細胞生物學第015章細胞質(zhì)膜與細胞表面1

1、 細胞質(zhì)膜與細胞表面特化結(jié)構(gòu)細胞質(zhì)膜與細胞表面特化結(jié)構(gòu) 細胞外基質(zhì)細胞外基質(zhì) 細胞連接細胞連接第十五章第十五章 細胞社會的聯(lián)系細胞社會的聯(lián)系 細胞質(zhì)膜細胞質(zhì)膜(plasma membrane),(plasma membrane),又稱細胞膜又稱細胞膜(cell membrane)(cell membrane)。 細胞內(nèi)膜細胞內(nèi)膜(intracellular membrane); (intracellular membrane); 生物膜生物膜(biomembrane) 細細胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型 膜脂膜脂生物膜的基本組成成分 膜蛋白膜蛋白 確定膜蛋白方向的實驗程序確定膜蛋白方向的實驗

2、程序 光脫色恢復技術(shù)光脫色恢復技術(shù) 分子生物學技術(shù)在膜蛋白研究上的應(yīng)用分子生物學技術(shù)在膜蛋白研究上的應(yīng)用生物膜結(jié)構(gòu)特征生物膜結(jié)構(gòu)特征 細胞質(zhì)膜的功能細胞質(zhì)膜的功能 膜膜骨架與細胞表面的特化結(jié)構(gòu)骨架與細胞表面的特化結(jié)構(gòu) 研究簡史研究簡史 結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型 生物膜結(jié)構(gòu)生物膜結(jié)構(gòu) e.gortere.gorter和和f fgrendelgrendel（19251925）: : “蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)- -脂類脂類- -蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)”三明治結(jié)構(gòu)模型三明治結(jié)構(gòu)模型 j.d.robertsonj.d.robertson（19591959年）：年）： 單位膜模型單位膜模型(unit membrane model)

3、(unit membrane model) s.j.singers.j.singer和和g.nicolsong.nicolson（19721972）：）： 生物膜的流動鑲嵌模型生物膜的流動鑲嵌模型(fluid mosaic model)(fluid mosaic model) k.simon et al(1997): 脂筏模型脂筏模型（lipid raft modellipid raft model） functional rafts in cell membranes. nature 387:569-572functional rafts in cell membranes. nature

4、387:569-572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。 “central dogma ” of membrane biology成分：膜脂主要包括磷脂、糖脂和膽固成分：膜脂主要包括磷脂、糖脂和膽固 醇醇三種類型三種類型。 膜脂的種熱運動方式膜脂的種熱運動方式 脂質(zhì)體（脂質(zhì)體（liposomeliposome）磷脂磷脂：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：具有一個極性頭和兩個非極

5、性的尾(脂肪酸鏈)（心磷脂除外）；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；飽和脂肪酸(如軟脂酸)及不飽和脂肪酸(如油酸)； 糖脂糖脂：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：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。沿膜平面的側(cè)向運動（基本運動方式）,其擴散速率為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1010。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。脂質(zhì)體是根據(jù)磷脂分子可在

6、水相中形成穩(wěn)定的脂脂質(zhì)體是根據(jù)磷脂分子可在水相中形成穩(wěn)定的脂雙層膜的趨勢而制備的人工膜。雙層膜的趨勢而制備的人工膜。 脂質(zhì)體的類型脂質(zhì)體的類型 脂質(zhì)體的應(yīng)用脂質(zhì)體的應(yīng)用 (a) (a)水溶液中的磷脂分子團；水溶液中的磷脂分子團；(b)(b)球形脂質(zhì)體；球形脂質(zhì)體；(c)(c)平面脂質(zhì)體膜；平面脂質(zhì)體膜；(d(d）用于疾病治療的脂質(zhì)體的示意圖）用于疾病治療的脂質(zhì)體的示意圖 研究膜脂與膜蛋白及其生物學性質(zhì)；研究膜脂與膜蛋白及其生物學性質(zhì)； 脂質(zhì)體中裹入脂質(zhì)體中裹入dnadna可用于基因轉(zhuǎn)移；可用于基因轉(zhuǎn)移； 在臨床治療中在臨床治療中, ,脂質(zhì)體作為藥物或酶等脂質(zhì)體作為藥物或酶等載體載體 基本類型基

7、本類型 內(nèi)在膜蛋白與膜脂內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式結(jié)合的方式 外外在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式 去垢劑去垢劑( (detergent) ) 外在外在( (外周外周) )膜蛋白膜蛋白 (extrinsic/peripheral membrane proteins )； 水溶性蛋白,靠離子鍵或其它弱鍵與膜表面的蛋白質(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）膜蛋白內(nèi)在（整合）膜蛋白 (intrinsic/ integral membrane proteins)。 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。 脂質(zhì)錨定蛋白（脂質(zhì)錨定蛋白（

8、lipid-anchored proteins) 通過磷脂或脂肪酸錨定，共價結(jié)合?；绢愋突绢愋湍さ鞍椎目缒そY(jié)構(gòu)域跨膜結(jié)構(gòu)域與脂雙層分子的疏水疏水核心的相互作用相互作用；跨膜結(jié)構(gòu)域兩端攜帶正電荷的氨基酸殘基與磷脂分子帶 負電的極性頭形成離子鍵離子鍵，或帶負電的氨基酸殘基通過 ca2+、mg2+等陽離子與帶負電的磷脂極性頭相互作用。 某些膜蛋白在細胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)的半胱氨酸殘基上共價結(jié)共價結(jié) 合合脂肪酸分子,插入脂雙層之間,進一步加強膜蛋白與脂 雙層的結(jié)合力,還有少數(shù)蛋白與糖脂共價結(jié)合。去垢劑去垢劑是一端親水、另一端疏水的兩性小分子是一端親水、另一端疏水的兩性小分子, ,是分離是分離與研究膜蛋白的

9、常用試劑。與研究膜蛋白的常用試劑。離子型去垢劑離子型去垢劑(sds)(sds)和非離子型去垢劑（和非離子型去垢劑（triton x-100triton x-100） sds: chsds: ch3 3-(ch-(ch2 2) )1111-oso-oso3 3-na-na+ + ch3 ch3 ch3 c c ch ch2 2 c c (o-ch (o-ch2 2-ch-ch2 2) )1010- oh- oh ch3 ch3去垢劑去垢劑胰酶消化法胰酶消化法同位素標記法同位素標記法 研究膜蛋白或膜脂流動性的基本實驗技術(shù)之一研究膜蛋白或膜脂流動性的基本實驗技術(shù)之一。 程序程序： 根據(jù)熒光恢復的速度

10、可推算出膜蛋白或膜脂擴散速度。 膜的膜的流動性流動性：生物膜的基本特征之一：生物膜的基本特征之一, , 細胞進行生命活動的必要條件。細胞進行生命活動的必要條件。 膜的膜的不對稱性不對稱性 膜的分相現(xiàn)象膜的分相現(xiàn)象六、六、生物膜結(jié)構(gòu)的特征生物膜結(jié)構(gòu)的特征 膜脂的膜脂的流動流動性性 膜脂的流動性主要由脂分子本身的性質(zhì)決定的,脂肪酸鏈越短,不飽和程度越高,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。 膜蛋白的流動膜蛋白的流動 熒光抗體免疫標記實驗 成斑現(xiàn)象(

11、patching)或成帽現(xiàn)象(capping) 膜的流動性受多種因素影響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.細胞質(zhì)膜各部分的名稱細胞質(zhì)膜各部分的名稱 膜脂與糖脂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(go+go+3 3hbhhbh4 4 labelinglabeling)；膜蛋白的不對稱性是生物膜完成復雜的

12、在時間與空間上有序的各種生理功能的保證。sm:鞘磷脂pc:卵磷脂ps:磷脂酰絲氨酸pe:磷脂酰乙醇胺pi:磷脂酰肌醇ci:膽固醇 為細胞的生命活動提供相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境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)運輸選擇性的物質(zhì)運輸, ,包括代謝底物的輸入與代謝包括代謝底物的輸入與代謝 產(chǎn)物的排除產(chǎn)物的排除, ,其中伴隨著能量的傳遞其中伴隨著能量的傳遞; ; 提供細胞識別位點提供細胞識別位點, ,并完成細胞內(nèi)外信息跨膜傳遞并完成細胞內(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)高效而有序地進行使酶促反應(yīng)高效而有序地進行; ; 介導細胞與細胞、細胞與基

13、質(zhì)之間的連接介導細胞與細胞、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)。質(zhì)膜參與形成具有不同功能的細胞表面特化結(jié)構(gòu)。 膜蛋白的異常與某些遺傳病、惡性腫瘤、神經(jīng)退行性疾病膜蛋白的異常與某些遺傳病、惡性腫瘤、神經(jīng)退行性疾病有關(guān)，可作為疾病治療的藥物靶標。有關(guān)，可作為疾病治療的藥物靶標。 細胞質(zhì)膜常常與膜下結(jié)構(gòu)細胞質(zhì)膜常常與膜下結(jié)構(gòu)( (主要是細胞骨架系統(tǒng)主要是細胞骨架系統(tǒng)) )相互聯(lián)系相互聯(lián)系, , 協(xié)同作用協(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。并形成細胞表面的某些特化結(jié)構(gòu)以完成特定的功能。 膜骨架膜骨架 膜骨架的概念指細胞質(zhì)膜下與膜蛋白相連的由

14、纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)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。胞質(zhì)膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能。 紅細胞的生物學特性紅細胞的生物學特性 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。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。 紅細胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架紅細胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架 紅細胞質(zhì)膜蛋白的紅細胞質(zhì)膜蛋白的sds-pagesds-page 紅細胞膜骨架的結(jié)構(gòu)紅細胞膜骨架的結(jié)構(gòu) 紅細胞血影及封閉、未封閉小泡的形成 細胞連接的功能分類細胞連接的功能分類 封閉連接封閉連接 錨定連接錨定連接通訊連接通訊連接

15、細胞表面的粘連分子細胞表面的粘連分子 封閉連接封閉連接(occluding junctions)(occluding junctions)緊密連接(tight junction) 錨定連接錨定連接(anchoring junctions) 通訊連接通訊連接(communicating junctions)(communicating junctions)間隙連接(gap junction)；神經(jīng)細胞間的化學突觸(chemical synapse)；植物細胞中的胞間連絲(plasmodesmata)。緊密連接是封閉連接的主要形式，存在于上皮細胞之間。緊密連接的結(jié)構(gòu) 緊密連接的功能形成滲漏屏障，起

16、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。緊密連接嵴線中的兩類蛋白：封閉蛋白（occludin），跨膜四次的膜蛋白（60kd）；claudin蛋白家族（現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)15種以上）。 錨定連接在組織內(nèi)分布很廣泛錨定連接在組織內(nèi)分布很廣泛, ,在上皮在上皮組織組織, ,心肌和子宮頸等組織中含量尤為心肌和子宮頸等組織中含量尤為豐富豐富 錨定連接的類型、結(jié)構(gòu)與功能錨定連接的類型、結(jié)構(gòu)與功能 錨定連接的錨定連接的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成組成 與中間纖維相關(guān)的錨定連接與中間纖維相關(guān)的錨定連接：橋粒(desmosome)半橋粒(hemidesm osome); 與肌動蛋白纖維相關(guān)

17、的錨定連接與肌動蛋白纖維相關(guān)的錨定連接：粘合帶(adhesion belt)；粘合斑(focal adhesion)與中間纖維相連的錨定連接與中間纖維相連的錨定連接橋粒橋粒: 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: 半橋粒與橋粒形態(tài)類似,但功能和化學組成不同。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與肌動蛋白纖維相連的錨定連接 粘合帶粘合帶： 位于緊密連接下方,相鄰細胞間形成一個連續(xù)的帶狀結(jié)構(gòu)。間隙約1520nm,也稱帶狀橋粒

18、(belt desmosome)。粘合斑粘合斑: 細胞通過肌動蛋白纖維和整連蛋白與細胞外基質(zhì)之間的連接方式。 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。錨定連接具有兩種不同形式成一個堅挺、有序的細胞群體。錨定連接具有兩種不同形式: : 與中間纖維相連的錨定連接主要包括橋粒和半橋粒； 與肌動蛋白纖維相連的錨定連接主要包括粘合帶與粘合斑。 構(gòu)成錨定連接的蛋白可分成兩類構(gòu)成錨定連接的蛋白可分成兩類: : 細胞內(nèi)附著蛋白(attachment proteins),將特定的細胞骨架成分 (中間纖維或微絲)同連接復

19、合體結(jié)合在一起 (desmoplakin) 跨膜連接的糖蛋白,其細胞內(nèi)的部分與附著蛋白相連, 細胞 外的部分與相鄰細胞的跨膜連接糖蛋白相互作用或與胞外 基質(zhì)相互作用。(desmoglein, desmocollin)間隙連接間隙連接： 分布廣泛，幾乎所有的動物組織中都存在間隙連接。 神經(jīng)細胞間的神經(jīng)細胞間的化學突觸化學突觸 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)來傳導神經(jīng)沖動。胞間連絲胞間連絲：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)。 胞間連絲結(jié)構(gòu) 胞間連絲的功能間隙連接間隙連接結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 間隙連接的間隙連接的蛋白成分蛋白成分間隙連接的功能及其調(diào)節(jié)機制間隙

20、連接的功能及其調(diào)節(jié)機制間隙連接的通透性是可以調(diào)節(jié)的間隙連接的通透性是可以調(diào)節(jié)的 間隙連接處相鄰細胞質(zhì)膜間的間隙為23nm 。 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。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2660kd不等；連接子蛋白具有4個-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。 間隙連接在代謝偶聯(lián)中的作用間隙連接在代謝偶

21、聯(lián)中的作用 間隙連接允許小分子代謝物和信號分子通過, 是細胞間代謝 偶聯(lián)的基礎(chǔ) 代謝偶聯(lián)現(xiàn)象在體外培養(yǎng)細胞中的證實 代謝偶聯(lián)作用在協(xié)調(diào)細胞群體的生物學功能方面起重要作用. 間隙連接在神經(jīng)沖動信息傳遞過程中的作用間隙連接在神經(jīng)沖動信息傳遞過程中的作用 電突觸(electronic junction) 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 間隙連接在早期胚胎發(fā)育和細胞分化過程中的作用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

22、或消失，間隙聯(lián)接類似 “腫瘤抑制因子”。 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) 控及細胞外化學信號的調(diào)控化學突觸化學突觸胞間連絲結(jié)構(gòu) 相鄰細胞質(zhì)膜共同構(gòu)成的直徑20-40nm的管狀結(jié)構(gòu)胞間連絲的功能 實現(xiàn)細胞間由信號介導的物質(zhì)有擇性的轉(zhuǎn)運； 實現(xiàn)細胞間的電傳導； 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。 同種類型細胞間的彼此粘連是許多組織結(jié)構(gòu)的基本特征。細胞與細胞間的粘連是由特定的細胞粘連分子所介導的。粘連分子的特征與類型粘連分子的特征與類型 粘連分子均為整合膜蛋白，在胞內(nèi)與 細胞骨架成分相連； 多數(shù)要依賴c

23、a2+或mg2+才起作用。 粘連分子類型及細胞間粘著方式類型類型 粘著方式粘著方式 鈣粘素鈣粘素（cadherins） 選擇素選擇素（selectin） 免疫球蛋白超家族的免疫球蛋白超家族的camcam(ig-superfamily，igsf) 整合素整合素（integrins） 質(zhì)膜整合蛋白聚糖質(zhì)膜整合蛋白聚糖也介導細胞間的粘著。 cadherins： 屬同親性依賴ca2+的細胞粘連糖蛋白，介導依賴ca2+的細胞粘著和從ecm到細胞質(zhì)傳遞信號。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。（30多個成員的糖蛋白家族） e- cadherins(epithelial)

24、, n- cadherins(neural) ， p- cadherins(placental)， 橋粒鈣粘素。 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，其胞外部分具有凝 集素樣結(jié)構(gòu)域(lectin-like domain)。 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 和l(leukocyte)選擇素。 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。介導同親性細胞粘著或介導異親性細胞粘著,但其粘著作用不依賴ca2+，其中n-cams

25、 在神經(jīng)組織細胞間的粘著中起主要作用。 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，從而介導細胞與基質(zhì)、細胞與細胞之間的粘著。 細胞中主要的粘連分子家族細胞中主要的粘連分子家族 與細胞錨定連接相關(guān)的粘連分子與細胞錨定連接相關(guān)的粘連分子 非錨定連接（非錨定連接（nonjunctional adhesion）的細胞）的細胞 粘連分子及其作用部位粘連分子及其作用部位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

26、橋粒鈣粘素p-選擇素n-細胞粘著分子lb2+-+actin纖維中等纖維 actin 纖維粘著帶橋粒 - - -細胞與基質(zhì)連接 整合素 質(zhì)膜蛋白聚糖約20種類型6b4syndecans+-actin 纖維中等纖維actin 纖維粘著斑半橋粒 - 細胞中主要的粘連分子家族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 desmogleins desmocollins 相鄰細胞的鈣粘素 desmoplakins plakoglobin中等纖維粘著帶鈣粘素(e-鈣粘素)同上vinculincatenin微絲 細胞與胞外基質(zhì)連接半橋粒整合素（6

27、4）胞外基質(zhì)蛋白(基底膜蛋白） desmoplakin- like蛋白中等纖維粘著斑整合素 胞外基質(zhì)蛋白talinvinculin-actinin 微絲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示意圖非錨定連接的細胞間粘著方式示意圖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 基本概念基本概念 膠原膠原(collagen) 氨基聚糖和蛋白聚糖氨基聚糖和蛋白聚糖 層粘連蛋白和纖粘連蛋白層粘連蛋白和纖粘連蛋白 彈性蛋白彈性蛋白(elastin) 植物細胞壁植物細胞壁 結(jié)構(gòu)組成：結(jié)構(gòu)

28、組成： 指分布于細胞外空間指分布于細胞外空間, , 由細胞分泌的蛋白和多糖由細胞分泌的蛋白和多糖所構(gòu)成的所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 主要功能：主要功能： 構(gòu)成支持細胞的框架，負責組織的構(gòu)建；構(gòu)成支持細胞的框架，負責組織的構(gòu)建； 胞外基質(zhì)三維結(jié)構(gòu)及成份的變化胞外基質(zhì)三維結(jié)構(gòu)及成份的變化, ,改變細胞微環(huán)改變細胞微環(huán)境從而對細胞形態(tài)、生長、分裂、分化和凋亡起重要境從而對細胞形態(tài)、生長、分裂、分化和凋亡起重要的調(diào)控作用。的調(diào)控作用。 胞外基質(zhì)的信號功能胞外基質(zhì)的信號功能 生物種類 細胞外 結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)纖維 水化基質(zhì) 組分 粘連分子 動物 細 胞植 物細 胞細胞外 基質(zhì)細胞壁 膠原彈性蛋白 纖維素 蛋白聚

29、糖 半纖維素伸展蛋白 纖粘連蛋白層粘連蛋白 果膠質(zhì) 細胞外被細胞外被(cell coat)又稱糖萼又稱糖萼(glycocalyx) 細胞外基質(zhì)細胞外基質(zhì)(extracellular matrix) 真核細胞的細胞外結(jié)構(gòu)真核細胞的細胞外結(jié)構(gòu)（extracellular structures） 結(jié)構(gòu)組成：結(jié)構(gòu)組成： 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：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）（梁鳳霞，丁明

30、孝） 膠原是胞外基質(zhì)最基本結(jié)構(gòu)成份之一，膠原是胞外基質(zhì)最基本結(jié)構(gòu)成份之一， 動物體內(nèi)含量最豐富的蛋白（總量的動物體內(nèi)含量最豐富的蛋白（總量的 3030以上）。以上）。常見的膠原類型及其在組織中的分布 膠原及其分子結(jié)構(gòu) 膠原的合成與加工 膠原的功能 膠原是細胞外基質(zhì)中最主要的水不溶性纖維蛋白； 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；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;型膠原主要存在于軟骨中;型膠原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; 型膠原形成二維網(wǎng)格樣結(jié)構(gòu),是基膜的主要 成分及支架。 膠原纖維的基本結(jié)構(gòu)單

31、位是膠原纖維的基本結(jié)構(gòu)單位是原膠原原膠原；原膠原是由三條肽鏈盤繞成的原膠原是由三條肽鏈盤繞成的三股螺旋結(jié)構(gòu)三股螺旋結(jié)構(gòu)；原膠原肽鏈具有原膠原肽鏈具有g(shù)ly-x-ygly-x-y重復序列，對膠原纖重復序列，對膠原纖 維的高級結(jié)構(gòu)的形成是重要的；維的高級結(jié)構(gòu)的形成是重要的； 在膠原纖維內(nèi)部在膠原纖維內(nèi)部, ,原膠原蛋白分子呈原膠原蛋白分子呈1/41/4交替平交替平 行排列行排列, ,形成周期性橫紋。形成周期性橫紋。 前 體 肽 鏈 在 粗 面 內(nèi) 質(zhì) 網(wǎng) 合 成 ， 并 形 成 前 原 膠 原(preprocollagen)； 前原膠原(preprocollagen)是原膠原的前體和分泌形式， 在

32、粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成、加工與組裝，經(jīng)高爾基體分泌； 前原膠原在細胞外由兩種專一性不同的蛋白水解酶作用, 分別 切 去 n - 末 端 前 肽 及 c - 末 端 前 肽 , 成 為 原 膠 原（procollagen）； 原膠原進而聚合裝配成膠原原纖維（collagen fibril）和膠原纖維（collagen fiber）。 （a）膠原纖維的分子結(jié)構(gòu)與形成過程）膠原纖維的分子結(jié)構(gòu)與形成過程()；（b）膠原纖維的電鏡照片）膠原纖維的電鏡照片 膠原在胞外基質(zhì)中含量最高膠原在胞外基質(zhì)中含量最高, ,剛性及抗張力強度最剛性及抗張力強度最 大大, ,構(gòu)成細胞外基質(zhì)的骨架結(jié)構(gòu)構(gòu)成細胞外基質(zhì)的骨架結(jié)構(gòu), ,細

33、胞外基質(zhì)中的其細胞外基質(zhì)中的其 它組分通過與膠原結(jié)合形成結(jié)構(gòu)與功能的復合體它組分通過與膠原結(jié)合形成結(jié)構(gòu)與功能的復合體在不同組織中，膠原組裝成不同的纖維形式在不同組織中，膠原組裝成不同的纖維形式, ,以適以適 應(yīng)特定功能的需要；應(yīng)特定功能的需要； 膠原可被膠原酶特異降解，而參入胞外基質(zhì)信號膠原可被膠原酶特異降解，而參入胞外基質(zhì)信號 傳遞的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中。傳遞的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中。 膠原蛋白是人體締結(jié)組織中的主要成分，占體內(nèi)蛋白質(zhì)總量的三分之一。膠原蛋白是人體的皮膚，骨骼，肌腱，軟骨，血管、皮膚的構(gòu)成材料，富含甘氨酸，脯氨酸及羥脯氨酸。 膠原蛋白是人體皮膚的主要成分，占皮膚干重70%-80% 。 應(yīng)用：應(yīng)用：

34、化妝品（除皺 、保濕、袪疤除痘等）、食品 （食品包裝材料 、肉制品添加劑 、膠原小食品 、保健食品等）。 氨基聚糖氨基聚糖(glycosaminoglycan,gags)(glycosaminoglycan,gags) 蛋白聚糖蛋白聚糖(proteoglycan)(proteoglycan) 氨基聚糖是由重復的二糖單位構(gòu)成的長鏈多糖二糖單位之一是氨基己糖 (氨基葡萄糖或氨基半乳糖) + 糖醛酸;氨基聚糖: 透明質(zhì)酸、4-硫酸軟骨素、6-硫酸軟骨素、 硫酸皮膚素、硫酸乙酰肝素、肝素和硫酸角質(zhì)素等。透明質(zhì)酸(hyaluronic acid)及其生物學功能透明質(zhì)酸是增殖細胞和遷移細胞的胞外基質(zhì)主要成

35、 分,也是蛋白聚糖的主要結(jié)構(gòu)組分透明質(zhì)酸在結(jié)締組織中起強化、彈性和潤滑作用 透明質(zhì)酸使細胞保持彼此分離,使細胞易于運動遷 移和增殖并阻止細胞分化 1. 具有良好的生物可吸收性、生物兼容性、黏稠性及保水性。2. 可吸水600-1000倍，是很有效的保濕劑。3. 可減少自由基的形成，減緩組織老化。4. 低分子量透明質(zhì)酸能抗發(fā)炎、抑制病菌產(chǎn)生。5. 是一種安全理想的眼科手術(shù)輔助劑。6. 可取代關(guān)節(jié)液，增加關(guān)節(jié)的潤滑度，減緩關(guān)節(jié)疼痛。7. 可應(yīng)用于小針美容，做為修補細紋、凹陷、疤痕之用，不會有發(fā)炎、排斥的現(xiàn)象產(chǎn)生。8. 可與纖維蛋白作用，促進傷口愈合。9. 可防止外科手術(shù)中組織粘黏。10. 可抑制癌細

36、胞擴張ha的生產(chǎn)從人和動物組織中提取， 2.4g/100g玻璃體,成本30000萬元/kg （化妝品級）；鏈球菌生產(chǎn)ha，2.3噸玉米淀粉可產(chǎn)30kg，成本1萬元/kg。人工合成：京都大學小林四郎教授首先使用生物高分子“透明質(zhì)酸氧氮雜環(huán)戊烯衍生物”，然后添加水和降解酶，制造出衍生物和酶的復合體，清除其中的酶就合成了ha?；蚬こ讨圃靐a：諾維信與美國的hyalosellc公司合作，制造出提高ha生產(chǎn)率的轉(zhuǎn)基因微生物。蛋白聚糖見于所有結(jié)締組織和細胞外基質(zhì)及許多細胞表面蛋白聚糖由氨基聚糖與核心蛋白(core protein)的絲氨酸殘 基共價連接形成的巨分子若干蛋白聚糖單體借連接蛋白以非共價鍵與透明質(zhì)酸結(jié)合 形成多聚體蛋白聚糖的特性與功能顯著特點是多態(tài)性：不同的核心蛋白, 不同的氨基聚糖；軟骨中的蛋白聚糖是最大巨分子之一,