细胞生物学 细胞环境与互作

细胞生物学思维导图：又叫不通透连接，它不仅连接相邻的细胞, 而且封闭细胞间隙, 使大多数分子难以在细胞间通透。、从结构上看, 通过连接蛋白形成焊接线，封闭相邻细胞间的空隙。等等

细胞环境与互作

• 细胞外基质
  • 细胞外基质的组成与功能
    • 细胞外基质的组成
      • 1）蛋白聚糖
      • 2）结构蛋白
        • 如胶原和弹性蛋白，它们赋予基质一定的强度和韧性。
      • 3）黏着蛋白
        • 如纤连蛋白和层粘连蛋白，它们促使细胞同基质结合。
    • 细胞外基质的功能
      • 1）对细胞的形态和活性具有重要作用。
      • 2）同一些生长因子和激素结合进行信号传导。
      • 3）帮助某些细胞完成特有的功能。如肝细胞。
      • 4）某些特殊的细胞外基质是细胞分化所必需的。
      • 5）胚胎发育的最后阶段（形态发生）需要某些细胞外基质的成分。
  • 细胞外基质中的“填充物”--蛋白聚糖
    • 蛋白聚糖的组织形式
      • 糖胺聚糖与蛋白聚糖
        • 糖胺聚糖
          • 糖胺聚糖是由重复二糖单位构成的无分支长链多糖。
          • 糖胺聚糖表面带负电荷，可以结合大量阳离子，进而结合大量水分子。可在细胞外创造水合的、胶状的材料，形成了细胞外基质的基质。
          • 糖胺聚糖存在与糖环相连的硫酸盐和羧基基团，具有很高的酸性。
        • 蛋白聚糖
          • 蛋白聚糖是由糖胺聚糖以共价的形式同线性多肽连接而成的多糖和蛋白复合物。
      • 透明质酸与聚集蛋白聚糖聚集体
        • 透明质酸
          • 透明质酸在细胞外基质中也可游离存在。
          • 透明质酸在结缔组织中起强化、弹性和润滑作用,具有抗压能力。
        • 聚集蛋白聚糖聚集体
          • 透明质酸同糖胺聚糖和核心蛋白组成软骨组织的蛋白聚糖复合物，称为透明质酸-蛋白聚糖复合物。
    • 蛋白聚糖的功能
      • 在这种复合物中，透明质酸作为一个长轴，将蛋白聚糖连接在一起，形成更大的更复杂的蛋白聚糖，使细胞外基质具有更大的抗压性，对细胞起保护作用。
  • 胶原与弹性蛋白
    • 胶原的类型
      • 1）纤维形成胶原
        • 包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ及Ⅺ型胶原，它们组装成束，为细胞提供刚性。
      • 2）纤维结合胶原
        • 如Ⅸ型胶原，它们本身不形成胶原，但常与胶原纤维结合形成网。
      • 3）网络形成胶原
        • 包括Ⅳ和Ⅵ型胶原。此类胶原虽然刚性较弱，但能够形成网，可为细胞提供全方面的支撑，如皮肤下的基膜。
      • 大多数动物细胞中最主要的胶原
      • 4）穿膜胶原
        • 如XⅦ型胶原，参与半桥粒连接。
      • 5）蛋白聚糖核心蛋白
        • 如XⅧ，参与基膜的组装。
    • 胶原的结构、合成、装配与分泌
      • 1）胶原的结构
        • 胶原蛋白的基本结构单位是原胶原，是由3条α多肽链盘绕而成的三股螺旋结构。Gly-X-Y三肽单位，X、Y常为脯氨酸和羟脯氨酸。
      • 2）胶原的合成、装配与分泌
        • 细胞内合成
          • 细胞核→内质网→高尔基体→转运小泡 前α链→前胶原
        • 细胞外组装
          • 前胶原→胶原分子→胶原原纤维→胶原纤维
        • 胶原的降解
          • 胶原可被胶原酶降解
    • 胶原的功能
      • 1）赋予组织抗拉性和刚性。
      • 2）影响细胞的形态、运动。
      • 3）影响细胞增殖、迁移。
      • 4）诱导细胞分化。
    • 弹性蛋白
      • 结构
        • 无赖氨酸羟基化
        • 疏水区与亲水区间隔存在。
        • 通过赖氨酸残基共价交联，形成弹性纤维。
        • 赋予组织以弹性和抗张能力。
  • 细胞外基质中的黏着蛋白
    • 纤连蛋白（FN）
      • 存在
        • 高分子量的糖蛋白， 广泛存在于动物界 ;
        • 血浆纤连蛋白，可溶，存于脊椎动物血浆和其它体液中；
        • 细胞纤连蛋白，不溶，存于细胞外基质、细胞之间和某些细胞的表面。
      • 结构特点
        • 纤连蛋白有两个亚单位组成，不同的亚单位是同一基因的表达产物，只是在转录后剪接和翻译修饰上有差异。
        • 两亚基通过C端二硫键连接，每个亚基上都有几个结构域组成，有与胶原、细胞表面受体、血纤蛋白和硫酸蛋白多糖高亲和结合的位点。
      • RGD序列
        • 纤连蛋白与细胞结合的结构域中Arg-Gly-Asp三肽序列，它负责同细胞表面的结合。
        • Arg-Gly-Asp序列(又称RGD序列)同样存在于细胞外基质和血液的其它类型的粘着蛋白序列中。
      • 功能
        • FN最主要的功能是介导细胞的黏着，介导细胞外基质和细胞结合，介导细胞迁移。
        • 由于FN具有同时与细胞外基质各类成分相结合的特点，并可促进细胞外基质的其它成分的沉积，故认为FN是细胞外基质的组织者。
    • 层粘连蛋白（LN）
      • 结构
        • 层粘连蛋白是胞外糖蛋白的一个家族，由3个多肽链通过二硫键连接在一起，形似十字架，3个短臂，1个长臂。臂上有球形结构域，可以和细胞表面、肝素、IV型胶原等结合。
      • 功能
        • 层粘连蛋白主要存在于基膜结构中，是基膜的主要结构成分，在细胞表面形成网络结构并将细胞固定在基膜上。
        • 对细胞迁移、生长和分化的潜能具有重要影响。
  • 细胞外基质与细胞的相互关系
    • 基膜
      • 基膜的位置
        • 一层连续的厚度约为50－200nm的膜 ，常位于上皮组织基底面的下方。
      • 基膜的组成
        • 层粘连蛋白
          • 是基膜的主要成分，也是基膜的组织者。
        • Ⅳ型胶原
          • Ⅳ型胶原是基膜的核心分子，排列成网状；层粘连蛋白同Ⅳ型胶原结合，覆盖在细胞表层。
        • 巢蛋白
        • 硫酸肝素糖蛋白
      • 基膜的功能
        • 为粘着细胞提供机械支持；
        • 作为细胞迁移的基础；
        • 在器官内分隔相邻组织；
        • 防止大分子物质通过的屏障，防止某些游动癌细胞的入侵。
    • 整联蛋白
      • 存在
        • 属于整合膜蛋白家族， 是细胞外基质受体蛋白。广泛存在于脊椎动物几乎所有种类细胞的表面。
      • 结构
        • 是一种穿膜的异二聚体，有两个跨膜的多肽链，a链和B链，非共价连接。
        • 两个亚基排列成一个球形的胞外头部，通过一对刚性的柄部与膜相连。
        • 两个亚基都有一个跨膜的螺旋和一个小的胞质结构域。
        • a链的N末端有7个重复的模块，各约有60个氨基酸组成，折叠成平面环状结构，称为七叶螺旋桨。在5、6、7叶上各有一个钙离子。
        • 两个亚基的胞外部分都能与胞外蛋白结合
      • 整联蛋白的类型
        • 整联蛋白同细胞外基质中粘着蛋白的识别与结合分为两种类型∶一类是同RGD区域结合，另一类则不需要RGD区域。
      • 整联蛋白的活性
        • 介导细胞与基质或其他细胞粘着
        • 介导细胞外环境到细胞内的信号转导
          • 整联蛋白胞外域与配体结合，导致整联蛋白胞质域构象改变
          • 胞质端的变化也会改变整联蛋白与附近的胞质蛋白如粘着斑激酶 (FAK) 的互作方式。
• 细胞连接
  • 细胞连接的概念和类型
    • 动物细胞有三种类型的细胞连接
      • 紧密连接：封闭
      • 斑块连接：黏着
      • 间隙连接：通讯
  • 紧密连接
    • 概念
      • 又叫不通透连接，它不仅连接相邻的细胞, 而且封闭细胞间隙, 使大多数分子难以在细胞间通透。
    • 存在部位
      • 存在于腔道上皮细胞靠近管腔端的相邻细胞膜间。
    • 结构特点
      • 从结构上看, 通过连接蛋白形成焊接线，封闭相邻细胞间的空隙。
    • 功能
      • 连接作用
        • 防止物质双向渗漏，并限制膜蛋白在脂分子层的流动.
      • 维持细胞的极性
        • 将上皮组织的细胞分成了表层和基底层，使得上皮细胞有了极性，这一结构特征有利于葡萄糖的穿细胞运输。
  • 锚定连接
    • 概念
      • 主要靠黏着蛋白、整联蛋白和细胞骨架体系将相邻两细胞或细胞与细胞外基质连接在一起。
    • 桥粒
      • 细胞内骨架为中间纤维
        • 半桥粒
          • 连接方式为细胞-细胞外基质
        • 桥粒
          • 连接方式为细胞-细胞
      • 概念
        • 细胞是通过中间纤维锚定到细胞骨架上，这种黏着连接方式称为桥粒。
    • 黏着连接
      • 概念
        • 细胞间的连接作用与细胞骨架系统的肌动蛋白相关称为黏着连接。
      • 细胞内骨架为肌动蛋白
        • 黏着带
          • 位于上皮细胞紧密连接的下方； 靠钙黏着蛋白同肌动蛋白相互作用。
          • 连接方式为细胞-细胞
          • 参与黏着连接的组分
            • 钙黏着蛋白
              • 一种跨膜连接糖蛋白，属Ca2+ 依赖的细胞-细胞黏着分子，它有三个结构域。
            • 细胞质斑
              • 含黏着斑蛋白，介导肌动蛋白与黏着蛋白相连；
            • 肌动蛋白
        • 黏着斑
          • 连接方式为细胞-细胞外基质
          • 特点
            • 肌动蛋白纤维通过整联蛋白同细胞外基质，如纤连蛋白，而不是与另一个细胞的表面相连。
  • 通讯连接
    • 间隙连接（动物细胞）
      • 主要是连接子
    • 胞间连丝（植物细胞）
      • 胞间连丝的空能够扩张，允许大分子通过。
• 细胞识别与细胞黏附
  • 细胞识别及细胞拣出
    • 细胞识别的特性
      • 抗原-抗体的识别
      • 酶与底物的识别
      • 细胞间的识别
    • 细胞识别的结构
      • 细胞识别的过程多数是指在细胞表面进行的活动。
    • 细胞识别的选择性
      • 海绵细胞的识别
        • 黄色与红色海绵的识别
      • 两栖类胚性细胞识别:
        • 分别用蛋白酶将外胚层和中胚层水解成单细胞，并分别标记上不同的颜色，然后将这两种细胞混合。
      • 拣出
        • 两种游离的细胞迅速重新聚集成团后，同种细胞形成独立的聚合体，每种聚合体只含有一种颜色的细胞，这种现象称为拣出。
    • 识别反应类型
      • 内吞
        • 如脾脏吞噬衰老的红细胞
      • 细胞黏附
      • 信号反应
        • 识别后发生信号转导
  • 细胞黏附的机制
    • 细胞黏附的概念
      • 在细胞识别的基础上, 同类细胞发生聚集形成细胞团或组织的过程。
    • 参与细胞黏附的蛋白质
      • ①钙黏着蛋白
      • ②选择蛋白
      • ③整联蛋白家族
      • 介导异嗜性的细胞黏着为钙依赖性
      • ④免疫球蛋白超家族
        • 介导同嗜性的细胞黏着为钙非依赖性
    • 细胞黏着蛋白及介导的细胞黏附
      • 钙黏着蛋白介导的细胞-细胞间黏附
        • 通过它们所在的细胞类型进行区别
          • E-钙黏着蛋白(表皮)
          • N-钙黏着蛋白(神经)
          • P-钙黏着蛋白(胎盘)
        • 自我黏着
          • 钙黏着蛋白介导类似细胞间的相互黏着，主要是将在细胞表面都有钙黏着蛋白的细胞黏着起来。
      • 选择蛋白与细胞黏着
        • 选择蛋白
          • 概念
            • 是膜整合糖蛋白的一个家族，能够识别另一个细胞表面伸展的特异的糖基团，与之特异性结合。
            • 包括一个小的细胞质结构域，一个单次跨膜的结构域，一个大的细胞外片段，这个片段分成几个结构域，最外面是有凝集素作用的结构域 。
          • 分类
            • E－选择蛋白, 在内皮细胞表达；
            • P－选择蛋白, 在血小板和内皮细胞表达；
            • L－选择蛋白, 在各类白细胞表达。
      • IgSF介导的细胞黏附
        • 多数免疫球蛋白是膜整合蛋白，存于淋巴细胞的表面，介导淋巴细胞和需要进行免疫反应的细胞之间的黏着。
        • 但有一些 IgSF分子介导的细胞与细胞之间的黏着。
• 植物的细胞外结构
  • 植物细胞壁的结构
    • 中间层
      • 主要是果胶，果胶是相邻两细胞壁所共有。
    • 初生细胞壁
      • 是细胞正在生长时形成的，由纤维素、半纤维素、果胶和糖蛋白等松散组成。
    • 次生细胞壁
      • 是在细胞停止生长后分泌形成的。主要是增加细胞壁的厚度和强度。次生壁主要纤维素和木质素组成，在初生壁的内层。
  • 细胞壁的化学组成
    • 纤维素
      • 植物细胞壁的骨架，为细胞壁提供强度和硬度
    • 半纤维素
      • 半纤维素是几种类型的糖构成的异质多聚体，有分支。
      • 半纤维素结合在纤维素微纤维的表面，交联成复杂的网络结构。
    • 果胶
      • 果胶是半乳糖醛酸及其衍生物形成的多聚体，带负电荷。
      • 果胶在细胞壁中的作用主要是连接相邻细胞壁，并且形成细胞外基质，将纤维素包埋在水合胶中。
    • 糖蛋白质
      • 最重要一类叫伸展蛋白，为植物提供结构支持。
    • 木质素
      • 由聚合的芳香醇构成的一类物质，主要位于纤维素纤维之间，它的作用是抵抗压力。
  • 微管在纤维素微纤维装配中的作用