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1、细胞生物学第十章细胞连接与细胞黏附提纲第十章 细胞连接和细胞黏附封闭连接细胞连接 锚定连接通讯连接一 封闭连接（紧密连接）分布于 各种上皮细胞，如 消化道上皮、膀胱上皮、睾丸曲细精管生精上皮支持细胞基部、腺体上皮细胞 管腔面顶端侧面区域、脑毛细血管内皮细胞之间 等跨膜蛋白颗粒形成 封闭索，交错形成网状，环绕每个上皮细胞顶部，连接相邻细胞，封闭细胞间隙，防止小分子 从细胞一侧 经过细胞间隙 进入另一侧穿膜蛋白 闭合蛋白occludin 45kD四次穿膜蛋白 C端和N端 均伸向细胞质 封闭蛋白claudin 20-27kD四次穿膜蛋白 C端和N端 均伸向细胞质胞质外周蛋白 PDZ蛋白、ZO家族。紧
2、密连接两个主要功能：1封闭上皮细胞间隙，形成和外界隔离封闭带，防止细胞外物质 无选择地通过细胞间隙进入组织，或从组织回流入腔中，保持内环境稳定 。 如：血脑屏障blood-brain barrier、血睾屏障blood-testis barrier保护器官免受异物伤害2形成上皮细胞质膜蛋白 和膜脂分子侧向扩散屏障，维持上皮细胞极性。如紧密连接限制膜蛋白、膜脂分子流动性， 保证在小肠上皮内胞质营养物质运转方向性，还将上皮细胞联合成一个整体二 锚定连接由细胞骨架纤维参和，存在于相互接触细胞间或细胞和细胞外基质之间细胞连接；主要作用是 形成能够抵抗机械张力牢固粘合；广泛分布于动物各种组织中，特别是
3、上皮、心肌和子宫颈等需要承受机械压力组织 细胞和细胞间黏着连接黏着带 adhesion belt黏着连接 adhering junction 细胞和细胞外基质间黏合连接黏着斑 和肌动蛋白纤维 相连锚定连接 adhesion plaque桥粒连接 desmosome junction 细胞和细胞间连接 桥粒desmosome 和中间纤维 相连锚定连接 细胞和细胞外基质间连接 半桥粒hemidesmosome细胞内锚定蛋白 intracellular anchor proteins：在细胞膜胞质面形成一个突出斑，并将连接复合体和肌动蛋白纤维/中间纤维相连 穿膜黏着蛋白 transmembrane
4、adhension proteins：其胞质区域连接细胞内锚定蛋白，其细胞外区域和细胞外基质蛋白或相邻细胞特异穿膜黏着蛋白（一） 黏着连接是由肌动蛋白丝参和锚定连接1黏着带 位于上皮细胞 紧密连接下方，是相邻细胞之间形成一个 连续带状结构参和形成 黏着带 穿膜黏着蛋白 称：钙黏着蛋白 cadherin，是Ca2+依赖性细胞黏附分子胞内 锚定蛋白： 、联蛋白(catenins)， -辅肌动蛋白(actinin)、黏着斑蛋白(vinculin)等，锚定 肌动蛋白丝作用 1在维持 细胞形态和组织器官完整性 2为上皮细胞、心肌细胞 提供了抵抗机械张力 牢固黏合2 黏着斑 位于上皮细胞基底部，是细胞通过
5、局部黏附和 细胞外基质之间形成 黏合连接参和黏着斑 连接 穿膜黏着蛋白 是整联蛋白integrin，也称 整合素；其胞外部分和 细胞外基质(纤连蛋白、胶原) 相连，胞内部分通过 锚定蛋白 和肌动蛋白丝 相连黏着斑部位锚定蛋白有：踝蛋白talin、 -辅肌动蛋白、细丝蛋白filamin、纽蛋白vinculin 等黏着斑 在肌细胞、肌腱(主要是 胶原) 形成连接中 很常见体外培养细胞 常通过 黏着斑 附着于 培养皿表面，黏着斑形成、解离 对细胞 铺展和迁移 有重要意义（二）桥粒连接是由中间纤维介导锚定连接桥粒连接 广泛分布于 承受强拉力组织中，如 皮肤、心肌、消化道、膀胱、子宫、阴道等处上皮细胞之
6、间；根据分布位置，分为：桥粒、半桥粒 两种1 桥粒 位于 上皮细胞 黏着带下方，是相邻细胞接触点上一种 类似斑点状（纽扣）结构 桥粒斑（中间纤维附着部位）由多种蛋白组成包括 桥粒斑珠蛋白plakoglobin、桥粒斑蛋白desmoplakin 不同组织细胞中 附着于桥粒斑 中间纤维不同胰蛋白酶、胶原酶、透明质酸酶、 Ca2+螯合剂，均能破坏 桥粒结构桥粒破坏：自身免疫缺陷病天疱疮2 半桥粒 上皮细胞 和基膜 之间连接装置，结构仅为 桥粒一半 半桥粒胞质斑 由网蛋白plectin组成，和胞内中间纤维相连；半桥粒跨膜黏着蛋白是 整联蛋白integrin、穿膜蛋白BP180，和基底膜中 层粘连蛋白
7、结合，从而将细胞和基底膜牢固锚定在一起 主要功能：把上皮细胞 和其下方 基底膜连在一起，防止机械力造成上皮组织剥离半桥粒破坏：大泡性类天疱疮；层粘连蛋白、整联蛋白6或4基因突变，均引起 大泡性表皮松懈症，症状类似前者三 通讯连接通讯连接communicating junction：进行细胞间 电信号、化学信号通讯联系，从而完成群体细胞间合作和协调动物组织中 有两种通讯连接：间隙连接 gap junction、化学突触chemical synapse(一) 间隙连接是动物组织中普遍存在一种细胞连接方式除骨骼肌细胞及血细胞外，几乎所有动物组织细胞都利用间隙连接进行通讯连接间隙连接基本结构单位是 连
8、接子connexon，长7.5nm，外径6nm，由6个相同或相似 跨膜蛋白连接子蛋白connexin（都有4个保守a螺旋穿膜区） 环绕而成，中央是1.52nm亲水性通道一个连接子 可以由不同连接子蛋白构成异源连接子；也可由相同连接子蛋白构成同源连接子不同连接子蛋白 构成连接子，在通透性、导电率、可调节性方面是不同，其分布具有组织细胞特异性重要功能是：加强相邻细胞机械连接 介导细胞间通讯间隙连接通讯方式 代谢藕联metabolic coupling 电藕联electric coupling1 代谢耦联 通过连接子形成亲水性通道，允许如 无机离子、葡萄糖、氨基酸、核苷酸、维生素、cAMP等 从一个
9、细胞迅速进入另一个细胞内，使代谢产物迅速平均分配到相邻细胞中，在胚胎发育早期特别重要 间隙连接通透性是 可以调节，降低pH，或升高Ca2+离子浓度，均可降低 间隙连接通透性（细胞受损时， Ca2+大量进入细胞，导致间隙连接关闭，以免周围细胞受到伤害；肿瘤细胞 间隙连接 明显减少或丧失，失去控制）2 电耦联 其连接子 是种 离子通道，带电离子 能通过间隙连接 达到相邻细胞在具有 电兴奋性 组织细胞间，广泛存在 电耦联现象；带电离子通过连接子，使动作电位 从一个细胞扩散到另一个细胞，速度快而准确（二）突触主要存在于神经细胞之间和神经细胞和肌细胞接触部位突触 电突触 细胞间形成间隙连接 速度快而准确
10、 化学突触 化学突触 主要存在于 神经细胞之间、神经细胞和肌细胞之间接触部位，突触间隙20nm宽，传递 神经递质，引起突触后膜动作电位，速度不及电突触。 钙黏着蛋白Cadherin细胞黏附分子 选择素Selectin 免疫球蛋白超家族Ig-superfamily, Ig-SF 整联蛋白家族integrin细胞黏附分子可分为三部分：较长胞外区，其N-端带有糖链，是和配体识别部位；跨膜区，多为一次性跨膜蛋白； 胞质区，肽链C-端，一般较小，可和质膜下细胞骨架成分 或 胞内 信号转导分子 结合，从而 介导黏附细胞黏附分子通过三种方式介导细胞识别和黏着： 同亲型结合homophilic binding
11、，相邻细胞表面 同种黏附分子间识别和黏着；如钙黏着蛋白主要以这种方式介导细胞黏附 异亲型结合hetrophilic binding，不同种黏附分子间识别和黏着，选择素和整联蛋白 主要靠这种方式 介导细胞黏附； 连接分子依赖性结合linker-dependent binding，相邻细胞黏附分子通过 连接分子介导，才能相互识别和黏着一 钙黏着蛋白家族一类依赖于Ca2+ 同亲型 细胞黏附 分子，在胚胎发育中 细胞识别、迁移、分化，以及组织器官 构筑中 起重要作用典型钙黏着蛋白 上皮组织E-钙粘素epithelial cadherin神经组织N-钙粘素胎盘(乳腺、表皮)P-钙粘素 （细胞黏着、信号转
12、导）血管内皮细胞VE-钙粘素 等非典型钙黏着蛋白 桥粒中 介导细胞黏着1 钙黏着蛋白分子结构钙离子对钙黏着蛋白影响单次跨膜糖蛋白 在质膜中常以同源二聚体形式存在钙粘素胞外区 约110氨基酸残基，常折叠成5个重复结构域，Ca2+结合在重复结构之间，将胞外区锁定在一起，形成棒状结构，赋予钙粘素分子以强度结合Ca2+越多，钙粘素刚性越强；去除Ca2+，胞外区便变得松软，易被蛋白酶水解2 钙黏着蛋白功能 介导细胞和细胞之间同亲性细胞在个体发育中 影响细胞分化参和细胞之间稳定特化连接结构3 钙黏着蛋白和疾病钙粘素功能 丧失，使恶性肿瘤 容易扩散；缺失E-钙粘素 可导致 上皮肿瘤发生； E-钙粘素 表达越
13、多，细胞转移越少；升高恶性肿瘤细胞中 钙粘素表达，有利于抑制肿瘤二 选择素依赖于Ca2+ 异亲性 细胞黏附分子主要介导 白细胞和 血管内皮细胞 或血小板 识别和暂时性黏附，帮助 白细胞、血小板 进入炎症部位L-选择素(L-selectin)：最早在淋巴细胞被发现，在各种白细胞上都表达P-选择素(P-selectin)：存在于血小板和内皮细胞E-选择素(E-selectin)：存在于活化内皮细胞中1 选择素分子结构单次 跨膜糖蛋白 其胞外区 由三个独立结构域 组成：N-末端C型凝集素(C lectin) 结构域 识别特异糖基，参和细胞间选择性黏附 重要活性部位表皮生长因子(EGF)样 结构域补体
14、调节蛋白（CCP）同源结构域3种选择素 均可识别一类 特定糖基， Ca2+参和该识别黏附过程表皮生长因子结构域、补体结合蛋白结构域，具有加强分子间黏附 以及参和补体系统 调节等 作用胞内区 可通过锚定蛋白和细胞内微丝结合2 选择素功能主要功能是 参和白细胞 和血管内皮细胞或血小板 识别和黏附，帮助白细胞进入炎症部位白细胞在炎症部位血管中 黏附、分离、再黏附、再分离，呈现滚动方式运动随后激活了自身整联蛋白，由整联蛋白介导 白细胞和血管内皮紧密结合，使白细胞 经内皮细胞间隙 迁移至组织三 免疫球蛋白超家族分子结构中 含有类似 免疫球蛋白结构域、不依赖Ca2+ 细胞黏附分子有介导 同亲型 细胞黏着，
15、如 各种神经细胞黏附分子 neural cell adhesion molecule, N-CAM，及血小板-内皮细胞黏附分子PE-CAM有介导 异亲型 细胞黏着，如 细胞间粘附分子 I-CAM、血管细胞粘附分子 V-CAM 等大多IgSF 介导淋巴细胞和 免疫应答细胞之间 特异相互作用一些IgSF成员，如 N-CAM 介导 非免疫细胞黏着1 Ig-SF黏附分子功能所有N-CAM胞外区 都有5个Ig样 结构域,通过 同亲型黏着机制 和相邻细胞同类分子结合黏附载一起，和神经系统发育、轴突生长和再生、突触形成关系密切N-CAM基因缺陷 可引起智力发育迟缓和其他神经系统病变一些Ig-SF成员 通过异
16、亲型细胞黏附机制 参和细胞黏附2 Ig-SF黏附分子和医学神经细胞黏附分子L1(N-CAM-L1) 主要在神经细胞表达，和神经元之间黏附及相互作用有关I-CAM、V-CAM、PE-CAM 在免疫排斥反应中 具有重要作用；如 I-CAM介导 肿瘤细胞和白细胞黏附，肿瘤细胞I-CAM表达降低 可能和肿瘤细胞 逃逸免疫监视 有关 四 整联蛋白家族（整合素）一类普遍存在于脊椎动物细胞表面，依赖Ca2+或Mg2+异亲型细胞粘附分子，介导 细胞-细胞 或 细胞-细胞外基质相互识别和黏附，具有联系细胞内（细胞骨架）外功能1 整联蛋白是由和两个亚基形成异二聚体跨膜蛋白亚基 和亚基 均由 胞外区、跨膜区、胞内区
17、 三个部分组成； 其胞外区 头部区 和配体结合胞内区 很短，只含有 3050个氨基酸，可通过和 胞内一些 连接蛋白(踝蛋白、辅肌动蛋白、Filamin、纽蛋白) 和细胞内 肌动蛋白丝等 骨架成分 相互作用胞外区可和 纤粘连蛋白、层粘连蛋白、胶原等 含有Arg-Gly-Asp (RGD) 三肽序列细胞外基质成分 结合，介导细胞和 细胞外基质黏着，如 黏着斑、半桥粒。不同细胞 表达整联蛋白 在组成上 不尽相同；一种整联蛋白 可以结合 多种配体，一种配体 也可结合 多种整联蛋白2.整联蛋白功能介导细胞间相互作用介导细胞和细胞外基质间相互作用整联蛋白在信号传递中发挥重要作用，整联蛋白参和信号传递方向有
18、“由内向外”及“由外向内”两种形式3.整联蛋白和医学整联蛋白胞外区 识别结合 RGD 三肽序列，人工合成肽RGD序列 能竞争性 阻断细胞和纤连蛋白结合半数整联蛋白 含有结合RGD 结构域，而RGD序列发现，开辟了 以受体-配体 相互作用为基础 新基本治疗手段药厂设计出“非肽类抗凝血药物” Aggrastat 等，类似RGD结构，只结合 血小板整联蛋白，防止 血凝块 形成细胞连接作用形式作用类型主要跨膜蛋白 连接细胞骨架 细胞-细胞外基质黏着斑整联蛋白肌动蛋白纤维半桥粒整联蛋白 中等纤维细胞-细胞黏着带钙粘素-钙粘素肌动蛋白纤维紧密连接封闭蛋白（ claudin）、 密封蛋白（occudin）间隙连接 连接子蛋白（Connexin）桥 粒钙粘素-钙粘素中等纤维细胞黏附作用形式粘连分子识别和黏着方式细胞-细胞外基质、细胞-细胞整联蛋白异亲型细胞-细胞钙黏着蛋白同亲型IgSF-IgSF（不依赖Ca2+）同亲型、异亲型IgSF-整联蛋白异亲型选择素-凝集素（lectin）异亲型12 / 12