《细胞表面》PPT课件.ppt

《《细胞表面》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《细胞表面》PPT课件.ppt（56页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 1 细 胞 表 面 结 构 、 表 面 特 性 和 表 面 活 性 一 . 细 胞 表 面 结 构 生 物 膜 的 自 主 装 在 很 大 程 度 上 依 赖 其 构 成 成 分 类 脂 和 蛋 白 质 的 表 面 活 性 ， 特 别 是 它 们 所 具 有 的 表 面 活 性 物 质 的 两 个 基 本 特 征 ： 吸 附 作 用 和 聚 集 作 用 质 膜 与 内 膜 系 统 构 成 细 胞 与环 境 、 区 间 之 间 的 分 隔 界 面 或 边界 ， 同 时 这 些 膜 具 有 明 显 的 表 面特 性 和 表 面 活 性 ， 在 膜 功 能 上 发挥 重 要 作 用 。 细 胞 表

2、 面 是 个 复 杂 的 结 构 体 系和 多 功 能 体 系 。 从 结 构 上 分 三 个 区 ： 存 在 于 细 胞 外 空 间 的 糖 萼 脂 双 层 胞 浆 面 的 膜 骨 架 复 合 物 糖 萼 ： (1) 细 胞 包 被 ： 质 膜 糖 蛋 白 或 糖 脂 伸 向 胞 外 部分 的 糖 链 。 虽 是 质 膜 的 一 部 分 ， 但 在细 胞 外 侧 ， 并 能 用 糖 苷 酶 等 将 其 移 去而 不 使 质 膜 或 细 胞 受 到 致 命 性 损 伤 。 （ 2） 细 胞 外 表 面 粘 附 物 ： 处 于 包 被 外 而 又 与 包 被 紧 密 粘附 的 胞 外 基 质 （

3、 蛋 白 多 糖 、 糖 蛋 白 ） 。 实 际 上 这 两 层 结 构 界 限 不 清 ， 用钌 红 染 色 时 ， 染 成 一 片 ， 不 易 分 辨 ，因 此 细 胞 膜 外 缘 的 两 层 复 合 物 整 体 上称 为 糖 萼 。 二 . 细 胞 表 面 特 性 和 表 面 活 性 脂 双 层 固 有 的 特 性 生 物 膜 所 特 有 的 表 面 特 性 与 活 性 1.脂 双 层 固 有 的 特 性 和 活 性 如 表 面 的 物 理 化 学 特 性 、 表 面 张力 、 界 面 电 动 力 学 活 性 。 通 过 对 人 工 膜 模 型 的 研 究 获 得 有关 数 据 。 表

4、面 张 力 是 最 主 要 的 表 面活 性 ， 脂 双 层 的 液 晶 态 结 构 的表 面 能 或 表 面 张 力 是 推 动 生 物膜 的 自 我 组 装 、 形 态 建 成 及 其运 动 性 的 基 本 力 量 之 一 。 2.生 物 膜 所 特 有 的 表 面 特 性 与 活 性 如 :生 物 膜 的 粘 附 生 物 膜 的 选 择 性 通 透 特 异 的 受 体 反 应 生 物 膜 中 的 蛋 白 (载 体 蛋 白 、 通 道 蛋 白 、酶 、 受 体 蛋 白 等 ） 、 表 面 糖 萼 、 胞 浆 膜 骨 架 复合 物 都 会 对 生 物 膜 所 特 有 的 表 面 特 性 与

5、活 性 产生 影 响 。 在 考 虑 膜 表 面 特 性 的 同 时 还 要 考虑 膜 其 它 特 性 以 及 细 胞 的 生 理 和 代 谢调 节 作 用 。表 面 电 荷 、 脂 双 层 厚 度 、 糖 萼 厚 度 、 压 缩 系 数 2 细 胞 电 泳1.质 膜 表 面 带 电 原 因 细 胞 表 面 存 在 带 电 基 团 ， 使 其 带有 电 荷 （ 固 定 的 表 面 电 荷 ） 。 大 多数 动 物 细 胞 表 面 带 有 静 负 电 荷 ， 糖蛋 白 上 唾 液 酸 的 羧 基 是 其 负 电 荷 的主 要 来 源 。 细 胞 表 面 的 净 负 电 荷 会 吸 引 周围 介

6、质 中 的 正 离 子 靠 近 细 胞 表 面 。而 因 扩 散 作 用 ， 这 些 离 子 又 有 远 离细 胞 表 面 的 倾 向 。 其 结 果 是 ， 离 膜表 面 越 远 ， 离 子 浓 度 越 稀 。 因 此 形成 一 个 垂 直 于 细 胞 表 面 的 电 位 梯度 双 电 层 总 电 位 。 吸 附 于 细 胞 表 面 的 正 离 子 可 分为 两 层 ：（ 1） 一 层 为 吸 附 层 ： 这 部 分 离 子紧 密 排 列 在 膜 表 面 ， 厚 度 约 为 1nm。这 部 分 离 子 不 易 于 离 开 细 胞 表 面 ，并 会 随 细 胞 而 运 动 。 （ 2） 其 外

7、 侧 的 一 层 的 正 离 子 易 于离 开 膜 表 面 扩 散 ， 形 成 扩 散 层 。 两 层 离 子 的 电 荷 的 总 和 等 于 细 胞表 面 的 静 负 电 荷 总 和 。 从 另 一 个 角度 来 看 ， 细 胞 表 面 的 固 定 电 荷 与 吸附 层 电 荷 的 净 电 荷 总 和 与 扩 散 层 电荷 的 性 质 相 反 ， 数 量 相 等 。 在 外 加 直 流 电 场 作 用 下 ， 吸 附 层 电 荷 随细 胞 一 起 相 对 于 介 质 而 运 动 ， 双 电 层 分 离 ， 并产 生 一 个 电 位 差 电 位 。 电 位 的 大 小 与 细 胞 表 面 电

8、荷 的 性 质 和数 量 有 关 ， 并 随 溶 液 中 离 子 浓 度 的 改 变 而 改 变 。 电 位 仅 在 外 加 电 场 作 用 下 细 胞 运 动 时才 能 显 现 。 2. 细 胞 电 泳 给 细 胞 悬 液 外 加 直 流 电 场 时 ,细 胞 向 某 一 电 极移 动 的 现 象 称 为 细 胞 电 泳 。 （ 1） 显 微 镜 法 在 光 学 显 微 镜 下 观 察 悬 浮 于 溶 液 中 的 细 胞 在 外 加电 场 作 用 下 的 移 动 。根 据 有 无 移 动 判 断 细 胞 表 面 是 否 带 有 电 荷 ；根 据 移 动 的 方 向 判 断 其 电 荷 性 质

9、 ；根 据 移 动 的 速 率 测 定 电 位 和 表 面 电 荷 密 度 ； （ 2） 电 泳 光 散 射 法 当 光 作 用 于 移 动 粒 子 （ 细 胞 ） 时 ，会 发 生 散 射 ， 散 射 光 的 频 率 对 入 射 光而 言 有 一 个 小 的 改 变 ， 即 频 移 。 只 要 测 出 频 移 ， 可 计 算 出 电 泳 迁移 率 。 3. 细 胞 电 泳 在 生 物 医 学 中 的 应 用 免 疫 学 ：（ 1） 淋 巴 细 胞 的 电 泳 行 为 与 表 面 特 征 淋 巴 细 胞 的 电 泳 迁 移 率 有 快 慢 两 个 峰 ，其 中 快 峰 的 细 胞 具 有 T细

10、 胞 的 表 面 特 征 和 生物 学 特 点 ； 而 慢 峰 的 细 胞 具 有 B细 胞 的 表 面特 征 和 生 物 学 特 点 ， 因 此 可 以 用 细 胞 电 泳方 法 将 T、 B两 种 细 胞 分 开 。 造 成 两 类 淋 巴 细 胞 电 泳 迁 移率 差 异 的 原 因 是 ， T细 胞 表 面 带有 负 电 荷 的 神 经 氨 酸 比 B细 胞 表面 多 ， 而 带 正 电 和 的 基 团 则 少于 B细 胞 表 面 。 （ 2） 淋 巴 细 胞 与 抗 原 识 别 反 应 的 研 究 当 淋 巴 细 胞 与 抗 原 接 触 时 ， 产 生淋 巴 素 类 物 质 ， 其

11、中 有 些 物 质 可 以 作用 于 巨 噬 细 胞 表 面 并 使 其 电 泳 迁 移 率变 慢 。 因 此 细 胞 电 泳 可 作 为 检 测 淋 巴细 胞 免 疫 反 应 的 一 种 简 便 工 具 ， 在 临床 上 用 本 法 可 以 预 测 器 官 移 植 的 效 果 。 病 理 学（ 1） 细 胞 表 面 电 荷 与 其 生 物 学 性 质 的 关 系 多 数 实 验 证 明 ， 癌 细 胞 表 面 较 正常 细 胞 带 有 更 多 的 负 电 荷 ， 而 且 其 负电 荷 的 多 少 与 癌 细 胞 的 恶 性 程 度 、 转移 能 力 等 成 正 相 关 。 （ 2） 细 胞

12、、 血 小 板 的 表 面 电 荷 与 血 栓 形 成 的 关 系 血 栓 形 成 中 红 细 胞 和 血 小 板 的 凝 集 起 重要 作 用 ， 因 而 与 红 细 胞 、 血 小 板 和 血 管 内皮 细 胞 表 面 电 荷 的 变 化 有 密 切 关 系 。 实 验表 明 ， 这 类 病 人 的 红 细 胞 和 血 小 板 的 电 泳迁 移 率 都 比 健 康 人 要 慢 。 这 种 变 慢 是 细 胞表 面 电 荷 减 少 的 结 果 。 凡 能 使 表 面 电 荷 减少 的 ， 例 如 饱 和 脂 肪 酸 ， 均 可 减 慢 其 电 泳迁 移 率 并 促 进 红 细 胞 凝 集 。

13、 （ 3） 末 梢 血 细 胞 的 电 泳 图 与 血 液 病 健 康 人 末 梢 血 细 胞 电 泳 图 可 看 到 三 个 峰 ，低 速 -S峰 、 中 速 -F峰 、 高 速 -R峰 。 分 别 相 当 于 白细 胞 、 淋 巴 细 胞 、 红 细 胞 所 在 的 位 置 。 在 各 种 病理 条 件 下 ， 尤 其 是 白 细 胞 异 常 的 各 种 疾 病 ， 电 泳图 发 生 相 应 的 变 化 。 例 如 ： 淋 巴 细 胞 增 多 时 ， F峰 明 显 高 于 S峰 ， 并 向 左 右 扩 展 。 噬 中 性 粒 细 胞 增 多 时 ， S峰 明 显高 于 F峰 ， 而 慢 性

14、 粒 细 胞 白 血 病 时 电泳 迁 移 率 会 出 现 一 个 新 的 高 峰 ， 主 要由 幼 稚 细 胞 所 构 成 。 3 细 胞 粘 附一 .当 细 胞 接 近 于 另 外 的 细 胞 或 一 个 固体 基 质 ,在 适 宜 条 件 下 ,借 助 物 化 作 用 ,它 们 之 间 可 发 生 粘 附 。 细 胞 粘 附 在 多 细 胞 生 物 的 发 育 与 组织 修 复 过 程 中 的 形 态 建 成 和 功 能 维 持 上起 着 非 常 重 要 的 作 用 。 根 据 粘 附 对 象 不 同 ， 细 胞 粘 附 可分 为 两 类 ： 细 胞 与 非 细 胞 表 面 的 粘 附

15、细 胞 间 的 粘 附 粘 附 过 程 涉 及 : 非 特 异 性 相 互 作 用 特 异 性 相 互 作 用 。 非 特 异 性 相 互 作 用 ： 静 电 、 立 体 空 间 、 Van der Waale等 性 质的 相 互 作 用特 异 性 相 互 作 用 ： 各 种 粘 附 因 子 的 作 用 细 胞 粘 附 能 力 差 别 很 大 ， 它 不仅 取 决 粘 附 细 胞 本 身 ， 还 取 决 于 被 粘附 细 胞 或 基 质 ， 影 响 相 互 作 用 的 因 素 ： 细 胞 或 基 质 的 类 型 它 们 的 表 面 特 性 细 胞 的 生 理 状 态 和 环 境 条 件 二 .

16、细 胞 粘 附 中 的 作 用 力 静 电 斥 力 因 立 体 结 构 稳 定 性 而 产 生 的 斥 力 Van der Waale力 细 胞 间 非 特 异 的 Van der Waale相 互 吸 引 力 总 是 远 小 于 静 电 斥 力 和立 体 稳 定 性 所 产 生 的 斥 力 。 因 此 没有 某 种 原 因 使 细 胞 间 的 斥 力 减 小 或使 其 克 服 ， 单 靠 Van der Waale力 不足 以 发 生 细 胞 粘 附 。 细 胞 的 重 力 、 运 动 、 细 胞 表 面 的某 些 特 化 结 构 以 及 细 胞 粘 附 的 某 些步 骤 都 可 成 为 克

17、 服 细 胞 斥 力 的 原 因 。 三 . 细 胞 粘 附 过 程 细 胞 粘 附 是 一 种 复 杂 的 生 命 现 象 。 细 胞 间的 粘 附 或 细 胞 与 固 体 基 质 间 的 粘 附 涉 及 多 种 不同 作 用 力 。 在 多 数 情 况 下 ， 这 一 过 程 还 包 括 了粘 附 因 子 之 间 的 特 异 性 相 互 作 用 。 尽 管 它 们 的粘 附 过 程 有 许 多 差 异 ， 但 它 们 都 涉 及 以 下 几 个共 同 或 相 似 的 步 骤 。 （ 1） 细 胞 之 间 的 相 互 靠 近 细 胞 之 间 欲 发 生 粘 附 ， 必 先 彼 此 靠 近 。

18、 细胞 之 间 靠 近 可 能 在 两 种 情 况 下 发 生 : 一 是 受 液 流 的 驱 动 。 血 液 、 淋 巴 液 内 的 细胞 均 可 在 液 流 的 驱 动 下 彼 此 靠 近 。 二 是 细 胞 的 主 动 运 动 。 粘 附 于 基 质 上 的 细 胞可 伸 出 片 足 ， 进 行 阿 米 巴 式 的 运 动 ， 从 而 彼 此靠 近 。 电 化 学 梯 度 常 可 诱 发 这 种 主 动 运 动 。 （ 2） 克 服 细 胞 的 初 始 排 斥 作 用 当 细 胞 靠 近 到 一 定 距 离 ， 细 胞 之间 将 会 产 生 斥 力 。 这 种 斥 力 来 源 于 静电

19、相 互 作 用 和 表 面 糖 链 的 立 体 稳 定 性 。此 外 细 胞 之 间 的 液 膜 也 可 阻 止 细 胞 间的 接 触 。 克 服 这 些 斥 力 是 细 胞 形 成 粘附 的 前 提 。 （ 3） 在 接 触 区 第 一 个 健 的 形 成 细 胞 的 最 初 接 触 部 位 是 斥 力 最 小的 或 者 该 部 位 能 够 产 生 一 种 力 足 以 克服 细 胞 之 间 的 排 斥 作 用 。 这 个 部 位 可能 在 微 绒 毛 尖 端 或 片 足 边 缘 。 一 旦 细 胞 在 这 样 一 些 特 殊 部 位 之间 发 生 接 触 ， 并 形 成 第 一 个 健 ，

20、就 会对 细 胞 接 触 起 稳 定 作 用 。 （ 4） 接 触 区 的 结 构 变 化 及 其 扩 展 这 是 细 胞 粘 附 中 最 复 杂 的 一 步 。由 第 一 个 健 的 形 成 ， 将 会 触 发 膜 下 的细 胞 骨 架 ， 从 而 引 起 膜 分 子 的 侧 向 移动 。 其 结 果 将 导 致 特 异 相 互 作 用 的 粘附 分 子 向 接 触 区 移 动 ， 使 接 触 区 扩 大 。与 此 同 时 ， 那 些 相 互 排 斥 的 分 子 将 会被 挤 出 接 触 区 。 这 两 个 过 程 都 会 使 细 胞 粘 附 进 一 步 加强 。 上 述 步 骤 与 细 胞

21、 骨 架 的 运 动 密 切 相 关 ，因 而 依 赖 于 细 胞 代 谢 。 特 异 分 子 之 间 的 相 互 作 用 主 要 借 助 于Van der Waale力 ， 这 种 力 仅 在 分 子 靠 得很 近 时 才 能 起 作 用 。 四 .细 胞 粘 附 的 影 响 因 素 :细 胞 代 谢细 胞 间 的 接 触 时 间疏 水 性细 胞 表 面 电 荷膜 分 子 的 侧 向 运 动 与 细 胞 表 面 的 柔 韧 性 五 .细 胞 表 面 粘 附 因 子 （ CAMs） 细 胞 主 要 通 过 其 表 面 的 CAMs与 其 它 细 胞 或 固 体 基 质 粘 着 的 。 不 同

22、CAMs介 导 不 同 类 型 的 细胞 粘 附 。 1.整 合 素 ： 一 类 重 要 的 细 胞 粘 因 子 。 它 是由 两 条 非 共 价 键 结 合 的 透 膜 肽 链 、 组 成 的 二 聚 体 ， 、 有 长 的 胞 外部 分 ， 都 能 与 细 胞 外 基 质 （ ECM） 等配 体 结 合 ， 其 中 链 有 与 RGD（ 精 氨酸 -甘 氨 酸 -天 门 冬 氨 酸 ） 三 肽 序 列 结合 的 部 位 ， 胞 外 有 Ca2+结 合 的 位 点 。 两 条 肽 链 胞 内 部 分 较 短 ， 含 有与 细 胞 骨 架 结 合 的 位 点 。 这 样 整 合素 能 结 合

23、膜 两 侧 的 配 体 分 子 ， 因 而能 在 膜 两 侧 之 间 传 递 信 息 。 2.钙 粘 着 蛋 白 家 族 这 个 家 族 的 糖 蛋 白 是 严 格 钙 依 赖性 的 一 次 跨 膜 蛋 白 ,这 个 家 族 成 员 超过 30个 。 不 同 的 钙 粘 着 蛋 白 有 50%-60%的 同 源 序 列 ， 重 要 的 是 每 种 钙 粘着 蛋 白 有 特 征 性 组 织 分 布 。 了 解 较多 的 钙 粘 着 蛋 白 有 E-cadherin、 N- cadherin和 P-cadherin。 钙 粘 着 蛋 白 由 单 一 跨 膜 片 段 ，单 一 胞 浆 结 构 区 和

24、 由 四 个 结 构 域组 成 的 大 的 胞 外 部 分 组 成 。 钙 粘 着 蛋 白 把 相 似 类 型 的 细胞 紧 密 粘 着 在 一 起 。 3.选 择 素 家 族 存 在 于 白 细 胞 、 血 小 板 和 血 管 内 皮细 胞 ， 分 别 称 为 L-、 P-、 E-selectin。这 些 分 子 是 单 一 跨 膜 蛋 白 。 胞 外 部 分 含有 各 种 结 构 域 ， 他 们 能 识 别 其 它 细 胞 表面 特 殊 的 糖 链 结 构 ， 并 且 发 生 Ca依 赖 的结 合 。 选 择 粘 集 素 介 导 血 循 环 中 炎 症 和 凝血 部 位 的 白 细 胞 与

25、 血 管 壁 的 暂 时 性 相 互作 用 。 4.免 疫 球 蛋 白 （ lg） 超 家 族 （ lgSF） 共 同 特 点 是 含 有 数 个 lg样 结 构 域 ，这 个 家 族 不 同 成 员 含 有 不 同 数 目 的 lg样结 构 域 。 大 多 数 lgSF成 员 存 在 于 淋 巴 细 胞 表面 ， 介 导 淋 巴 细 胞 与 巨 噬 细 胞 、 其 他 淋巴 细 胞 以 及 靶 细 胞 等 参 与 免 疫 反 应 的 细胞 之 间 的 特 异 的 相 互 作 用 ， 涉 及 免 疫 反应 的 许 多 方 面 。 细 胞 黏 附 是 黏 附 与 去 黏 附 的动 态 变 化 过

26、 程 。 六 .细 胞 粘 着 的 意 义 (1)心 血 管 疾 病 血 栓 患 者 的 红 细 胞 和 血 小 板的 粘 附 性 明 显 高 于 正 常 人 。 (2)肿 瘤 肿 瘤 细 胞 的 特 点 之 一 是 侵 润 和 转 移 。肿 瘤 细 胞 的 转 移 包 括 一 系 列 环 节 。 例 如 ：黑 色 素 瘤 向 肺 转 移 的 过 程 中 ， 细 胞 首 先 要脱 离 原 发 部 位 ， 穿 过 基 膜 ， 进 入 间 质 ， 随后 再 穿 过 毛 细 血 管 的 基 膜 和 细 胞 间 隙 进 入血 循 环 。 在 血 流 中 ， 某 些 瘤 细 胞 可 能 发 生聚 集 ，

27、 这 些 聚 集 细 胞 较 分 散 细 胞 在 远 隔 部位 定 居 的 可 能 性 大 的 多 。 另 一 方 面 ， 随 血 流 转 运 的 细 胞 并非 在 任 何 组 织 和 器 官 都 能 定 居 并 增 殖 。黑 色 素 瘤 在 肺 部 转 移 的 机 会 最 多 。 这种 定 居 要 求 细 胞 在 流 经 肺 毛 细 血 管 时停 留 下 来 ， 穿 过 肺 毛 细 血 管 内 皮 细 胞间 隙 和 基 膜 达 到 肺 的 实 质 组 织 ， 所 有上 述 环 节 都 涉 及 细 胞 之 间 或 细 胞 与 基质 之 间 的 粘 附 过 程 。 （ 3） 生 物 医 学 工

28、程 在 细 胞 粘 附 过 程 中 发 展 起 来 的 理论 对 解 决 生 物 医 学 工 程 中 的 某 些 问 题可 能 有 指 导 意 义 。 例 如 ， 在 体 外 循 环 、 人 工 肾 或 人 造瓣 膜 情 况 下 ， 血 液 要 反 复 流 经 这 些人 工 脏 器 的 表 面 ， 这 就 要 求 这 些 表面 对 细 胞 的 粘 附 性 越 低 越 好 ， 否 则就 有 可 能 形 成 血 栓 引 起 致 命 的 危 险 。在 制 造 这 些 人 工 脏 器 时 ， 选 择 带 有尽 可 能 多 的 负 电 荷 的 材 料 可 能 是 解决 这 类 问 题 的 一 个 途 径 。