奧賽培訓(xùn)二細胞質(zhì)膜

奧賽培訓(xùn)（二）細胞質(zhì)膜

膜的結(jié)構(gòu)

細胞連接

細胞粘附分子

第三節(jié)細胞粘附分子

1.概念:

細胞粘附分子（celladhesionmolecule，CAM）是參與細胞與細胞之間及細胞與細胞外基質(zhì)之間相互作用的分子。

2.分類:可大致分為鈣粘素、選擇素、免疫球蛋白超家族、整合素及透明質(zhì)酸粘素五類。

3.結(jié)構(gòu):

細胞粘附分子都是跨膜糖蛋白，分子結(jié)構(gòu)由三部分組成：①胞外區(qū)，肽鏈的N端部分，帶有糖鏈，負責與配體的識別；②跨膜區(qū)，多為一次跨膜；③胞質(zhì)區(qū)，肽鏈的C端部分，一般較小，或與質(zhì)膜下的骨架成分直接相連，或與胞內(nèi)的化學(xué)信號分子相連，以活化信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。鈣粘素對胚胎發(fā)育中的細胞識別、遷移和組織分化及成體組織器官構(gòu)成具有主要作用的一類粘著因子選擇素

主要參與白細胞與脈管內(nèi)皮細胞之間的識別和粘著，通過粘著-分離-粘著-再分離的方式集中到炎癥發(fā)生的部位免疫球蛋白超家族

在神經(jīng)細胞的粘著中起主要作用透明質(zhì)酸整合素

介導(dǎo)細胞與細胞及細胞與基質(zhì)之間的粘著膜的結(jié)構(gòu)1.

細胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型

2.膜脂——生物膜的基本組成成分3.

膜蛋白4.生物膜結(jié)構(gòu)特征5.細胞質(zhì)膜的功能6.膜骨架第二節(jié)細胞連接1.封閉連接2.錨定連接3.通訊連接

各種連接的比較封閉連接緊密連接上皮組織錨定連接連接肌動蛋白粘合帶上皮組織粘合斑上皮細胞基部連接中間纖維橋粒心肌、表皮半橋粒上皮細胞基部通訊連接間隙連接大多數(shù)動物組織中化學(xué)突觸神經(jīng)細胞間和神經(jīng)—肌肉間胞間連絲植物細胞間

幾類細胞連接的比較1.膜的結(jié)構(gòu)模型1.1結(jié)構(gòu)模型1.2生物膜結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)模型

E.Gorter和F．Grendel（1925）:

“蛋白質(zhì)-脂類-蛋白質(zhì)”三夾板質(zhì)膜結(jié)構(gòu)模型

J.D.Robertson（1959年）：

單位膜模型(unitmembranemodel)

S.J.Singer和G.Nicolson（1972）：生物膜的流動鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)K.Simonsetal(1997):脂筏模型（lipidraftsmodel）

FunctionalraftsinCellmembranes.Nature387:569-572脂筏模型脂筏（lipidraft）是質(zhì)膜上富含膽固醇和鞘磷脂的微結(jié)構(gòu)域（microdomain）。大小約70nm左右，是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)，位于質(zhì)膜的外小頁。由于鞘磷脂具有較長的飽和脂肪酸鏈，分子間的作用力較強，所以這些區(qū)域結(jié)構(gòu)致密，介于無序液體與液晶之間，稱為有序液體（Liquid-ordered）。脂筏就像一個蛋白質(zhì)停泊的平臺，與膜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白質(zhì)分選均有密切的關(guān)系。生物膜結(jié)構(gòu)

磷脂雙分子層是組成生物膜的基本結(jié)構(gòu)成分,

尚未發(fā)現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)中起組織作用的蛋白；

蛋白分子以不同方式鑲嵌在脂雙層分子中或結(jié)合在其表面,膜蛋白是賦予生物膜功能的主要決定者；

生物膜是磷脂雙分子層嵌有蛋白質(zhì)的二維流體。

4.1膜的流動性

膜脂的流動性:膜脂的流動性主要由脂分子本身的性質(zhì)決定的,不飽和程度越高,脂肪酸鏈越短膜脂的流動性越大;溫度對膜脂的運動有明顯的影響。在細菌和動物細胞中常通過增加不飽和脂肪酸的含量來調(diào)節(jié)膜脂的相變溫度以維持膜脂的流動性。在動物細胞中，膽固醇對膜的流動性起重要的雙向調(diào)節(jié)作用。4.1膜的流動性

膜蛋白的流動性

熒光抗體免疫標記實驗

成斑現(xiàn)象(patching)或成帽現(xiàn)象(capping)

膜的流動性受多種因素影響；細胞骨架不但影響膜蛋白的運動，也影響其周圍的膜脂的流動。膜蛋白與膜脂分子的相互作用也是影響膜流動性的重要因素4.2膜的不對稱性

膜脂與糖脂的不對稱性

糖脂僅存在于質(zhì)膜的ES面，是完成其生理功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

膜蛋白與糖蛋白的不對稱性

膜蛋白的不對稱性是指每種膜蛋白分子在細胞膜上都具有明確的方向性；糖蛋白糖殘基均分布在質(zhì)膜的ES面；膜蛋白的不對稱性是生物膜完成復(fù)雜的在時間與空間上有序的各種生理功能的保證。2.膜脂——生物膜的基本組成成分2.1成分：膜脂主要包括磷脂、糖脂和膽固醇三種類型。2.2膜脂的４種熱運動方式

膜脂成分

磷脂：膜脂的基本成分（50％以上）

分為二類:甘油磷脂和鞘磷脂

主要特征：①具有一個極性頭和兩個非極性的尾(脂肪酸鏈)

（心磷脂除外）；②脂肪酸碳鏈碳原子為偶數(shù),多數(shù)碳鏈由

16,18或20個組成；③飽和脂肪酸(如軟脂酸)及不飽和脂肪酸(如油酸)；

糖脂：糖脂普遍存在于原核和真核細胞的質(zhì)膜上（5％以下）,神經(jīng)細胞糖脂含量較高；

膽固醇：膽固醇存在于真核細胞膜上（30%以下），細菌質(zhì)膜不含有膽固醇，但某些細菌的膜脂中含有甘油脂等中性脂類。運動方式

沿膜平面的側(cè)向運動（基本運動方式）,其擴散系數(shù)為10-8cm2/s；

脂分子圍繞軸心的自旋運動；

脂分子尾部的擺動；

雙層脂分子之間的翻轉(zhuǎn)運動，發(fā)生頻率還不到脂分子側(cè)向交換頻率的10－10。但在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上,新合成的磷脂分子翻轉(zhuǎn)運動發(fā)生頻率很高。3.膜蛋白3.1基本類型3.2去垢劑(detergent)

外在(外周)膜蛋白：水溶性蛋白,靠離子鍵或其它弱鍵與膜內(nèi)表面的蛋白質(zhì)分子或脂分子極性頭部非共價結(jié)合，易分離。

內(nèi)在（整合）膜蛋白：水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，與膜結(jié)合緊密，需用去垢劑使膜崩解后才可分離。

脂錨定蛋白:a：與糖磷脂酰肌醇（位于膜外小葉）連接的蛋白，許多細胞表面的受體、酶、細胞粘附分子和引起羊瘙癢病的PrPC都是這類蛋白。

b：與插入質(zhì)膜內(nèi)小葉的長碳氫鏈結(jié)合，如三聚體GTP結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白（G蛋白）的α和γ亞基。

3.1基本類型3.2去垢劑3.4.1去垢劑是一端親水、另一端疏水的兩性小分子,是分離與研究膜蛋白的常用試劑。3.4.2類型:離子型去垢劑(SDS)和非離子型去垢劑（TritonX-100）

SDS:CH3-(CH2)11-OSO3-Na+

Triton-X100

4.生物膜結(jié)構(gòu)的特征4.1膜的流動性：生物膜的基本特征之一,

細胞進行生命活動的必要條件。

4.2膜的不對稱性

5.細胞質(zhì)膜的功能

為細胞的生命活動提供相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境;

選擇性的物質(zhì)運輸,包括代謝底物的輸入與代謝產(chǎn)物的排除,其中伴隨著能量的傳遞;

提供細胞識別位點,并完成細胞內(nèi)外信息跨膜傳遞;

為多種酶提供結(jié)合位點,使酶促反應(yīng)高效而有序地進行;

介導(dǎo)細胞與細胞、細胞與基質(zhì)之間的連接;

質(zhì)膜參與形成具有不同功能的細胞表面特化結(jié)構(gòu)。6.膜骨架

細胞質(zhì)膜常常與膜下結(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。

6.1膜骨架:指細胞質(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。

6.2紅細胞的生物學(xué)特性

膜骨架賦予紅細胞質(zhì)膜既有很好的彈性又具有較高強度。

6.3紅細胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架一、細胞連接的功能分類

封閉連接(occludingjunctions)

緊密連接(tightjunction)

錨定連接(anchoringjunctions)

通訊連接(communicatingjunctions)

間隙連接(gapjunction)；

神經(jīng)細胞間的化學(xué)突觸(chemicalsynapse)；

植物細胞中的胞間連絲(plasmodesmata)。錨定連接(anchoringjunctions)

與中間纖維相關(guān)的錨定連接：

橋粒(desmosome)

半橋粒(hemidesmosome);

與肌動蛋白纖維相關(guān)的錨定連接：

粘合帶(adhesionbelt)；

粘合斑(focaladhesion)1.封閉連接1.1緊密連接是封閉連接的主要形式，存在于上皮細胞之間1.2緊密連接的結(jié)構(gòu)

1.3緊密連接的功能

形成滲漏屏障，起重要的封閉作用；

隔離作用，使游離端與基底面質(zhì)膜上的膜蛋白行使各自不同的膜功能；

支持功能2.錨定連接2.1錨定連接的類型2.2錨定連接的分布:在組織內(nèi)分布很廣泛,在上皮組織,心肌和子宮頸等組織中含量尤為豐富2.3錨定連接的功能:通過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。2.1錨定連接的類型2.1.1與中間纖維相連的錨定連接

2.1.2與肌動蛋白纖維相連的錨定連接

與中間纖維相連的錨定連接

橋粒:

鉚接相鄰細胞，提供細胞內(nèi)中間纖維的錨定位點，形成整體網(wǎng)絡(luò)，起支持和抵抗外界壓力與張力的作用。

半橋粒:

半橋粒與橋粒形態(tài)類似,但功能和化學(xué)組成不同。它通過細胞質(zhì)膜上的膜蛋白整合素將上皮細胞固著在基底膜上,

在半橋粒中，中間纖維不是穿過而是終止于半橋粒的致密斑內(nèi)。與肌動蛋白纖維相連的錨定連接粘著帶：位于緊密連接下方,呈帶狀環(huán)繞細胞,間隙約15～20nm。間隙中的粘合分子為E-鈣粘素。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，粘合帶處的質(zhì)膜下方有與質(zhì)膜平行排列的肌動蛋白束，鈣粘蛋白通過附著蛋白與肌動蛋白束相結(jié)合。于是，相鄰細胞中的肌動蛋白絲束通過鈣粘蛋白和附著蛋白編織成了一個廣泛的網(wǎng)絡(luò)，把相鄰細胞聯(lián)合在一起。粘著斑:細胞通過肌動蛋白纖維和整連蛋白（integrin）與細胞外基質(zhì)之間的連接方式。

粘合帶結(jié)構(gòu)模型3.通訊連接3.1間隙連接：分布廣泛，幾乎所有的動物組織中都存在間隙連接。3.2化學(xué)突觸:存在于可興奮細胞之間的細胞連接方式,它通過釋放神經(jīng)遞質(zhì)來傳導(dǎo)神經(jīng)沖動。3.3胞間連絲：高等植物細胞之間通過胞間連絲相互連接,完成細胞間的通訊聯(lián)絡(luò)。

3.1間隙連接3.1.1間隙連接結(jié)構(gòu)

3.1.2間隙連接的功能及其調(diào)節(jié)機制

3.1.3間隙連接的通透性是可以調(diào)節(jié)的

間隙連接結(jié)構(gòu)

間隙連接處相鄰細胞質(zhì)膜間的間隙為2～3nm。

連接子(connexon)是間隙連接的基本單位。每個連接子由6個connexin分子組成。連接子中心形成一個直徑約1.5nm的孔道。

連接單位由兩個連接子對接構(gòu)成。間隙連接的蛋白成分

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。3.1.2間隙連接的功能及其調(diào)節(jié)機制

1．參與細胞分化：胚胎發(fā)育的早期，細胞間通過間隙連接相互協(xié)調(diào)發(fā)育和分化。小分子物質(zhì)即可在一定細胞群范圍內(nèi)，以分泌源為中心，建立起遞變的擴散濃度梯度，以不同的分子濃度為處于梯度范圍內(nèi)的細胞提供”位置信息”，從而誘導(dǎo)細胞按其在胚胎中所處的局部位置向著一定方向分化。2．協(xié)調(diào)代謝：例如，在體