细胞生物学-细胞连接与细胞外基质

早前胶原
基因 转录 前体RNA 剪接
细胞核中
细胞外
胶原
原胶原
前α 链 mRNA 翻译 N端前肽 重复Gly-X-Y序列
C端前肽
粗面内质网
维 生羟 素化 C
三股螺旋化
切去前肽
高尔基体
前胶原
◆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; ● 胶原可被胶原酶特异降解，而参入胞外基质 信号传递的调控网络中； ● 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。
相邻细胞的两个连
由6个亚单位
接子形成一个开放
构成的连接
通道
子
连接子结构模式图
左，连接子电镜照片；右，间隙连接模型
连接子的中央 有亲水通道，允许 无机离子和分子量 小 于 1kDa 的 小 分 子 (如糖、氨基酸、核 苷酸和维生素)自由 穿过通道。但一些 大分子（如蛋白质、 核酸和多糖）则不 能通过。
第十三章 细胞连接与细胞外基质
细胞连接(cell junction)
概念：多细胞生物的组织中，细胞与细胞间和细胞与细胞外 基质间往往形成一些结构关系，这些结构称为细胞连接(cell junctions)。
一、封闭连接 (occluding junctions)
紧密连接
紧密连接(tight junction)是封闭连 接的主要形式.将相邻细胞的质膜密切的 连接在一起。不仅连接相邻的细胞, 而 且封闭细胞间隙, 使大多数分子难以在 细胞间通透。
锚定连接将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连形 成一个坚挺、有序的细胞群体。
类型
中间纤维有关的：桥粒（desmosome） 半桥粒（hemidesmosome）
肌动蛋白有关的：粘着带（adhesion belt） 粘着斑（focal adhesion）
广泛存在于各种上皮细胞中, 特别是在受机械张力较 大的组织中尤为丰富, 如心肌、膀胱、子宫、子宫颈和皮 肤表皮等处。
间隙连接的功能:
1.连接作用。 2.能在细胞间形成电偶联(electrical coupling)。电偶联在 神经冲动信息传递过程中起重要作用。
3. 代谢偶联(matebolic coupling)。代谢偶联可使小分子 代谢物和信号分子通过间隙连接形成的水性通道, 从一个细 胞到另一个细胞。如cAMP和Ca2+等可通过间隙连接从一个 细胞进入到相邻细胞, 因此,只要有部分细胞接受信号分子的 作用,可使整个细胞群发生反应。
(一)钙粘素(cadherin)
质膜
连锁 蛋白
也叫钙粘附蛋白， 属同亲性依赖 Ca2+的细胞粘连糖蛋白，
肽链伸出部褶叠成5个区，末端 4个区具有Ca2+结合部位(高度钙依 赖性) 。
钙粘蛋白通过附着蛋白组与质 膜下方的平行于质膜排列的肌动 蛋白丝束相结合。
微丝束
(二)选择素(selectin)
选择素属亲异性CAM，其 作用依赖于Ca2＋ 。主要 参与白细胞与脉管内皮 细胞之间的识别与粘合。
● 原胶原肽链具有Gly-XY重复序列，对胶原纤维的 高级结构的形成是重要的， 通常：X：PrO，Y：Hypro or Hylys
● 在胶原纤维内 部,原胶原蛋白分 子交替平行排列, 形成周期性横纹
在胶原纤维内部, 有分子内和分子
间的交联。
◆胶原的组装
◆胶原的合成、装配与运输
前胶原(procollagen)是原胶原的前体和分泌形式。
免疫球蛋白样结 构域系指借二硫 键维系的两组反 向平行β 折叠结 构。
(四)整联蛋白 (integrin)
大多为亲异性细胞粘附分子，其作用依赖于Ca2＋。介导细胞与细胞间的相互
作用及细胞与细胞外基质间的相互作用。几乎所有动植物细胞均表达整联蛋 白.
整联蛋白是由α 和β 两个亚单位形成的异 二聚体.
(一)细胞外基质的成分
细胞外基质的组成成分分为三大类:
● 蛋白聚糖(proteoglycan): 是由糖胺聚糖以共价的形式与线 性多肽连接而成的多糖和蛋白复合物， 它们能够形成水性的胶
状物;
● 结构蛋白: 如胶原和弹性蛋白，它们赋予细胞外基质一定的 强度和韧性。
● 粘着蛋白(adhesive proteins):如纤粘连蛋白和层粘连蛋白 ，它们促使细胞同基质结合。其中以胶原和蛋白聚糖为基本骨 架在细胞表面形成纤维网状复合物，并通过细胞质膜中的整联 蛋白将细胞外与细胞内连成了一个整体。
1. 胶原(collagen)
胶原是动物体内含量最丰富的蛋白质，遍布于体内 各种器官和组织，是胞外基质最基本成份之一，也 是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白,构成 细胞外基质中的框架结构。
◆胶原纤维结构特征
● 胶原纤维的基本结构单 位(胶原分子)是原胶原
●原胶原是由三条肽链盘 绕成的三股螺旋结构 (trimers)
已知选择素有三种：L （Leukocyte)选择素、 E(endothelial)选择素 及P(platelet)选择素。
凝集素结构域
(三)免疫球蛋白超家族CAM (Ig-superfamily,Ig-SF)
Ig-SF包括分子结 构中含有免疫球蛋 白（Ig）样结构域 的所有分子，一般 不依赖于Ca2＋ 。
大多数上皮细胞中：角蛋白丝 心肌细胞中：结蛋白丝 大脑表皮细胞中：波形蛋白丝
桥粒的结构不如紧密连接牢固, 用胰蛋白酶、 胶原酶、透明质酸酶及金属离子螯合剂(EDTA)均可 破坏桥粒结构。
半桥粒连接 Hemidesmosomes
将细胞同细胞外基质相连. 主要位于上皮细胞的底面，作用是把上皮细胞与其下方的 基膜连接在一起.
粘着带(adherens belt)
●位于上皮细胞紧密连接的下方；
●靠钙粘着蛋白同肌动蛋白相互作用；粘着带处相邻细胞中 的肌动蛋白丝束通过钙粘蛋白和附着蛋白编织成了一个穿细
胞网，把相邻细胞联合在一起。
●
（四）粘着斑
细胞与细胞外基质间亦存在粘合连接，连接处的质膜 呈盘状，称为粘着斑(adhesion plaques)。使细胞中的肌 动蛋白丝束和基质连接起来。
（一）桥粒(desmosomes)
细胞间形成纽扣状结构，将相 邻细胞铆接在一起
胞质面由附着蛋 白形成盘状致密斑
桥粒与胞质内的中间纤维连接 形成贯穿与整个组织的整体网络。
30纳米
存在于:承受强拉力的组织中，如皮肤、口腔、食道等 处的复层鳞状上皮细胞之间和心肌中。
桥粒的电镜图象
盘状致密斑上所连中间丝的性质因细胞类型而异：
三、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。
化学突触的结构（具有小囊泡的一侧为突触前膜）
四、细胞粘附分子 (cell adhesion molecule,CAM)
连接子通道的开关可受到调节
当细胞受到损伤时，质膜渗漏，细胞中的代谢物流出， 细胞外高浓度的Ca2+和Na+进入细胞内，[Ca2+]变化对间隙连 接的通透性有调节作用：立即引起间隙连接的通道关闭，避 免影响相邻的正常细胞，造成营养物质流失。
有学者认 为，通道关闭 是由于连接子 的每个亚单位 发生小的扭转 而造成的。
在斑处靠一种穿膜 连接蛋白——整联 蛋白(integrin)把 肌动蛋白丝束和基 质连接起来。
整联蛋白 基质
细胞骨架在细胞连接中的作用
骨架成份通过粘着带和粘着斑将相邻细胞的质膜或质膜与细胞外基质 蛋白联系在一起，不仅增强了组织的机械强度，更重要的是形成了组 织网络和组织整体。
三、通讯连接 (communicacating junctions)
◆ 粘着带 (adhesion belts)
粘着带连接位于上皮细胞紧密连接的下方， 靠钙粘 着蛋白同肌动蛋白相互作用， 将两个细胞连接起来, 相邻细胞质膜的间隙为20～25nm, 介于紧密连接和 桥粒之间,又称中间连接(intermediate junctions) 带状桥粒（belt desmosome）。
介导细胞与细胞间的相 互作用及细胞与细胞外 基质间的相互作用。
整合素识别的主要部位是配基上的RGD三肽结构(Arg-Gly-Asp(R-G-D)序列
粘附分子间的作用
糖蛋白
同亲性
异亲性
第五节 细胞外被与细胞外基质
一、细胞外被(cell coat)
动物细胞表面存在着一层厚约10~20nm的富含糖类物质 的结构，称为细胞外被(cell coat)或糖萼(glycocalyx)。
淋巴细胞经钌红染色后，在电镜显示出的细胞外被图象
二、细胞外基质 (extracellular matrix)
细胞外基质： 分布于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白和
多糖所构成的网络结构。
●功能：
细胞外基质将细胞粘连在一起构成组织； 提供细胞细胞外网架，在组织中或组织间起支持作用. 细胞外基质通过结合一些生长因子和激素结合进行信号传导 影响细胞的代谢、功能、迁移、增殖和分化。
胞间连丝(plasmodesma)
高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接,完成细胞间 的通讯联络。胞间连丝穿越细胞壁,由相互连接的相邻细胞的 细胞质膜共同组成的直径为20～40nm的管状结构,中央是由内 质网延伸形成的链管结构。
胞间连丝的功能
胞间连丝不仅使相邻细胞的细胞质膜、细胞 质、内质网交融在一起。而且也是植物细胞间物 质运输和传递刺激的重要渠道，它与动物细胞的 间隙连接有许多相同之处。正常情况下它允许 1000道尔顿以下的分子渗透，也能让离子自由通 过。它的活性同样受Ca2+离子浓度的调节等，因 此具有植物信号传导的作用。
紧密连接的存在部位和结构特点
主要存在于脊椎动物上皮细胞间和表皮细胞间:消化道 上皮,膀胱上皮,脑毛细血管内皮和睾丸支持细胞间都存 在着紧密连接.
(a)上皮细胞切片观察到的紧密连接;
(b)扫描电子显微镜观察的上皮顶部细胞 周围的环状紧密连接
◆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。
紧密连接的功能
1.封闭相邻细胞间的接缝，防止一些大分子在细胞间自由穿行。
从功能上看， 紧密连接除了连接细胞之外，还有两个作用：防止物质双向渗漏，并限制了膜蛋白在脂分子层的流动，维持细胞的极性，有利于物质的跨细胞转运(图4-46)。
2.防止膜蛋白的自由扩散,使膜蛋白限定在质膜的一定区域.
二、锚定连接（anchoring junctions）
所有动物的大多数组织都存在间隙连接。
基本单位称连接子（connexon），每个连接子由4个或6个相同 或相似的连接蛋白(connexon)亚基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 成细胞间的通道，
含有数百个连接子的一个间隙连接
2-4nm 间隙
Βιβλιοθήκη Baidu
质膜
1.5nm通道
在细胞识别的基础上，同类细胞发生聚集形成细胞 团或组织的过程叫做细胞粘附（cell adhesion） 。
参与细胞粘附的分子称为细胞粘附分子(cell adhesion molecule,CAM)
根据细胞粘附分子的作用方式可以分为四类：
四种类型的细胞粘附分子
整联蛋白
介导两种类型 四种不同方式的粘着
◆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。
氨基聚糖（glysaminoglycan,GAG）
氨基聚糖是由重复的二糖单位构成的无分枝长链多糖,其 二糖单位之一是氨基己糖(氨基葡萄糖或氨基半乳糖),故称为 氨基聚糖,另一个是糖醛酸.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
◆一种特殊的细胞连接, 位于特化的具有细胞间 通讯作用的细胞. ◆具机械的细胞连接作用 ◆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 ● 胞间连丝 ● 化学突触
（一）间隙连接 (gap junction)
间隙连接是动物细胞中通过连接子(connexons)进行的 细胞间连接。所谓“间隙”,有两层含义,其一是在间隙连接处, 相邻细胞质膜间有2～3nm的间隙;其二是在间隙连接的连接 点处,双脂层并不直接相连, 而是由两个连接子对接形成通道， 允许小分子的物质直接通过这种间隙通道从一个细胞流向另一 个细胞。