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细胞作用ppt

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同学们好! 《没有人是一座孤岛》——约翰·多恩 没有人是一座孤岛, 可以自全。 每个人都是大陆的一片, 整体的一部分。 如果海水冲掉一块, 欧洲就缩小, 如同一个海岬失掉一角, 如同你的朋友或者你自己的领地失掉一块 任何人的死亡都是我的损失, 因为我是人类的一员, 因此 不要问丧钟为谁而鸣, 它就为你而鸣。 第五章 细胞间的相互作用 Cell-Cell Interactions 第一节 细胞通讯—细胞间信号传递 第二节 细胞连接—细胞间相互黏附 第一节 细胞通讯—细胞间信号传递 ● 细胞通讯的概念 ● 细胞通讯的类型 ● 信号分子 ● 受体 ● 第二信使 ● 信息在细胞内的行程 一、细胞通讯的概念 cell communication 二、细胞通讯的类型  直接接触 细胞间接触依赖性的通讯,细胞间直接接触, 信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白。  细胞通过分泌化学信号进行通讯 内分泌(endocrine) 旁分泌(paracrine) 自分泌(autocrine) 化学突触(chemical synapse)传递神经信号  间隙连接或胞间连丝实现代谢偶联 或电偶联 细胞识别(cell recognition) ●概念: 细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子(配体)选择性地相互作用,进而导致胞内一系列生理生化变化,最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。 ●信号通路(signaling pathway) 细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的。 细胞接受外界信号,通过一整套特定的机制,将胞外信号转导为胞内信号,最终调节特定基因的表达,引起细胞的应答反应,这种反应系列称之为细胞信号通路。 三、细胞的信号分子signal molecule 四、受体(receptor) ● 受体的概念 ● 受体的类型 ● 受体的结构域 ● 受体的功能 ●第二信使(second messenger ) 是指在胞内产生的小分子,其浓度的变化应答于胞外信号与细胞表面受体的结合,并在细胞信号转导中行使功能。 ● 第二信使的类型 cAMP,cGMP,Ca2+ , 二酰甘油(DAG), 三磷酸肌醇(IP3) ● 第二信使学说 (second messenger theory) 胞外化学物质(第一信使)不能进入细胞,它作用于细胞表面受体,而导致产生胞内第二信使,从而激发一系列生化反应,最后产生一定的生理效应,第二信使的降解使其信号作用终止。 (六)分子开关(molecular switches) 在细胞信号传导过程中,信息沿着一系列不同的蛋白质所组成的信号传导途径(signaling pathway)进行传递。 在此途径中每一种蛋白质的典型作用是改变系列中下一个蛋白质的构象,由此激活或抑制下游蛋白质。 细胞信号传导中蛋白构象的改变是由分子开关完成的。 1.靶蛋白磷酸化和去磷酸化 蛋白激酶和蛋白磷酸酶使靶蛋白磷酸化和蛋白去磷酸化, 从而调节蛋白质的活性。 磷酸化作用机理:改变电荷、构象,导致蛋白质活性的 增强和降低。 蛋白质 蛋白质-P 2.GTPase开关蛋白 两种类性:异三聚体G蛋白、单体G蛋白 两种状态:与GTP结合时活化的“开启”状态; 与GDP结合时失活的“关闭”状态。 辅助蛋白:与G蛋白结合并调节其活性 鸟苷酸交换因子(GEF):促使与G蛋白结合的GDP解离, 同时G蛋白与GTP结合而活化 。 GTP酶促进蛋白(GAP):促进GTP水解,G蛋白失活 G蛋白信号调节子(RGS):促进GTP水解,G蛋白失活 鸟苷酸解离抑制子(GDI):抑制GTP水解,维持活性 受体的功能域 结合配体的功能域:结合特异性 产生效应的功能域:效应特异性 二、信号转导系统及其特性 ●信号转导系统的基本组成与信号蛋白 ●细胞内信号蛋白的相互作用 ●细胞内信号蛋白复合物的装配 ●信号转导系统的特性 信号转导系统的基本组成 胞外信号被特异性受体所识别 胞外信号通过适当的分子开关机制实现信号的跨膜转导,产生细胞内第二信使或活化的信号蛋白。 信号放大 受体脱敏或受体下调,启动反馈机制从而终止或降低细胞反应。  信号蛋白 转承蛋白(relay protein) 信使蛋白(messenger protein) 接头蛋白(adaptor protein) 放大和转导蛋白 (amplifier and transducer protein) 传导蛋白(transducer protein) 分歧蛋白(bifurcation protein) 整合蛋白(integrator protein) 潜在基因调控蛋白 (latent gene regulatory protein) 信号转导系统的特性 特异性 放大效应 网络化与反馈 整合作用 第二节 细胞内受体介导的信号转导 ●细胞内核受体及其对基因表达的调节 ●NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合 一、细胞内核受体及其对基因表达的调节 NO作为气体信号分子进入靶细胞 直接与酶结合 机体内一氧化氮产生的部位:血管内皮细胞和神经细胞 一氧化氮释放调节作用机制:导致酶活性的增强和cGMP合成增多,cGMP作为新的信使分子介导蛋白质的磷酸化等过程,发挥多种生物学作用。 一氧化氮产生的生物学作用: (1)硝酸甘油治疗心绞痛,一氧化氮介导的信号通路,舒 张血管。 (2)在参与大脑的学习记忆生理过程中具有重要的作用。 (3)在生理状态下,对脑血流的调节具有十分重要的作用。 第三节 G蛋白偶联受体介导的 信号转导 ●G蛋白偶联受体 ●G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路 G蛋白偶联受体介导离子通道的调控 离子通道偶联受体及其信号转导 G蛋白偶联受体介导的离子通道及其调控 Gt蛋白偶联的光受体的活化诱导 cGMP-门控阳离子通道的关闭 离子通道偶联的受体介导的信号跨膜传递 G蛋白耦联受体 ● G蛋白耦联受体的概念 ● G蛋白耦联受体的结构 ● 异三聚体G蛋白 ● G蛋白耦联受体的激活 以及G蛋白的活化调节 ● G蛋白耦联受体的进化起源与发现 G蛋白偶联受体的概念 是指配体—受体复合物与靶蛋白(效应酶或通道蛋白)的作用要通过与G蛋白的偶联,在细胞内产生第二信使,从而将胞外信号跨膜传递到胞内影响细胞的行为。 “配体-受体”复合物 “受体-G蛋白”复合物 “G蛋白-靶蛋白”复合物 异三聚体G蛋白 结构 Gα : 具有GTPase活性,是分子开关蛋白 Gβ、Gγ:形成异二聚体 种类 激活型:具有激活性的GSα,激活效应器蛋白活性 抑制型:具有抑制性的Giα,抑制效应器蛋白活性 G蛋白偶联受体的结构 7个α螺旋区。 α螺旋区由22-24个氨基酸残基组成。 环状结构域C3对受体与G蛋白相互作用具有重要作用。 N末端在细胞外。 C末端胞质侧。 二、G蛋白偶联受体介导的信号通路 G蛋白偶联受体所介导的信号通路尊从相似的顺序:  G蛋白偶联受体的激活: 配体-受体复合物  G蛋白的活化: 受体-G蛋白复合物  效应器蛋白的激活: Gα -效应器蛋白复合物  第二信使系统运行  反应终止 二、G蛋白偶联受体介导的信号通路 根据效应器蛋白的不同和效应器蛋白所 产生的第二信使的类型,G蛋白偶联受体 所介导的信号通路的类型有以下三种: 第四节 酶连受体介导的信号转导 ●受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路 ●细胞表面其他与酶连受体 ●细胞表面整联蛋白介导的信号转导 二、细胞表面其它与酶连受体 六、信息在细胞内的行程 例:肾上腺素受体被激活后,10-15秒cAMP骤增,然后在不到 1min内反应速降,以至消失。 受体活性快速丧失(速发相)---失敏(desensitization) 机制:受体磷酸化 受体与Gs解偶联,cAMP反应停止并被 PDE降解。 两种Ser/Thr磷酸化激酶: PKA 和肾上腺素受体激酶(  ARK), 负责受体磷酸化; 胞内协作因子扑获蛋白(  arrestin)---结合磷酸化的受体,抑制其功能活性(  arrestin 已克隆、定位11q13)。 反应减弱(迟发相)---减量调节(down-regulation) 机制:受体-配体复合物内吞,导致表面受体数量减少,发现 arrestin可直接与Clathrin结合,在内吞中起adeptors作用; 受体减量调节与内吞后受体的分选有关。  细胞识别——组织特异的细胞表面标记  细胞连接——形成组织  细胞外基质 二、 细胞连接的功能分类  紧密连接 (tight 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) 一、封闭连接—紧密连接(tight junction) 1、存在部位 紧密连接是封闭连接的主要形式,存在于上皮细胞之间 2 、紧密连接的结构 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) 3 、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 二、锚定连接  锚定连接的分布  锚定连接的类型、结构与功能  锚定连接的结构组成 1、锚定连接的分布 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。 通过锚定连接将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连形成一个坚挺、有序的细胞群体。 2、锚定连接的类型、结构与功能 (1)与中间纤维相连的锚定连接 桥 粒: 铆接相邻细胞,提供细胞内中间纤维的锚定位点,形成整体网络,起支持和抵抗外界压力与张力的作用。 半桥粒: 半桥粒与桥粒形态类似,但功能和化学组成不同。它通过细胞质膜上的膜蛋白整合素将上皮细胞固着在基底膜上, 在半桥粒中,中间纤维不是穿过而是终止于半桥粒的致密斑内。 2、锚定连接的类型、结构与功能 (2)与肌动蛋白纤维相连的锚定连接 粘合带:位于紧密连接下方,相邻细胞间形成一个连续的带状结构。间隙约15-20nm,也称带状桥粒(belt desmosome)。 粘合斑: 细胞通过肌动蛋白纤维和整连蛋白与细胞外基质之间的连接方式。 3、锚定连接的结构组成 跨膜粘连蛋白(glycoprotein) 桥 粒和粘合带:钙粘蛋白 半桥粒和粘合斑:整联蛋白 其细胞内的部分与细胞内锚蛋白相连, 细胞外的部分与 相邻细胞的跨膜粘连蛋白相互作用或与胞外基质相互作用。 细胞内锚蛋白(attachment proteins) 桥粒、粘合带、半桥粒、粘合斑 盘状胞质致密斑:将特定的细胞骨架成分(中间纤维或 微丝)同连接复合体结合在一起。 (三)通讯连接  间隙连接 分布广泛,几乎所有的动物组织中都存在间隙连接。  胞间连丝 高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接, 完成细胞间的通讯联络。 1、间隙连接 间隙连接结构 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 (1)间隙连接结构 间隙连接处相邻细胞质膜间的间隙为2~3nm 连接子(connexon) 是间隙连接的基本单位每个连接子由6个连接蛋白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。 (2)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26—60KD不等。  连接子蛋白具有4个α-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,间隙连接的孔径与调控机制有所不同。 (3)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 间隙连接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 代谢偶联现象在体外培养细胞中的证实 代谢偶联作用在协调细胞群体的生物学功能方面起重要作用. 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, 从而为某一 特定细胞提供它的“位置信息”,并根据其位置影响其分化。 肿瘤细胞之间间隙的连接明显减少或消失,间隙联接类似 “肿瘤抑制因子”。 (4)间隙连接的通透性是可以调节的 降低胞质中的pH值和提高自由Ca2+的浓度都可以使其通透性降低 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 3、胞间连丝 3.1 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。 3.2 胞间连丝的功能 实现细胞间由信号介导的物质有择性的转运。 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。 一、细胞识别——组织特异的细胞表面标记 同种类型细胞间的彼此识别和粘连是许多组织结构的基本特征。细胞与细胞间的识别和粘连是由组织特异的细胞表面标记所介导的。 糖脂:大部分组织特异的细胞表面标记。 MHC蛋白:为单次夸膜的整合膜蛋白,在胞内与细胞骨架成分相连。 (一)类型 钙粘蛋白(Cadherins) 选择素(Selectin) 免疫球蛋白超家族的CAM(Ig Superfamily, IgSF) 整联蛋白(Integrins) 质膜整合蛋白聚糖也介导细胞间的粘着。 Cadherins: 属同亲性依赖Ca2+的细胞粘连糖蛋白,介导依赖Ca2+的细胞粘着和从ECM到细胞质传递信号。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。 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 L(Leukocyte)选择素。 Ig-Superfamily,IgSF: 分子结构中具有与免疫球蛋白类似的结构域的CAM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。 (二)粘着方式 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(nonjunctional adhesion)的细胞粘连分子及其作用部位 与细胞锚定连接相关的粘连分子 三、细胞外基质 细胞外基质的概及功能念 细胞外基质的成分 真核细胞的细胞外结构 (二)细胞外基质的成分 动物细胞 结构蛋白:胶原和弹性蛋白 糖胺聚糖和蛋白聚糖 粘连糖蛋白:纤粘连蛋白和层粘连蛋白 基膜与细胞外被 植物细胞 植物细胞壁 1、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,占人体蛋白总量的25%以上。  胶原类型及其在组织中的分布  胶原的分子结构  胶原的合成与组装  胶原的组织  胶原的功能 3、糖胺聚糖和蛋白聚糖 糖胺聚糖 (glycosaminoglycan,GAGs) 蛋白聚糖 (proteoglycan) 4、纤粘连蛋白和层粘连蛋白  纤粘连蛋白(fibronectin)  层粘连蛋白(laminin) 2、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。 6、植物细胞壁 细胞壁的化学组成与结构 初生细胞壁与次生细胞壁 植物细胞壁的功能 (一)细胞外基质的概念及功能 细胞外基质(extracellular matrix) 指分布于细胞外空间, 由细胞分泌的蛋白质和多糖所构 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 而对与其接触的细胞的存活、迁移、增殖、分化、 形态以及其他功能产生重要的调控作用。 胞外基质的信号功能 。 5、基膜与细胞外被 基膜位置 位于上皮层的基底面,将上皮细胞与结缔组织分开。 基膜成分 Ⅳ型胶原 、蛋白聚糖、层粘连蛋白以及巢蛋白 基膜功能 对组织起支撑作用; 调节分子以及细胞运动和渗透性屏障。 5、基膜与细胞外被 细胞外被 细胞外被(cell coat)又称糖萼(glycocalyx)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。 5、基膜与细胞外被 功能 1.细胞识别:寡糖链的单糖残基具有一定的排列 顺序形成识别的分子基础,细胞表面有寡糖的专 一受体。实质是分子识别 2.血型抗原 3.酶:糖蛋白 4.对膜蛋白起保护作用 5.帮助蛋白质正确折叠,维持正确的三维构象 (三)真核细胞的细胞外结构(extracellular structures) 胶原类型及其在组织中的分布 胶原是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白。 Ⅰ~Ⅲ型胶原含量最丰富,形成类似的纤维结构,但并非所有胶原都形成纤维。 Ⅰ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。 Ⅱ型胶原主要存在于软骨中。 Ⅲ型胶原形成微细的原纤维网,广泛分布于伸展性的组织,如疏松结缔组织中。 Ⅳ型胶原形成二维网格样结构,是基膜的主要成分及支架。 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。 胶原的合成与组装 前体肽链在粗面内质网合成,并形成前原胶原 (preprocollagen) 前原胶原(preprocollagen)是原胶原的前体和分泌形式。 在粗面内质网合成、加工与组装,经高尔基体分泌。 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(procollagen)。 原胶原进而聚合装配成胶原原纤维(collagen fibril) 和胶原纤维(collagen fiber)。 胶原的功能 胶原在胞外基质中含量最高,刚性及抗张力强度最 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。 糖胺聚糖 糖胺聚糖是由重复的二糖单位构成的不分支长链多糖 二糖单位之一是氨基己糖 氨基葡萄糖或氨基半乳糖 + 糖醛酸 糖胺聚糖: 透明质酸、硫酸软骨素和硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素和硫酸角质素等。 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合部位: 与Ⅳ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,进而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。

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