細胞膜與細胞表面

1CellMembraneandCellSurface細胞膜與細胞表面

細胞膜(cellmemberane)是細胞質(zhì)和外界相隔的一層薄膜，又稱質(zhì)膜(plasmam.)

。在生命進化歷程中細胞膜的形成是關(guān)鍵的一步，沒有細胞膜，細胞形式生命就不能存在。細胞膜使細胞內(nèi)外環(huán)境之間保持必要的差別。與物質(zhì)運輸、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細胞識別、細胞分裂分化、細胞癌變等密切相關(guān)。第一節(jié)細胞膜與細胞表面特化結(jié)構(gòu)

cellmembraneandspecialstructureofcellsurfacePlasmaMembrane

(CellMembrane)Theplasmamembraneregulatestheentranceandexitofmoleculesandionsintoandoutofthecell.Themembraneiscomposedofaphospholipidbilayerwithembeddedproteinsandcholesterol.生物膜細胞膜細胞內(nèi)膜

細胞內(nèi)膜系統(tǒng)(cellendomembranesystem)：細胞質(zhì)內(nèi)在形態(tài)結(jié)構(gòu)、功能和發(fā)生上具有相互聯(lián)系的膜相結(jié)構(gòu)的總稱，包括核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復(fù)合體、溶酶體、過氧化物酶體以及細胞質(zhì)內(nèi)各種膜性小泡。

細胞膜功能：維持細胞形態(tài)、界膜、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、物質(zhì)運輸、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞、免疫、癌變等。(Biologicalmembrane)一、細胞膜的結(jié)構(gòu)模型

StructureModeloftheCellMembrane

上世紀以來許多科學(xué)工作者對于膜的分子結(jié)構(gòu)問題進行了很多研究，并提出各種膜分子結(jié)構(gòu)模型。細胞的表面張力顯著低于油-水界面的表面張力，因此，細胞膜不可能是單純由脂類構(gòu)成的，推想細胞膜除脂類外，可能還吸附有蛋白質(zhì)。(一)片層結(jié)構(gòu)模型(lamellastructuremodel)蛋白質(zhì)-磷脂-蛋白質(zhì)三層夾板式結(jié)構(gòu)。片層結(jié)構(gòu)模型(1935)表明，細胞膜中有兩層磷脂分子，分子的疏水脂肪酸鏈在膜的內(nèi)部彼此相對，而分子的親水端則朝向膜的內(nèi)外表面，球形蛋白質(zhì)分子附著在脂雙層的兩側(cè)表面。Pr-磷脂-Pr，電鏡下：暗-亮-暗“兩暗一明”蛋白質(zhì)：單層肽鏈——折疊結(jié)構(gòu)脂雙層細胞膜細胞質(zhì)(二)單位膜模型(unitmembranemodel)電鏡下發(fā)現(xiàn)膜都呈三層式結(jié)構(gòu)，內(nèi)外兩側(cè)為電子密度高的暗線，中間為電子密度低的明線，把這種兩暗一明的結(jié)構(gòu)稱為單位膜(J.D.Robertson,1959)。把膜的結(jié)構(gòu)和電鏡圖像聯(lián)系起來，但忽略了動態(tài)結(jié)構(gòu)變化。(三)流動(液態(tài))鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)1.生物膜是由流動的脂質(zhì)雙分子層構(gòu)成膜的連續(xù)主體。2.球形的膜蛋白以各種形式鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中?？傊荷锬な乔队星蛐蔚鞍踪|(zhì)的脂類二維排列的液態(tài)體。脂質(zhì)雙分子層極性頭部疏水尾部鑲嵌蛋白外周蛋白S.J.Singer,G.Nicolson(1972)提出,得到廣泛支持。FluidMosaicModelMembranesconsistofafluidbilayercomposedoflipidsThelipidsarefreetomovelaterally,membraneisflexiblePhospholipids,glycolipids,andsterolsProteinsareembeddedinthelipidmatrixReceptors,recognitionproteins,transportproteins,adhesins,andothers晶格鑲嵌模型(1975)認為鑲嵌蛋白和其周圍的類脂分子形成膜中晶態(tài)部分，而具有流動性的類脂呈小片的點狀分布。因此類脂的流動性是局部的，并非整個類脂雙分子層都在流動。1977年提出了板塊鑲嵌模型，認為在流動的脂雙層中存在許多大小不同、剛性較大的能獨立移動的類脂板塊(有序結(jié)構(gòu)的板塊)，在這些有序結(jié)構(gòu)的板塊之間被流動的類脂區(qū)(無序結(jié)構(gòu)的板塊)分開。因而生物膜是由同時存在不同流動性的板塊鑲嵌而成的動態(tài)結(jié)構(gòu)。

(四)脂筏模型(lipidraftsmodel)

1.最近發(fā)現(xiàn)，膜各部分脂質(zhì)分布不是均勻的，膜中有富含膽固醇和鞘磷脂的微區(qū)，其中聚集一些特定的蛋白質(zhì)，這些區(qū)域比膜的其他部分厚，更有秩序且缺少流動，稱為脂筏(lipidrafts)。

2.脂筏直徑約70-100nm，其上載有數(shù)百個蛋白質(zhì)分子。細胞膜上的脂筏與小窩蛋白結(jié)合后內(nèi)陷形成小窩(caveolae)，參與胞吞過程及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等。Sphingomyelin膜化學(xué)組成脂類蛋白質(zhì)糖類細胞膜的化學(xué)組成主要是脂類、蛋白質(zhì)和糖類.二、細胞膜的化學(xué)組成

TheChemicalBasis

oftheCellMembrane

FLUIDMOSAICMODELOFMEMBRANESTRUCTURE“Islandsofproteininaseaoflipid”

4-5nmPROTEIN

CARBOHYDRATEPHOSPHOLIPIDPlasmamembranePhospholipidPolarheadNonpolartailsHydrophobicenvironmentPlasmamembranePhospholipid(75%)HydrophobicenvironmentOUTSIDEINSIDEPlasmamembranePhospholipid(75%)HydrophobicenvironmentOHOHOHOHCholesterol(20%)OUTSIDEINSIDEPlasmamembranePhospholipid(75%)HydrophobicenvironmentOHOHOHOHCholesterol(20%)Glycolipids(5%)OUTSIDEINSIDEPlasmamembranePhospholipid(75%)IntegralproteinHydrophobicenvironmentOHOHOHOHPeripheralproteinCholesterol(20%)Glycolipids(5%)OUTSIDEINSIDE(一)膜脂(Membranelipid)生物膜上的脂類統(tǒng)稱膜脂。膜脂以磷脂和膽固醇為主，并含糖脂。膜脂磷脂(phospholipid)：

膜的主要成份糖脂(glycolipid,GL)膽固醇(cholesterol)磷脂磷酸甘油酯鞘磷脂(SM)X極性頭部基團（親水）非極性尾部基團（疏水）磷脂酰膽堿磷脂酰乙醇胺磷脂酰絲氨酸鞘胺醇磷脂酰肌醇(IP)PCPEPSSM兼性分子1.磷脂Phosphatidylinositol,PIPCPEPSSphingomyelin,PM,鞘髓磷脂甘油BASICSTRUCTUREOFAGLYCEROPHOSPHOLIPIDPolarHeadGroupPhosphateGroupGlycerolBackboneFattyAcidChainsHydrophobicHydrophilicX

OO=P-O-OCH2CHCH2OOC=OC=OR1R2EsterBond糖脂(glycolipid,GL)鞘胺醇鞘胺醇糖脂分子半乳糖苷脂糖脂與鞘磷脂相似,也是鞘氨醇(不是甘油)的衍生物。極性頭部平面甾環(huán)結(jié)構(gòu)非極性尾部3.膽固醇(cholesterol)CHOLESTEROLCH3OHC8H17ABCDHYDROPHOBICREGIONHYDROPHILICREGION水水水磷脂分子團磷脂雙層磷脂脂質(zhì)體脂類分子是兼性分子，在水溶液中能自動形成雙分子層結(jié)構(gòu)。當兼性分子被水環(huán)境包圍時，它們就聚集起來，使疏水尾部埋藏在里面，親水頭部露在外面，與水接觸，形成球狀分子團(micelle)，或把尾部包在里面；形成雙分子層(bilayer)，把疏水的尾部夾在頭部的中間。Liposome三、膜蛋白

(membraneproteins)在不同細胞中膜蛋白的含量及類型有很大差異。依在膜上存在方式不同可分為兩大類（五小類）。膜蛋白：生物膜所含的蛋白質(zhì)。膜蛋白外周蛋白(周圍蛋白)：鑲嵌蛋白(整合蛋白)：多附在膜的內(nèi)外表面，為水溶的，非共價地結(jié)合在鑲嵌蛋白上。不同程度鑲嵌在脂雙層的內(nèi)部，也稱膜內(nèi)在蛋白。有的跨越膜雙層，也稱做跨膜蛋白（transmembraneprotein)。(一)膜蛋白的類型1.單次穿膜：單條α-螺旋貫穿脂質(zhì)雙層。脂質(zhì)雙層非胞質(zhì)面胞質(zhì)面123452.多次穿膜：數(shù)條α-螺旋幾次折返穿越脂質(zhì)雙層。3.非穿越性共價結(jié)合：不穿越脂質(zhì)雙層的全部，而與胞質(zhì)側(cè)單層脂質(zhì)的烴鏈結(jié)合。4.與磷脂酰肌醇結(jié)合：鑲嵌蛋白通過自己的一個寡糖鏈與磷脂酰肌醇（在非胞質(zhì)面的單層）共價結(jié)合。鑲嵌蛋白5.外周蛋白：附在膜的內(nèi)外表面，非共價地結(jié)合在鑲嵌蛋白上?？缒さ鞍譏ntegralmembraneproteins:1,2,3,and4Peripheralmembraneproteins:5and6

膜周邊蛋白(外在蛋白)常通過內(nèi)在蛋白間接與膜連接，或直接與脂類分子極性頭部結(jié)合，如血影蛋白、錨定蛋白和細胞骨架蛋白結(jié)合于紅細胞膜的內(nèi)表面，而糖被的一些蛋白結(jié)合于外表面。大多數(shù)膜周邊蛋白溶解于水，通過離子鍵或弱鍵與特定的膜內(nèi)在蛋白相結(jié)合。用一些溫和的方法(高濃度鹽溶液或某些化學(xué)物質(zhì))可以將許多周邊蛋白從膜上除去。膜周邊蛋白占膜蛋白的20％～30％，而紅細胞膜中占50％左右。

內(nèi)在蛋白與膜結(jié)合非常緊密,只有用去垢劑處理,使膜崩潰后,才能將它們分離出來。占膜蛋白70％－80％。(二)膜蛋白的功能維持細胞的形態(tài)(機械支持)物質(zhì)運輸能量轉(zhuǎn)換信息傳遞免疫癌變SOMECLASSESOFMEMBRANEPROTEINSAdenylylcyclaseCatalysisEnzymesGlucose,GlutamateImportandexportofsubstancesTransporterAcetylcholine(nicotinic),GABAMaintenanceofionicgradients,transmissionIonChannelsInsulin,GlucagonSignalrecognitionandtransductionReceptorsActin,Spectrin,AnkyrinCell-cellcontact,cytoskeletalorganisationStructuralEXAMPLESFUNCTIONSCLASS按功能不同可將膜蛋白分為五類膜中含有的糖類稱為膜糖類或膜碳水化合物。膜糖類糖類+膜脂共價鍵糖脂糖類+膜蛋白糖蛋白N-連接；O-連接共價鍵細胞內(nèi)四、膜糖類(membranecarbohydrates)脂雙層膜蛋白細胞被(糖萼)：細胞外表的糖鏈與該細胞分泌出來的糖蛋白等粘附在一起，形成一層外被，稱細胞衣或糖萼。細胞被糖蛋白功能：與細胞識別、信息傳遞、免疫、癌變等有關(guān)。glycoproteinGlucolipide/glucolipoidMEMBRANECOMPOSITIONVARIESACCORDINGTOCELLULARLOCATIONPlasmaM.Outermitom.Innermitom.Nuclearm.Carbohydrate

(%ofmembrane)8000Protein:Lipidratio1133Lipids(%)Phos/cholinePhos/serineSphingomyelCholesterolOthers

18914302945255435012.52.543.555331029五、細胞膜的特性

(propertiesofcellmembranes)(一)細胞膜的不對稱性(asymmetry)脂質(zhì)雙分子層的不對稱性1.脂質(zhì)雙分子層中，各層所含的磷脂種類有明顯不同。

非胞質(zhì)側(cè)：頭部含有膽堿的磷脂分子(磷脂酰膽堿,鞘磷脂)。

胞質(zhì)側(cè)：末端含有氨基的磷脂分子(磷脂酰乙醇胺和磷脂酰絲氨酸)。2.糖脂全部分布在非胞質(zhì)側(cè)的單層脂質(zhì)分子中。MembraneasymmetryTheinnerandouterleafletsofthemembranehavedifferentcompositionsoflipidsandproteins膜蛋白分布的不對稱性1.跨膜蛋白跨越脂質(zhì)雙分子層有一定方向性。2.糖蛋白上的低聚糖殘基均位于膜的非胞質(zhì)側(cè)。3.膜蛋白顆粒在內(nèi)外兩層中分布的不對稱。

膜分子結(jié)構(gòu)的不對稱性決定了膜內(nèi)外表面功能的不對稱性。冷凍蝕刻膜蛋白的不對稱性冰凍蝕刻復(fù)型術(shù)得到膜的兩個剖面，可見膜蛋白顆粒的分布是非隨機的。freezeetchingreplica47兩相鄰細胞質(zhì)膜冷凍復(fù)型斷裂面PF：原生質(zhì)小頁斷裂面(protoplasmicface)，蛋白顆粒多。EF：質(zhì)膜的細胞外小葉斷裂面(extroplasmicface)，蛋白顆粒多。*：示相鄰細胞間隙紅細胞膜冰凍斷裂標本顯示內(nèi)層細胞質(zhì)側(cè)蛋白顆粒約2800個/μm2，而外層非細胞質(zhì)側(cè)只有1400個/μm2。(二)細胞膜的流動性(mobility)膜脂的流動性1.側(cè)向擴散2.旋轉(zhuǎn)3.擺動4.翻轉(zhuǎn)(彎曲運動，旋轉(zhuǎn)異構(gòu)運動)49側(cè)向擴散旋轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)彎曲／擺動fluidity50影響膜脂流動性的因素1.脂肪酸鏈的飽和程度。2.脂肪酸鏈的長度。3.膽固醇的影響。4.卵磷脂/鞘磷脂（黏度大）的比例。

膜脂功能：①構(gòu)成膜的支架；②膜上很多酶活性依賴膜脂存在。5.其它因素(遺傳、理化、藥物、pH等)。膜蛋白的流動性側(cè)向擴散旋轉(zhuǎn)擴散光致漂白熒光恢復(fù)法(Fluorescencephotobleachingrecover,FPR)小鼠細胞標記人膜蛋白抗體+人膜蛋白（抗原）異核細胞抗小鼠膜蛋白抗體+熒光素B抗人膜蛋白抗體+熒光素A標記小鼠膜蛋白抗體+小鼠膜蛋白（抗原）人細胞孵育（37℃,40分鐘）誘導(dǎo)融合膜蛋白(抗原）細胞融合實驗細胞融合(cellfusion)使指兩個或兩個以上細胞合并形成一個細胞的過程。自然融合人工融合融合劑異核體(hetrokaryon)雜種細胞(hybridcell)單克隆抗體六、細胞膜的功能提供穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境物質(zhì)運輸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細胞識別酶促反應(yīng)(酶結(jié)合點)細胞連接細胞表面特化結(jié)構(gòu)七、膜骨架與細胞表面的特化結(jié)構(gòu)細胞質(zhì)膜常與膜下結(jié)構(gòu)(主要是細胞骨架系統(tǒng))相互聯(lián)系,協(xié)同作用,并形成細胞表面的某些特化結(jié)構(gòu)以完成特定的功能。

(一)膜骨架

膜骨架(m.associatedcytoskeleton)指質(zhì)膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu),它參與維持細胞質(zhì)膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能。七、膜骨架與細胞表面的特化結(jié)構(gòu)

膜骨架賦予細胞質(zhì)膜既有很好的彈性又具有較高強度。(120天，幾百萬次，行程480km)

（三）紅細胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架

紅細胞質(zhì)膜蛋白的SDS

紅細胞膜骨架的結(jié)構(gòu)(二)紅細胞的生物學(xué)特性1.微絨毛(microvillus)存在于動物細胞的游離表面。細長指狀突起，直徑100nm(內(nèi)有微絲)，長100-200nm。擴大細胞作用表面，有利細胞吸收。每個小腸上皮細胞有1000-3000根微絨毛。部分腺細胞微絨毛有酶功能；在游走細胞微絨毛能搜索抗原、毒素及協(xié)助攝取異物等功能。(四)細胞表面的特化結(jié)構(gòu)

2.細胞內(nèi)褶(cellinfolding)：擴大作用面積(見于液體及離子交換頻繁的細胞)。

3.纖毛(cilia)：(詳見有關(guān)章節(jié))。

4.鞭毛(flagellum)：

(詳見有關(guān)章節(jié))。緊密連接間隙連接橋粒連接黏合連接半橋粒第二節(jié)細胞連接（CellJunction）

細胞連接(celljunction)：指相鄰細胞接觸區(qū)域特化(局部區(qū)域特化)形成一定連接裝置。細胞連接緊密連接橋粒連接中間連接間隙連接封閉連接錨定連接將相鄰細胞的質(zhì)膜密切地連接在一起，從而阻止溶液中的分子沿細胞間隙滲入。通過骨架系統(tǒng)將細胞與相鄰細胞與基質(zhì)之間連接起來。通訊連接為動物細胞中最普通的連接方式。緊密連接存在于脊椎動物的上皮細胞間的上端，相鄰細胞間的質(zhì)膜緊密結(jié)合，沒有縫隙。電鏡下可看到連接區(qū)域具有蛋白質(zhì)形成的焊接線(嵴線)網(wǎng)絡(luò)，封閉細胞間的空隙。上皮細胞層對小分子的透性與嵴線的數(shù)量有關(guān)，有些緊密連接甚至連水分子都不能透過。一、封閉／閉鎖／緊密連接

(occluding/tightjunction)小腸上皮細胞的緊密連接對Na+的滲漏程度比膀胱上皮大1萬倍。一、封閉／閉鎖／緊密連接

(occluding/tightjunction)細胞膜細胞間隙蛋白質(zhì)索（嵴線）

相鄰細胞膜緊密相貼，沒有間隙，似乎融合在一起。廣泛分布于上皮細胞向腔端，形成一條封閉帶。P面凸出的嵴網(wǎng)；相鄰細胞由跨膜連接糖蛋白組成對合封閉鏈。

功能：可封閉上皮細胞間隙，防止與外環(huán)境溝通，保證內(nèi)環(huán)境相對穩(wěn)定；可溶性物質(zhì)從上皮細胞一側(cè)擴散到另一側(cè)起封閉功能；分開膜兩端功能蛋白，保證運輸?shù)姆较蛐裕荒[瘤↓。Claudin

occludin間壁連接存在于無脊椎動物間壁連接(septatejunctions)是存在于無脊椎動物上皮細胞的緊密連接。連接蛋白呈梯子狀排列，形狀非常規(guī)則，連接的細胞內(nèi)骨架成分為肌動蛋白纖維。

在果蠅中一種叫做discs-large的蛋白參與形成間壁連接，突變品種不僅不能形成間壁連接，還產(chǎn)生瘤突。二、錨定連接(anchoringj.)機體組織內(nèi)分布很廣泛，尤其在上皮組織，心肌和子宮頸等組織中含量最為豐富。

錨定(黏合)連接根據(jù)其結(jié)構(gòu)又可分為：帶狀橋粒(黏合帶，中間連接)，點狀橋粒，半橋粒。錨定連接將相鄰細胞的骨架系統(tǒng)或?qū)⒓毎c基質(zhì)相連形成一個堅挺、有序的細胞群體。錨定連接與中間纖維的錨定連接橋粒與半橋粒desmosomeandhemi-與肌動蛋白纖維的錨定連接粘合帶和粘合斑adhesionbeltandfocaladhesion橋粒位于粘合帶下方橋粒(desmosome)存在于承受強拉力的組織中，如皮膚、口腔、食管等處的復(fù)層鱗狀上皮細胞之間和心肌中。相鄰細胞間形成紐扣狀結(jié)構(gòu)，細胞膜間的間隙約30nm，質(zhì)膜下方有細胞質(zhì)附著蛋白質(zhì)，如片珠蛋白、橋粒斑蛋白(desmoplakin)等，形成一厚約15～20nm的致密斑。(一)橋粒和半橋粒橋粒與半橋粒細胞膜細胞間隙橋粒蛋白中間纖維橋粒：是細胞間連接起中心作用的結(jié)構(gòu)，是兩個細胞間扣狀連接點，可使一組細胞形成一個功能單位。盤狀致密斑(15-20nm)(30nm)橋粒與半橋粒似鉚釘將相鄰細胞或細胞與基質(zhì)牢牢連接起來,起支持,附著,抵抗外界壓力與張力的作用。橋粒的結(jié)構(gòu)模型半橋粒：形態(tài)與橋粒類似，是細胞與其下方的基底膜相連。細胞膜基底膜中間纖維橋粒蛋白半橋粒連接上皮細胞基面和基膜。半橋粒處的α6β4整合素整聯(lián)蛋白結(jié)構(gòu)七葉β螺旋槳整聯(lián)蛋白α亞基胞外端結(jié)構(gòu)示意圖整合素(integrins)：由和兩個亞基形成的異源二聚體糖蛋白。人體細胞中已發(fā)現(xiàn)16種鏈和8種鏈，它們相互配合形成22種不同的二聚體整合素，可與不同的配基結(jié)合，從而介導(dǎo)細胞與基質(zhì)、細胞與細胞之間的粘著。細胞黏著(連接)在炎癥和轉(zhuǎn)移中的作用機體的一部分受到細菌污染，受傷部位就會吸引白細胞穿過微靜脈血管的內(nèi)皮層進入組織。微靜脈血管壁應(yīng)答來自附近受傷組織信號，微靜脈血管內(nèi)皮細胞暫時出現(xiàn)P-和E-選擇素，與循環(huán)中的嗜中性粒細胞黏著更緊密，形成瞬時黏著，運動減慢。由不同因子引發(fā)的激活過程，導(dǎo)致嗜中性粒細胞表面的整聯(lián)蛋白的結(jié)合活性提高。激活的整聯(lián)蛋白與內(nèi)皮細胞表面的IgSF高親和結(jié)合，使嗜中性粒細胞停止運動，牢固黏附在血管壁上，并改變其性狀，從內(nèi)皮細胞層擠出去，到達受損組織。(白細胞黏著缺失病)。腫瘤轉(zhuǎn)移源于細胞表面改變，黏著力弱，容易脫離腫瘤團快。粘合帶位于緊密連接下方

粘合帶(adhesionbelt)呈帶狀環(huán)繞細胞，一般位于上皮細胞頂側(cè)面的緊密連接下方。在粘合帶處相鄰細胞的間隙約15～20nm。(二)粘合帶與粘著斑中間連接：即粘合帶和粘合斑，均起著附著與支持的功能。中間連接／黏合帶帶狀橋粒：位于上皮細胞緊密連接的下方,在相鄰細胞間形成一個連續(xù)的帶狀結(jié)構(gòu)。緊密連接中間連接（帶狀橋粒）

微絲束（肌動蛋白纖維）細胞間隙(15-20nm)

粘合斑：是肌動蛋白與細胞外基質(zhì)之間的連接方式。楊保勝細胞生物學(xué)與遺傳學(xué)教研室ybs@86間隙中的粘合分子為E-鈣粘素(cadherin)

，在質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)有幾種附著蛋白與鈣粘素結(jié)合在一起。粘合帶結(jié)構(gòu)模型鈣粘素(cadherin)間隙連接電鏡照片三、通訊連接(communicatingjunction)（一）間隙連接(gapjunction)間隙連接存在于大多數(shù)動物組織。在連接處相鄰細胞間有2～4nm的縫隙，而且連接區(qū)域比緊密連接大得多，最大直徑可達0.3μm。在間隙與兩層質(zhì)膜中有大量蛋白質(zhì)顆粒，是構(gòu)成間隙連接的基本單位，稱連接子(connexon)，由6個相同或相似的跨膜蛋白亞單位環(huán)繞而成，直徑8nm，中心形成一直徑約1.5nm的孔道。三、通訊連接(communicatingjunction)（一）間隙連接

連接子(connexon)，間隙連接的基本單位。細胞膜細胞間隙2-4nm連接子跨膜蛋白亞單位孔道φ1.5nm個間隙連接單位8-10nm兩個連接子為一左，連接子電鏡照片；右，間隙連接模型間隙連接的功能連接的通道，由一個細胞進入與之相鄰的另一個細胞。代謝偶聯(lián)(metabolic/chemicalcoupling)：小分子代謝物和信號分子（分子量小于1500KD)即可通過間隙。電偶聯(lián)(electric/ioniccoupling)：帶電離子通過間隙連接通道由一個細胞直接進入另一個細胞，使動作電位迅速在細胞之間傳播。影響早期胚胎發(fā)育和細胞分化。間隙連接結(jié)構(gòu)的蛋白成分

間隙連接處相鄰細胞質(zhì)膜間的間隙為2～3nm。

連接子(connexon)

中心形成一個直徑約1.5nm的孔道。已分離20余種構(gòu)成連接子的蛋白,屬同一蛋白家族,其分子量26－60KD不等；連接子蛋白具有4個α-螺旋的跨膜區(qū)，是該蛋白家族最保守的區(qū)域。連接子蛋白的一級結(jié)構(gòu)都比較保守,并有相似的抗原性。不同類型細胞表達不同的連接子蛋白，間隙連接的孔徑與調(diào)控機制有所不同。間隙連接的功能及其調(diào)節(jié)機制

1.間隙連接在代謝偶聯(lián)中的作用允許小分子代謝物和信號分子通過，是胞間代謝偶聯(lián)(coupling)的基礎(chǔ)；代謝偶聯(lián)在協(xié)調(diào)細胞群體的生物學(xué)功能方面起重要作用。

降低胞質(zhì)中的pH值和提高自由Ca2+的濃度都可以使其通透性降低。間隙連接的通透性受兩側(cè)電壓梯度的調(diào)控及細胞外化學(xué)信號的調(diào)控。間隙連接的功能及其調(diào)節(jié)機制

2.間隙連接在神經(jīng)沖動信息傳遞過程中的作用

電突觸(electronicjunction)和化學(xué)突觸快速實現(xiàn)細胞間信號通訊；間隙連接調(diào)節(jié)和修飾相互獨立的神經(jīng)元群的行為。

化學(xué)突觸的結(jié)構(gòu)（具有小囊泡的一側(cè)為突觸前膜）間隙連接的功能及其調(diào)節(jié)機制

3.間隙連接在早期胚胎發(fā)育和細胞分化過程中的作用

胚胎發(fā)育中細胞間的偶聯(lián)提供信號物質(zhì)的通路,從而為某一特定細胞提供它的“位置信息”，并根據(jù)其位置影響其分化；腫瘤細胞之間間隙的連接明顯減少或消失，間隙聯(lián)接類似“腫瘤抑制因子”。(二)胞間連絲

胞間連絲的功能：實現(xiàn)細胞間由信號介導(dǎo)的物質(zhì)有擇性的轉(zhuǎn)運(胞間連絲定位信號)；實現(xiàn)細胞間的電傳導(dǎo)；在發(fā)育過程中，胞間連絲結(jié)構(gòu)的改變可以調(diào)節(jié)植物細胞間的物質(zhì)運輸。幾類細胞連接的比較四、細胞表面的黏著因子

細胞與細胞間的黏連是由特定的細胞黏連分子所介導(dǎo)的。細胞粘著（識別）的三種方式：同型粘著、異型粘著、粘著成分介導(dǎo)粘著。

1.鈣粘素(cadherins)：屬同親性依賴Ca2+的細胞粘連糖蛋白，對胚胎發(fā)育中的細胞識別、遷移和組織分化以及成體組織器官構(gòu)成具有主要作用。

鈣粘素(cadherins)由720-750個氨基酸殘基組成(不同分子有同源性)，個體發(fā)育的不同時期。

2.選擇素(selectin)：屬異親性依賴于Ca2+的能與特異糖基識別并相結(jié)合的糖蛋白，其胞外部分具有一凝集素(lectin)結(jié)構(gòu)域。主要參與白細胞與脈管內(nèi)皮細胞之間的識別與粘著。P(platelet)選擇素、E(endothelial)選擇素(存在于脈管內(nèi)皮、血細胞及細胞之間)和L(leukocyte)選擇素。

3.免疫球蛋白超家族(Ig-Superfamily,IgSF):分子結(jié)構(gòu)中具有與免疫球蛋白類似的結(jié)構(gòu)域的CAM超家族。介導(dǎo)同親性細胞粘著或介導(dǎo)異親性細胞粘著但其粘著作用不依賴Ca2+，其中N-CAMs在神經(jīng)組織細胞間的粘著中起主要作用。細胞與細胞連接主要成員Ca2+或Mg2+依賴性胞內(nèi)骨架成分與細胞連接關(guān)系鈣粘素

選擇素免疫球蛋白類血細胞整合素E，N、P-鈣粘素橋粒-鈣粘素P-選擇素N-細胞粘著分子Lb2+++-+Actin纖維中等纖維

MF粘著帶橋粒---

整合素

質(zhì)膜蛋白聚糖約20種類型6b4Syndecans++-MFIFMF粘著斑半橋粒-

細胞中主要的粘連分子家族

細胞連接類型粘連分子胞外胞內(nèi)某些結(jié)合蛋白細胞骨架類型細胞與細胞連接橋粒

鈣粘素desmogleinsdesmocollins

相鄰細胞的鈣粘素desmoplakinsplakoglobin中等纖維粘著帶鈣粘素(E-鈣粘素)同上VinculinCatenin微絲

細胞與ECM半橋粒整合素（α64）ECM蛋白(基底膜蛋白)desmoplakin-like蛋白中等纖維粘著斑整合素

ECM蛋白talinvinculinα-actinin

微絲與細胞錨定連接相關(guān)的粘連分子

楊保勝細胞生物學(xué)與遺傳學(xué)教研室ybs@108非錨定連接的細胞粘連分子及其作用部位(深色)

非錨定連接的細胞間粘著方式1.鈣粘素；2.免疫球蛋白類細胞粘著分子3.選擇素；4.整合素；5.質(zhì)膜整合蛋白聚糖第三節(jié)細胞外被與細胞外基質(zhì)

(CellCoatandExtracellularMatrix）

細胞外被(cellcoat)

又稱糖萼(glycocalyx)

，指細胞質(zhì)膜外表面覆蓋的一層粘多糖物質(zhì)，實際指細胞表面與質(zhì)膜中的蛋白或脂類分子共價結(jié)合的寡糖鏈。功能：不僅對膜蛋白起保護作用,而且在細胞識別中起重要作用。膀胱上皮細胞表面的糖被，釕紅染色的電鏡超薄切片

（梁鳳霞，丁明孝）

細胞外基質(zhì)(ECM)是個體發(fā)育過程中，由細胞合成并分泌到細胞外的各種生物大分子，在細胞之間或細胞表面組裝成網(wǎng)絡(luò)狀的高度水合的凝膠結(jié)構(gòu)。

ECM依化學(xué)成分可分為三類：①氨基聚糖(GAG)和蛋白聚糖(PG)；②膠原和彈性纖維；③非膠原糖蛋白:纖粘連蛋白(FN)和層粘連蛋白(LN)。

ECM的功能：支持、保護和提供營養(yǎng)外，還控制細胞的遷移、增殖、分化、細胞識別、粘著、通訊聯(lián)絡(luò)、信號傳導(dǎo)、形態(tài)建成、代謝、基因的表達與調(diào)控等生理過程和炎癥、損傷與修復(fù)、免疫應(yīng)答以及腫瘤轉(zhuǎn)移等病理過程中具有重要的功能和作用。將不同的細胞連接在一起，以形成組織、器官的物質(zhì)基礎(chǔ)就是體內(nèi)無處不在的ECM。沒有ECM的參與，就不能構(gòu)成一個機體。ECM不僅將各種組織連接在一起，賦予各種組織、器官的基本結(jié)構(gòu)和形狀，也賦予其力學(xué)性質(zhì)，為各種細胞組織提供附著的支架組織。ECM結(jié)構(gòu)和功能改變將導(dǎo)致病理改變:器官組織纖維化;衰老;腫瘤惡變、轉(zhuǎn)移和侵潤;某些遺傳性疾病是由于基因突變導(dǎo)致ECM結(jié)構(gòu)和功能改變所致。

膠原(collagen)是ECM中最主要的水不溶性纖維蛋白，目前已發(fā)現(xiàn)的膠原類型有20多種。

Ⅰ～Ⅲ型膠原含量最豐富,形成類似的纖維結(jié)構(gòu)；但并非所有膠原都形成纖維；

Ⅰ型膠原纖維束,主要分布于皮膚、肌腱、韌帶及骨中,具有很強的抗張強度;

Ⅱ型膠原主要存在于軟骨中;

Ⅲ型形成微細的原纖維網(wǎng),廣泛分布于伸展性的組織,如疏松結(jié)締組織;

Ⅳ型形成二維網(wǎng)格樣結(jié)構(gòu),是基膜的主要成分及支架。一、膠原（一）膠原的類型Ⅳ型膠原與Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型不同點

1.α-鏈不含Gly-X-Y，不形成α-螺旋結(jié)構(gòu)；

2.分泌到ECM的前膠原分子保留前肽；

3.以二聚體交聯(lián)成網(wǎng)(粉色，綠色為層黏連蛋白)，構(gòu)成基膜的骨架結(jié)構(gòu)。一、膠原

膠原分子由3條α-螺旋鏈(α、β、γ表示單、雙和三肽)組成，其中甘氨酸(Gly)占1/3，富含脯和賴氨酸，幾乎不含色、酪和蛋氨酸。脯、賴氨酸常羥化為羥脯、羥賴氨酸，為膠原所特有。賴氨酸選擇性糖基化。特有三肽重復(fù)順序(Gly-X-Y)：X多為Pro、Y多為Hylys和Hyp。（二）分子結(jié)構(gòu)（三）膠原的形成

RER上合成前體鏈(前前膠原)→前肽(prepeptide)，也稱前α-鏈→Glogi上羥化、糖基化及交聯(lián)前膠原分子→出胞切去前肽→膠原分子→膠原原纖維→膠原纖維。（四）膠原的功能

1.哺乳動物皮膚中的膠原編織成柳條狀，分布于皮下結(jié)締組織中，具多方向的抗張力；

2.肌腱中膠原沿應(yīng)力主軸呈平行束排列，使其富有強韌性；

3.成熟骨骼、角膜和橫隔肌腱中形成有序的膠合板樣結(jié)構(gòu)；

4.在腺泡、骨骼肌和平滑肌周圍，Ⅲ型膠原組成細纖維網(wǎng)絡(luò)，包圍于細胞表面；5.Ⅳ型膠原構(gòu)成各種上皮細胞基膜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；

6.膠原通過ECM中各種成分結(jié)合，將ECM組織起來，同時與細胞表面受體結(jié)合，連成組織和器官；

7.膠原通過細胞表面受體介導(dǎo)與細胞內(nèi)骨架相互作用，形成細胞的形態(tài)和運動；

8.膠原有刺激上皮細胞分化，維持上皮細胞生長作用，并成為細胞相互作用的支架和細胞遷移附著的基質(zhì)，引導(dǎo)細胞遷移。(五)膠原的發(fā)生與疾病在胚胎形態(tài)發(fā)生時膠原的表達較高，發(fā)育不同階段表達不同類型的膠原。先天性膠原的表達或裝配異常導(dǎo)致膠原?。喝绯晒遣蝗珵棰裥湍z原合成降低；Marfan綜合征為Ⅰ型膠原C端延長；Ehter-Dantons綜合征是膠原N端延長或沒有切去前肽。各種肝、肺、皮膚病理性纖維化是由于膠原表達過度、分布和比例失調(diào)及羥化降低等。免疫性膠原病：如類風濕關(guān)節(jié)炎、慢性腎炎可能是機體喪失對自身膠原結(jié)構(gòu)的免疫耐受性，造成自身免疫性膠原損傷引起。腫瘤細胞能釋放膠原酶，特異地分解基膜中的Ⅳ型膠原，破壞基膜結(jié)構(gòu)，為腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移、侵潤提供方便。Marfansyndrome成骨不全Ⅰ型——AD，發(fā)病率1/30,000.骨折、藍色鞏膜、傳導(dǎo)性耳聾。

Ehlers-Danlos綜合征:遺傳異質(zhì)性，有各種亞型：EDSⅠ-EDSⅨ等，EDSⅣ型病情最嚴重（AD或AR）。Ⅰ型：編碼Ⅴ型膠原纖維的α1鏈膠原基因COL5A1、COL5A2突變Ⅳ型：COL3A1基因突變Ⅵ型：賴氨酰羥化酶基因突變Ⅶa型：COL1A1缺陷Ⅶb型：COL1A2缺陷Ⅶc型：前膠原N-肽酶缺陷二、氨基聚糖(GAG)與蛋白聚糖(PG)

氨基聚糖

(glycosaminoglycan，GAG)和蛋白聚糖(proteoglycan，PG)是一些高分子的含糖化合物，形成ECM高度親水性的凝膠。

PG與一般糖蛋白的區(qū)別：①PG含糖基種類少；②PG糖鏈由重復(fù)二糖單位組成，無分支，糖基數(shù)目多；③PG以糖為主(含量)；④多數(shù)PG含有硫酸基團(HA除外)和肝素。(一)氨基聚糖（glycosaminoglycan,GAG）GAG是由重復(fù)的二糖單位聚合成的不分支的長鏈狀多糖，也稱粘多糖。因二糖單位中一個常為氨基糖而得名，另一糖基常為糖醛酸。多數(shù)糖基硫酸化。

透明質(zhì)酸(hyaluronicacid,HA)是一種原始形式的重要的GAG，是唯一能以自由鏈形式存在于體液中的GAG。HA由N-乙酰氨基葡萄糖和葡萄糖醛酸組成二糖單位，許多二糖單位重復(fù)聚合成直鏈狀多糖，非硫酸化，一個HA分子可包含幾千個二糖單位。HA是增殖細胞和遷移細胞的ECM的主要成分，尤其在胚胎組織中。同時也是PG的主要結(jié)構(gòu)組分。HA在結(jié)締組織中起著強化、彈性和潤滑作用。氨基聚糖的分子特性(二)蛋白聚糖(proteoglycan,PG)

PG是GAG與蛋白質(zhì)構(gòu)成的共價化合物。構(gòu)成PG的蛋白質(zhì)稱為核心蛋白(為單鏈多肽)，一個核心蛋白多肽鏈可以共價結(jié)合1～數(shù)百條GAG鏈(一般在300個糖基以下)。一種PG可含數(shù)種不同的GAG。由此可見，PG的種類是難以估量的，幾乎具有結(jié)構(gòu)的無限多樣性。

PG的生物合成：RER上合成核心蛋白，多肽鏈未完成即以O(shè)-連接或N-連接上糖基。糖鏈延長、加工修飾在高爾基體上進行，由高度特異的糖基轉(zhuǎn)移酶逐個加上糖基(并不是先合成二糖單位)。GAG和PG的功能1.使組織具有彈性和抗壓性2.對物質(zhì)轉(zhuǎn)運由選擇滲透性3.傳遞信息作用4.角膜中的PG具有透光性5.肝素PG具有抗凝血功能6.形態(tài)發(fā)生及創(chuàng)傷愈合7.衰老與疾病隨年齡↑，硫酸角質(zhì)、硫酸皮膚素↑，HA↓；動脈粥樣硬化患者：血管內(nèi)皮細胞表面硫酸皮膚素PG↑，導(dǎo)致脂類沉積。肝硬化和肝癌患者血中HA含量明顯升高；粘多糖累積病：先天性缺乏降解GAG的酶.三、非膠原糖蛋白(粘著成分)

非膠原糖蛋白(粘著成分)使細胞與ECM相互粘著，同時介導(dǎo)細胞運動遷移，在細胞分化和創(chuàng)傷修復(fù)中起重要作用。對細胞的存活、形狀、粘著、鋪展、遷移、增殖、分化有直接影響。這一大類非膠原糖蛋白已發(fā)現(xiàn)數(shù)十種，如纖連蛋白(fibronectin，F(xiàn)N)和層粘連蛋白(laminin，LN)，它們都是多功能大分子，具有分別與細胞及細胞外其他成分結(jié)合的多個結(jié)構(gòu)域，是ECM成分的組織者。此處著重介紹幾種主要成員。(一)層粘連蛋白(laminin，LN)LN是由三條大的肽鏈結(jié)合而成的聚合體，肽鏈通過二硫鍵構(gòu)建成“十”字形交叉，鏈中有各種球狀結(jié)構(gòu)域。構(gòu)成基膜的重要成分，使細胞附著于基膜上。

LN與疾?。禾悄虿』颊吣I小球基膜中LN的含量減低，而血清中出現(xiàn)LN的P1片段；鏈球菌感染后的腎小球腎炎中出現(xiàn)LN抗體；酒精中毒性肝炎、進行性全身硬化癥、某些腫瘤患者的血清中出現(xiàn)LN或其P1片段。阻止癌細胞與LN相結(jié)合的物質(zhì)皆可不同程度地抑制實驗性肺癌轉(zhuǎn)移。層粘連蛋白的生物學(xué)意義LN與細胞的粘附、生長、遷移及形態(tài)發(fā)生；LN與細胞的分化；LN與腫瘤的生長與轉(zhuǎn)移；LN與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育；LN的碳水化合物與細胞之間的作用。（二）纖粘連蛋白(fibronectin，F(xiàn)N)FN的類型：1.血漿FN(pFN)：參與血凝、創(chuàng)傷愈合、增強吞噬細胞功能。2.細胞表