细胞生物化学第11章 细胞连接与细胞粘附

钙黏素属于Ca2+依赖性细胞粘附分子，它在 质膜中形成同源二聚体，相邻细胞的钙黏素胞外 部分相互结合，其胞内部分通过细胞内锚定蛋白 与肌动蛋白纤维相连。
黏着斑：位于上 皮基底部，是细胞通 过局部黏附与细胞外 基质之间形成的黏合 连接。参与黏着斑连 接的跨膜粘连蛋白是 膜整合素。
（二）桥粒连接是由中间纤维介导的锚定连接
依赖性
细胞骨架成分
+
肌动蛋白丝
+
中间纤维
+
–
+
肌动蛋白丝
+
肌动蛋白丝
+
中间纤维
–
肌动蛋白丝
参与的细 胞连接
黏着带 桥粒 – – –
黏着斑 半桥粒 –
Cell Junction and Cell Adhesion
2.细胞黏附分子的组成 ① 较长的胞外区：肽链的N端部分，带有糖链，是
与配体识别的部位 ； ② 跨膜区：多为一次穿膜的疏水区； ③ 较小的胞质区：肽链的C端部分，可与质膜下的
参与形成紧密连接的跨膜蛋白： 封闭蛋白(occludin)
claudin
JAMs ) (junctional adhesion molecules
ZO(zonula occludens)
紧密连接的两个功能： 1、封闭上皮细胞的间隙，形成一道与外界隔离的封
闭带，防止细胞外物质无选择地通过细胞间隙进 入组织，或组织中的物质回流入腔中，保证组织 内环境的稳定。
Cell Junction and Cell Adhesion
1. 选择素的分子结构
单次穿膜糖蛋白；
胞外区由三个独立的结构域组成：
① N-末端凝集素样结构域：识别特异糖基，参与细胞之间选择性黏附的重
要活性部位
② 表皮生长因子(EGF)样结构域
③ 补体调节蛋白（CCP）结构域
具有加强分子间粘附以及 参与补体系统调节等作用。
（一）黏合连接是由肌动蛋白纤维介导的锚定连接
黏合带：位于上 皮细胞紧密连接的下 方，是相邻细胞直接 形成的一个连续的带 状结构。
黏合带处相邻细 胞质膜之间的间隙为 15～20nm。
参与形成黏合带的跨膜粘连蛋白称为钙黏素。 粘合带的胞内锚定蛋白有多种，包括α、β、γ连 环蛋白、纽蛋白和α-辅基蛋白。
域，可结合Ca2+，赋予钙黏着蛋白分子刚性和强度。 Ca2+结合越多，钙黏着蛋白刚性越强。
Cell Junction and Cell Adhesion
钙黏着蛋白的结构与功能
A. 一个经典钙黏着蛋白
B. 一个钙黏着蛋白重复子的三维结构
C. Ca2+对钙黏着蛋白的影响
Cell Junction and Cell Adhesion
细胞表面主要黏附分子家族
黏附分子类型 介导细胞与细胞黏着 钙黏着蛋白
选择素 免疫球蛋白超家族 血细胞整联蛋白 介导细胞-细胞外基质黏着 整联蛋白
质膜蛋白聚糖
主要成员
E, N, P-钙黏着蛋白 桥粒-钙黏着蛋白 P-选择素 神经细胞黏附分子 α1β2
20多种类型 α6β4 多配体蛋白聚糖
Ca2+/ Mg2+ 在胞内相连的
2. 钙黏着蛋白的功能
⑴ 介导细胞与细胞之间的同亲性细胞黏附 在胚胎和成人组织中，同类细胞需要具备自
我标识与彼此黏附的特性。
Cell Junction and Cell Adhesion
⑵ 在个体发育过程中影响细胞的分化，参与组织器官 的形成
通过调控钙黏着蛋白表达的种类与数量而决定间的相互 作用，
胚泡细胞不能聚集在一起， 死于胚泡时期
因心脏缺陷而死于胚胎时期
异常乳腺发育 血管异常发育（由于内皮细 胞凋亡）
Cell Junction and Cell Adhesion
1. 钙黏着蛋白分子结构
单次穿膜糖蛋白，由700～750个氨基酸残基组成。 在质膜中常以同源二聚体的形式存在。 钙黏着蛋白分子结构同源性很高。 胞外区约由110个氨基酸残基组成，常折叠成5个重复结构
锚定连接分类
三、通讯连接
生物体大多数组织相邻细胞膜上存在特殊的连 接通道，以实现细胞间电信号和化学信号的通讯联 系，从而实现群体细胞间的合作和协调，这种连接 形式称为通讯连接。
常见的通讯连接有动物组织中的间隙连接和化 学突触，植物组织中的胞间连丝。
1、间隙连接
间隙连接部位相邻 细胞膜之间有2～4nm 的缝隙。间隙连接的基 本结构单位是连接子。 连接子长7.5nm，外径 6nm，由6个相同或相 似的跨膜蛋白—连接子 蛋白环绕而成，中央形 成1.5～2nm的亲水性 孔道。
1. Ig-SF黏附分子的功能
⑴ 神经细胞黏附分子(N-CAM) 胞外区有5个免疫球蛋白样的结构域； 通过同亲型黏着机制与相邻细胞同类分子结合黏附
在一起； 与神经系统的发育、轴突的生长和再生以及突触的
桥粒连接的功能
• 相邻细胞中的中间纤维通过桥粒构成贯穿整 个组织的整体网架，增强组织的抗张力和抗 压力。
天疱疮
半桥粒：是上皮细胞与基底膜之间的连接装置。 其胞质斑是由网蛋白组成，可与细胞内的中间纤维相 连。其跨膜粘连蛋白是整联蛋白，可与基底膜中层粘 连蛋白发生粘附性结合。
桥粒和半桥粒模式图
2、化学突触
化学突触主要存在于神经细胞与神经 细胞之间以及神经细胞与肌细胞之间的突 触部位。
化学突触
cell Biology
Байду номын сангаас
第二节
细胞黏附
Cell Junction and Cell Adhesion
细胞黏附分子概述
1.细胞黏附分子 （cell adhesion molecule，CAM） 一类广泛存在于细胞膜上的穿膜糖蛋白，是介导
一、钙黏着蛋白家族
钙黏着蛋白是一类依赖于Ca2+的同亲型细胞黏附分子。
名称 E-钙黏着蛋白
N-钙黏着蛋白
P-钙黏着蛋白 VE-钙黏着蛋白
钙黏着蛋白家族部分成员
主要分布
与细胞连接关系
上皮细胞
黏着连接
神经、心脏、骨骼 肌及成纤维细胞
黏着连接及化学突触
胎盘、表皮 血管内皮细胞
黏着连接 黏着连接
在小鼠中失活后的表型
桥粒：位于上皮细胞黏合带的下方，是相邻 细胞接触点上一种类似纽扣的结构。桥粒连接处 相邻细胞质膜之间的间隙约30nm。
桥粒处胞质侧各有 一个有细胞内锚定蛋白 构成的桥粒斑。桥粒斑 是由两种蛋白质，即桥 粒珠蛋白和桥粒斑蛋白 组成的复合物，是中间 纤维附着的部位。桥粒 质膜处的跨膜粘连蛋白 为桥粒芯糖蛋白和桥粒 芯胶蛋白，均属于钙黏 素家族。
cell Biology
连接子蛋白是一类4次跨膜蛋白，目前已经发现 20多种不同的连接子蛋白，一个连接子可以由不同的 连接子蛋白构成异源连接子，也可以由相同的连接子 蛋白构成同源连接子。
间隙连接的功能： 1、加强相邻细胞的连接 2、介导细胞间的通讯
细胞通讯：是指一个细胞的信息通过化学递质或 电信号传递给另一个细胞，使靶细胞 产生相应效应。
Cell Junction and Cell Adhesion
钙黏着蛋白通过附着蛋白与微丝结合
Cell Junction and Cell Adhesion
二、选择素
选择素是一类依赖于Ca2+的异亲型细胞粘附分子，能特异 性地识别其他细胞表面寡糖链中的特定糖基。
选择素家族成员
L-选择素：淋巴细胞、各种白细胞 P-选择素：血小板、内皮细胞 E-选择素：内皮细胞
第11章
细胞连接与细胞粘附
Cell junction and Cell adhesion
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称为细胞连接。
细胞连接根据其结构和功能特点可分为三大类， 即封闭连接、锚定连接和通讯连接。
细胞连接的类型
一、紧密连接
紧密连接是封闭连接的主要形式，也是人和脊 椎动物体内唯一的一种封闭连接。
间隙连接的通讯方式有两种，即代谢偶联和电偶 联。
代谢偶联：
是由连接子的1.5nm的亲水性通道，允许分 子量1000～1500以下的水溶性小分子从一个 细胞迅速进入另一个细胞质内，从而使两个 细胞从电化学和代谢上在一起。
电偶联：
也称离子偶联，其连接子是一种离子通道， 带电的离子能通过间隙连接到达相邻细胞。
胞内区可通过锚定蛋白与细胞内微丝结合。
Cell Junction and Cell Adhesion
三种已知选择素的结构示意图
A. 三种选择素的结构 B. 这三种选择素都能够识别糖蛋白寡糖链末端的糖基配
体并与之结合
C. 糖基配体的详细结构
Cell Junction and Cell Adhesion
细胞与细胞之间、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。 根据其分子结构与功能特性，分为四大类：
钙黏着蛋白 （cadherin） 选择素（selectin） 免疫球蛋白超家族( Ig-superfamily, IgSF) 整联蛋白家族 （integrin family）
Cell Junction and Cell Adhesion
Cell Junction and Cell Adhesion
黏附方式：Ig-SF成员复杂，包括多个黏附分子家族。 同亲型细胞黏着：神经细胞黏附分子（neural cell
adhesion molecule，N-CAM）及血小板-内皮细胞 黏附分子（PE-CAM）； 异亲型细胞黏着：细胞间黏附分子（I-CAM）及 血管细胞黏附分子（V-CAM）等。
影响细胞的分化。 上皮-间质转型（epithelial-mesenchymal transition,EMT）：
上皮细胞转型为间质细胞或间质细胞转型为上皮细胞是一 个受控的可逆过程，是细胞转分化的一种方式，其分子机制是 E-钙黏着蛋白的表达与否。
Cell Junction and Cell Adhesion
2、形成上皮细胞膜蛋白与膜脂分子侧向扩 散的屏障，从而维持上皮细胞的极性。
二、锚定连接 锚定连接是一类由细胞骨架纤维参与，存在于
相互接触的细胞之间或细胞与细胞外基质之间的细 胞连接，其主要作用是形成能够抵抗机械张力的牢 固黏合。
根据参与连接的骨架纤维类型和锚定部位的不 同，锚定连接可分为两大类：
连接分子依赖性结合（linker-dependent binding）：即相邻 细胞黏附分子通过连接分子中介才能相互识别与黏附。
Cell Junction and Cell Adhesion
细胞间黏附的三种方式（引自Alberts 等，2002）
Cell Junction and Cell Adhesion
⑶ 参与细胞之间稳定的特化连接结构的形成。 如参与形成黏着带等。
Cell Junction and Cell Adhesion
3. 钙黏着蛋白与疾病
钙黏着蛋功能的丧失在恶性肿瘤的扩散中起重 要作用，如缺失E-钙黏着蛋可导致上皮性肿瘤的 发生； 脏器纤维化病变与EMT有关，例如与肾纤维化 病变直接相关的肾间质成纤维细胞绝大多数由上 皮细胞经EMT而来。
细胞骨架成分或与胞内的信号转导蛋白结合。
Cell Junction and Cell Adhesion
3.细胞黏附分子介导细胞识别与黏附的方式
同亲型结合（homophilic binding）：相邻细胞表面的同种 黏附分子间的相互识别与黏附，如钙黏着蛋白；
异亲型结合（heterophilic binding）：两相邻细胞表面的不 同种黏附分子间的相互识别与黏附，如选择素和整联蛋白；
2. 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 着，帮助白细胞从血液进入炎症部位。
Cell Junction and Cell Adhesion
选择素及整联蛋白介导白细胞迁移
Cell Junction and Cell Adhesion
三、免疫球蛋白超家族
免疫球蛋白超家族（immunoglobin-superfamily, Ig-SF）：是一 类分子结构中含有类似免疫球蛋白结构域、不依赖Ca2+的细胞粘 附分子。 结构：胞外区由一个或多个免疫球蛋白(Ig)样结构域组成。每一 个Ig结构域都是由90～110个氨基酸残基形成的紧密折叠结构， 其间有二硫键相连接。
Cell Junction and Cell Adhesion
大多数Ig-SF黏附分子介导淋巴细胞和免疫应 答所需要的细胞（巨噬细胞、其他淋巴细胞和靶 细胞）之间的特异的相互作用；但一些Ig-SF成员， 如N-CAM介导非免疫细胞的黏着。
Cell Junction and Cell Adhesion