北医-生物细胞总结 - 图文

2009-2010学年细胞生物学总结 based on Terryhe, by SophieChang

胶原与疾病的关系 类三股螺旋的型 长度 I 300nm,67nII m横纹 300nm,67nm横纹 m横纹 IV 390nm 特点 较粗大的纤维束 较细的条状纤维束 较细的纤维束 三维交联网络,C端球状 分布 皮肤、肌腱、韧带、骨、牙、角膜、胎儿皮肤、其它间隙组织 软骨（主要）、玻璃体、椎间盘髓核、脊索 相关基因突变与疾病关系 骨生成缺陷：骨脆弱、易骨折 软骨发育异常，导致骨、关节畸形 III 300nm,67n伸展性大的组织（如肺、子宫、Ehlers-Danlos综合症：皮心、肝等），常与I型胶原共分布 肤、血管脆弱，皮肤延展性过度、关节活动度过大 所有各种基膜 3：细胞外基质中的其它成分

（1）非胶原糖蛋白

功能：介导细胞与细胞外基质其他成分的粘着，研究较多的有纤粘连蛋白和层粘连蛋白 分布：纤粘连蛋白（Fibronectin, FN）存在于血浆及其他体液中（可溶性）、细胞表面（不溶性）、细胞间质和某些基膜中（难溶性）；层粘连蛋白（laminin, LN）存在于各种基膜中，为基膜中的主要功能成分，是胚胎发育中最早出现的ECM成分。 结构：纤粘连蛋白分子亚单位的肽链由重复aa序列构成球形结构域，可分别与不同大分子或细胞表面特异受体结合，因此FN为多功能分子。

（2）弹性蛋白 功能：增加了组织伸展性和弹性，促进细胞粘附，具有趋化作用 分布：伸展性大的组织，如疏松结缔组织、皮下、肺、脉管壁、子宫、胎盘。

结构：呈无规则卷曲结构 （3）氨基聚糖GAG 结构：由重复的二糖单位[氨基糖-糖醛酸]构成的直链多糖 分类： 氨基聚糖 组织分布 透明质酸（Hyalurongic acid, HA） 结缔组织、皮肤、软骨、滑液、玻璃体 硫酸软骨素（Chondroitin sulfate, CS） 软骨、角膜、骨、皮肤、动脉 硫酸皮肤素（Dermatan sulfate, DS） 皮肤、血管、心、心瓣膜 硫酸乙酰肝素（Heparan sulfate, HS） 肺、动脉、细胞表面 肝素Heparin 肺、肝、皮肤、肥大细胞 硫酸角质素（Keratan sulfate, KS） 软骨、角膜、椎间盘 （4）蛋白聚糖（PG） 结构：由氨基聚糖与核心蛋白丝氨酸残基共价结合形成 合成与降解：核心蛋白肽链在rER，为限速步，肽链的糖基化在Golgi；在一系列细胞外酶或溶酶体中细胞内酶的催化下进行

蛋白聚糖多聚体是动物体内分子量最巨大的成分。它由若干蛋白聚糖单体借连接蛋白和透明质酸非共价结合而成，而蛋白聚糖则由氨基聚糖与蛋白质的丝氨酸残基共价结合形成，构成蛋白聚糖的蛋白质称核心蛋白（core protein）.

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氨基聚糖与蛋白聚糖的生物学功能：

（1）蛋白聚糖可与ECM、细胞表面以及生长因子等结合 （2）GAG和PC具有缓冲和抗压缩作用（负电荷） （3）GAG参与细胞的迁移和增值

（4）透明质酸、硫酸软骨素有较强保水作用，随机体老化而被硫酸软骨素等替代，蛋白聚糖的成分改变导致组织弹性减弱 （5）GAG帮助骨的钙化

（6）GAG中肝素等成分有抗凝血和降血脂的作用

4：人工基膜概念及作用

基膜是特化的ECM，为各种上皮细胞坐落的铺垫，也围绕在肌细胞、脂肪细胞及神经髓鞘（Schwann cell）周围，将细胞与结缔组织隔离。肾小球的基膜有选择滤过作用。

基膜主要有IV型胶原、LN、粘连蛋白、硫酸乙酰肝素蛋白聚糖构成。 基膜的生物学功能包括：

对细胞及分子的选择透过性；

决定上皮细胞和内皮细胞的形状与极性，作为细胞粘着、铺展和迁移的依托； 调节细胞增殖、分化与迁移；

参与创伤修复。

人工基膜(Matrigel):从小鼠EHS瘤中提取。其主要成分与基膜相似，是体外研究肿瘤细胞侵袭能力时所用的最接近体内情况的基膜成分。

5：胞外基质受体及相关信号转导

细胞表面存在的各种ECM成分的特异性受体,他们多为跨膜糖蛋白；某些糖脂及跨膜PG可作为辅助受体。

ECM成分受体的一个共同特点是：一种基质蛋白质具有数种受体；同一受体在不同的细胞或不同的条件下又往往以不同的ECM成分为配体。这就形成了ECM成分与其受体作用的多样性与复杂性。

ECM受体可分为两大类：整合素族(integrins)和非整合素族(non-integrins)。整合素是动物细胞与ECM结合的主要受体。 整合素介导的信号传导通路：（双向作用） 胞内信号外传（inside outsignaling）：存在于质膜中的整合素的辅助蛋白与细胞因子、生长因子、凝集素等信号分子结合后，可引起胞内的信号级联反应，从而启动细胞内信号外传。整合素通过这种方式来调节其受体与其配体结合的活性。例子：生长因子受体的活化导致Ras

途径的活化，从而活化某些胞内信号，引起整合素的胞质结构域发生构象改变，并传导至其胞外结构域引发构象改变，遂与配体结合，细胞粘附于ECM。

胞外信号内传（outside insignaling）：细胞在ECM上粘附后可通过激活相应的ECM受体将信号传入细胞内，从而启动细胞内的信号传导。当细胞粘附于ECM时，活化的整合素分子继而与其配体(ECM成分)结合并聚集成簇，启动粘着斑(focal adhesion)的组装。

粘着斑的成分包括整合素、talin、纽蛋白(vinculin)、?-辅肌动蛋白(?-actinin)、tensin和粘着斑激酶(focal adhesion kinase, FAK)等。其中FAK在粘着斑的组装中发挥中心作用。它与整合素的胞质部分直接相连。FAK具有酪氨酸激酶结构域，当粘着斑形成后，FAK首先发生自身磷酸化而转变为活化状态，然后进一步催化胞内各种信息分子的磷酸化，继而导致MAPK的活化。MAPK可将激活信息从细胞质传到细胞核内，从而影响细胞核内一定基因的表达。

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6：定着依赖性生长的分子机制

定着依赖性生长：细胞只有粘附与铺展在一定的ECM上才能接受生长因子或细胞因子的刺激，从G1期进入S期， 在非粘附与铺展状态下，即使存在有效浓度的生长因子细胞周期仍然不能运行。 细胞增殖对ECM的需要是有一定的选择的。

分子机制：信号通路的“cross-talk”：整合素介导的信号通路与生长因子受体信号通过FAK与之相连，即FAK是这两条通路的一个交汇点。生长因子受体主要介导Ras-MAPK通路。对大多数正常细胞，只有当Ras同时受到来自生长因子受体和整合素两方面的刺激时，才能使MAPK的活化达到引起c-fos转录所需要的阈值水平，继而促进细胞从G1期进入S期。

FAK信号通路信息传递顺序：ECM molecules→Integrin→Src→FAK→Grb2→SOS→Ras→MAPKKK→MAPKK→MAPK→转录因子活化→基因转录

7：细胞外基质与细胞的相互作用

ECM通过其受体影响细胞骨架的组装，从而影响细胞形态与极性以及增殖、分化、迁移等生命活动 （1）维持组织结构的整合性 （2）影响细胞的形态与极性 游离态细胞为球形，上皮细胞仅在黏附与基膜时才显现出极性； （3）影响细胞的存活与死亡 失巢凋亡（anoikis）：上皮、内皮细胞一旦脱离ECM则会发生凋亡，正常真核细胞（除成熟血细胞外），大多需黏附与一定的ECM上才能抑制凋亡而存活。 （4）调节细胞的增殖， 定着依赖性生长（anchorage dependent growth）：大多数正常真核细胞在球形状态下不能增殖，只有在一定的ECM上黏附并铺展才能使细胞周期运行。 细胞只有在ECM上才能接受生长因子或细胞因子的刺激，从G1进入S期。 （5）控制细胞的分化 某些类型的细胞通过与特定的ECM成分作用而撤出细胞周期，进行形态与功能的分化。 （6）影响细胞的迁移 ECM可控制细胞迁移的速度与方向，并为细胞迁移提供“脚手架” 细胞对ECM具有调控作用 （1）各种ECM成分是由局部细胞产生的 （2）细胞指导所在区域ECM成分的组装和方向 （3）ECM蛋白质的降解是在细胞的严密控制下进行的（蛋白质成分由基质金属蛋白酶matrix metalloproteinase, MMP家族和丝氨酸蛋白酶家族的联合作用降解，糖链成分由各种糖苷酶催化降解）

*MMP是一组Zn2+依赖的内肽酶，具有广泛的降解胶原的活性，大致可分五类：胶原酶、明胶酶、基质溶解酶、弹性蛋白酶、跨膜的模型基质金属蛋白酶

8：细胞外基质的生物学功能与疾病

肝、肺的病理性纤维化：胶原含量、结构、类型的异常；

肾小球肾炎：血浆中纤粘连蛋白浓度降低，失去对肾的保护作用； 层连蛋白含量增高促进肿瘤细胞游走；

硫酸软骨素含量偏低、硫酸皮肤素含量增高，后者与LDL结核沉积于动脉壁。 缺乏降解GAG的酶可导致粘多糖积累病

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第十八章 细胞的社会性

1 细胞表面

1）细胞表面、糖萼、细胞皮质、biofilm的定义

细胞表面（cell surface）是存在于细胞内、外环境中界面的一个结构与功能的复合体系，包括三个结构层次：细胞外被（cell coat）或糖萼（glycocalyx） ；质膜（plasma membrane）；细胞皮质（cell cortex） 。

糖萼：又称细胞外被（cell coat）质膜外表面的覆盖物，因为富含糖类物质，故称为糖萼。糖萼的糖链结构复杂多变，可编码大量信息。对细菌而言，广义的糖萼包括细胞壁和细胞壁外侧的附属结构层次（包括游离细菌的荚膜或粘质层和社会性群居细菌的菌生膜多糖），狭义的糖萼专指后者；对动物细胞，糖萼主要包括糖缀合物（由糖类与非糖分子(即苷元, aglycone）通过糖苷键(glycosidic linkage)共价结合而成，包括糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂）和不与蛋白质结合的透明质酸（HA）。糖萼还有大量带负电荷的糖基，使细胞表面呈负电性。

细胞皮质（Cell cortex）：是与质膜的原生质面（protoplasmic surface, 即PS面）紧密结合的一层凝胶状物质，其中含有较高浓度并互相结合成网状的蛋白质。这些网状的蛋白质与跨膜糖蛋白的胞内区紧密结合，构成质膜的支架，因此被特称为“皮质细胞骨架”（cortical cytoskeleton）。在动物细胞，皮质细胞骨架的主要结构成分为肌动蛋白，即F-actin或微丝。 Biofilm（菌生膜）：是大多数细菌在天然条件下形成的社会性群体，特指附着在某个固体表面的细菌集落，由细菌和细胞外基质构成（太岁即此物）。 2）动物细胞糖萼的主要成分：

? 糖缀合物(glycoconjugates, 或糖复合物）：由糖类与非糖分子(即苷元, aglycone）通

过糖苷键(glycosidic linkage)共价结合而成，包括糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂。 ? 除了糖缀合物外，动物细胞的糖萼中尚含有一种不与蛋白质共价结合的多糖：透明

质酸（hyaluronan, or hyaluronic acid, HA）。

? 糖萼特点：含有大量带负电荷的糖基（唾液酸、硫酸化糖基、糖醛酸等），使细胞

表面呈现负电性；较疏松，需用钌红染色或颗粒派出法显示 3）动物细胞的皮质细胞骨架与皮质mRNA的概念和特点。 皮质细胞骨架：细胞皮质中含有的高浓度并相互结合呈网状的蛋白质，它们与跨膜糖蛋白的胞内区紧密结合构成质膜的支架，即皮质细胞骨架（cortical cytoskeleton），在动物细胞中主要构成成分为肌动蛋白（F-action或微丝）。其特点为：

A.含有大量的肌动蛋白，并组装成与质膜平行的网状微丝凝胶（actin gel）。 B.含有大量微丝关联蛋白质：即具有微丝结合结构域并负责调控微丝组装和动态变化的蛋白质，代表成员有血影蛋白（spectrin）超家族和锚蛋白（ankyrin）超家族分子。

C.微管和微管关联蛋白质：微管以正极末端抵达细胞皮质，与质膜垂直；中间纤维(中等纤维)和中间纤维关联蛋白质

皮质mRNA（cortical mRNA）：细胞皮质可选择性地富集某些种类的mRNA分子即皮质mRNA，皮质mRNA分子的3’ UTR（3’ untranslated region，即3’非翻译区）含有细胞皮质定位信号，导致局域化的蛋白质合成（如actin的合成），参与细胞极性的建立。 4）质膜损伤防御和修复的机制及其生理和病理意义。

对于细胞，质膜破缺不可避免，但是质膜损害不一定会导致细胞死亡。修复机制如下： a.骨骼肌和心肌的质膜损害防御和修复：涉及几十种基因及其编码产物，以下为代表 防御基因为DMD基因，是人类最大的基因，其编码肌营养不良蛋白dystrophin，在细胞表面形成DGC，突变致迪歇纳氏氏肌萎缩；

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