1、生物膜：把细胞所有膜相结构称为生物膜。 

2、脂质体：是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的而制备的人工膜。 

3、双型性分子（兼性分子）：像磷脂分子既含亲水性的头部、又含疏水性的尾部，这样的分子叫双性分子。

4、内在蛋白：分布于磷脂双分子层之间，以疏水氨基酸与磷脂分子的疏水尾部结合，结合力较强。只有用去垢剂处理，使膜崩解后，才能将它们分离出来。 

5、外周蛋白：为水溶性蛋白,靠离子键或其它弱键与膜表面的蛋白质分子或脂分子极性头部非共价结合，易分离。  

6、细胞外被：又称糖萼，细胞膜外表面覆盖的一层粘多糖物质，实际上是细胞表面与质膜中的蛋白或脂类分子共价结合的寡糖链，是膜正常的结构组分，对膜蛋白起保护作用，在细胞识别中起重要作用。   

7、细胞连接：细胞连接是多细胞有机体中相邻细胞之间通过细胞膜相互联系、协同作用的重要组织方式，在结构上常包括质膜下、质膜及质膜外细胞间几个部分，对于维持组织的完整性非常重要，有的还具有细胞通讯作用。    

8、紧密连接：紧密连接是封闭连接的主要形式，普遍存在于脊椎动物体表及体内各种腔道和腺体上皮细胞之间。是指相邻细胞质膜直接紧密地连接在一起，能阻止溶液中的分子特别是大分子沿着细胞间的缝隙渗入体内，维持细胞一个稳定的内环境。     

9、桥粒：又称点状桥粒，位于粘合带下方。是细胞间形成的钮扣式的连接结构，跨膜蛋白（钙粘素）通过附着蛋白（致密斑）与中间纤维相联系，提供细胞内中间纤维的锚定位点。中间纤维横贯细胞，形成网状结构，同时还通过桥粒与相邻细胞连成一体，形成整体网络，起支持和抵抗外界压力与张力的作用。   

10、膜骨架：细胞质膜下与膜蛋白相连的、由纤维蛋白组成的网架结构，它参与细胞质膜形状的维持，协助质膜完成多种生理功能。

11、血影：红细胞经低渗处理后，质膜破裂，释放出血红蛋白和其他胞内可溶性蛋白后剩下的结构，是研究质膜的结构及其与膜骨架的关系的理想材料。 

12、间隙连接：是动物细胞间最普遍的细胞连接，是在相互接触的细胞之间建立的有孔道的连接结构，允许无机离子及水溶性小分子物质从中通过，从而沟通细胞达到代谢与功能的统一。   

13、细胞粘附分子：细胞粘附分子是细胞表面分子，多为糖蛋白，是一类介导细胞之间、细胞与细胞外基质之间粘附作用的膜表面糖蛋白。  

14、细胞外基质：分布于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的结构精细而错综复杂的网络结构，它不仅参与组织结构的维持，而且对细胞的存活、形态、功能、代谢、增殖、分化、迁移等基本生命活动具有全方位的影响。细胞外基质成分可以借助其细胞表面的特异性受体向细胞发出信号，通过细胞骨架或各种信号转导途径将信号传导至细胞质，乃至细胞核，影响基因的表达及细胞的活动。

15.内在膜蛋白与膜结合紧密，去垢剂分离。外在膜蛋白水溶性，非共价键结合，改变浓度、温度即可；脂锚定蛋白通过与之共价相连的脂分子插入双分子层，（脂肪酸内，糖脂外）

膜骨架蛋白主要成分包括血影蛋白  、肌动蛋白、锚蛋白  和   带4.1蛋白  等

…………

1、简述细胞膜的生理作用。

（1）限定细胞的范围，维持细胞的形状。（2）具有高度的选择性，（为半透膜）并能进行主动运输使细胞内外形成不同的离子浓度并保持细胞内物质和外界环境之间的必要差别。（3）是接受外界信号的传感器，使细胞对外界环境的变化产生适当的反应。（4）与细胞新陈代谢、生长繁殖、分化及癌变等重要生命活动密切相关。

2、简述细胞膜的基本特性。

答案要点：细胞膜的最基本的特性是不对称性和流动性。细胞膜的不对称性是由膜脂分布的不对称性和膜蛋白分布的不对称性所决定的。膜脂分布的不对称性表现在：①膜脂双分子层内外层所含脂类分子的种类不同；②脂双分子层内外层磷脂分子中脂肪酸的饱和度不同；③脂双分子层内外层磷脂所带电荷不同；④糖脂均分布在外层脂质中。膜蛋白的不对称性表现在：①糖蛋白的糖链主要分布在膜外表面；②膜受体分子均分布在膜外层脂质中；③腺苷酸环化本科分布在膜内表面。膜的流动性是由膜内部脂质分子和蛋白质分子的运动性所决定的。膜脂的流动性和膜蛋白的运动性使得细胞膜成为一种动态结构；膜脂分子的运动表现在①侧向扩散；②旋转运动；③摆动运动；④翻转运动；膜蛋白的分子运动则包括侧向扩散和旋转运动。

3、生物膜的基本结构特征是什么？与它的生理功能有什么联系？

生物膜的基本结构特征：①磷脂双分子层组成生物膜的基本骨架，具有极性的头部和非极性的尾部的脂分子在水相中具有自发形成封闭膜系统的性质，以非极性尾部相对，以极性头部朝向水相。这一结构特点为细胞和细胞器的生理活动提供了一个相对稳定的环境，使细胞与外界、细胞器与细胞器之间有了一个界面；②蛋白质分子以不同的方式镶嵌其中或结合于表面，蛋白质的类型、数量的多少、蛋白质分布的不对称性及其与脂分子的协同作用赋予生物膜不同的特性与功能；这些结构特征有利于物质的选择运输，提供细胞识别位点，为多种酶提供了结合位点，同时参与形成不同功能的细胞表面结构特征。

4、红细胞质膜蛋白及膜骨架的成分是什么？

SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分析血影蛋白成分，红细胞膜蛋白主要包括血影蛋白（或称红膜肽）、锚蛋白、带3蛋白、带4.1蛋白和肌动蛋白，还有一些血型糖蛋白。膜骨架蛋白主要成分包括：血影蛋白、肌动蛋白、锚蛋白和带4.1蛋白等。

5、动物细胞连接主要有哪几种类型，各有何功能？

答案要点：细胞连接的类型：㈠封闭连接或闭锁连接：紧密连接；㈡锚定连接：1、与中间纤维相关的锚定连接：桥粒和半桥粒；2、与肌动蛋白纤维相关的锚定连接：粘合带和粘合斑；㈢通讯连接：间隙连接。

6、试比较单位膜模型与流动镶嵌模型的优缺点。

答案要点：单位膜模型的主要内容：两暗一明，细胞共有，厚约7.5nm，各种膜都具有相似的分子排列和起源。单位膜模型的不足点：⑴膜是静止的、不变的。但是在生命系统中一般功能的不同常伴随着结构的差异，这样共同的单位膜结构很难与膜的多样性与特殊性一致起来。⑵膜的厚度一致：不同膜的厚度不完全一样，变化范围在5—10nm。⑶蛋白质在脂双分子层上为伸展构型：很难理解有活性的球形蛋白怎样保持其活性，通常蛋白质形状的变化会导致其活性发生深刻的变化。流动镶嵌模型的主要内容：脂双分子层构成膜的基本骨架，蛋白质分子或镶在表面或部分或全部嵌入其中或横跨整个脂类层。优点：⑴强调膜的流动性：认为膜的结构成分不是静止的，而是动态的，细胞膜是由流动的脂类双分子层中镶嵌着球蛋白按二维排列组成的，脂类双分子层像轻油般的流体，具有流动性，能够迅速地在膜平面进行侧向运动；⑵强调膜的不对称性：大部分膜是不对称的，在其内部及其内外表面具有不同功能的蛋白质；脂类双分子层，内外两层脂类分子也是不对称的。

7、胞外基质的组成、分子结构及生物学功能是什么？

答案要点：组成细胞外基质的大分子可大致分为四大类：胶原、弹性蛋白、非胶原糖蛋白及氨基聚糖和蛋白聚糖。⑴胶原：胶原是胞外基质最基本结构成份之一，是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白。⑵氨基聚糖和蛋白聚糖：氨基聚糖(GAG)，又称糖胺聚糖，是由重复的二糖单位构成的长链多糖，二糖单位：一是氨基己糖(氨基葡萄糖或氨基半乳糖)，另一个是糖醛酸。⑶层粘连蛋白和纤连蛋白：a、层粘连蛋白：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。b、纤连蛋白：纤连蛋白的主要功能：⑴介导细胞粘着⑵细胞的迁移和分化是必须的；⑶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；⑷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。⑷弹性蛋白：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。

第二篇：细胞生物学 第4章 细胞膜与细胞表面

第四章 细胞膜与细胞表面

第一节 细胞膜与细胞表面特化结构

细胞膜（cell membrane）又称质膜（plasma membrane）是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜。

作用

细胞膜不仅是细胞结构上的边界，使细胞具有一个相对稳定的内环境，同时在细胞与环境之间进行物质、能量的交换及信息传递过程中也起着决定性的作用。 生物膜

生物膜(biomembrane)是指细胞内的膜系统与细胞膜系统。

一、细胞膜的结构模型

z E. Gorter and F. Grendel 在研究红细胞膜的膜脂成分时发现了质膜是由双层脂分子构成的。Davson and Danielli 推测，质膜中含有蛋白质成分并提出了“蛋白质－脂质－蛋白质”的三明治的质膜结构模型。

z 19xx年 J.D. Robertson 发展了三明治模型，提出了单位膜模型（unit memrbrane model），并大胆地推断所有的生物膜都有蛋白质－脂质－蛋白质的单位膜构成，这一模型得到了X射线衍射分析与电镜观察结果的支持。

z 19xx年 S.J.Singer and G. Nicolson 提出了生物膜的流动镶嵌模型（fluid mosaic model）。认为：

1) 膜的流动性，膜蛋白和膜脂均可侧向运动。

2) 膜蛋白分布的不对称性。有的镶在膜的表面，有的嵌入或横跨脂双分子层。 还有人提出“液晶态模型”和“板块镶嵌模型”等。

最近有人提出“脂筏模型”(lipid rafts model),即在生物膜上胆固醇富集而形成有序脂相，如同“脂筏”一样载有各种蛋白，脂筏最初可能在内质网上形成，转动到细胞膜上后，有些脂筏可在不同程度上与膜下细胞骨架蛋白交联。

目前对生物膜的认识如下：

1) 具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中具有自发形成封闭的膜系统。

2) 蛋白分子以不同的方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面。

3) 生物膜可看成是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。

二、膜脂

1

膜脂是生物膜的基本组成成分。每个动物细胞膜上约有109个脂分子。即每um2的质膜上约有5×106个脂分子。

(一)、成分

膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇3种类型。 磷脂

磷脂约占整个膜脂的50%以上。磷脂又可分为两类：甘油磷脂和鞘磷脂。 表4-1 膜脂组分 成分

磷脂

甘油磷脂和鞘磷脂。甘油磷脂包括磷脂酰胆碱（卵磷脂）、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺和磷脂酰肌醇等。

特征或作用

①具有一个极性头和两个非极性的尾（脂肪酸链）。②脂肪酸碳链为偶数。③除饱和脂肪酸根外，还常常含有不饱和脂肪酸（顺式） （二） 膜脂的运动方式 膜脂分子有四种热运动方式：

1) 沿膜平面的侧向运动 其扩散速率为108cm2/s，相当于每秒移动2um的距离。

－

糖脂

是一种鞘氨醇的衍生物，如脑苷脂

胆固醇

存在于真核细胞膜上，其含量不超过膜脂的1/3。

普遍存在于原核和真核细胞膜上，其含量约占膜脂总量的5%以下。

增加膜的流动性、稳定性与降低水溶性物质的通透性。

2) 脂分子围绕轴心的自旋运动 3) 脂分子尾部的摆动 4) 双层脂分子之间的翻转运动 （三）脂质体

脂质体（liposome）是根据磷脂分子在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。

特点：极性端向外，非极性端在内的脂分子团或形成双层脂分子的球形脂质体。 用途：用于研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质。脂质体中裹入不同的药物或酶等具有特殊功能的生物大分子，可望诊断与治疗多种疾病。

三、膜蛋白

(一)、根据膜蛋白分离的难易及其与脂分子的结合方式，分为两大类：

膜周边蛋白（peripheral proteins）或称外在膜蛋白（extrinsic proteins）和膜内在蛋白

2

（intergral proteins）或称整合膜蛋白。

（二）膜内在蛋白与膜脂结合的方式

膜内在蛋白多数为跨膜蛋白（transmembrane proteins）

1) 膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用。

2) 跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基与磷脂分子带负电荷的极性头形成离子

鍵，或带负电的氨基酸残基通过钙镁离子与带负电的磷脂极性头相互作用。

3) 某些膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结合脂肪酸分子，插入脂双层

之间，进一步加强膜蛋白与脂双层的结合力。

膜内在蛋白跨膜结构域是与膜脂结合的主要部位，具体作用方式如下：

1) 跨膜结构域含有20个左右的疏水氨基酸残基，形成α螺旋，其外部疏水侧链通过

范德华力与脂双层分子脂肪酸链相互作用。

2) 某些α螺旋既有极性侧链又具有非极性侧链，α螺旋的外侧是非极性链，内侧是极

性链，形成特异极性分子的跨膜通道。

3) 某些跨膜蛋白，如大肠杆菌外膜上的孔蛋白（porins）和线粒体内膜上的孔蛋白，

其跨膜结构域常常仅有10－12个氨基酸残基，形成β折叠结构。

（三）去垢剂

去垢剂（detergent）是一端亲水一端疏水的两性小分子，是分离与研究膜蛋白的常用试剂。去垢剂可分为两类

离子型去垢剂 如十二烷基磺酸钠（SDS）

非离子型去垢剂 Triton X-100

一、膜的流动性

膜的流动性是生物膜的基本特征之一。也是细胞进行生命活动的必要条件。

（一）膜脂的流动性

膜脂的流动性主要指脂分子的侧向运动。一般来说，脂肪酸链越短，不饱和程度越高，膜脂的流动性越大。胆固醇对膜的流动性起着重要的作用。它的作用是防止膜脂由液相变为固相以保证膜脂处于流动状态。

（二）膜蛋白的流动

在膜蛋白流动性的实验中，用抗鼠细胞膜蛋白的荧光抗体（显绿色荧光）和抗人细胞膜蛋白的荧光抗体（显红色荧光）分别标记小鼠和人的细胞表面，然后用灭活的仙台病毒处理使两种细胞融合。10min后，不同颜色的荧光在融合细胞表面开始扩散，40min后，已分辩不出融合细胞表面绿色荧光或红色荧光区域，如加上不同的滤光片则显示红色荧光或绿色荧 3

光都均匀地分布于融合细胞表面，这清楚地显示了与抗体结合的膜蛋白在质膜上的运动。

药物抑制细胞能量转换、蛋白质合成等代谢途径，对膜蛋白运动无影响。而如降低温度，对膜蛋白的扩散速率可降低。

成斑现象（patching）－是指在某些细胞中，当荧光抗体标记时间继续过长，已均匀分布在细胞表面的标记荧光会重新排布，聚集在细胞表面的某些部位。

成帽现象（capping）是指标记荧光会聚集在细胞的一端。

成帽现象和成斑现象进一步显示了膜蛋白的流动性。

这种现象反映了二价的抗体分子交联相邻的膜蛋白分子，同时也与膜蛋白和膜下骨架系统的相互作用及质膜与细胞内膜系统之间膜泡运输相关。

实际上，并非所有的膜蛋白都在膜上自由流动，有的因某些特殊的结构被限定在细胞表面的某个区域。

（三）光脱色恢复技术

光脱色恢复技术（fluorescence recovery after photobleaching, FRAP）是研究膜蛋白或膜脂流动性的基本实验技术之一。

用荧光素标记膜蛋白或膜脂，然后用激光束照射细胞表面某个区域，使被照射区的荧光淬灭变暗。由于膜的流动性，淬灭区域的高度逐渐增加，最后恢复到与周围的荧光强度相等。根据荧光恢复的速度可推算出膜蛋白或膜脂扩散速率。

二、膜的不对称性

（一）细胞膜各部分的名称

质膜的细胞外表面（extrocytoplasmic surface,ES）指与细胞外环境接触的膜表面。 质膜的原生质表面（protoplasmic surface,PS）是指与细胞质基质接触的膜表面。

冷冻蚀刻技术制样过程中，膜结构常常从双层脂分子疏水端断裂，这样就产生了质膜的细胞外小页断裂面（extrocytoplasmic face,EF）和原生质小页断裂面（protoplasmic face,PF）。

（二）质膜的不对称性

膜脂的不对称性是指同一种膜脂分子在膜的脂双层中呈不均匀分布。

糖脂的分布表现出完全不对称性，其糖侧链都在质膜的ES面上，因此糖脂仅存在于质膜的细胞外小页中。磷脂的不对称分布目前还不清楚。

（三）膜蛋白的不对称性

所有的膜蛋白在质膜上均显示出不对称性。与膜脂不同的是，膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都有明确的方向性。如细胞表面的受体、膜上载体蛋白等。

三、细胞膜的功能

4

1． 为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境。

2． 选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排除，其中伴随着能量的传

递。

3． 提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息跨膜传递。

4． 为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行。

5． 介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连续。

6． 质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。

四、骨架与细胞表面的特化结构

这些特化结构包括：膜骨架（membrane associated cytoskeleton）、鞭毛和纤毛及细胞的变形足等等。

（一）膜骨架

膜骨架是指细胞膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，它参与维持细胞膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。

（二）红细胞的生物学特性

红细胞的主要功能是负责把O2从肺中运送到体内各组织，同时把细胞代谢中产生的CO2运回肺中。

哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和内膜体系，所以红细胞的质膜是最简单易操作的生物膜。

红细胞的血影－是指当细胞经低渗处理后，质膜破裂，血红蛋白及其可溶性蛋白被溶出，这时红细胞仍然保持原来的形状与大小。这种结构称之为血影。

（三）红细胞质膜蛋白及膜骨架

红细胞膜蛋白主要包括血影蛋白或称红膜肽（spectrin）、锚蛋白（ankyrin）、带3蛋白、带4.1蛋白和肌动蛋白（actin）。此外还有一些血型糖蛋白（glycophorin）。图4－9C）＞ 血影蛋白由α链和β链组成一个二聚体，长约100nm，直径约5nm，两个二聚体头与头相连形成一个长度为200nm的四聚体。血影蛋白在体外溶液促就可以聚合。每个红细胞约含有10万个血影蛋白四聚体。

第二节 细胞连接

细胞连接是多细胞有机体中相邻细胞之间通过细胞质膜相互联系，协同作用的重要组织方式。共分三类：

5

1. 封闭连接（occluding junctions）中紧密连接（tight junction）是典型的代表。它将

相邻细胞的质膜密切连接在一起阻止溶液中的分子沿细胞间隙渗入体内。

2. 锚定连接（anchoring junctions）通过细胞骨架系统将细胞与相邻细胞或细胞与基质

之间连接起来。分为两类:

1) 与中间纤维相关的锚定连接：包括桥粒（desmosome）半桥粒(hemidesmosome)。

2) 与肌动蛋白纤维相关的锚定连接：包括粘着带（adhesion belt）、粘着斑 (focal

adhesion)

3) 通讯连接（communicating junctions）：主要包括间隙连接（gap junction）、神

经细胞间的化学突触（chemical synapse）和植物细胞中的胞间连丝

（plasmodesmata）.

一、封闭连接

紧密连接是封闭连接的主要形式，一般存在于上皮细胞之间，在光镜下小肠上皮细胞之间的闭锁堤区域便是紧密连接存在的部位。

功能：阻止可溶性物质从上皮细胞层一侧扩散到另一侧，因此起重要的封闭作用，同时还将上皮细胞的游离端与基底细胞膜上的膜蛋白相互隔离。还具有隔离与支持功能。

焊接线，也称为嵴线，一般认为它由成串排列的特殊跨膜蛋白组成，相邻细胞的嵴线相互交联封闭了细胞之间的空隙。

目前已从嵴线中分离出两类蛋白：

1． 封闭蛋白（occluding），为一个相对分子量为60×103的跨膜4次的膜蛋白。

2． 另一类也称clauding，也是跨膜4次的蛋白家族（现已发现有15种以上）。

二、锚定连接

锚定连接在机体内分布很广，在上皮组织、心肌和子宫颈等组织中量尤为丰富。

功能：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。

锚定的方式有：

①与中间纤维相连的锚定连接，主要包括桥粒和半桥粒。

②与肌动蛋白纤维相连的锚定连接，主要包括粘着带与粘着斑。

构成锚定连接的蛋白可分成两类：

1) 细胞内附着蛋白（attachment proteins）,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。

2) 跨膜连接蛋白，其细胞内的部分与附着蛋白连接，细胞外的部分与相邻细胞的 6

跨膜连接糖蛋白相互作用或与胞外基质相互作用。

（一）桥粒与半桥粒

桥粒在两个细胞之间形成钮扣式的结构 将相邻细胞铆接在一起，同时桥粒也是细胞内中间纤维 的锚定位点。图。

半桥粒在形态上与桥粒类似，但功能和化学成分不同。它通过细胞膜上的膜蛋白－整联蛋白将上皮细胞固着在基底膜（basement membrane）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。

（二）粘着带与粘着斑

粘着带位于某些上皮细胞紧密连接的下方，相邻细胞间形成一个连续的带状结构。粘着带处于紧密连接与桥粒之间，故粘着带也被称为中间连接或带状桥粒（belt desmosome）.

粘着斑是肌动蛋白纤维与细胞外基质之间连接方式。体外培养的成纤维细胞通过粘着斑贴附于瓶壁上。在粘着斑处，跨膜连接糖蛋白行使纤连蛋白受体的功能，并通过纤连蛋白与胞外基质结合，跨膜连接糖蛋白的细胞内结构域则通过某些微丝结合蛋白与肌动蛋白纤维结合。

粘着斑与粘着带均起到细胞附着与支持的功能。

三、通讯连接

2． 间隙连接

1． 结构与成分

间隙连接处相邻细胞膜间的间隙为2－3nm，图4－14。

构成间隙连接的基本单位称连接子(connexon)。每个连接子由6个相同或相似的跨膜蛋白亚单位connexin环绕，中心形成一个直径为1.5nm的孔道。相邻细胞膜上的两个连接子对接便形成一个间隙连接单位，因此间隙连接也称缝隙连接或缝管连接。

目前已从不同动物或不同组织中分离出20余种构成连接子的蛋白，它们属于同一类蛋白家族。连接子蛋白具有4个α螺旋的跨膜区，这也是该蛋白家族最保守的区域。

2． 功能及其调节机制

通电试验：最初在细胞内插入微电极，加上电压后发现，有电流产生，说明一些无机盐离子可以自由地从细胞间隙连接处由一个细胞进入相邻的另一个细胞。

染料试验：通过向细胞内注射分子量不同的染料，证明间隙连接的通道可以允许相对分子质量小于1×103的分子通过，这表明细胞内的小分子，如无机盐离子、糖、氨基酸、核苷酸和维生素等有可能通过间隙连接的孔隙，而蛋白质、核酸、多糖等生物大分子一般不能通过。

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电镜观察：真正发现了间隙连接与细胞通讯。

（1）间隙连接在代谢偶联中的作用

间隙连接能够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。

实验证明：

缺乏胸苷激酶的突变细胞株，不能利用胸苷合成DNA。将突变细胞与正常的含胸苷激酶的细胞一起培养，两种细胞相互接触并可形成间隙连接，此时向培养液中加入放射性标记物胸苷，结果显示放射性标记的胸苷不仅可掺入到正常细胞的DNA中，也可掺入到突变细胞的DNA中，表明放射性标记的胸苷进入正常细胞后在胸苷激酶的作用下形成三磷酸胸苷，然后作为DNA合成的前体，通过间隙连接进入突变细胞中参与DNA合成。

另外，当激素与细胞膜上的相应受体结合后，激发细胞内作为第二信使的cAMP和Ca2+浓度增高，且两者通过间隙连接从一个细胞进入相邻的细胞中。

（2）间隙连接在神经冲动信息传递过程中的作用

神经元之间或神经元与效应细胞（如肌细胞）之间通过突触（synapse）完成神经冲动的传导。

突触分为电突触（dlectronic junction）和化学突触两类。

电突触是指细胞间的某种间隙连接及其形成的低电阻通路，电冲动可直接通过间隙连接从突触向突触后传导。

化学突触 见后。

（3）间隙连接在早期胚胎发育和细胞分化过程中的作用

间隙连接出现在脊索动物和大多数脊椎动物胚胎发育的早期。

如在小鼠胚胎八细胞阶段，细胞之间普遍建立了电偶联，但当细胞开始分化后，不同细胞群之间电偶联逐渐消失，说明间隙连接存在于发育与分化的特定阶段的细胞之间。

（4）间隙连接的通透性是可以调节的

间隙连接的通透性速度很快，一般在几秒内完成，降低胞质中的PH和提高胞质中的游离的Ca2+浓度都可以使通透性降低。在某些组织中，间隙连接的通透性还受到两侧电压梯度的调控及细胞外化学信号的调控。

这些现象表明，间隙连接是一种可以随细胞内的变化而进行形状的动态结构，如同离子通道，不过间隙连接形状的频率远不如离子通道高。

间隙连接通透性受外界化学信号的调节，有助于细胞间的代谢偶联。

如：胰高血糖素→肝细胞→分解糖原→葡萄糖释放入血→cAMP浓度↑→依赖于cAMP的蛋白激酶↑→连接子蛋白磷酸化→构象改变→间隙连接通透性↑→cAMP细胞间扩散→ 8

最终肝细胞对此作出反应。

（二）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。胞间连丝穿越细胞壁，由相互连接的相邻细胞的细胞膜共同组成一个管状结构，中央是由内质网延伸形成的链管结构。

在链管与管状质膜之间是由胞液构成的环带。

胞间连丝形成了物质从一个细胞进入到另一个细胞的通路，故在植物细胞的通讯中起非常重要的作用。

与间接连接一样，可用荧光染料扩散实验和脉冲电流传导实验来研究胞间连丝的功能。 向一个细胞中注入荧光染料 ，则染料迅速扩散到相邻的细胞内；同样，向某个细胞加上一定大小的脉冲电流，在相邻的细胞中则可检测到脉冲电流的存在，检测到的脉冲电流强度减小的程度与细胞间的胞间连丝数量有关。

胞间连丝介导的细胞间的物质运输是有选择性的，也是可调节的。

很多植物病毒编码一种特殊的运动蛋白（movement proteins）可使胞间连丝通透性大大增加，因而使病毒蛋白和核酸通过胞间连丝感染相邻的细胞。

（三）化学突触

化学突触是存在于兴奋细胞之间的细胞连接方式，它通过释放神经递质来传导神经冲动。人信息传递中，有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。因此表现为动物电位在传递中的延迟现象。

表4-2 各种连接的比较 封闭连接 紧密连接

间壁连接

锚定连接 连接肌动蛋白 粘合带

粘合斑

连接中间纤维 桥粒

半桥粒

通讯连接 间隙连接

化学突触

胞间连丝 上皮组织 只存在于无脊椎动物中 上皮组织 上皮细胞基部 心肌、表皮 上皮细胞基部 大多数动物组织中 神经细胞间和神经—肌肉间 植物细胞间

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四、细胞表面的粘着因子

同种类型细胞间的彼此粘连是许多组织结构的基本特征。

已知，细胞与细胞间的粘连是由特定的细胞粘着因子钙粘素（cadherins）等介导的（表4－3，图4－16，图4－17）

细胞之间的锚定连接也需要粘着因子钙粘素和整联蛋白（integrins）等参与（表4－4）

表4－3 细胞中主要的粘着因子家族 细胞连接类型

主要成员

Ca或Mg

2+

2+

胞内骨架成分 与细胞连接关系

依赖性

细胞与细胞连接

钙粘素

选择素 免疫球蛋白类 血细胞整联蛋白 细胞与基质连接

整联蛋白

质膜蛋白聚糖

表4－4 与细胞锚定连接相关的粘着因子 细胞连接类型 细胞与细胞连接 桥粒

钙粘素(desmogleins和

desmocollins)

粘着带 细胞与细外基质连

10

E、N、P钙粘素桥粒－钙粘素 P选择素 N细胞粘着因子

α1β2

约20种类型 α6β4 syndecans

＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ ＋ －

肌动蛋白纤维 中等纤维

肌动蛋白纤维

肌动蛋白纤维 中等纤维 肌动蛋白纤维

粘着带 桥粒 － － － 粘着斑 半桥粒 －

粘着因子 胞外 胞内某些结合蛋白 细胞骨架类型

相邻细胞的钙

粘素 同上

Desmoplakins plakoglobin vinculin

中间 纤维 微丝

钙粘素（E钙粘素）

接

半桥粒 整联蛋白（α6β4） 胞外基质蛋白

（基底膜蛋白）

粘着斑 整联蛋白 胞外基质蛋白Talin, vinculin, α

-actinin

1．钙粘素

钙粘素是一类属于同亲性依赖的细胞粘连糖蛋白，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。

不同细胞及其发育不同阶段，其表面的钙粘素的种类与数量均有所不同。

目前已发现了几十种钙粘素，多以所存在的组织的英文第一个字母命名。如上皮组织中的钙粘素称E钙粘素。

钙粘素的分子由720－750氨基酸残基组成。不同的分子中约有50%－60%的一级序列相同。其分子的胞外N端的5个结构域中，有4个同源性高且均含Ca2+结合部位。

2．选择素（selectin）

是一类属异亲性依赖于的，能与Ca2+特异糖基识别结合的糖蛋白。其分子的胞外部分具有一凝集素（lectin）结构域。

主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘着。由于选择素与细胞表面糖脂或糖蛋白的特异糖侧链亲和力较小，加上血流速度的影响，白细胞在脉管中的粘着－分离，再粘着－再分离了，呈现滚动式运动，同时活化其他的粘着因子 如整联蛋白，最终与之较强地结合在一起。白细胞就是以这种机制集中到炎症发生的部位。

现已发现，有三种选择素：P（platelet）选择素、E(endothelial)选择素和L(leukocyte)选择素。

3．免疫球蛋白超家族的CAM（Ig-superfamily）

分子结构中具有与免疫球蛋白类似的结构域的CAM超家族。其中有的介导同亲性细胞粘着，有的介导异亲性细胞粘着。但其粘着作用不依赖Ca2+。

如在神经组织细胞间的粘着中起主要作用的如NCAMs(nerve-cell adhesion molecules). NCAM在胚胎发育早期神经与神经管形成时开始表达。在已分化的神经元、神经胶质细胞及肌细胞表面稳定表达。

4．整联蛋白

一类重要的细胞粘着因子 ，是由α和β两个亚基形成的异源二聚体糖蛋白。人体细胞Desmoplakin-like蛋白 中间 纤维 微丝 11

中已发现16种α链和8种β链，它们相互配合形成22种不同的二聚体整联蛋白，可与不同的配体结合，从而介导细胞与基质、细胞与细胞之间的粘着 。

整联蛋白识别的主要部位是配体上的RGD三肽结构。

第三节 细胞外被与细胞外基质

细胞外被（cell coat）又称糖萼（glycocalyx），它是由本身的糖与细胞膜中的蛋白分子或脂质分子是共价结合的，形成糖蛋白和糖脂，故细胞外被应是细胞膜的正常结构组分，它不仅对膜蛋白起保护作用，而且在细胞识别中起重要作用。

细胞基质（extracellular matrix）指分布于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构。图4－19

机体组织的构建是多细胞相互作用的结果。细胞外基质将细胞粘连在一起构成组织，同时提供一个细胞外网架，在组织中或组织之间起支持作用，如胶原赋予组织抗张能力，弹性蛋白及蛋白多糖为组织的弹性与耐压性所必需。

胞外基质不仅是支持细胞的框架，其三维结构及成分的变化，往往改变细胞微环境从而对细胞形态、生长、分裂、分化和凋亡起重要的调控作用。

很多编码胞外基质成分或其受体基因可导致多种疾病甚至肿瘤的发生。因此受到人们的关注。

一、胶原 1． 类型

胶原（collagen）是胞外基质最基本成分之一，也是动物体内含量最丰富的蛋白。约占人体蛋白质总量的30%以上。目前发现的胶原类型多达20种。表4－5 表4－5 几种类型的胶原及分布 类型

亚单位

三股螺 旋长度

Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

[α1（Ⅰ）]2[α（Ⅰ）]

[α1（Ⅱ）] 3 [α1（Ⅲ）] 3 [α1（Ⅳ）] 2[α2（Ⅳ）]

300nm 300nm 300nm 390nm

超分子结构

特征 67nm横纹纤维67nm横纹纤维67nm横纹纤维网状，C端球状，不形成纤维束

Ⅴ

[α1（Ⅴ）] 2[α2（Ⅴ）]

390nm

细纤维，N端球

大多间隙组织，与Ⅰ型胶皮肤、肌腱、骨、韧带等软骨、髓核、玻璃体等 常与Ⅰ型胶原共分布

基膜 分布

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[α3（Ⅴ）] 3

Ⅵ [α1（Ⅵ）] 2[α2（Ⅵ）]

[α3（Ⅵ）] 150nm 状 微纤维，N和C端球状，100nm原共分布 大多间隙组织，与Ⅰ型胶原共分布

亚单位一栏中罗马数字代表胶原类型，α1α2α3分别代表肽链类型，中括号外的数字代表肽链数目。

2．分子结构

胶原纤维的基本结构单位是原胶原。原胶原是由三条多肽链盘绕成的三股螺旋结构，长300nm，直径1.5nm。图4－20

原胶原是肽链的氨基酸组成及排列独特，甘氨酸含量占1/3，脯氨酸及羟脯氨酸约1/4。

3、合成

前胶原（procollagen）是原胶原的前体和分泌形式。

胶原肽链的翻译在糙面内质网进行，合成带有信号肽的早前胶原（preprocollage）。 胶原纤维的装配始于内质网，在高尔基体中继续进行，完成于细胞外。

4．功能

胶原在细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，细胞外基质中其他组分通过与胶原结合形成结构与功能的复合体。

胶原纤维具有很高的抗张力强度，特别是Ⅰ型胶原。胶原纤维束构成肌腱，连接肌肉和骨骼。

胶原可被胶原酶特异降解，而参入到胞外基质信号传递的调控网络中。

二、糖胺聚糖和蛋白聚糖

1． 糖胺聚糖

糖胺聚糖（glycosaminoglycan）是由重复的二糖单位构成的长链多糖。其二糖单位之一是氨基已糖，故称为糖胺聚糖；另一个糖醛酸。图4－21

糖胺聚糖可分为透明质酸、4－硫酸软骨素、6－硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素和硫酸角质素等。

透明质酸（haaluronic acid ）是一种重要的糖胺聚糖，是增殖细胞和迁移细胞外基质的主要成分。尤其在胚胎组织中。同时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。

在胞外基质中，透明质酸倾向于向外膨胀，产生压力，使结缔组织具有抗压能力，而胶原纤维使组织具抗张能力。

2． 蛋白聚糖

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蛋白聚糖（proteoglycan）见于所有结缔组织和细胞外基质及许多细胞表面，由糖胺聚糖与核心蛋白（core protein）的丝氨酸残基共价连接形成的巨分子，其含糖量可达90－95%。 一个核心蛋白上可连接数百个不同的糖胺聚糖形成蛋白聚糖单体，若干个单体借连接蛋白（linker protein）以非共价键与透明质酸结合形成多聚体。

蛋白聚糖的一个显著特点是多态性。可以含有不同的核心蛋白，长度和成分不同的多糖链。蛋白聚糖根据其主要的二糖单位命名。

软骨中的蛋白聚糖是已知的最大巨分子之一，单个分子长达4um。体积比细菌大。这些蛋白聚糖赋予软骨以凝胶样特性和抗变形能力。

软骨蛋白聚糖中心组分是透明质酸。许多硫酸软骨素蛋白聚糖的核心蛋白通过非共价键紧密结合于透明质酸上，这种结合被连接蛋白所稳定。

蛋白聚糖可与成纤维细胞生长因子（FGF）、转化生长因子（TGF）等多种生长因子结合，因而可视为细胞外的激素富集与储存库，有利于激素分子进一步与细胞表面受体结合，有效完成信号的传导。

三、层粘连蛋白和纤连蛋白

1． 层粘连蛋白

层粘连蛋白（laminin）是各种动物胚胎及成体组织的基膜的主要结构组分之一。层粘连蛋白是高分子糖蛋白。有一条重链（A链）和B1、B2两条轻链（分别称α－、β－、γ－链）构成。

已发现8种亚基（α1、α2、α3、β1、β2、β3、γ1、γ2）至少构成7种不同的层粘连蛋白。

层粘蛋白呈不对称十字形，由一条长臂及3条相似的短臂构成。图4－22

通常细胞不直接与Ⅳ型胶原或蛋白聚糖组合，而是通过层粘连蛋白将细胞锚定于基膜上。层粘连蛋白中至少存在两个不同的受体结合部位。

一个是与Ⅳ型胶原的结合部位。另一个是通过自身的Arg-Gly-Asp(R-G-D)序列与细胞膜上的整联蛋白结合。

层粘连蛋白作为基膜的主要结构成分，与另一称为nidogen的蛋白相互作用。

层粘连蛋白在胚胎发育及组织分化中具有重要作用。层粘蛋白出现于早期胚胎中对于保持细胞间粘连、细胞的极性及细胞的分化都有重要意义。

2． 纤连蛋白

纤连蛋白（fibronectin）是高分子量糖蛋白。含糖4.5-9.5%，其亚单位相对分子质量为220×103－250×103。各亚单位在C端形成二硫键交联。

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目前至少已鉴定了20种纤连蛋白多肽。

纤连蛋白的膜蛋白受体即为整联蛋白家族成员之一，在其细胞外功能区有与RGD高亲和性结合部位。

纤连蛋白的主要功能

1． 是介导细胞粘着。纯化的纤连蛋白可增强细胞间粘连及细胞与基质的粘连。

2． 如它在胚胎发育中的细胞迁移与分化，在创伤修复中促进巨噬细胞及免疫细胞迁移

至受损部位，在血凝块形成过程中，促进血小板附着于血管受损部位中均有重要的作用。

四、弹性蛋白

弹性蛋白（elastin）是弹性纤维的主要成分。弹性纤维主要存在于脉管壁及肺，少量存在于皮肤、肌腱及疏松结缔组织中。

弹性蛋白是高度疏水的非糖基化蛋白，约含830个氨基酸残基。

特征：

1． 构象呈规则卷曲状

2． 通过Lys残基相互交联成网状结构。

五、植物细胞壁

植物细胞壁由纤维素、半纤维素、果胶质等几种大分子构成。

其功能为细胞提供一个细胞外网架，对细胞起支持作用。

纤维素是由葡萄糖分子以β（1→4）糖苷键连接起来的线性多聚体分子。纤维素分子聚集成束，形成长的微原纤维（microfibril），微原纤维的走向受细胞质中微管网架的影响。纤维素分子为细胞壁提供了抗张强度。

半纤维素是由木糖、半乳糖和葡萄糖等组成的高度分支的多糖，通过氢键与纤维素微原纤维连接。

半纤维素的分支有助于微原纤维彼此连接或介导微原纤维与其他基质成分（如果胶质）连接。

果胶质如同透明质酸一样，含有大量携带负电荷的糖，如半乳糖醛酸等。

果胶质结合诸如Ca2+等阳离子，被高度水化，可形成凝胶，常用于食品加工。

果胶质与半纤维素横向连接，参与细胞壁复杂网架的形成。

伸展蛋白（extensin）是由大约300个氨基酸残基组成的糖蛋白，在初生细胞壁中含量可达15%。伸展蛋白含有大量羟脯氨酸残基，其肽链长度的一半是Ser-Hyp-Hyp-Hyp四肽序列的重复。

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木质素（lignin）是由酚残基形成的水不溶性多聚体。

木质素可增加细胞壁的强度 与抗降解力。

此外，细胞壁中还含有某些寡糖成分，可作为细胞生长与发育的信号物质。

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