第二军医大学-上海第二军医大学医学细胞生物学精品课程

第二军医大学-上海第二军医大学医学细胞生物学精品课程 第 二 军 医 大 学 细胞生物学 教 案 第 2 次课 授 课 时 间:2008.3.1 教案 中职数学基础模块教案 下载北师大版¥1.2次方程的根与系数的关系的教案关于坚持的教案初中数学教案下载电子教案下载 完成时间: 2008.3.3 军海麻本科 课程名称 细胞生物学 年级 07级 专业层次 专业技术授课方式 朱海英 教 员 副教授 大班 职 务 (大、小班) 授课题目(章、节) 第二章 细胞膜,一, 基本教材:医学细胞生物学 高教出版社～胡以平主编 参考 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 1(Alberts et al, Molecular Biology of the Cell, 4th ed, Garland 基本教材和 Publishing Inc., 2002 主要参考书 2(王金发主编～细胞生物学,21世纪高等院校教材～国家理科基地 教材,～科学出版社, 2003 3(细胞生物学教程 教学目的与要求:说出细胞膜的化学成分,膜脂、膜蛋白、膜糖,～理解磷脂、胆固醇和糖脂的兼性分子的特性与形成稳定的膜结构和发挥膜的功能之间的关系,说出细胞膜的亚微结构概念:单位膜,阐明膜的分子结构“液态镶嵌模型”的基本内容和特点,说出膜的两个重要特性,说出细胞 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面的概念、细胞外被的概念和细胞膜特化结构的种类,能说出细胞连接的概念和分类～并准确描述各种连接结构特点和功能,说出其他特化结构 微绒毛、纤毛和鞭毛、细胞内褶的结构特征和功能,说出胞外基质的概念和功能～简单描述其种类 主要内容与时间安排: 第一节 细胞膜的化学组成 一、膜脂,二、膜蛋白,三、膜糖 第二节 细胞膜的结构 一、膜的亚微结构,二、膜的分子结构 第三节 膜的重要特性 一、不对称性 二、流动性 第四节 细胞表面及特化结构 一、细胞表面的概念 二、特化结构 教研室审阅意见: 教学组长(主讲教员)签名: 教研室主任签名: 辅助手段和时间 基本内容 分 配 第二章 细胞膜的结构与功能 细胞膜是围在细胞表面的一层薄膜,亦称为质膜(plasma mem)即细胞的外层界膜。由于它很窄,达不到光镜所能分辨的 极限,在光镜下不能真正看到,所见的只是细胞与外界的界 面。 所以,早期对细胞膜的概念是从研究细胞的功能中推断 它的存在的。 如:把细胞放在低渗液中,细胞会膨胀, 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 具通透性膜, 只让水进入,不让里面的物质流出。 再如:用显微操作针剌细胞表面,感到阻力和弹性,剌破 后内部物质流出,证明表面有膜存在。 直到50年代,才在电镜下真正见到膜的存在,现还知,真 核细胞除质膜外,细胞内还有许多由膜构成的结构,将这些所 有膜相结构的膜,统称为生物膜(Biomembrane)。 细胞膜除了对细胞起保护作用外,主要是保证细胞有相对 独立和稳定的内环境,它是膜内外物质流、信息流,能量流进 出的门户。生命科学中的许多重大问题,如细胞分裂、细胞分 化、细胞免疫、物质运输、信息传递能量转换,新陈代谢调控 等,都与细胞膜有着重要的关系。所以,它是一个引人注目和 活跃的研究领域,曾有人统计,诺贝尔医学生理奖中约有一半 幻灯1-8 是授与了与生物膜有关的研究领域的学者。可见正确认识膜5min 结构与功能是很重要的,这也是本门课中的一个重要的大章 节,分成几个问题来讨论。 第一节 细胞膜的化学组成 通过对多种细胞膜分析的结果表明,除了水以外,余下的 主要为脂类和蛋白质,此外还含有少量的糖及金属离子等。 因细胞种类不同,细胞膜中各种化学组分,特别是脂质与 蛋白质的比例,可有很大的差异,其一般规律是,在功能复杂 的细胞,其膜中所含的蛋白质种类和数量较多,而在功能简单 的细胞,则蛋白质的种类和数量较少。 (一)膜脂: 在真核细胞膜中主要有磷脂、胆固醇、糖脂等,其中以磷 脂为最多。 1.磷脂:主要是磷酸甘油脂和鞘磷脂 (1)磷酸甘油脂: 它是以甘油为骨架?、?位上的羟基与二个脂肪酸链生 成酯键;?位上的羟基与磷酸生成酯键,在此基础上,磷酸基 因再与其他基因结合可生成多种磷脂,如: P-胆碱结合磷脂酰胆碱(卵硷脂):最多 P-乙酰胺结合磷脂酰乙醇胺(脑硷脂):次之 P-丝AA胺结合磷脂酰丝AA 一般磷脂上的脂肪酸碳原子数为偶数,在14-24之间,以 16-18最为常见,也有饱和与不饱和(含双链)之分。 (2)鞘硷脂 结构和构象与硷脂酰胆碱相似,是以鞘氨醇取代甘油为 骨架,只有一条脂肪酸链,与鞘氨醇上的氨基形成酰胺键。 鞘氨醇-P-胆碱 NH C—脂肪酸链 2.胆固醇:是膜中的中性脂,在动物的真核细胞膜中含最 高,与磷脂的碳氢链相互作用,增加质膜的强度,降低膜的流 动性。 3.糖脂:含有糖的脂类,糖共价地与脂结合在一起。如脑 苷酸(鞘磷脂中的硷酸和胆碱换成糖),为最简单的糖脂。 4.膜脂的共同特点 兼性分子(双亲媒性)、分子中含亲水部分(硷酸、胆碱) 和疏水部份(脂肪酸链),通常以 表示、头部亲水、尾部疏 水。胆固醇除C3上OH亲水外,其余均为疏水部份。 膜脂的结构特点:头部亲水面向水面,在水相中,可形成 团粒或片状双层。 (二)膜蛋白 膜蛋白是膜功能主要的承担和执行者。膜功能的差异主 要在于所含蛋白质的不同。 根据膜蛋白与膜脂的结合方式不同,可分为两类: 1.镶嵌蛋白:(mosaic protein),又称内在蛋白 大多数镶嵌蛋白含有疏水区相互作用,而结合在质膜上, 内在蛋白不溶于水,分为部分嵌入及跨膜蛋白。 内在蛋白占膜蛋白的80%,只有在较剧烈的条件下(表面活性 剂或有机溶剂等)才能把内在蛋白从膜上溶解下来。 2.周围蛋白(Peripheral Protein),又称外在蛋白 外在蛋白一般为水溶性蛋白质,分布在质膜内外两侧,通 过静电作用及离子键,氢键与膜脂分子的极性头部相结合。或 通过与内在蛋白相互作用,间接与膜结合。 一般用比较温和的处理,如改变溶液的离子强度及pH或 加入金属螯合剂,就能使其从膜上溶解下来。 (三)膜糖 大多是与蛋白质(多肽链)或脂类分子相结合形成糖蛋 白、糖脂的低聚糖,主要分布在细胞膜的外表面,组成低聚糖 的单糖主要有:葡萄糖、半乳糖、岩藻糖、甘露糖、氨氢糖和 唾液酸等。 由于组成糖链单糖的数量、种类、结合方式、排列顺序及 有无分枝等不同,出现了多种多样的糖脂和糖蛋白,执行着重 幻灯9-22 要的生理功能,只要是和细胞与环境相互作用有关的生物现 20min 象,都涉及到糖脂和糖蛋白。 第二节 细胞膜的结构 (一)膜的亚微结构单位膜 各种细胞膜和细胞内膜在电镜下均呈“两暗夹一明”的 三层式结构,把这种结构称为单位膜。 (二)膜的分子结构 膜中的脂类、蛋白质及糖类在细胞膜上的位臵,排列方式 及它们之间的相互关系等问题的阐明,对于理解细胞膜的功 能活动机制是十分必要的。因此,对细胞膜分子结构的研究, 多年来一直是学者们最为重视的课题之一。 E. Overton 1895 发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过 植物的细胞膜～而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜～因此 推测细胞膜由连续的脂类物质组成。E. Gorter & F. Grendel 1925 用有机溶剂提取了人的红细胞质膜的脂类成分～将其铺 展在水面～测出膜脂展开的面积二倍于细胞表面积～因而推 测细胞膜由双层脂分子组成。J. Danielli & H. Davson 1935 发现质膜的表面张力比油,水界面的张力低得多～推测膜中 含有蛋白质。1959年在上述基础上提出了修正模型～认为膜 上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道～供亲水物质通过 J. D. Robertson 1959 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜 照片～显示暗-明-暗三层结构～它由厚约3.5nm的双层脂分 子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成～总厚约7.5nm。 S. J. Singer & G. Nicolson 1972 根据免疫萦光技术、冰 冻蚀刻技术的研究结果～提出了“流动镶嵌模型”。 早在1925年,就有人曾提取红细胞膜的脂质,然后将脂质放在 水面上制成由单层脂质分子构成的膜,发现此膜面积相当于 红细胞的总面积的2倍,因而认为红细胞膜是由连续的双层脂 质分子组成的,虽然这个研究中有两个错误的假设～一是丙酮 没有抽提完所有的脂类～二是表面积的测量是根据干的样品～ 实际所测的值少于真实的湿的样品～但这一发现,第一次提出 了双层脂质分子是细胞膜的基本结构的概念为人们进一步认 识生物膜的分子结构奠定了科学基础,至今科学家们已先后 提出了几十种不同的细胞膜分子结构模型,但脂类双层这一 概念已为大部份模型所接受,下面介绍几种重要的模型。 1.片层结构模型 在1935年,人们发现细胞膜的表面张力明显低于油-水界 面的表面张力,认为不可能单纯由脂类构成,可能还吸收附有 蛋白质,提出了片层结构模型。 此模型认为,细胞膜中央是连续的硷脂双分子层,它们的 亲水端朝向膜中央,球形蛋白分子吸附在内、外表面上,形成 蛋白质-磷脂双层-蛋白质的片层。 此模型第一次用分子术语来描述膜的结构,并将膜的分 子结构与所观察到的生物学理化性质联系起来,这时对细胞 膜的研究给予了很大启示。此模型中所提出的脂质双层排列 方式一直沿用至今。 2.单位膜模型 在1959年,Robertson利用电镜技术对各种细胞膜观察 和研究发现它们厚度基本一致,约75A?,而且都有“两暗夹一 明”的三层结构图象,便在片层结构模型的基础上提出了单位 膜模型。 该模型认为“两暗夹一明”三层结构中的暗带,是对锇酸 亲合力大的蛋白质层,而明带是双层脂类分子,蛋白质层并非 是球形蛋白质(因为球形蛋白质的直径>2nm)。而是由单层肽 链的β折叠形式的蛋白质,通过静电作用与磷酸极性端相结 合。 该模型提出各种生物膜在形态上的共性,但无法说明膜 的动态结构变化及功能特性的多样化,但该模型提出的单位 膜的概念一直沿用至今。 3.液态镶嵌模型(fluid mosaic model) 60年代以后,在膜的研究中采用了一系列新技术和方法, 获得了许多知识,相继又提出了许多模型,其中1972年提出的 液态镶嵌模型,得到了广泛的支持。 ,冰冻蚀刻,freeze-etching,亦称冰冻断裂 ,freeze-fracture,。标本臵于-100的干冰或-196C的液氮中～进行 冰冻。然后用冷刀骤然将标本断开～升温后～冰在真空条件下迅即升 华～暴露出断面结构～称为蚀刻,etching,。蚀刻后～向断面以45 度角喷涂一层蒸汽铂～再以90度角喷涂一层碳～加强反差和强度。然 后用次氯酸钠溶液消化样品～把碳和铂的膜剥下来～此膜即为复膜 ,replica,。复膜显示出了标本蚀刻面的形态～在电镜下得到的影像 即代表标本中细胞断裂面处的结构。 该模型的主要论点是:流动的脂双层构成膜的连续主体, 球形的膜蛋白质以各种镶嵌形式与脂双分子层相结合。构成 膜的脂双层具有液晶态的特性,它既有晶体的分子排列的有 序性,又有液体的流动性。 该模型的突出特点是强调了膜的流动性和上述膜组分分 布的不对称性,即膜的结构成份不是静止的,而是动态的。但 该模型也有其不足之处,它忽视了蛋白质分子对脂类分子流 动性的限制作用,忽视了膜各部分流动性的不均匀性等,从而 使人们又提出了一些新的模型。 4.晶格镶嵌模型 1975年提出,该模型认为细胞膜所以具有流动性是由于 脂类可逆地进行无序(液态)和有序(晶态)的相变过程,镶嵌 蛋白对脂类分子的运动有控制作用,可使其周围的脂质分子 形成界面脂,而不发生单独活动,两者合在一起构成膜中晶态 部份(晶格)。流动的脂质是局部的,仅是小片的点状分布。 5.板块镶嵌模型 1977年提出,该模型认为,在流动的脂类双分层中存 在许多大小不同,刚性较大,彼此独立移动的脂质区(有序结 构的“板块”),期间被流动的脂质“板块”(无序的)所分割, 这两种“板块”之间可能存在一种连续的动态平衡,因而细胞 膜实际上是同时存在有不同流动性的板块镶嵌而成的动态态 结构:这种结构使细胞膜的各部分的流动性处于不均一状态, 并可随生理状态和环境条件的变化而发生晶态和非晶态的相 变化。事实上,这两种模型与液态镶嵌模型并无本质差别,只 幻灯23-31 不过是对膜的流动性的分子基础作了解释,因而是对液态镶 35min 嵌模型的补充。目前所流行的关于膜结构的基本观点,仍然是 液态镶嵌模型。 第三节 膜的重要特性 生物膜具有两个显著的特性:膜的不对称性和膜的流动 性。 (一)膜的不对称性: 细胞膜内外两层的组分分布和功能有很大的差异,人们 称这种差异为膜的不对称性(asymmetry),各种膜结构都存在 着不对称性。 1.膜蛋白分布的不对称性 膜蛋白的分布是绝对不对称的,膜两侧嵌入蛋白的数量、 位臵、种类不同,周围蛋白多在膜的内表面,酶蛋白有的只存 在于外侧,有的只存在于内侧,就是贯穿膜全套的镶嵌蛋白, 二个亲水端的长度和aa种类,顺序也不相同。 例如:血型糖蛋白分子伸向膜内,外侧面的氨基酸残基数 目不对称。 红细胞膜内侧面分布有血影蛋白而外侧面没有。 冰冻蚀刻技术观察胞质面的蛋白质颗粒比细胞外侧面 少。 2.膜脂的不对称性 膜脂不对称表现在两侧分布的各类脂的含量比例不同,在不 同的细胞膜脂不对称性差异很大,不易改变,故脂分子在膜上 翻转的机率是很小的。 例:血红细胞为例,含胆碱的磷脂,如磷脂酰胆碱、鞘磷脂 则主要分布在外层;含氨基酸的磷脂如磷脂酰丝aa,磷脂酰乙 醇胺则主要分布在内层。 胆固醇的分布也是不对称的,它倾向集中于细胞膜的外 层。 糖脂也主要分布于外层。 3.膜糖的不对称性 糖类主要分布于细胞膜的外表面,与膜脂和膜蛋白结合 成糖脂和糖蛋白 。 综上所述,细胞膜内外两层的组成分布是不对称的,从而 使膜的功能产生了方向性,使膜的两侧具有不同的功能,膜的 不对称性具有重要的生物学意义。 (二)膜的流动性 膜的流动性是指组成膜的分子的运动性,包括膜脂的流 动性和膜蛋白的运动性。 1.膜脂的流动性 在生理条件下(生理温度),膜脂质多是液晶态,当温度下 降到某一点时,液晶态又变为晶态,温度上升时,晶态又溶解 为液晶态,这种变化称为相变,这一引起相变的温度称为相变 温度。 膜脂质分子在相变温度以上时,有以下几种主要的运动 方式。 (1)分子内部烃链的旋转异构运动,烃链可以从全反式构 象和歪扭构象之间产生旋转,即C-C键的旋转而引起的异构运 动。随着温度的开放,歪扭构象增多,流动性加大。 (2)整个分子的旋转运动:即围绕与膜平面相垂直的铀进 行旋转。 (3)脂肪酸链的伸缩、震荡运动。 (4)侧向扩散运动:各脂质分子沿膜平面不断侧向移动交 换位臵。 (5)翻转运动:脂分子在双分子层之间,由一层侧翻至另 一层,这种运动极少发生。 2.膜蛋白的运动性 (1)蛋白分子的侧向扩散 1970年,Edidin用细胞融合法首先证明了膜蛋白质具有 侧向移动的运动特点,他用发绿色萤光的萤光素标记小鼠细 胞膜表面的抗体蛋白,使其与小鼠细胞膜表面的抗原结合。用 发红色萤光的罗丹明标记人的抗体蛋白,使其与人红细胞膜 上的抗原结合,当小鼠与人的两种细胞融合后,在萤光显微镜 下观察膜表面一半呈红光绿色,另一半呈红色光,37?保温 40'后,两种颜色的萤光点在融合的新细胞膜上呈均匀分布。 有的实验以淋巴细胞为 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 也得到了类似的结果,用抗 淋巴细胞的专一抗体标记萤光,再用淋巴细胞的表面抗原结 合,就可根据萤光的分布来追踪细胞抗原的位臵变化。在刚开 始结合时,抗原在细胞表面的分布很均匀,几分钟后,由均匀 状态变为成簇分布。随之又成斑,最后全部集中到某一区域形 成帽状结构,即成帽反应。 目前测定蛋白质的侧向扩散需采用光致漂白萤光核酸 法,这种方法是利用激光,使膜上结合含有萤光的膜蛋白的某 一微区不可逆地漂白,然后由于扩散运动,其他部位的膜蛋白 进入这个微区时,萤光又重新恢复。可用其恢复速度计算蛋白 分子的侧向扩散系数和速率。 (2)旋转扩散:指蛋白分子围绕膜平面相垂直的轴进行旋 转运动。 3.影响膜的流动性的因素 (1)脂肪酸链的长短不饱和程度:重要因素脂肪酸链越 长,膜流动性越低,不饱和脂肪酸越多,膜流动性越高。 (2)胆固醇与磷脂的比例:胆固醇含量增加,膜脂的有序 性增加,膜的流动性降低,但在低于相变温度时,膜脂处于晶 态,胆固醇却又能扰乱膜脂有序性的出现～阻止晶态的形成。 (3)卵硷脂与鞘硷脂的比值:卵硷脂所含蛋白的不饱和脂 肪酸高,相变温度低,而鞘硷脂相反,所含的脂肪酸不饱和程 度低,所以鞘硷脂含量高则膜有流动性低。 (4)膜蛋白的影响:膜蛋白与膜脂结合后对流动性的影响 幻灯32-47 因结合方式(静电结合,疏水结合等)的差异而不同,嵌入蛋白 的量愈多,界面脂愈多,脂质层的流动性愈小。 45min 膜蛋白的运动还受到细胞内部结构的控制,如红细胞膜 内一种周围蛋白,形成了网架把膜蛋白的位臵固定,不易扩 散。 (5)其他:环境温度、pH、离子强度、金属离子等 膜流动性具有十分重要的生理意义,可以说一切膜的基本 活动均在细胞膜的流动状态下进行。 第四节 细胞表面及其特化结构 (一)细胞表面的概念 细胞膜在结构与功能上并不是孤立存在的,各类细胞在 质膜外还附有一些物质和结构,它们参与了细胞膜功能的实 现。当前,人们把细胞膜,细胞膜外面的糖萼(亦称细胞外被)、 细胞间连接结构以及膜的其他一些特化结构等总称为细胞表 面(Cell Surface),有的把细胞膜内表面0.1-0.2um的溶胶层 (胞质溶胶)也包括在内。 细胞表面是一个复合的结构体系,其中细胞膜是细胞表 幻灯45-47 面中结构与功能的核心,它和细胞表面中的其他结构一起,使 50min 细胞有了一个稳定的微环境,实现其物质交换、信息传递、细 胞识别和免疫反应等功能活动。 下面分三个方面,重点介绍细胞外被,细胞连接和其他特 化结构。 (二)细胞外被(Cell Coat) 广义地说,所有细胞膜外面含有糖类的覆盖物都看成是 细胞的外被,或称糖萼(glycocalyx),实际上,细胞外表的覆 盖物可根据其来源、性质及与质膜的关系分为细胞外被,表面 粘着物和外在结构,后二种是由细胞分泌出来的含糖大分子。 而细胞外被是质膜中糖蛋白和糖脂向外伸出的分支或不分支 的寡糖链,实际上是细胞膜结构的一部份。但它又有一定的独 立性,如果去掉细胞外被,不会损伤细胞膜,它好似“皮”与 “毛”的关系。 现已知糖蛋白的寡糖链未端的单糖常为唾液酸,带负电 荷,它们彼此相斥,使糖链充分展开而占很大空间。糖链又彼 此交织成网状结构,细胞被网络在其中,另方面由于它有大量 +2，的负电荷,吸引了大量的水分子于其周围,还能捕捉Na、Ca 等阳离子,从而促使细胞与其周围环境建立起水盐平衡环境。 细胞外被在生命活动中起着重要的作用,主要有以下三 个方面的功能: 1.保护作用:消化道、呼吸道、生殖道等上幻灯48-54 皮细胞的细胞外被有润滑作用,不仅可减少、机械或摩擦,同 60min 时可保护上皮不受消化酶的消化,阻止细菌的侵袭。 2.细胞识别与通讯作用:细胞外被中特定的单糖顺序好 似细胞的“化学天线”,它是细胞相互识别和通讯的基础。 3.物质运输作用:细胞外被参与物质运输的主要方式是 细胞膜受体介导的胞吞作用。糖萼中的寡糖链可作为一种特 异性的受体。 三、细胞间的连接 细胞之间及细胞与胞外基质,extracellular matrix,之 间的作用～对于多细胞有机体的发生和功能等非常重要。这 些作用有时是短暂的～如免疫细胞之间的作用,有时则表现 为稳定的结构～即细胞连接,cell junctions,～它们的作用 是加强细胞间的机械联系～对于维持组织结构的完整性～维 持和协调细胞功能有重要意义。细胞连结也称细胞间连结 ,intercellular junction,。在动物体内～除血细胞及结缔 组织细胞外～其他的细胞都是相互连接而有一定的排列的。 细胞连接存在于各种组织中～但连结的数量和方式是各不相 同的。由于上皮组织的主要特征是细胞排列紧密～故以上皮 细胞间的连接装臵分化得最为典型。细胞连接结构的体积很 小～它的发现及对其结构的研究曾很大程度上依赖于电镜技 术。近年来细胞分子生物学技术的发展～使人们对各种细胞 连结的生化特性和功能有了进一步的认识～从功能和形态上～ 细胞连结可以分为三大类九种类型,表 2-5-5 , ,一,封闭连结,occluding junction, 封闭连接也称紧密连接,tight junctions,、封闭小带 ,zonula occludens,。多见于脊椎动物上皮细胞以及表皮细 胞间的连接。这种连接环绕细胞表面形成带状区～与其四周 相邻细胞构成连接。在连接区内～细胞质膜上有许多跨膜蛋 白质分子排列成分枝的链索条～它们与相邻的细胞质膜上的 链索条对应结合～将细胞间隙密封起来。细胞膜紧密相贴～ 无间隙。从紧密连接结构模型的切面,图2-5-31,可见它为 一系列点状对合结构。这些点的立体观是一些嵴状突起～嵴 与嵴相互吻合～即由相邻细胞膜的跨膜蛋白互相结合而成。 目前已经从紧密连结中分离出数十种跨膜蛋白。膜的内外层 之间看～对合点实际上是对合线或称封闭线～似拉链。如在 细胞膜的外表面观察～可见到脊状条索结构～走行为网状～ 平行于细胞游离面～使连接具有很大的抗机械张力和柔韧性。 紧密连接不仅能使细胞连接在一起～还起封闭细胞间隙的 作用～阻止一些大分子从细胞之间的间隙自由通过～保证转 运活动的方向性～对维持上皮细胞层选择性屏障作用方面起 关键作用。例如小肠腔内的营养物质～只能从上皮细胞顶部 转运入细胞～不能穿过紧密连接进入细胞间隙～也不允许吸 收转运到细胞外液的营养分子经细胞间隙又返回肠腔,图 2-5-32,～保证了内环境的稳定。但是～紧密连接对小分子的 密封程度在不同的组织中有所不同。如小肠上皮细胞的紧密 + 连接对Na的渗漏程度就比膀胱上皮的大了1万倍。由于紧密 连接的存在～就迫使物质只能穿过细胞进入体内～从而保证 了机体内环境的稳定。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细胞连接。后两者分别构 成了脑血屏障和睾血屏障～能保护这些重要的器官和组织避 免或减轻受异物侵害。紧密连接的另一个重要功能是～将细 胞游离面～基底面及侧面的膜蛋白定位在质膜的一定区域～ 防止膜蛋白的自由扩散～保证了受体蛋白、载体蛋白等行使 各自的功能～所以紧密连接还具有隔离作用和一定的支持功 能。 ,二,锚定连结,anchoring junction, 锚定连结是由一个细胞骨架系统成分与相邻细胞的骨架 成分或细胞外基质相连接而成的,图2-5-33,。锚定连结在机 体中分布广泛～尤其在上皮、心肌和子宫颈等组织中含量丰 富。 构成锚定连结的蛋白可分为两类,1,细胞内附着蛋白 ,intracellular attachment protein,具有将特定细胞骨 架,中间丝或微丝等,附着于连结点的作用,,2,跨膜连结 糖蛋白～其胞内部分与附着蛋白相连～胞外结构则与相邻细 胞的跨膜连结蛋白结合～或与胞外基质结合。 根据参与连结的细胞骨架成分～锚定连结可以分为两类～ 一类是与肌动蛋白,actin filament,相连的锚定连结～包 括粘合带,adhesion belt,、粘合斑,adhesion plaque,以 及隔状连结,septata junction,,前二者有统称粘合连结 ,adhesion junction,。另一类是中间丝,intermediate filament,相连的锚定连结～包括桥粒,desmosome,和半桥 粒,hemidesmosome,(表2-5-6 ) ,(粘合带、粘合斑与隔状连结 粘合带常位于上皮细胞顶部紧密连接的下方,图 2-5-30,～是由粘合连结形成的连续的带状结构～其特点是相 邻质膜并不融合～而隔以15，20nm的间隙～介于紧密连结与 桥粒之间～所以粘合带又被称为中间连结,intermediate junction,。位于此处的跨膜连结糖蛋白为钙粘蛋白 2+,cadherin,～属于Ca依赖的钙粘素家族。这样～相邻细胞 中的肌动蛋白丝束通过钙粘蛋白和附着蛋白连成广泛的跨细 胞网,transcellular network,使组织连结为一个坚固的整 体。 粘合斑是细胞以点状接触的形式～借助肌动蛋白与胞外基 质相连,图2-5-33,。粘合斑的跨膜连结蛋白为整联蛋白 ,integrin,,它通过纤粘连蛋白,fibronectin,与胞外基质 结合～其胞内结构则与肌动蛋白丝结合。体外培养的成纤维细 胞即通过粘合斑附着在瓶壁上。 隔状连结只广泛存在于无脊椎动物组织中～其作用与粘合 连结相同～连接处质膜下方亦有肌动蛋白丝～但连结蛋白的性 质尚不清楚。 ,(桥粒与半桥粒 桥粒是细胞内中间纤维,也称中间丝,的锚定位点～它在 细胞间形成纽扣式结构将相邻细胞铆接在一起,图2-5-34,。 桥粒连接处相邻细胞膜间的间隙约为30nm～质膜的胞质侧有 一致密斑～直径约0.5μm～称为桥粒斑,plaque,～其成分为 细胞内附着蛋白。桥粒斑上有中间丝～中间丝的表皮细胞类 型而有所不同～如上皮细胞中主要是角蛋白丝、心肌细胞中 为结蛋白丝、大脑表皮细胞中为波形蛋白丝。桥粒的跨膜连 结糖蛋白亦为钙依赖性。通过桥粒～相邻细胞内的中间丝连 成一个广泛的细胞骨架网络。 桥粒为坚韧的细胞连接点～它和中间丝形成表皮细胞的大 梁支架结构～把细胞结合为一整体～可以限制细胞的膨胀性～ 将作用于个别细胞的切力分散到整个表皮和下面的组织中 去。当承受外力,压力和拉力,时～使组织具有相当强的抗 张与抗拉的能力。 通常在易受牵拉的组织结构中～桥粒最为丰富～例如口 腔、食道、皮肤和子宫等的复层鳞状上皮细胞易受撕拉和摩 擦～其细胞间桥粒最多。 桥粒能被胰蛋白酶,trypsin,、胶原酶,collagenase, 和透明质酸酶,hyaluronidase,所破坏。降低细胞间隙钙离 子浓度～也影响其结构的完整性。实验室常用胰蛋白酶EDTA ,乙二胺四乙酸,作为分散细胞的手段。EDTA就是一种可与 钙离子结合的螯合剂～从而降低钙离子浓度～促使桥粒解体～ 细胞彼此分离。 半桥粒,图2-5-35,是上皮细胞与基膜之间的连接装臵。 因其结构为桥粒的一半而得名。仅在上皮细胞基底面的质膜 内侧有胞质斑、中间纤维丝与跨膜连接的糖蛋白相连～将上 皮细胞铆接在基膜上～防止机械力造成上皮细胞层与基膜脱 离。在体外培养的细胞也常通过半桥粒将细胞固定在生长基 质上。 ,三,通讯连接 通讯连接包括间隙连接,gap junctions,、化学突触 ,chemical synapse,以及胞间连丝。 ,(间隙连接 间隙连结是通讯连接的主要形式～为动物细胞间最普遍 存在的一种细胞连接。除成熟的骨骼肌细胞及循环系统中血 细胞之间没有这种连接外～在其他细胞～包括培养细胞中都 存在。 间隙连接为一种接触面积较大的平板状连接～多见于上皮 细胞深部侧表面～此处相邻的细胞膜之间～隔以2-3nm的间 隙。通过超薄切片和冰冻蚀刻标本的观察以及X线衍射研究～ 证实了间隙连接的存在～并发现在连接处～相邻细胞膜中含 有许多大小为6，8nm的颗粒～呈六角形。从质膜表面观察～ 颗粒规则～排列成片。颗粒是间隙连接的连接单元～即连接 子,connexon,。Caspar,1977,用X线衍射技术发现～每一 连接子是由6个穿膜的膜内在蛋白分子(称连接子蛋白～ connexin)所围成～中央有直径为2nm的隧道。相邻细胞质膜 上的连接子一一对应相接～隧道相通～构成了细胞间的直接 通道～这种微细的管形通道相邻细胞各占一半～并可由6个 连接子蛋白以相互滑动的方式开启或关闭。间隙连接是细胞 通讯,cell communication,的结构基础,图2-5-36,。 连结子之间的通道对物质的通过是有选择性的。有人将 相对分子质量大小不等的萦光染料注入一个细胞中～发现相 对分子质量小于1.5kDa的染料分子很快地进入邻近细胞～而 完全不渗漏到细胞外间隙～其速度比透过细胞膜快。经测定～ 相对分子质量在1-1.5kDa以下的水溶性分子～如糖、氨基酸、 核苷酸、维生素等容易通过间隙连接的亲水管道～但是一些 大分子如蛋白质、核酸和多糖则不能通过。连接子的通道的 开关是受到生理条件的控制的。 间隙连接的功能除不仅可以作为细胞之间的连接～还可以 偶联细胞间通讯～包括电偶联,electric coupling,和化学 幻灯57-86 偶联,chemical coupling,,即通过细胞间的离子和分子的 85min 传递进行细胞通讯。通过这种间隙连结～细胞之间建立起通讯偶联关系～对细胞和机体的生命活动有着重要影响。研究表明～在细胞分化、代谢活动的协调以及电兴奋传导活动中～细胞间的间隙连结起着非常重要的作用。 ,(化学突触 可兴奋细胞通过突触,synapse,进行冲动传导～后者则包括电突触和化学突触。化学突触主要通过释放神经递质来 传导冲动并因此得名。在其信息传导过程中～存在一个将电信号转化为化学信号～再将化学信号转化为电信号的过程～因此化学突触表现出传递中的延迟现象,图2-5-37,。化学突触和电突触共同完成了可兴奋细胞间的通讯。 小结: 在各种细胞的外表面都围绕着一层细胞膜(质膜),质膜和细胞内膜统称为 生物膜,而单位膜是电镜下所见的“二暗夹一明”的结构,是膜的亚微结构和膜 的单位。随着技术方法的进步,对膜的分子结构的认识也逐渐深化,相继提出了 多种分子模型。其中的液态镶嵌模型得到广泛的支持和应用。所有生物膜的基 本结构都是封闭的硷脂双分子层,其功能差异取决于所含蛋白种类,膜蛋白可分 为整合(镶嵌)蛋白和周围蛋白。 膜的重要特性是膜蛋白、膜脂、膜糖分布的不对称性及膜的流动性。 膜表面包括膜及其外表面的糖萼、内表面的胞质溶胶及细胞间连接结构, 是一个复杂的结构和功能体系。细胞连接可分为紧密连接,粘合在按及间隙连接小 结 三大类,其中紧密连接象拉链,粘合连接象纽扣(可分为点桥粒、带状桥粒和半桥 粒),缝隙连接是细胞通讯的结构基础。 细胞表面特化结构有微绒毛、细胞内褶、纤毛和鞭毛,前二者主要扩大细胞 表面积,后二者主要与细胞运动功能有关。 思考题 名词解释: 单位膜、细胞表面、细胞连接 复习思考问答题: 1、液态镶嵌模型的主要内容是什么,你认为哪些重要发现促成了该模型的题、作业 建立, 题 2、细胞膜的两个重要特征是什么,如何证明细胞膜的流动性。 3、简述细胞连接的种类和结构特征 实施情况 及分析