细胞生物学细胞连接课件.ppt

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1、.,1,第十三章 细胞连接,.,2,紧密连接,粘合带,桥粒,间隙连接/通讯连接,半桥粒,粘着斑,钙粘素,整联蛋白,选择素,基膜,中间纤维,肌动蛋白纤维,细胞连接,细胞粘连,细胞连接与细胞粘连,.,3,细胞连接（Cell Junction）,细胞连接(cell junctions) 是人和动物体内除血细胞和结缔组织等外 ，相邻细胞之间、细胞与细胞外基质之间在质膜接触区域特化形成的连接结构。,紧密连接,锚定连接,通讯连接,紧密连接（tight junctions/ occluding junctions) 锚定连接 (anchoring junctions) 通讯连接 (communication

2、 junctions),.,4,细胞连接（Cell Junction） 紧密连接,紧密连接（tight junctions/ occluding junctions）紧密连接形态结构,透射电镜：在紧密连接处，相邻两质膜以断续的点连在一起扫描电镜显示，两个相邻细胞膜上的嵴线由跨膜蛋白排列形成的条索，将细胞间隙封闭,.,5,细胞连接（Cell Junctions） 紧密连接,紧密连接模式图,紧密连接冷冻蚀刻图,紧密连接透射电镜图,.,6,细胞连接（Cell Junction） 紧密连接形态结构,冷冻蚀刻显示：分支糖蛋白颗粒形成长链，封闭相邻两个细胞膜，形成紧密连接紧密连接蛋白颗粒在脂双层的胞质面（

3、P面）连成的嵴网，在脂双层的质膜面（E面）有与嵴网对应互补的沟，形成有如拉链一一对应的网状结构，称封闭索（ sealing strand）,E面,P面,封闭索将两个相邻的质膜联系在一起,相邻细胞的质膜,封闭索环绕每个上皮细胞的顶部，将相邻细胞紧密连接在一起各种组织的紧密连接对一些小分子的密封程度有所不同，这与封闭索的层数有关：肾小管 1-2层， 胰腺腺泡细胞 3-4层，小肠上皮细胞 4-6层,.,7,已分离出数十种参与紧密连接形成的跨膜蛋白，如封闭蛋白(claudin) 密封蛋白（occludin ）zonula occluden (ZO),细胞连接（Cell Junction） 紧密连接 生

4、化成分,Claudin,Occludin,质膜,.,8,紧密连接功能,细胞连接（Cell Junction） 紧密连接,Blood,肠腔,紧密连接,相邻细胞质膜,细胞间隙,细胞外液,葡萄糖载体蛋白,Na+-驱动的共运输,把相邻上皮细胞缝合在一起封闭上皮细胞的间隙，形成与外界隔离的封闭带如 血脑屏障、血睾屏障防止上皮细胞膜蛋白与膜脂分子侧向扩散，维持上皮细胞的极性通过阻碍细胞顶部和侧底部（侧面和底部）的膜蛋白相互移动，保证物质转运的方向性。同时，通过防止小分子物质从细胞侧底部细胞之间的空隙返流。如在小肠上皮内,.,9,.,10,锚定连接（Anchoring junctions） ：,细胞连接（C

5、ell Junction） 锚定连接,有细胞骨架参与，存在于细胞之间 或者细胞与细胞外基质之间 的细胞连接分布广泛，尤其在机械受力部位:肌肉细胞、皮肤细胞等,细胞骨架,锚定连接,细胞外基质,.,11,锚定连接中的2大类结构蛋白,细胞连接（cell junction） 锚定连接,跨膜粘连蛋白 (transmembrane adhension proteins) 其胞质区域连接一个或多个细胞内锚定蛋白，其细胞外区域与细胞外基质或另一个细胞的跨膜粘连蛋白的细胞外区域相互作用,细胞内锚定蛋白（ intracellular anchor proteins ） 在细胞膜的胞质面形成一个突出的斑，并将连接复

6、合体与肌动蛋白纤维/中等纤维相连,细胞内锚定蛋白,跨膜粘连蛋白,.,12,据参与的细胞骨架类型和锚定部位，锚定连接可分为：粘合连接（adhering junctions ）:由肌动蛋白纤维介导的锚定连接粘合带 （adhesion belt），位于上皮细胞紧密连接的下方，相邻质膜间隙 15-30nm，通过跨膜粘连蛋白钙粘素(cadherin)，相互粘合钙粘素属于钙离子依赖细胞粘附分子，在质膜中形成同源二聚体连接方式：肌动蛋白纤维-细胞内锚定蛋白-钙粘素-钙粘素-细胞内锚定蛋白-肌动蛋白纤维，形成的一个连续的带状结构 其细胞内 锚定蛋白有多种，如 、连环蛋白（catenins）、 -辅肌动蛋白(a

7、ctinin)、纽蛋白(vinculin)等，锚定肌动蛋白纤维,细胞连接（Cell Junction） 锚定连接,.,13,将细胞外环境与肌动蛋白纤维相连提供一个潜在的信号通路,钙粘素,细胞外,肌动蛋白纤维,连接-catenin到肌动蛋白丝的蛋白，如-catenin （连环蛋白）,细胞连接（Cell Junction） 锚定连接 粘合连接,粘合带,-辅肌动蛋白,（连环蛋白）,.,14,位于上皮细胞紧密连接的下方，是相邻细胞之间形成的一个连续的带状结构。如 小肠上皮细胞的粘合带,细胞连接（Cell Junction） 锚定连接 粘合连接,基底面,相邻细胞的质膜,紧密连接,肠腔,微绒毛,微绒毛内的

8、肌动蛋白纤维,粘合带,钙粘素,.,15,黏着斑（adhesion plaque / focal adhesions） 位于上皮细胞基底部，是细胞与细胞外基质之间形成的粘合连接。,细胞连接（Cell Junction） 锚定连接 粘合连接,其跨膜粘连蛋白是整联蛋白（integrins），或叫 整合素其细胞内锚定蛋白有： 踝蛋白（talin）、 -辅肌动蛋白(actinin)、细丝蛋白(filamin)、纽蛋白(vinculin)等连接方式：细胞外基质（纤粘连蛋白、胶原）-整联蛋白-锚定蛋白-肌动蛋白纤维。见于细胞粘合或细胞运动。在细胞运动或有丝分裂中，为动态结构，可快速解聚；如：体外培养细胞、肌

9、肉和肌腱，,.,16,桩蛋白Paxillin,肌动蛋白纤维Actin filament,-辅肌动蛋白-Actinin,Focal adhesion kinase,DNA,胶原,纤连蛋白,纽蛋白Vinculin,踝蛋白Talin,细胞核,细胞连接（Cell Junction） 锚定连接 粘合连接,整联蛋白亚基,整联蛋白亚基,黏着斑,跨膜粘连蛋白,细胞内锚定蛋白,.,17,.,18,桥粒连接（desmosomes ）,细胞连接（Cell Junction） 锚定连接,其纽扣状的细胞内结构，作为中等纤维的锚定位点，从而将细胞锚定在一起，形成一个可以承受很强张力的结构。分布在 皮肤、心肌、消化道、膀胱

10、、子宫和阴道,桥粒/点桥粒 (spot desmosomes) 相邻细胞接触点上纽扣装的结构，相邻细胞质膜间隙约30nm,.,19,细胞连接（Cell Junction） 锚定连接 桥粒,钙粘素家族 蛋白,细胞内锚定蛋白组成的桥粒斑,细胞间隙,中间纤维,桥粒电镜图,桥粒模式图,.,20,连接方式：中间纤维伸向桥粒斑，被更细的纤维系在桥粒斑上，然后返折形成袢环结构，跨膜粘连蛋白与桥粒斑相连，胞外部分与相邻的跨膜连接蛋白通过依赖钙离子的粘合机制将两个细胞连接在一起其中间纤维在心肌中是 结蛋白丝(desmin filaments)，在上皮细胞中是角蛋白丝(keratin filaments）,细胞连

11、接（Cell Junction） 锚定连接 桥粒,.,21,桥粒芯糖蛋白Desmoglein,桥粒芯胶蛋白 Desmocollin,桥粒珠蛋白Plakoglobin,桥粒斑蛋白Desmoplakin,中间纤维,细胞外,胞质,跨膜粘连蛋白 钙粘素,细胞连接（Cell Junction） 锚定连接 桥粒,细胞内锚定蛋白,桥粒斑亦称胞质斑，细胞内锚定蛋白，直径约0.5m，由桥粒珠蛋白(plakoglobin)和桥粒斑蛋白 (desmoplakin)组成跨膜粘连蛋白属钙粘素家族，如 * 桥粒芯糖蛋白(desmoglein) * 桥粒芯胶蛋白(desmocollin),天疱疮(pemphigus)患者自

12、身产生 抗 桥粒跨膜粘连蛋白，导致桥粒破坏，组织液通过细胞间隙渗入皮肤，引起严重的皮肤水泡,桥粒分子结构图,.,22,广泛存在于皮肤,消化道,子宫,子宫颈,心肌等处，连接细胞并有强的抗张抗压作用相关疾病：天疱疮,.,23,组成胞质斑的细胞内锚定蛋白含有网蛋白(plectin)，与中间纤维相连跨膜粘连蛋白是整联蛋白（包括64 ），可与基底膜的 层粘连蛋白 结合把上皮细胞与其下方的基膜连接在一起，防止机械力造成上皮与下方的组织剥离大泡性性天疱疮(bullous pemphigoid),细胞连接（Cell Junction） 锚定连接 桥粒,半桥粒电镜,致密的桥粒斑,半桥粒 (hemi-desmos

13、omes） 上皮与基膜（或称 基底膜）之间的连接装置，结构仅为桥粒的一半,.,24,.,25,细胞连接（Cell Junction） 锚定连接 半桥粒,中间纤维 （Intermediate filament）,含有网蛋白（plectins）的桥粒斑,基底膜,层粘连蛋白,胶原（Collagen fiber ）,VII型胶原丝 （Type VII collagen fibrils ）,细胞质,细胞外,质膜,整联蛋白,半桥粒结构,.,锚定连接的比较,连接种类,膜蛋白（黏合分子）,膜蛋白的配体,细胞骨架锚定纤维,连接对象,黏合带,黏着斑,桥粒,半桥粒,钙黏素,钙黏素,钙黏素,钙黏素,微丝,微丝,中间纤

14、维,中间纤维,细胞-细胞,细胞-细胞,细胞-细胞外基质,细胞-细胞外基质,a5b1整合素,a6b4整合素,纤黏连蛋白等,层黏连蛋白等,.,27,通讯连接 (Communication Junction) 大多数组织相邻细胞膜上的特殊通道，以实现细胞间电信号和化学信号的通讯联系，从而完成群体细胞间的合作和协调。如 间隙连接和 化学突触。,细胞连接（Cell Junction） 通讯连接 间隙连接,分离的间隙连接负染电镜,间隙连接冷冻复型 P面,间隙连接透射电镜,一个间隙连接的连接子可成千上万,.,28,间隙连接（ gap junctions）普遍存在于动物细胞相邻细胞膜间有2-4nm的缝隙其基本

15、结构单位是连接子（connexons）长7.5nm. 6nm，中央1.5-2nm的亲水性孔道，孔由6个相同或相似的跨膜蛋白连接子蛋白（connexins, Cx）,细胞连接（Cell Junction） 通讯连接 间隙连接,已发现20多种连接子蛋白，可组成异源连接子，其通透性、可调性、导电率可不同。,Connexins,Connexons,Homomeric,Heteromeric,Homotypic,Heterotypic,Intercellular channels,.,29,.,30,如：心肌细胞 Cx43 心脏电传导细胞Cx40，这两者的连接子蛋白形成间隙连接的时，连接子之间便没有通讯

16、功能间隙连接的重要功能就是细胞通讯，即一个细胞的讯息通过化学递质或电信号传递给另一个细胞，使靶细胞产生相应的效应代谢偶联（metabolic coupling） ，又称化学偶联（chemical coupling）：1000-1500 Da 的无机离子或水溶性小分子直接通过细胞，使代谢产物迅速平均分配到相邻细胞中，形成代谢偶联。这种功能在胚胎发育早期特别重要。从鼠胚的发育；神经管形成通透性可调节，pH降低、钙离子升高均可降低甚至关闭间隙连接通透性。 肿瘤细胞这种功能降低或丧失,细胞连接（Cell Junction） 通讯连接 间隙连接,.,31,电偶联（electric coupling） ，

17、又称离子偶联（ionic coupling）：在具有电兴奋性的细胞间，带电离子通过连接子，由于离子流动而产生相应电位信号变化，而引起一系列细胞生理学变化。如 心肌收缩和舒张、 小肠平滑肌收缩蠕动；神经细胞传递动作电位、一些上皮细胞的纤毛协调摆动 化学突触 主要存在于 神经细胞间、神经细胞与肌细胞的接触部位 （生理详讲内容）,细胞连接（Cell Junction） 通讯连接,.,桥粒,半桥粒,紧密连接,缝隙连接,黏着带,黏着斑,.,各类连接的比较,.,34,细胞黏附分子与细胞粘连,细胞黏附分子(cell adhesion molecules, CAM) 是广泛存在于细胞膜上的一类跨膜糖蛋白，是介

18、导细胞与细胞之间、或细胞与细胞外基质之间相互结合并起黏附作用的一类细胞表面分子。,钙粘素,选择素,整联蛋白,免疫球蛋白超家族,.,35,细胞粘附分子可分为三部分较长胞外区，其N-端带有糖链，是与配体识别部位跨膜区，多为一次性跨膜蛋白胞质区，肽链的C-端，一般较小，可与之膜下的细胞骨架成分 或 胞内的信号转导分子结合，从而介导黏附,细胞黏附分子与细胞粘连,三种方式介导细胞识别与黏着同亲型结合（homophilic binding）同种分子识别与黏着异亲型结合（hetrophilic binding） 异种分子识别与黏着连接分子依赖性结合（linker-dependent binding） 依赖连

19、接分子介导,.,36,钙粘素(cadherin)，也称钙粘蛋白，是一类依赖钙离子的同亲型细胞粘附分子，在胚胎发育的细胞识别、迁移、分化以及组织器官的构筑中起重要作用。,细胞黏附分子与细胞粘连,分子结构 多为单次跨膜蛋白，700-750aa(氨基酸残基) ，常以同源二聚体的形式存在胞外区 约110aa，常折叠成5个重复结构域，Ca2+在重复结构之间将胞外区锁定成棒状结构。Ca2+越多，钙粘素刚性结构越强去除Ca2+ ，胞外区便松软，易被蛋白酶水解胞内部分高度保守，通过附着蛋白与细胞骨架相连,.,37,钙粘素功能,细胞黏附分子与细胞粘连 钙粘素,介导细胞与细胞之间的同亲型细胞粘附，钙粘素在特定组织

20、选择性表达胚胎、成人的组织中同类细胞的识别黏着， 如：E-钙粘素 介导上皮细胞粘合在个体发育中影响细胞分化，参与组织器官的形成参与细胞之间稳定的特化连接结构锚定连接在锚定连接过程中起调节信号的作用。如：VE-钙粘素,.,38,选择素（selectin）属于一个膜整合糖蛋白家族，是一类依赖Ca2+的异亲型细胞粘附分子，能特异性的识别其他细胞表面寡糖链中的特定糖基。,细胞黏附分子与细胞粘连 选择素,L-选择素（ L-selectin ） 最早在淋巴细胞被发现，在各种白细胞都表达P-选择素 （P-selectin ） 存在于血小板和内皮细胞E-选择素（E-selectin ）存在于上皮细胞中,.,3

21、9,选择素分子结构 单次跨膜蛋白,细胞黏附分子与细胞粘连 选择素,L-selectin,E-selectin,P-selectin,Extracellular,L-like domain凝集素结构域，识别特异糖基,EGF-like domain表皮生长因子样结构域,Structural domain与补体蛋白同源的结构性结构域,糖蛋白,寡糖残基,GlcNAc,Gal,SiA,Fuc,SO4,13,23,14,糖基配体的详细结构,糖基,.,40,选择素的功能参与白细胞与血管内皮细胞或血小板的识别与黏附，帮助白细胞进入炎症部位。 炎症部位，血管内皮表达E -选择素 识别白细胞和血小板的寡糖链，白细

22、胞滚动运动,细胞黏附分子与细胞粘连 选择素,弱黏附及滚动（选择素依赖）,强黏附及迁移 （整联蛋白依赖）,组织,内皮细胞,基膜,血管,选择素及整联蛋白介导白细胞迁移,.,41,免疫球蛋白超家族（ immunoglobulin superfamily, IgSF ）是一类分子结构中含有类似免疫球蛋白结构域（(Ig 结构域)、不依赖Ca 2+的细胞粘附分子,细胞黏附分子与细胞粘连 免疫球蛋白超家族,每一个Ig结构域都是由90-110aa形成的一个紧密折叠结构，其间有二硫键相连IgSF大多介导淋巴细胞和免疫应答细胞之间的特异的相互作用；一些IgSF 介导非免疫细胞的黏着IgSF成员复杂，包括多个粘附分

23、子家族，如介导同亲型 神经细胞粘附分子N-CAM介导异亲型 细胞间粘附分子I-CAM、血管细胞粘附分子V-CAM,.,42,N-CAM 许多细胞表达，包括神经细胞20余种胞外区 有5个Ig-样 结构域，与相邻细胞以同亲型方式黏着，与神经系统的发育、轴突的生长和再生、突触的形成关系密切,细胞黏附分子与细胞粘连 免疫球蛋白超家族,Ig-样 结构域,III型纤粘连蛋白结构域,N-CAM分子结构,N-CAM同亲型黏着,.,43,异亲型血管细胞粘附分子（V-CAM） 可表达于血管内皮细胞表面，可结合白细胞表面整联蛋白41细胞间粘附分子（ I-CAM）可表达于血管内皮细胞表面，结合白细胞表面整联蛋白L2

24、或巨噬细胞表面整联蛋白M2 V-CAM I-CAM在选择素介导的白细胞与内皮细胞的粘合作用之后，使在内皮上滚动的白细胞固着于炎症部位的血管内皮，并发生铺展，进而分泌水解酶而穿出脉管壁。 同亲型或异亲型血小板-内皮细胞粘附分子 （PE-CAM ） 主要表达于内皮细胞和血小板PE-CAM -1（即CD31）表达于上皮细胞的细胞连接处、以及血小板和白细胞,.,44,整联蛋白又称整合素（ integrins）是一类普遍存在于脊椎动物细胞表面，依赖Ca2+或Mg2+的异亲型细胞粘附分子，介导 细胞-细胞 或 细胞-细胞外基质的相互识别和黏附,细胞黏附分子与细胞粘连 整联蛋白家族,-亚基,二价阳离子,-亚

25、基,与细胞外基质结合,富含半胱氨酸结构域,整联蛋白是由和两个亚基形成的异二聚体跨膜蛋白,和亚基有多种，非共价键相连其胞外区可与纤粘连蛋白、层粘连蛋白、胶原等含有Arg-Gly-Asp (RGD)三肽序列的细胞外基质成分结合,.,45,整联蛋白功能,细胞黏附分子与细胞粘连 整联蛋白家族,介导细胞间相互作用如细胞表面IgSF-整联蛋白介导细胞间的反应2亚基组成的整联蛋白使白细胞在感染部位的血管内皮细胞上黏附3亚基组成的整联蛋白介导血小板的黏附介导细胞-细胞外基质间的相互作用，将细胞外基质同细胞内的细胞骨架连成一个整体 1亚基组成的整联蛋白其胞外区可与纤粘连蛋白、层粘连蛋白、胶原等含有Arg-Gly-Asp (RGD)三肽序列的细胞外基质成分结合（低亲和力，有利于细胞的运动或迁移）半桥粒（肌动蛋白丝）、黏着斑（中间纤维）,.,46,在信号传递中发挥重要作用，,细胞黏附分子与细胞粘连 整联蛋白家族,与配体集结成簇，可启动信号转导，可产生各种各样的信号：与配体的结合受到精确调控，整联蛋白的构象可能发生改变。,Integrins的 信号传导 仅做参考,.,47,细胞连接与细胞粘连 各种分子,