋白涉及细胞的癌变与迁移。增强细胞间的粘连及细胞与基质的粘连；参与胚胎发育；参与创伤修复，促进细胞的迁移。,2层粘连蛋白（laminin，LN),是一种高分子糖蛋白，由三条肽链（、）借二硫键交联成的十字形分子。,功能：是各种动物胚胎和成体组织基膜的主要构成组分。是胚胎发育中最早出现的细胞外基质成分。可与胞外基质成分和整联蛋白结合，在细胞表面形成网络结构并将细胞固定在基膜上。在胚胎发育及组织分化中具有重要作用。,(Laminin,LN)层粘连蛋白Laminins are a family of extracellular glycoproteins that consist of three different polypeptide chains linked by disulfide bonds and organized into a molecule resembling a cross with three short arms and one long arm 层粘连蛋白主要存在于基膜(basal lamina)结构中，是基膜的主要结构成分,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。它可作为黏着因子介导细胞黏着于胶原,使之发生铺展。Extracellular laminins can greatly influence a cells potential for migration,growth,and differentiation.,1.细胞壁：植物，真菌，藻类和原核细胞的胞外基质形成细胞壁。2.植物细胞壁：植物细胞壁也是由细胞分泌产生的，主要成分为多糖，由纤维素、半纤维素、果胶质，伸展蛋白，木质素等几种大分子组成。由初生细胞壁和次生细胞壁两种主要类型，二者在不同阶段由细胞分泌形成。3.植物细胞壁功能：植物细胞的细胞壁赋予细胞强度，保护细胞免受损伤和病原体的侵入。发挥渗透屏障作用。为细胞提供胞外支架，对细胞起到支持作用。某些寡糖成分可作为信号物质。,Adhesive protein,黏着蛋白(adhesive protein)是细胞外基中质的第三类成分，之所以将这些蛋白称为黏着蛋白，主要是这些些蛋白起着将细胞外基质与细胞联系起来的桥梁作用。,五、基膜和细胞外被,1基膜是一种特异的胞外基质结构，通常位于上皮层的基底面，约40120纳米厚，将上皮细胞与结缔组织分开。也有的位于肌细胞和脂肪细胞表面，血管内皮细胞下面和施万细胞的表面。成分：IV型胶原，蛋白聚糖，层粘连蛋白以及巢蛋白。功能：不仅对结缔组织起支撑作用，同时也是调节分子以及细胞运动和渗透姓屏障。,细胞外被,定义：又称糖萼，是细胞质膜表面覆盖的一层粘多糖物质，主要成分为，糖蛋白和糖脂，突出于细胞表面的糖分子形成了糖萼。是细胞质膜的正常结构成分。不仅对质膜起保护作用，在细胞识别中发挥重要作用。,细胞识别的选择性海绵细胞的识别黄色与红色海绵的识别 两栖类胚性细胞识别: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检出(sorting out),14.2 Cell-Cell Recognition,Selective recognition,ectoderm外胚层,Study recognition methods,14.3细胞黏着及其分子基础,一、细胞黏着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在细胞识别过程中,细胞的糖被起重要作用，而引起细胞黏着的主要是整合膜蛋白。同种组织类型细胞的黏着甚至超越种的界限。,同亲型结合：相邻细胞表面同种黏着分子间的识别与黏着。异亲型结合：相邻细胞表面不同种黏着分子间的识别与黏着。衔接分子依赖性结合：相邻细胞表面同种黏着分子借助衔接分子相互识别与黏着。,二、细胞黏着方式,三、细胞黏着生物学意义,细胞黏着对胚胎发育以及个体形态发生具有重要作用。胚胎发育中通过细胞黏着形成三个不同的胚层。在器官形成过程中，通过细胞识别与黏着形成不同的组织合器官。,细胞黏着分子,1.Calcium-dependent Selectins Cadherins2.Calcium-independent Immunoglobulin super family(N-CAM and I-CAM)3 Integrins,Major families of CAMs,钙黏着蛋白(cadherins)钙黏着蛋白是一个家族，至少有12个相关的成员，介导钙依赖的同亲性黏着。钙黏蛋白多是单次跨膜蛋白，常形成二聚体或者多聚体，胞外肽链部分折叠形成重复结构域，与钙离子结合。钙黏着蛋白能够通过它们所在的细胞类型进行区别：E-钙黏着蛋白(表皮)N-钙黏着蛋白(神经)P-钙黏着蛋白(胎盘),功能,不同细胞及其不同发育阶段钙黏蛋白种类和数量不同。钙黏蛋白对个体发育具有重要作用，钙黏蛋白种类和数量的调控决定某些胚胎细胞的黏着，影响细胞分化，参与器官建成。,Selectin and cell adhension,介导钙依赖的异亲性黏着。是跨膜蛋白，胞外有保守的凝集素样结构域。具有L-选择素，P-选择素，E-选择素三种主要类型。参与白细胞与血管内皮细胞之间的识别与粘着，帮助白细胞聚集导炎症发生部位。参与淋巴细胞归巢现象的实现。,免疫球蛋白超家族,介导钙不依赖的同亲性黏着和异亲性黏着。分子结构具有与免疫球蛋白类似的结构域。,大多数细胞黏着分子介导淋巴细胞和免疫应答细胞间的黏着。V-CAM，N-CAM和L1介导非免疫细胞间的黏着，在在神经组织细胞间的黏着中发挥主要作用。,整联蛋白,普遍存在脊椎动物细胞表面，介导钙或镁离子依赖的异亲性黏着分子。介导细胞间或细胞与胞外基质之间的黏着。有两个亚基形成跨膜异二聚体。,功能,通过与胞内支架蛋白的相互作用介导细胞与胞外基质之间的黏着。整联蛋白介导的典型结构有黏合斑和半桥粒。半数的整联蛋白含有结合RGD的结构域，开辟了以受体配体相互作用为基础的新的治疗手段。参与信号传导。参与由“内向外”以及“由外向内”两种信号传递。整联蛋白的信号转导功能依赖于FAK,FAK的活化又依赖于黏合斑的形成。整联蛋白与其他表面受体通过多种协同方式刺激细胞产生多种应答。,14.4 细胞连接,Special structure of cell connection observe under electron microscope,Occluding junction(tight junction)Anchoring junction,Desomosome(30nm)hemidesmosome,Adhesion belt(20nm)Focal adhesion,Interfilaments,Actin filaments,Communication junction,Gap junction Chemical synapse plasmodesmata,Cell junction,功能分类,固定：Desomosome;hemidesmosome;Adhesion belt;Focal adhesion封闭：tight junction 通讯：gap junction;Chemical synapse,一般存在于脊椎动物上皮细胞之间成串的跨膜蛋白构成网络状蛋白质焊接线，也称嵴线,A Occluding junction,封闭作用，形成“闭锁带”，防止溶质渗漏形成膜蛋白和膜脂侧向扩散的屏障，隔离特定区域的蛋白膜蛋白和膜脂侧，维持上皮细胞极性机械连接装置，发挥支持的功能,B anchor junction DesomosomeHemidesmosomeAdhesion beltFocal adhesion,Interfilament,Actin filament,Desmosome,30nm,中间纤维,Desomosome 桥粒,细胞与细胞之间两侧对称的纽扣式连接 胞内锚蛋白形成盘状胞质致密斑，胞内与中间纤维相连，胞外与钙粘着蛋白相连通过桥粒连接，使整个上皮层的中等纤维形成一个完整的网络，增加了整体的强度,桥粒功能,通过桥粒连接，使整个上皮层的中等纤维形成一个完整的网络，增加了细胞抵抗外界压力与张力的能力。将上皮细胞粘着在基底膜上。,半桥粒Hemidesmosomes,细胞与胞外基质的连接方式角蛋白纤维通过膜上的整联蛋白（intergrin）与胞外基质的层连蛋白相连将上皮细胞粘着在基底膜上。,Hemidesmosome 半桥粒,细胞与基底膜之间，外观上与桥粒很相象，但只有一半细胞内的角蛋白纤维通过膜上的整联蛋白（intergrin）与基底膜的层连蛋白相连，而将上皮细胞固着于基底膜上,黏合带 Adhesion belt,两细胞间的对称结构胞质侧为微丝束，胞外侧靠钙粘着蛋白（cadherin）将相邻细胞连接起来，钙粘着蛋白与细胞骨架之间靠别的蛋白（linker）联系在一起在动物胚胎发育形态建成中，促使上皮细胞层弯曲形成神经管等结构。,Microfilament and Intermediate filament associated cell-cell adhesions,黏合斑Focal adhesion是细胞与细胞外基质之间的连接方式。参与连接的骨架为肌动蛋白纤维。跨膜粘连蛋白是整联蛋白。,Focal adhesion,Importance of the cytoskeleton in cell adhesion,3 Communication junction Gap junction Chemical synapse plasmodesmata,Gap junction,连接蛋白，六聚体，允许小分子（小于或等于1000）通过荧光素注射试验相邻的细胞也有荧光心肌细胞之间有间隙连接，使同步收缩孔道的开闭受Ca+控制,Gap Junctions:Connexins,间隙连接功能,间隙连接在代谢偶联中的作用间隙连接在神经冲动传递过程中的作用间隙连接在早期胚胎发育和细胞分化过程中的作用间隙连接是可以随细胞内的变化而进行开关的动态结构,Plasmodesmata 胞间连丝,结构：两相邻细胞的质膜相连，管状（20-40nm），内质网从中穿过形成：细胞分裂时细胞板上的小孔作用：功能上与动物细胞的间隙连接类似通透性可调节。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。某些细胞蛋白和核酸能够通过胞间连丝进入另外一个细胞,化学突触,兴奋细胞间的一种连接方式通过释放神经递质来传递神经冲动,Summary of cell junctions,
