细胞质膜与细胞表面.ppt

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1、第四章细胞质膜与细胞表面,细胞质膜与细胞表面特化结构 细胞连接 细胞外被与细胞外基质,细胞质膜与细胞表面特化结构,细胞质膜(plasma membrane),细胞质膜的结构模型 膜脂生物膜的基本组成成分 膜蛋白 光脱色恢复技术 生物膜结构特征 细胞质膜的功能 膜骨架与细胞表面的特化结构,细胞连接,细胞连接的功能分类 封闭连接 锚定连接通讯连接 几种连接的比较细胞表面的粘连分子,一、细胞质膜的结构模型,研究简史结构模型生物膜结构,结构模型,E.Gorter和FGrendel（1925）:“蛋白质-脂类-蛋白质”三夹板质膜结构模型（1959年）：单位膜模型(unit membrane model)

2、和G.Nicolson（1972）：生物膜的流动镶嵌模型(fluid mosaic model)K.Simons et al(1988):脂筏模型（lipid rafts model）,生物膜结构,磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分,尚未发现膜结构中起组织作用的蛋白；蛋白分子以不同方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面,膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者；生物膜是磷脂双分子层嵌有蛋白质的二维流体。,膜的流动性,膜脂的流动性 膜脂的流动性主要由脂分子本身的性质决定的,脂肪酸链越短,不饱和程度越高,膜脂的流动性越大。温度对膜脂的运动有明显的影响。在动物细胞中，胆固醇对膜的流动性起重要的双向调节作

3、用。膜蛋白的流动 荧光抗体免疫标记实验 成斑现象(patching)或成帽现象(capping)膜的流动性受多种因素影响：细胞骨架不但影响膜蛋白的运动，也影响其周围的膜脂的流动。膜蛋白与膜脂分子的相互作用也是 影响膜流动性的重要因素,膜的不对称性,细胞质膜各部分的名称 膜脂与糖脂的不对称性 糖脂仅存在于质膜的ES面，是完成其生理功能的结构基础膜蛋白与糖蛋白的不对称性 膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都 具有明确的方向性；糖蛋白糖残基均分布在质膜的ES面；膜蛋白的不对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上 有序的各种生理功能的保证。,二、膜脂生物膜的基本组成成分,成分：膜脂主要包括磷脂

4、、糖脂和胆固 醇三种类型。膜脂的几种运动方式 脂质体（liposome）,磷脂：膜脂的基本成分（50以上）分为二类:甘油磷脂和鞘磷脂 主要特征：具有一个极性头和两个非极性的尾(脂肪酸链)（心磷脂除外）；脂肪酸碳链碳原子为偶数,多数碳链由16,18或20个组成；饱和脂肪酸(如软脂酸)及不饱和脂肪 酸(如油酸)；糖脂：糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上（5以下）,神经细胞糖脂含量较高；胆固醇：胆固醇存在于真核细胞膜上（30%以下），细菌质膜不含有胆固醇，但某些细菌的膜脂中含有甘油脂等中性脂类。,运动方式,脂分子围绕轴心的自旋运动；沿膜平面的侧向运动脂分子尾部的摆动；双层脂分子之间的翻转运动，发生

5、频率还不到脂分子侧向交换频率的1010。但在内质网膜上,新合成的磷脂分子翻转运动发生频率很高。,脂质体（liposome）,脂质体是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。脂质体的类型脂质体的应用,脂质体的类型,(a)水溶液中的磷脂分子团；(b)球形脂质体；(c)平面脂质体膜；(d）用于疾病治疗的脂质体的示意图,脂质体的应用,研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质；脂质体中裹入DNA可用于基因转移；在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体,三、膜蛋白,基本类型内在膜蛋白与膜脂结合的方式外在膜蛋白与膜脂结合的方式 去垢剂(detergent),外在(外周)膜蛋白 水溶性,靠离子键或其

6、它弱键与其它膜蛋白质分子或脂分子极性头部非共价结合，易分离。内在（整合）膜蛋白 水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，与膜结合紧密，需用去垢剂使膜崩解后才可分离。脂质锚定蛋白（lipid-anchored proteins)通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合。,基本类型,膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用。跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基与磷脂分子带负电的极性头形成离子键，或带负电的氨基酸残基通过Ca2+、Mg2+等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。某些膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结合脂肪酸分子,插入脂双层之间,进一步加强膜蛋白与脂双层的结合力,还有少数蛋白与糖脂共价结合

7、。,去垢剂是一端亲水、另一端疏水的两性小分子,是分离与研究膜蛋白的常用试剂。离子型去垢剂(SDS)和非离子型去垢剂（Triton X-100）,四、光脱色恢复技术(fluorescence recovery after photobleaching,FRAP),研究膜蛋白或膜脂流动性的基本实验技术之一。程序：根据荧光恢复的速度可推算出膜蛋白或膜脂扩散速度。,五、生物膜结构的特征,膜的流动性：生物膜的基本特征之一,细胞进行生命活动的必要条件。膜的不对称性,六、细胞质膜的功能,为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境;选择性的物质运输,包括代谢底物的输入与代谢 产物的排除,其中伴随着能量的传递;提供细

8、胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递;为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行;介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接;质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。,七、膜骨架与细胞表面的特化结构,膜骨架 指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构,它参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。红细胞的生物学特性膜骨架赋予红细胞质膜既有很好的弹性又具有较高强度。红细胞质膜蛋白及膜骨架 细胞表面特化结构,红细胞质膜蛋白及膜骨架,红细胞质膜蛋白的SDS-PAGE 红细胞膜骨架的结构,一、细胞连接的功能分类,封闭连接(occluding junctions)紧密连接(tight

9、 junction)锚定连接(anchoring junctions)通讯连接(communicating junctions)间隙连接(gap junction)；神经细胞间的化学突触(chemical synapse)；植物细胞中的胞间连丝(plasmodesmata)。,二、封闭连接,紧密连接是封闭连接的主要形式，存在于上皮细胞之间紧密连接的结构 紧密连接的功能形成渗漏屏障，起重要的封闭作用；隔离作用，使游离端与基底面质膜上的膜蛋白行使各自不同的膜功能；支持功能紧密连接嵴线中的两类蛋白：封闭蛋白（occludin），跨膜四次的膜蛋白（60KD）；claudin蛋白家族（现已发现15种以上

10、）,三、锚定连接,锚定连接在组织内分布很广泛,在上皮组织,心肌和子宫颈等组织中含量尤为丰富锚定连接的类型、结构与功能锚定连接的结构组成,锚定连接的类型、结构与功能,与中间纤维相连的锚定连接桥粒半桥粒与肌动蛋白纤维相连的锚定连接 粘合带粘合斑,锚定连接的结构组成,锚定连接将相邻细胞或细胞与基质相连形 成坚挺、有序的细胞群体。与中间纤维相连的锚定连接主要包括桥粒和半桥粒；与肌动蛋白纤维相连的锚定连接主要包括粘合带与粘合斑。构成锚定连接的蛋白可分成两类:细胞内附着蛋白(attachment proteins)跨膜连接的糖蛋白,四、通讯连接,间隙连接神经细胞间的化学突触 存在于可兴奋细胞之间的细胞连接

11、方式胞间连丝：胞间连丝结构 胞间连丝的功能,间隙连接,间隙连接结构 间隙连接的蛋白成分间隙连接的功能及其调节机制间隙连接的通透性是可以调节的,间隙连接结构,间隙连接处相邻细胞质膜间的间隙为23nm。连接子(connexon)是间隙连接的基本单位。每个连接子由6个connexin分子组成。连接子中心形成一个直径约1.5nm的孔道。连接单位由两个连接子对接构成。,间隙连接的蛋白成分,已分离20余种构成连接子的蛋白,属同一蛋白家族,其分子量2660KD不等；连接子蛋白具有4个-螺旋的跨膜区，是该蛋白家族最保守的区域。连接子蛋白的一级结构都比较保守,并有相似的抗原性。不同类型细胞表达不同的连接子蛋白，

12、间隙连接的孔径与调控机制有所不同。,间隙连接的功能及其调节机制,间隙连接在代谢偶联中的作用 允许小分子代谢物和信号分子通过,是细胞间代谢 偶联的基础 协调细胞群体的生物学功能（胰腺细胞分泌）间隙连接在神经冲动信息传递过程中的作用 电突触(electronic junction)快速实现细胞间信号通讯 间隙连接调节和修饰相互独立的神经元群的行为 间隙连接在早期胚胎发育和细胞分化过程中的作用 胚胎发育中细胞间的偶联提供信号物质的通路。肿瘤细胞之间的间隙连接明显减少或消失,间隙连接的通透性是可以调节的,连接子蛋白对离子和小分子通透有一定选择性降低胞质中的pH值和提高自由Ca2+的浓度 都可以使其通透

13、性降低间隙连接的通透性受两侧电压梯度的调 控及细胞外化学信号的调控,胞间连丝,胞间连丝结构 相邻细胞质膜共同构成的直径20-40nm的管状结构胞间连丝的功能 实现细胞间由信号介导的物质有选择性的转运；实现细胞间的电传导；在发育过程中，胞间连丝结构的改变可以调节植物细胞 间的物质运输。,五、细胞表面的粘连分子,同种类型细胞间的彼此粘连是许多组织结构的基本特征。细胞间的粘连是由特定细胞粘连分子所介导。粘连分子的特征与类型 粘连分子均为整合膜蛋白 多数要依赖Ca2+或Mg2+粘连分子类型及细胞间粘着方式类型 粘着方式,粘连分子类型,钙粘素（Cadherins）选择素（Selectin）免疫球蛋白超家

14、族的CAM(Ig-Superfamily，IgSF)整合素（Integrins）质膜整合蛋白聚糖,钙粘素（Cadherins）属同亲性依赖Ca2+的细胞粘连糖蛋白，介导依赖Ca2+的细胞粘着。对胚胎发育中的细胞识别、迁移和组织分化以及成体组织器官构成具有主要作用。（30多个成员的糖蛋白家族）E-Cadherins(epithelial),N-Cadherins(neural)，P-Cadherins(placental)，桥粒钙粘素。,选择素（Selectin）属异亲性依赖于Ca2+的能与特异糖基识 别并相结合的糖蛋白，其胞外部分具有凝 集素样结构域(lectin-like domain)。主

15、要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的 识别与粘着。P(Platelet)选择素、E(Endothelial)选择 素和L(Leukocyte)选择素。,免疫球蛋白超家族的CAM 分子结构中具有与免疫球蛋白类似的结构域的超家族。介导同亲性细胞粘着或介导异亲性细胞粘着,但其粘着作用不依赖Ca2+，其中N-CAMs 在神经组织细胞间的粘着中起主要作用。,整合素（Integrins）由和两个亚基形成的异源二聚体糖蛋白。人体细胞中已发现16种链和8种链，它们相互配合形成22种不同的二聚体整合素，可与不同的配基结合，从而介导细胞与基质、细胞与细胞之间的粘着。,粘着方式,细胞中主要的粘连分子家族 与细胞锚定连接

16、相关的粘连分子非锚定连接（nonjunctional adhesion）的细胞粘连分子及其作用部位,细胞中主要的粘连分子家族,与细胞锚定连接相关的粘连分子,非锚定连接的细胞粘连分子及其作用部位（深色）,非锚定连接的细胞间粘着方式示意图1.钙粘素；2.免疫球蛋白类细胞粘着分子；3.选择素；4.整合素；5.质膜整合蛋白聚糖,细胞外被与细胞外基质,基本概念 胶原(collagen)氨基聚糖和蛋白聚糖 层粘连蛋白和纤粘连蛋白 弹性蛋白(elastin)植物细胞壁 细胞外基质的生物学作用,一、基本概念,细胞外被(cell coat)又称糖萼(glycocalyx)细胞外基质(extracellular

17、matrix)真核细胞的细胞外结构（extracellular structures）,二、胶原(collagen),胶原是胞外基质最基本结构成份之一，动物体内含量最丰富的蛋白（总量的 30以上）。常见的胶原类型及其在组织中的分布 胶原及其分子结构 胶原的合成与加工 胶原的功能,三、氨基聚糖和蛋白聚糖,氨基聚糖(glycosaminoglycan,GAGs)蛋白聚糖(proteoglycan),四、层粘连蛋白和纤粘连蛋白,层粘连蛋白(laminin)纤粘连蛋白(fibronectin),五、弹性蛋白(elastin),弹性蛋白是弹性纤维的主要成分；主要 存在于脉管壁及肺。弹性纤维与胶原纤维共同

18、存在,分别赋予 组织以弹性及抗张性。弹性蛋白是高度疏水的非糖基化蛋白，具 有两个明显的特征:构象呈无规则卷曲状态;通过Lys残基相互交连成网状结构。,六、植物细胞壁,植物细胞壁的组成 植物细胞壁的功能 增加细胞强度，提供支持功能；信息储存库的功能：产生多种寡糖 素作为信号物质，或抵抗病、虫害，或作为细胞生长和发育的信号物质。,细胞外基质(extracellular matrix),结构组成：指分布于细胞外空间,由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构 主要功能：构成支持细胞的框架，负责组织的构建；胞外基质三维结构及成份的变化,改变细 胞微环境从而对细胞形态、生长、分裂、分化和凋亡起重要的调控作用

19、。胞外基质的信号功能,细胞外被(cell coat)又称糖萼(glycocalyx),结构组成：指细胞质膜外表面覆盖的一层粘多糖物质，实际指细胞表面与质膜中的蛋白或脂类分子共价结合的寡糖链。功能：不仅对膜蛋白起保护作用,而且在细胞识别中起重要作用。,真核细胞的细胞外结构（extracellular structures）,胶原类型及组织中的分布,胶原是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白；型胶原含量最丰富,形成类似的纤维结构；型胶原纤维束,主要分布于皮肤、肌腱、韧带及骨中,具有很强的抗张强度;型胶原主要存在于软骨中;型胶原形成微细的原纤维网,广泛分布于 伸展性的组织,如疏松结缔组织;型胶原形成

20、二维网格样结构,是基膜的主要 成分及支架。,胶原及其分子结构,胶原纤维的基本结构单位是原胶原；原胶原是由三条肽链盘绕成的三股螺旋结构；原胶原肽链具有Gly-x-y重复序列，对胶原纤 维的高级结构的形成是重要的；在胶原纤维内部,原胶原蛋白分子呈1/4交替平 行排列,形成周期性横纹。,胶原的合成与加工,前体肽链在粗面内质网合成，并形成前原胶原 前原胶原是原胶原的前体和分泌形式，粗面内质网合成、加工与组装，高尔基体分泌 前原胶原在细胞外由两种专一性不同的蛋白水解酶作用,分别切去N-末端前肽及C-末端前肽,成为原胶原 原胶原进而聚合装配成胶原原纤维和胶原纤维,胶原的功能,胶原在胞外基质中含量最高,刚性

21、及抗张力强度最 大,构成细胞外基质的骨架结构,细胞外基质中的其 它组分通过与胶原结合形成结构与功能的复合体在不同组织中，胶原组装成不同的纤维形式,以适 应特定功能的需要；胶原可被胶原酶特异降解，而参入胞外基质信号 传递的调控网络中。,氨基聚糖,氨基聚糖是由重复的二糖单位构成的长链多糖组成常见种类透明质酸(hyaluronic acid)及其生物学功能透明质酸是增殖细胞和迁移细胞的胞外基质主要成 分,也是蛋白聚糖的主要结构组分透明质酸在结缔组织中起强化、弹性和润滑作用 透明质酸使细胞保持彼此分离,使细胞易于运动迁 移和增殖并阻止细胞分化,蛋白聚糖,蛋白聚糖见于所有结缔组织和细胞外基质及许多细胞表

22、面蛋白聚糖由氨基聚糖与核心蛋白(core protein)的丝氨酸残 基共价连接形成的巨分子若干蛋白聚糖单体借连接蛋白以非共价键与透明质酸结合 形成多聚体蛋白聚糖的特性与功能显著特点是多态性：不同的核心蛋白,不同的氨基聚糖；软骨中的蛋白聚糖是最大巨分子之一,赋予软骨以凝 胶样特性和抗变形能力；蛋白聚糖可视为细胞外的激素富集与储存库，可与多 种生长因子结合，完成信号的传导。,层粘连蛋白(laminin),层粘连蛋白是高分子糖蛋白（820KD）,动物胚胎 及成体组织的基膜的主要结构组分之一；层粘连蛋白的结构由一条重链和两条轻链构成细胞通过层粘连蛋白锚定于基膜上；层粘连蛋白中至少存在两个不同的受体结

23、合部位：与型胶原的结合部位；与细胞质膜上的整合素结合的 Arg-Gly-Asp(R-G-D)序列。层粘连蛋白在胚胎发育及组织分化中具有重要作用；层粘连蛋白也与肿瘤细胞的转移有关。,纤粘连蛋白(fibronectin),纤粘连蛋白是高分子量糖蛋白（220-250KD）纤粘连蛋白分型：纤粘连蛋白的主要功能：介导细胞粘着，调节细胞的形状和细胞骨 架的组织,促进细胞铺展；在胚胎发生过程中,纤粘连蛋白对于许多类型细 胞的迁移和分化是必须的；在创伤修复中,纤粘连蛋白促进巨噬细胞和其它 免疫细胞迁移到受损部位；在血凝块形成中,纤粘连蛋白促进血小板附着于 血管受损部位。,血浆纤粘连蛋白是二聚体,由两条相似的A

24、链及 链组成,整个分子呈V形。细胞纤粘连蛋白是多聚体。纤粘连蛋白不同的亚单位为同一基因的表达产 物,每个亚单位由数个结构域构成，RGD三肽 序列是为细胞识别的最小结构单位纤粘连蛋白的膜蛋白受体为整合素家族成员之 一,在其细胞外功能区有与RGD高亲和性结合部位。,植物细胞壁的组成,纤维素分子纤维素微原纤维（microfibril）,为细胞壁提供了抗张强度半纤维素（hemicellulose）:木糖、半乳糖和葡萄糖 等组成的高度分支的多糖 介导微原纤维连接彼此连接或介导微原纤维与其 它基质成分（果胶质）连接果胶质（pectin）：含有大量携带负电荷的糖，结合 Ca2+等阳离子,被高度水化形成凝胶

25、果胶质与半纤维素横向连接,参与细胞壁复杂网架的形成。伸展蛋白(extensin)：糖蛋白,在初生壁中含量可达15，糖的总量约占65。木质素(lignin)：由酚残基形成的水不溶性多聚体。参与次生壁形成,并以共价键与细胞壁多糖交联,大大增 加了细胞壁的强度与抗降解,膜脂的不对称性,膜蛋白的不对称性,复合糖的不对称性,磷脂酰胆碱（phosphatidyl choline，PC，旧称卵磷脂）、磷脂酰丝氨酸（phosphatidyl serine，PS）、磷脂酰乙醇胺（phosphatidyl ethanolamine，PE，旧称脑磷脂）磷脂酰肌醇（phosphatidyl inositol，PI）和

26、双磷脂酰甘油（DPG，旧称心磷脂）等。,SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析分析结果表明，血影蛋白主要成分包括：血影蛋白（spectrin）、锚蛋白（ankyrin）、带4.2蛋白（band 4.2）、带4.1蛋白（band 4.1）、短肌动蛋白（short actin）和血型糖蛋白（glycophorin）。血影蛋白和肌动蛋白是外周蛋白，去除后血影的形状变得不规则，膜蛋白的流动性增强。血型糖蛋白和带3蛋白为整合蛋白，经TritonX-100处理，此二带消失但血影仍维持原来的形状。,膀胱上皮细胞表面的糖被，钌红染色的电镜超薄切片（梁凤霞，丁明孝）,（a）胶原纤维的分子结构与形成过程()；（b）胶原纤

27、维的电镜照片,质膜（plasma membrane）又称细胞膜（cell membrane），围绕各种细胞器的膜，称为细胞内膜。质膜和内膜在起源、结构和化学组成的等方面具有相似性，故总称为生物膜（biomembrane）。生物膜是细胞进行生命活动的重要物质基础，细胞的能量转换、蛋白质合成、物质运输、信息传递、细胞运动等活动都与膜的作用有密切的关系。质膜表面形成细胞外被（cell coat）或糖萼（glycocalyx）；质膜下的表层溶胶中具有细胞骨架成分组成的网络结构，构成膜骨架。细胞外被、质膜和表层胞质溶胶构成细胞表面。,脂锚定蛋白可以分为两类，一类是糖磷脂酰肌醇(GPI)连接的蛋白，许多细

28、胞表面的受体、酶、细胞粘附分子和引起羊瘙痒病的PrPC都是这类蛋白。另一类脂锚定蛋白与插入质膜内小叶的长碳氢链结合，如三聚体GTP结合调节蛋白的 和亚基。,蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白,质膜的的结构模型,质膜的流动镶嵌模型 流动镶嵌模型突出了膜的流动性和不对称性，认为细胞膜由流动的脂双层和嵌在其中的蛋白质组成。,膜脂分子的运动 侧向扩散：同一平面上相邻的脂分子交换位置。旋转运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。摆动运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。伸缩震荡：脂肪酸链沿着与纵轴进行伸缩震荡运动。翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。旋转异

29、构：脂肪酸链围绕C-C键旋转，导致异构化运动。,膜脂的分子运动,影响膜流动性的因素 影响膜流动的因素主要来自膜本身的组分，遗传因子及环境因子等。包括：胆固醇：胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。脂肪酸链的饱和度：脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增加。脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。卵磷脂/鞘磷脂：该比例高则膜流动性增加，是因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂。其他因素：膜蛋白和膜脂的结合方式、温度、酸碱度、离子强度等。,膜蛋白的分子运动,主要有侧向扩散和旋转扩散两种运动方式。可用光脱色恢复技术和细胞融合技术检测侧向扩散。旋转扩散指膜蛋白围绕与膜平面垂直的轴进行旋转运动，膜蛋白的侧

30、向运动受细胞骨架的限制，破坏微丝的药物如细胞松弛素B能促进膜蛋白的侧向运动。,利用细胞融合技术观察蛋白质运动 1970年Larry Frye,样品经冰冻断裂处理后，细胞膜往往从脂双层中央断开，为了便于研究，各部分都有固定的名称：ES，质膜的细胞外表面（extrocytopasmic surface）；PS，质膜的原生质表面（protoplasmic surface）；EF（extrocytopasmic face），质膜的细胞外小页断裂面；PF（protoplasmic face），原生质小页断裂面。,膜各个断面的名称,脂 筏 脂筏（lipid raft）是质膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域（

31、microdomain）,直径约100nm左右，是一种动态结构，位于质膜的外小页。脂筏就像一个蛋白质(600)停泊的平台，与膜的信号转导、蛋白质分选均有密切的关系。,脂筏中的胆固醇就像胶水一样，它对具有饱和脂肪酸链的鞘磷脂亲和力很高，而对不饱和脂肪酸链的亲和力低，膜中的鞘磷脂主要位于外小页，而且大部分都参与形成脂筏。脂筏的面积可能占膜表面积的一半以上。脂筏的大小是可以调节的，小的独立脂筏可能在保持信号蛋白呈关闭状态方面具有重要作用，当必要时，这些小的脂筏聚集成大一个大的平台，在那里信号分子将和它们的配体相遇，启动信号传递途径。,血影蛋白：由结构相似的链、链组成一个异二聚体，两个二聚体头与头相接

32、连形成一四聚体。锚蛋白（ankyrin）：与血影蛋白和带3蛋白的胞质部相连，将血影蛋白网络连接到质膜上。带三蛋白：是阴离子载体，通过交换Cl，使HCO3进入红细胞。为二聚体。每个单体含929个氨基酸，穿膜12次。血型糖蛋白：单次穿膜糖蛋白，约有131个氨基酸，N端在膜外侧，结合16条寡糖链；C-端在胞质面，链较短，与带4.1蛋白相连。血型糖蛋白与MN血型有关，其功能尚不明确。,血影蛋白四聚体游离端与短肌动蛋白纤维（约1315单体）相连，形成血影蛋白网络。并通过带4.1蛋白与血型糖蛋白连结，通过锚蛋白与带3蛋白相连。这一骨架系统赋与了红细胞质膜的刚性与韧性，得以几百万次地通过比它直径还小的微血管

33、、动脉、静脉。至于红细胞的双凹型可能还与肌球蛋白的作用有关。,质膜的特化结构 质膜常带有许多特化的附属结构。如：微绒毛、褶皱、纤毛、鞭毛等等，这些特化结构在细胞执行特定功能方面具有重要作用。由于其结构细微，多数只能在电镜下观察到。,微绒毛 微绒毛（microvilli）是细胞表面伸出的细长指状突起，广泛存在于动物细胞表面。微绒毛直径约为0.1m。长度则因细胞种类和生理状况不同而有所不同。小肠上皮细胞刷状缘中的微绒毛，长度约为0.60.8m。微绒毛的内芯由肌动蛋白丝束组成，肌动蛋白丝之间由许多微绒毛蛋白（villin）和丝束蛋白（fimbrin）组成的横桥相连。微绒毛侧面质膜有侧臂与肌动蛋白丝束

34、相连，从而将肌动蛋白丝束固定。,糖萼与微绒毛,微绒毛的存在扩大了细胞的表面积，有利于细胞同外环境的物质交换。如小肠上的微绒毛，使细胞的表面积扩大了30倍，大大有利于大量吸收营养物质。不论微绒毛的长度还是数量，都与细胞的代谢强度有着相应的关系。例如肿瘤细胞，对葡萄糖和氨基酸的需求量都很大，因而大都带有大量的微绒毛。,皱褶,在细胞表面还有一种扁形突起，称为皱褶（ruffle）或片足（lamllipodia）。皱褶在形态上不同于微绒毛，它宽而扁，宽度不等，厚度与微绒毛直径相等，约0.1m，高达几微米。在巨噬细胞的表面上，普遍存在着皱褶结构，与吞噬颗粒物质有关。,巨噬细胞表面的皱褶,内褶 内褶（inf

35、olding）是质膜由细胞表面内陷形成的结构，同样具有扩大了细胞表面积的作用。这种结构常见于液体和离子交换活动比较旺盛的细胞。,纤毛和鞭毛 纤毛（cilia）和鞭毛（flagella）是细胞表面伸出的条状运动装置。二者在发生和结构上并没有什么差别，均由9+2微管构成。有的细胞靠纤毛（如草履虫）或鞭毛（如精子和眼虫）在液体中穿行；有的细胞，如动物的某些上皮细胞，虽具有纤毛，但细胞本体不动，纤毛的摆动可推动物质越过细胞表面，进行物质运送，如气管和输卵管上皮细胞的表面纤毛。纤毛和鞭毛都来源于中心粒。关于纤毛和鞭毛的详细结构和功能可参见细胞骨架。,内褶 同翅目昆虫精子鞭毛横切（示9+2微管结构）,紧密

36、连接（tight junction）又称封闭小带（zonula occludens），存在于脊椎动物的上皮细胞间，相邻细胞之间的质膜紧密结合，连接区域具有蛋白质形成的网络嵴线，封闭了细胞与细胞之间的空隙。上皮细胞层对小分子的透性与嵴线的数量有关，紧密连接由跨膜细胞粘附分子构成，主要的跨膜蛋白和膜的外周蛋白。,紧密连接的主要作用是封闭相邻细胞间的接缝，防止溶液中的分子沿细胞间隙渗入体内，从而保证了机体内环境的相对稳定；消化道上皮、膀胱上皮、脑毛细血管内皮以及睾丸支持细胞之间都存在紧密连接。后二者分别构成了脑血屏障和睾血屏障，能保护这些重要器官和组织免受异物侵害。,紧密连接位于上皮细胞的上端 兔上

37、皮细胞的紧密连接（冰冻蚀刻）,粘合带与粘合斑 粘合带（adhesion belt）呈带状环绕细胞，位于紧密连接下方。相邻细胞的间隙约1520nm。,间隙中的粘合分子为E-钙粘素。与质膜的内侧的附着蛋白:-，-，-连锁蛋白（catenin）、粘着斑蛋白（vinculin）、-辅肌动蛋白（-actinin）和片珠蛋白（plakoslobin）相结合。粘合带处的质膜下方有平行排列的肌动蛋白束，钙粘蛋白通过附着蛋白与肌动蛋白束相结合。相邻细胞中的肌动蛋白丝束通过钙粘素和附着蛋白把相邻细胞联合在一起。粘合斑（adhesion plaque）位于细胞与细胞外基质间，通过整合素（integrin）把细胞中的

38、肌动蛋白束和基质连接起来。,粘合带位于紧密连接下方,粘合带结构模型,桥粒与半桥粒 桥粒（desmosome）存在于承受强拉力的组织，如皮肤、口腔、食管等处的复层鳞状上皮细胞间和心肌中。相邻细胞间形成纽扣状结构，细胞膜之间的间隙约30nm，质膜下方有细胞质附着蛋白质，如片,珠蛋白（plakoglobin）、桥粒斑蛋白（desmoplakin）等，形成一厚约1520nm的致密斑。斑上有中间纤维相连，中间纤维的性质因细胞类型而异，桥粒中间为钙粘素（desmoglein及desmocollin）。相邻细胞中的中间纤维通过致密斑和钙粘素构成了穿胞细胞骨架网络。,半桥粒（hemidesmosome）在结构

39、上类似桥粒，位于上皮细胞基面与基膜之间，它桥粒的不同之处在于：只在质膜内侧形成桥粒斑结构，其另一侧为基膜；穿膜连接蛋白为整合素（integrin）而不是钙粘素，整合素是细胞外基质的受体蛋白；细胞内的附着蛋白为角蛋白（keratin）。,半桥粒连接上皮细胞基面和基膜,胞间连丝结构模型,化学突触的结构（具有小囊泡的一侧为突触前膜）,化学突触的结构模型,几类细胞连接的比较,细胞粘附分子 细胞粘附分子（cell adhesion molecule，CAM）是参与细胞与细胞之间及细胞与细胞外基质之间相互作用的分子。可大致分为五类：钙粘素、选择素、免疫球蛋白超家族、整合素及透明质酸粘素。细胞粘附分子都是跨

40、膜糖蛋白，分子结构由三部分组成：胞外区，肽链的N端部分，带有糖链，负责与配体的识别；跨膜区，多为一次跨膜；胞质区，肽链的C端部分，一般较小，或与质膜下的骨架成分直接相连，或与胞内的化学信号分子相连，以活化信号转导途径。,细胞粘附分子的作用方式,细胞粘附分子的作用机制有三种模式：两相邻细胞表面的同种CAM分子间的相互识别与结合（亲同性粘附）；两相邻细胞表面的不同种CAM分子间的相互识别与结合（亲异性粘附）；两相邻细胞表面的相同CAM分子借细胞外的连接分子相互识别与结合。,钙粘素分子结构同源性很高，其胞外部分形成5个结构域，其中4个同源，均含Ca2结合部位。决定钙粘素结合特异性的部位在靠N末端的一

41、个结构域中，钙粘素分子的胞质部分是最高度保守的区域，参与信号转导。钙粘素通过不同的连接蛋白质与不同的细胞骨架成分相连。,钙粘素结构模型,钙粘素,钙粘素的主要作用1介导细胞连接，在成年脊椎动物，E-钙粘素是保持上皮细胞相互粘合的主要CAM，是粘合带的主要构成成分。桥粒中的钙粘素就是desmoglein及desmocollin。2参与细胞分化，钙粘素对胚胎细胞的早期分化及成体组织（上皮及神经组织）的构筑有重要作用。3抑制细胞迁移，多种癌组织中细胞表面的E钙粘素减少或消失，使癌细胞侵袭与转移。,选择素的胞外区由三个结构域构成：N端的C型凝集素结构域，EGF样结构域、重复次数不同的补体结合蛋白结构域；

42、通过凝集素结构域来识别糖蛋白及糖脂分子上的糖配体。,选择素,选择素结构模型,E选择素及P选择素所识别与结合的糖配体为唾液酸化及岩藻糖化的N乙酰氨基乳糖结构（sLeX及sLeA）。sLeA结构存在于髓系白细胞表面（其中包括L选择素）分子中。P选择素贮存于血小板的颗粒及内皮细胞的。炎症时活化的内皮细胞表面首先出现P选择素，随后出现E选择素。它们对于召集白细胞到达炎症部位具有重要作用。E选择素存在于活化的血管内皮细胞表面。炎症组织释放的白细胞介素I（IL-1）及肿瘤坏死因子（TNF）等细胞因子可活化脉管内皮细胞，刺激E选择素的合成。L选择素广泛存在于各种白细胞的表面，参与炎症部位白细胞的出脉管过程。

43、白细胞表面L选择素分子上的sLeA与活化的内皮细胞表面的P选择素及E选择素之间的识别与结合，可召集血液中快速流动的白细胞在炎症部位的脉管内皮上减速滚动（即通过粘附、分离、再粘附，如此循环往复），最后穿过血管进入炎症部位。,免疫球蛋白超家族,免疫球蛋白超家族（Ig-superfamily，Ig-SF）包括分子结构中含有免疫球蛋白（Ig）样结构域的所有分子，一般不依赖于Ca2。免疫球蛋白样结构域系指借二硫键维系的两组反向平行折叠结构。,Ig-SF的结构模型,整合素（integrin),整合素大多为亲异性细胞粘附分子，其作用依赖于Ca2。介导细胞与细胞间的相互作用及细胞与细胞外基质间的相互作用。几乎

44、所有动植物细胞均表达整合素。,整合素结构模型,含1亚单位的整合素主要介导细胞与细胞外基质成分之间的粘附。含2亚单位的整合素主要存在于各种白细胞表面，介导细胞间的相互作用。3亚单位的整合素主要存在于血小板表面，介导血小板的聚集，并参与血栓形成。除4可与肌动蛋白及其相关蛋白质结合，64整合素以层粘连蛋白为配体，参与形成半桥粒。,半桥粒处的64整合素,透明质酸 透明质酸是不发生硫酸化的氨基聚糖，糖链特别长。氨基聚糖一般由不到300个单糖基组成，而HA可含10万个糖基。在溶液中HA分子呈无规则卷曲状态。如果强行伸长，其分子长度可达20m。HA整个分子全部由葡萄糖醛酸及乙酰氨基葡萄糖二糖单位重复排列构成

45、。由于HA分子表面有大量带负电荷的亲水性基团，可结合大量水分子，因而即使浓度很低也能形成粘稠的胶体，占据很大的空间，产生膨压。,胶原（collagen）胶原遍布于体内各种器官和组织，是细胞外基质中的框架结构，由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞及某些上皮细胞合成并分泌到细胞外。目前已发现的胶原至少有19种，由不同的结构基因编码，有不同的化学结构及免疫学特性。、及型胶原为有横纹的纤维形胶原。,成纤维细胞周围的胶原纤维,各型胶原都是由三条相同或不同的肽链形成三股螺旋，含有三种结构：螺旋区，非螺旋区及球形结构域。其中型胶原的结构最为典型。,胶原的结构（左模式图，右电镜照片）,型胶原的原纤维平行排列成较粗

46、大的束，成为光镜下可见的胶原纤维，抗张强度超过钢筋。二条1（）链及一条2（）链构成原胶原。原胶原侧向共价交联，呈阶梯式有序排列聚合成原纤维，在电镜下可见间隔67nm的横纹。,原胶原共价交联形成有抗张强度的不溶性胶原。胚胎及新生儿的胶原因缺乏分子间的交联而易于抽提。随年龄增长，交联日益增多，皮肤、血管及各种组织变得僵硬，成为老化的一个重要特征。,FN是一种大型的糖蛋白，存在于所有脊椎动物，分子含糖4.59.5，糖链结构依组织细胞来源及分化状态而异。FN可将细胞连接到细胞外基质上。,FN将细胞连接到细胞外基质上,纤粘连蛋白（fibronectin，FN）,各种FN均由相似的亚单位（220KD左右）

47、组成。血浆FN（450KD）是由二条相似的肽链在C端借二硫键联成的V字形二聚体。细胞FN为多聚体。在人体中目前已鉴定的FN亚单位就有20种以上。它们都是由同一基因编码的产物。转录后由于拼接上的不同而形成多种异型分子。,FN的结构模型,LN也是一种大型的糖蛋白，与型胶原一起构成基膜。LN分子由一条重链（）和二条轻链（、）借二硫键交联而成，外形呈十字形，三条短臂各由三条肽链的N端序列构成。每一短臂包括二个球区及二个短杆区，长臂也由杆区及球区构成。LN分子中至少存在8个与细胞结合的位点。例如，在长臂靠近球区的。链上有IKVAV五肽序列可与神经细胞结合，并促进神经生长。鼠LN1链上的RGD序列，可与v

48、3整合素结合。,层粘连蛋白（laminin，LN）,LN的结构模型,LN的结构模型,基膜是上皮细胞下方一层柔软的特化的细胞外基质，也存在于肌肉、脂肪和许旺细胞（schwann cell）周围。它不仅仅起保护和过滤作用，还决定细胞的极性，影响细胞的代谢、存活、迁移、增殖和分化。,基膜中除LN和型胶原外，还具有entactin、perlecan、decorin等多种蛋白，其中LN与entactin(also called nidogen)形成1:1紧密结合的复合物，通过nidogen与型胶原结合。,基膜的结构,氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG）GAG是无分枝长链多糖。其二糖单位

49、通常由氨基已糖（氨基葡萄糖或氨基半乳糖）和糖醛酸组成，但硫酸角质素中糖醛酸由半乳糖代替。氨基聚糖依组成糖基、连接方式、硫酸化程度及位置的不同可分为六种，即：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角质素。,左，蛋白聚糖；中蛋白聚糖多聚体；右，氨基聚糖,蛋白聚糖（proteoglycan）蛋白聚糖是氨基聚糖（除透明质酸外）与核心蛋白质的共价结合物。核心蛋白质的丝氨酸残基（常有Ser-Gly-X-Gly序列）可在高尔基复合体中装配上氨基聚糖(GAG）链。其糖基化过程为通过逐个转移糖基首先合成由四糖组成的连接桥（Xyl-Gal-Gal-GlcUA），然后再延长糖链，并对所合成的重复

50、二糖单位进行硫酸化及差向异构化修饰。一个核心蛋白质分子上可以连接1至100个以上GAG链。与一个核心蛋白质分子相连的GAG链可以是同种或不同种的。许多蛋白聚糖单体常以非共价键与透明质酸形成多聚体。蛋白聚糖多聚体的分子量可达108KD以上。其体积可超过细菌。如构成软骨的Aggrecan，其GAG主要是硫酸软骨素(CS），但还有硫酸角质素（KS）。其含量不足或代谢障碍可引起长骨发育不良，四肢短小。,弹性蛋白（elastin）弹性蛋白纤维网络赋予组织以弹性，弹性纤维的伸展性比同样横截面积的橡皮条至少大5倍。弹性蛋白由二种类型短肽段交替排列构成。一种是疏水短肽赋予分子以弹性；另一种短肽为富丙氨酸及赖氨