细胞生物学14Surface-junction

四、细胞表面与质膜损伤防御和修复
2，骨骼肌和心肌的质膜损伤防御和修复
➢质膜损伤防御：DMD等防御基因 编码 肌营养不良蛋白（dystrophin) 突变 迪歇纳氏肌萎缩症 (Duchenne muscular dystrophy)
➢质膜损伤修复：Dysferlin等修复基因 突变 肢带肌萎缩症 (limb-girdle muscular dystrophy)
1，紧密连接：1.3,功能
➢1.3.2,封闭和调控细胞间隙的通透性，保证
机体内环境的稳定和物质的选择性吸收。
✓阀门（闸门）作用：紧密连接对相邻上皮
细胞之间小分子、离子和水具有可调控的通 透性，由此构成细胞旁通路。
♐经由紧密连接穿过相邻上皮或内皮细胞之
间的空隙实现的物质运输称为细胞旁通路 （paracellular pathway）。
➢此外，溶酶体亦参与质膜损伤修复
Cell Surfaces, Cell Junctions and Cell polarity
第一节、细胞表面的概念和一般结构 第二节、细胞连接
第二节、细胞连接
❖1，闭锁连接（occluding junctions） ➢紧密连接 (tight junctions, or zonula occludens) ➢隔膜连接 (septate junctions) ➢裂隙膜复合体（slit diaphragm complex）
二、锚定连接（anchoring junctions）
有四种类型, 分为两组：
➢与肌动蛋白微丝相连者：
粘合带（Adherens junctions, or zonula adherens） 粘 着 斑 ( Adhesion plaque，or focal adhesions)
➢与中等纤维相连者：
桥粒 (Desmosome) 半桥粒 (Hemidesmosome)
第一节、细胞表面的概念和一般结构 细胞表面的特化结构： ➢1，细胞连接：非独立存在 ✓细胞—细胞之间； ✓细胞—细胞细胞外基质之间 ➢2，独立存在的特化结构： ✓以微丝为支架者； ✓以微管为支架者； ✓其它独立存在的特化结构
二、细胞外被或糖萼
❖细胞外被（cell coat）：质膜外表面的覆盖 物，因为富含糖类物质，故又称为糖萼。 ❖糖萼的糖链结构复杂多变，可编码大量信 息，参与细胞的识别与通讯。 ❖糖组学（glycomics）
及螯合剂处理可使紧密连接分离。
1，紧密连接：1.3,功能
➢1.3.1,连接相邻细胞，加固组织：即连接作
用。
➢1.3.2,封闭和调控细胞间隙的通透性，保证
机体内环境的稳wk.baidu.com和物质的选择性吸收。
✓屏障作用：紧密连接对蛋白质等大分子一
般不通透，保证了机体内环境的稳定。血脑 屏障最重要的结构基础是脑血管内皮细胞之 间的紧密连接。紧密连接的屏障作用还涉及 病毒感染途径的选择性。人体的三大屏障： 表皮屏障、粘膜屏障、血脑屏障
第一节、细胞表面的概念和一般结构
一、细胞表面的概念 细胞表面（cell surface）是存在于细胞内环境 和外环境中界面上的一个结构与功能的复合体系， 包括三个结构层次：
➢细胞外被 (cell coat) 或糖萼 (glycocalyx) ➢质膜（plasma membrane） ➢细胞皮质（cell cortex）
细胞皮质内一些网状蛋白质与跨膜糖蛋白的 胞内区紧密结合，构成质膜的支架。在动物 细胞，皮质细胞骨架的主要结构成分为肌动 蛋白纤维，即F-actin或微丝。
三、细胞皮质（Cell cortex）
细胞骨架主要成分与细胞皮质的关系：
1，微丝：构成与质膜平面相平行的网络。
2，微管：以正极末端抵达细胞皮质并与质
❖在神经元的胞体和轴突上均不存在紧密 连接，但在髓鞘上具有紧密连接，能够封 闭髓鞘间隙。
❖在 胚 胎 发 育 的 8 细 胞 期 ， 伴 随 着 compaction 之 后 细 胞 极 性 的 建 立 和 粘 合 带 的形成，紧密连接开始组装，并在囊胚腔 出现以前组装完毕，保证了囊胚的形成。
1，紧密连接：1.2,分子构成
二、细胞外被或糖萼
❖1，细菌糖萼：
➢1.1, 广义：糖萼 = 细胞壁 + 细胞壁外侧的 附属结构层次
✓革兰氏染色阴性菌细胞壁：脂多糖 （lipopolysaccharides）为主，肽聚糖较少。
✓革兰氏染色阳性菌细胞壁：肽聚糖 （peptidoglycans）为主。
二、细胞外被或糖萼
❖1，细菌的糖萼：
第十二章.细胞表面、细胞连接和细胞极性
第一节、细胞表面的概念和一般结构 第二节、细胞连接 第三节、细胞表面的其它特化结构 第四节、细胞极性
Cell surface, cell junctions and cell polarity
第一节、细胞表面的概念和一般结构 一、细胞表面的概念 二、细胞外被或糖萼 三、细胞皮质 四、细胞表面与质膜损伤防御和修复
三、细胞皮质（Cell cortex）
➢细 胞 皮 质 定 义 ： 是 与 质 膜 的 原 生 质 面
（protoplasmic surface, 即PS面）紧密结合的 一层凝胶状物质，厚约0.2m，其中富含高浓 度并互相结合成网状的蛋白质，在动物细胞 以肌动蛋白纤维为主，构成皮质细胞骨架。
➢皮质细胞骨架(cortical cytoskeleton)定义：
1，紧密连接：1.4,与疾病的关系
➢血管内皮细胞TJ参与炎症细胞出血管过程。 ➢中枢神经系统疾病如多发性硬化(multiple sclerosis) 与TJ受损所致血脑屏障功能损害有关。
➢肠道上皮细胞TJ屏障功能损害与多种自身免疫性 疾病有关，包括I型糖尿病、IgA肾病、强直性脊柱 炎、Crohn氏病、溃疡性结肠炎等。 ➢参与TJ形成的基因缺陷可引起先天性皮肤病，这 与皮肤的通透屏障破坏有关。 ➢致病菌和病毒感染常常首先破坏TJ屏障。
❖构成紧密连接的关键跨膜蛋白为两类细胞 粘合分子：claudins（壳牢素） and occludin （闭锁素）。壳牢素分子家族在人类至少有 20个成员，依次表示为claudin-1、claudin-2 等；闭锁素基因只有一个。
❖紧密连接在细胞质侧以微丝为结构支架。
➢Ca2＋是形成紧密连接所必需的。用蛋白酶
膜平面相垂直。细胞皮质内的微管捕获蛋白可 结合微管正极末端上的端蛋白（tip proteins） 即正端巡轨蛋白（plus-end tracking proteins， 即+TIPs），将微管固定在细胞皮质区。
3，中间纤维：以袢环的形式抵达细胞皮质
4，分隔蛋白纤维
分隔蛋白纤维：新发现的细胞骨架成分
➢分隔蛋白N端具有多碱性（polybasic）结构域，可
以和质膜内表面的磷脂酰肌醇结合。在细胞皮质区， 与质膜直接接触的首先是分隔蛋白纤维，其次是与分 隔蛋白纤维结合并活化的肌球蛋白II，后者结合并牵 引微丝，调控其施力方向。
➢细胞皮质区的分隔蛋白纤维环出现在各种细胞表面
突起以及杯状吞噬结构的根部，调控细胞表面特化结 构的形态，并分隔其膜域。
➢两个上皮细胞相邻的侧面近顶部质膜外片 紧密接触，形成封闭索(Sealing strands)， 多条封闭索连成带状的网络，故此紧密连接 又称闭锁带（zonula occludens, ZO） 。
➢观察方法：普通透射电镜图像和冰冻断裂 复型膜透射电镜图像。
1，紧密连接：1.1,形态与分布特征
❖普遍存在于各类上皮组织细胞上，包括 各种腔道和腺体的上皮细胞、内皮细胞， 以及表皮的颗粒细胞之间等。
1，紧密连接：1.3,功能
1.2.3,参与细胞极性的形成
✓栅栏作用(fence)：将上皮细胞的表面分隔 为顶面与底侧面，限制膜蛋白与膜脂的侧向 扩散，从而参与细胞极性的形成。
✓总结：TJs的四大作用：（1）连接作用：胞外 区，与质膜垂直；（2）屏障作用与（3）阀门或 闸门作用：胞外区，侧面，与质膜平行；（4）栅 栏作用：质膜上，侧面，与质膜平行性
分隔蛋白纤维（septin fibers）是继微丝、
微管、中间纤维之后新发现的第4种细胞骨架 纤维，直径约5 nm.
分隔蛋白 (septin): 人类有13个基因，编码
产 物 分 别 为 SEPT1~12 和 SEPT14 （ SEPT13 为 假基因），是分子量30~65kDa的小G蛋白（即 小GTP酶）。
✓两种观点实质相同，分别代表细菌糖萼的两种表 现形式（对应于细菌的两种状态：游离和群居）。
二、细胞外被或糖萼
❖ 2，动物细胞的糖萼：
➢2.1, 主要成分：糖缀合物(glycoconjugates, 或糖复合物）：由糖类与非糖分子(即苷元, aglycone）通过糖苷键(glycosidic linkage)共 价结合而成，包括糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂。
❖3，通讯连接（communicating junctions） ➢缝隙连接 (gap junctions) ➢突触连接 (synaptic junctions)
❖4，胞间桥（intercellular bridge）
第二节、细胞连接
❖一、闭锁连接（occluding junctions）
➢1，紧密连接（tight junctions）
又称：闭锁带（zonula occludens）
➢2，隔膜连接 (septate junctions) ✓ 郎飞节与轴突系膜处的节旁连接
➢3，裂隙膜复合体（slit diaphragm complex） ✓位于肾小球足细胞相邻次级突起之间
一、闭锁连接（occluding junctions）
❖1，紧密连接：1.1, 形态与分布特征
➢1.2, 狭义：糖萼 = 细胞壁外侧的附属结构层次
✓一种观点:(狭义)细菌糖萼 = 荚膜(capsule)或粘 质层（slime layer）：游离状态的细菌所分泌
o荚膜：致密的荚膜多糖；粘质层：疏松的多糖
✓另一观点:(狭义)细菌糖萼 = 菌生膜(biofilm)多糖 = 细菌“细胞外基质”主要成分：社会性群居的细 菌所分泌：菌生膜包括多糖和其中的细菌
❖2，锚定连接（anchoring junctions） ➢粘合连接 (adherens junctions or zonula adherens) ➢桥粒 (desmosomes) ➢半桥粒 (hemidesmosomes) ➢粘着斑（adhesion plaques, or focal adhesions）
不同类型的分隔蛋白可形成异6聚体或异8聚
体，再进一步组装成分隔蛋白纤维束或分隔蛋 白纤维环；两条平行的分隔蛋白纤维还可互相 连接成铁轨状的等距成对纤维束。
分隔蛋白纤维：新发现的细胞骨架成分
分隔蛋白纤维在细胞皮质的结构和动态调控中具有
重要生物学作用：
➢分隔蛋白纤维既可为微丝和微管的组装和运动提供
导引的轨道，又可分隔区室、调控质膜和细胞器膜的 拓扑结构。
➢除了糖缀合物外，动物细胞的糖萼中尚含有 一种不与蛋白质共价结合的多糖：透明质酸 （hyaluronan, or hyaluronic acid, HA）。透 明质酸通过膜蛋白CD44（即HA受体）结合在 细胞表面；CD44是癌干细胞分子标志。
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二、细胞外被或糖萼
❖ 2，动物细胞的糖萼： ➢ 2.2, 特点： ✓含有大量带负电荷的糖基（唾液酸、硫酸化 糖基、糖醛酸等），使细胞表面呈现负电性。 ✓较疏松，常规方法不易显示。特殊方法： o 糖萼的钌红染色电镜图像 o 颗粒排除法显示糖萼与细胞外基质的范围 ✓细胞底面的糖萼常与基底膜相融合
二、锚定连接（anchoring junctions）
连接种类
膜蛋白 （粘附分子）
膜蛋白的配体
细胞骨架 锚定纤维
粘合带 经典钙粘素 经典钙粘素 微丝
连接对象 细胞－细胞
粘着斑 51 整合素 纤连蛋白等 微丝 细胞－细胞外基质
四、细胞表面与质膜损伤防御和修复
1，质膜损伤防御和修复的普遍性 ➢动物细胞：内源性或外源性运动：细胞表面受力： 质膜破缺不可避免! ➢质膜破缺 细胞死亡！ o生理性的质膜破缺：细胞本身的运动所致：肌细 胞、成纤维细胞、神经细胞等。 o外伤等：如肌纤维和神经纤维的断裂、组织器官 的细胞撕裂等。 o病生理：流体力学：血管的内皮细胞和平滑肌细 胞等。 o人工：注射、显微注射、基因或dsRNA转染等。