奧賽培訓(xùn)二細(xì)胞質(zhì)膜

奧賽培訓(xùn)（二）細(xì)胞質(zhì)膜

膜的結(jié)構(gòu)

細(xì)胞連接

細(xì)胞粘附分子

第三節(jié)細(xì)胞粘附分子

1.概念:

細(xì)胞粘附分子（celladhesionmolecule，CAM）是參與細(xì)胞與細(xì)胞之間及細(xì)胞與細(xì)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(xì)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(fù)責(zé)與配體的識(shí)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(hào)分子相連，以活化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。鈣粘素對(duì)胚胎發(fā)育中的細(xì)胞識(shí)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(xì)胞與脈管內(nèi)皮細(xì)胞之間的識(shí)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(xì)胞的粘著中起主要作用透明質(zhì)酸整合素

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

細(xì)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(xì)胞質(zhì)膜的功能6.膜骨架第二節(jié)細(xì)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(dòng)蛋白粘合帶上皮組織粘合斑上皮細(xì)胞基部連接中間纖維橋粒心肌、表皮半橋粒上皮細(xì)胞基部通訊連接間隙連接大多數(shù)動(dòng)物組織中化學(xué)突觸神經(jīng)細(xì)胞間和神經(jīng)—肌肉間胞間連絲植物細(xì)胞間

幾類細(xì)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(dòng)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(dòng)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(qiáng)，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(gè)蛋白質(zhì)停泊的平臺(tái)，與膜的信號(hào)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(dòng)性

膜脂的流動(dòng)性:膜脂的流動(dòng)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(dòng)性越大;溫度對(duì)膜脂的運(yùn)動(dòng)有明顯的影響。在細(xì)菌和動(dòng)物細(xì)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(dòng)性。在動(dòng)物細(xì)胞中，膽固醇對(duì)膜的流動(dòng)性起重要的雙向調(diào)節(jié)作用。4.1膜的流動(dòng)性

膜蛋白的流動(dòng)性

熒光抗體免疫標(biāo)記實(shí)驗(yàn)

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

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

膜脂與糖脂的不對(duì)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(duì)稱性

膜蛋白的不對(duì)稱性是指每種膜蛋白分子在細(xì)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(duì)稱性是生物膜完成復(fù)雜的在時(shí)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(yùn)動(dòng)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(gè)極性頭和兩個(gè)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(gè)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(xì)胞的質(zhì)膜上（5％以下）,神經(jīng)細(xì)胞糖脂含量較高；

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

沿膜平面的側(cè)向運(yùn)動(dòng)（基本運(yùn)動(dòng)方式）,其擴(kuò)散系數(shù)為10-8cm2/s；

脂分子圍繞軸心的自旋運(yùn)動(dòng)；

脂分子尾部的擺動(dòng)；

雙層脂分子之間的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)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(jià)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(xì)胞表面的受體、酶、細(xì)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?xì)滏溄Y(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(dòng)性：生物膜的基本特征之一,

細(xì)胞進(jìn)行生命活動(dòng)的必要條件。

4.2膜的不對(duì)稱性

5.細(xì)胞質(zhì)膜的功能

為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境;

選擇性的物質(zhì)運(yùn)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(xì)胞識(shí)別位點(diǎn),并完成細(xì)胞內(nèi)外信息跨膜傳遞;

為多種酶提供結(jié)合位點(diǎn),使酶促反應(yīng)高效而有序地進(jìn)行;

介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)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(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)。6.膜骨架

細(xì)胞質(zhì)膜常常與膜下結(jié)構(gòu)(主要是細(xì)胞骨架系統(tǒng))相互聯(lián)系,

協(xié)同作用,并形成細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞的生物學(xué)特性

膜骨架賦予紅細(xì)胞質(zhì)膜既有很好的彈性又具有較高強(qiáng)度。

6.3紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架一、細(xì)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(xì)胞間的化學(xué)突觸(chemicalsynapse)；

植物細(xì)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(dòng)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(xì)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(xì)胞的骨架系統(tǒng)或?qū)⒓?xì)胞與基質(zhì)相連形成一個(gè)堅(jiān)挺、有序的細(xì)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(dòng)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(xì)胞，提供細(xì)胞內(nèi)中間纖維的錨定位點(diǎn)，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(xì)胞質(zhì)膜上的膜蛋白整合素將上皮細(xì)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(dòng)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(xì)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(dòng)蛋白束，鈣粘蛋白通過附著蛋白與肌動(dòng)蛋白束相結(jié)合。于是，相鄰細(xì)胞中的肌動(dòng)蛋白絲束通過鈣粘蛋白和附著蛋白編織成了一個(gè)廣泛的網(wǎng)絡(luò)，把相鄰細(xì)胞聯(lián)合在一起。粘著斑:細(xì)胞通過肌動(dòng)蛋白纖維和整連蛋白（integrin）與細(xì)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(dòng)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(xì)胞之間的細(xì)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(dòng)。3.3胞間連絲：高等植物細(xì)胞之間通過胞間連絲相互連接,完成細(xì)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(jī)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(xì)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(gè)連接子由6個(gè)connexin分子組成。連接子中心形成一個(gè)直徑約1.5nm的孔道。

連接單位由兩個(gè)連接子對(duì)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(gè)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(jí)結(jié)構(gòu)都比較保守,并有相似的抗原性。

不同類型細(xì)胞表達(dá)不同的連接子蛋白，間隙連接的孔徑與調(diào)控機(jī)制有所不同。3.1.2間隙連接的功能及其調(diào)節(jié)機(jī)制

1．參與細(xì)胞分化：胚胎發(fā)育的早期，細(xì)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(xì)胞群范圍內(nèi)，以分泌源為中心，建立起遞變的擴(kuò)散濃度梯度，以不同的分子濃度為處于梯度范圍內(nèi)的細(xì)胞提供”位置信息”，從而誘導(dǎo)細(xì)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