4.6: 细胞与细胞活动之间的联系

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培养技能

描述细胞外基质
列出植物细胞和动物细胞与相邻细胞通信方式的示例
总结紧密连接、desmosomes、间隙连接和 plasmodesmata 的作用

你已经知道一组相似的细胞协同工作被称为组织。正如你所预料的那样，如果单元要协同工作，它们必须相互通信，就像你在小组项目中工作时需要与其他人沟通一样。让我们来看看细胞是如何相互通信的。

动物细胞的细胞外基质

大多数动物细胞将物质释放到细胞外空间。这些材料的主要成分是蛋白质，而最丰富的蛋白质是胶原蛋白。胶原纤维与称为蛋白聚糖的含碳水化合物的蛋白质分子交织在一起。这些材料统称为细胞外基质（图\(\PageIndex{1}\)）。细胞外基质不仅将细胞聚集在一起形成组织，而且还允许组织内的细胞相互交流。这怎么会发生？

此插图显示了质膜。嵌入质膜中的是称为整合素的整合膜蛋白。细胞外部是一个庞大的胶原纤维网络。纤维通过一种叫做纤维连接蛋白的蛋白质附着在整合素上。蛋白聚糖复合物也从质膜延伸到细胞外基质。近距离观察显示，每种蛋白聚糖复合物都由一个多糖核心组成。蛋白质从这个核心分支，碳水化合物从蛋白质分支。细胞质膜内部衬有细胞骨架的微丝。 — 图\(\PageIndex{1}\)：细胞外基质由蛋白质和碳水化合物网络组成。

细胞的质膜细胞外表面有蛋白质受体。当基质中的分子与受体结合时，它会改变受体的分子结构。反过来，受体会改变位于质膜内的微丝的构象。这些构象变化会诱发细胞内部的化学信号，这些信号到达细胞核，并开启 “开启” 或 “关闭” DNA特定部分的转录，从而影响相关蛋白质的产生，从而改变细胞内的活性。

血液凝固是细胞外基质在细胞交流中的作用的一个例子。当血管内的细胞受损时，它们会显示一种称为组织因子的蛋白质受体。当组织因子与细胞外基质中的另一种因子结合时，它会使血小板粘附在受损血管壁上，刺激血管中相邻的平滑肌细胞收缩（从而收缩血管），并启动一系列刺激血管的步骤血小板产生凝血因子。

细胞间连接

细胞还可以通过直接接触（称为细胞间连接）相互通信。动植物细胞的作用方式存在一些差异。 Plasmodesmata 是植物细胞之间的连接点，而动物细胞接触包括紧密连接、间隙连接和 desmosomes。

Plasmodesmata

通常，相邻植物细胞的长时间质膜无法相互接触，因为它们被每个细胞周围的细胞壁隔开。那么，植物如何将水分和其他土壤养分从根部、茎和叶子转移到叶子呢？这种转运主要使用血管组织（木质部和韧皮）。还有称为pl asmodesmata（singular = plasmodesma）的结构修改，许多通道在相邻植物细胞的细胞壁之间穿过，连接它们的细胞质，使材料能够在细胞之间运输，从而在整个植物中运输（图\(\PageIndex{2}\)）。

这幅插图显示了两个并排的植物细胞。细胞壁的缝隙，即浆体瘤，允许液体和小分子从一个细胞的细胞质传递到另一个细胞的细胞质。 — 图\(\PageIndex{2}\)：plasmodesma 是两个相邻植物细胞的细胞壁之间的通道。 Plasmodesmata 允许物质从一个植物细胞的细胞质传递到相邻细胞的细胞质。

紧密路口

紧密连接是两个相邻动物细胞之间的防水密封（图\(\PageIndex{3}\)）。细胞被蛋白质（主要是两种叫做 claudins 和 occludins 的蛋白质）紧密地相互抵抗。

这幅插图显示了两个由紧密连接矩阵连接在一起的细胞膜。 — 图\(\PageIndex{3}\)：紧密连接在相邻的动物细胞之间形成水密连接。蛋白质会产生紧密的连接附着力。（来源：玛丽安娜·鲁伊斯·比利亚雷尔对作品的修改）

这种紧密的粘附性可防止物质在细胞之间泄漏；紧密的连接通常存在于排列内部器官和蛀牙的上皮组织中，构成皮肤的大部分。例如，膀胱内上皮细胞的紧密连接可防止尿液泄漏到细胞外空间。

Desmosomes

也只在动物细胞中发现了 desmosomes，其作用就像相邻上皮细胞之间的点焊一样（图\(\PageIndex{4}\)）。质膜中称为钙粘蛋白的短蛋白与中间细丝相连，产生 desmosomes。钙粘蛋白将两个相邻的细胞连接在一起，使细胞在皮肤、心脏和肌肉等伸展器官和组织中以片状形式形成。

这幅插图显示了两个由 desmosome 融合在一起的细胞。 Cadherins 从每个细胞延伸并将两个细胞连接在一起。中间的细丝连接到细胞内部的钙粘蛋白。 — 图\(\PageIndex{4}\)：desmosome 在细胞之间形成了非常强的点焊。它是由钙粘蛋白和中间细丝的连接产生的。（来源：玛丽安娜·鲁伊斯·比利亚雷尔对作品的修改）

间隙交界处

动物细胞中的@@ 间隙连接就像植物细胞中的 plasmodesmata 一样，因为它们是相邻细胞之间的通道，允许离子、营养物质和其他使细胞能够交流的物质的运输（图\(\PageIndex{5}\)）。但是，在结构上，间隙连接和 plasmodesmata 有所不同。

这幅插图显示了两个细胞结合在一起，蛋白质孔隙称为间隙连接，允许水和小分子通过。 — 图\(\PageIndex{5}\)：间隙连接处是一个蛋白质衬里的孔隙，它允许水和小分子在相邻的动物细胞之间通过。（来源：玛丽安娜·鲁伊斯·比利亚雷尔对作品的修改）

当质膜中的一组六种蛋白质（称为 connexins）以称为连接子的细长甜圈状结构排列时，就会形成间隙连接。当相邻动物细胞中连接体的毛孔（“甜甜圈孔”）对齐时，两个细胞之间就会形成通道。间隙连接在心肌中尤为重要：肌肉收缩的电信号通过间隙连接有效地传递，从而使心肌细胞串联收缩。

摘要

动物细胞通过其细胞外基质进行交流，并通过紧密连接、desmosomes 和间隙连接相互连接。植物细胞通过 plasmodesmata 相互连接并相互通信。

当动物细胞质膜表面的蛋白质受体与细胞外基质中的物质结合时，就会开始一系列反应，改变细胞内发生的活性。 Plasmodesmata 是相邻植物细胞之间的通道，而间隙连接是相邻动物细胞之间的通道。但是，它们的结构完全不同。紧密连接是两个相邻细胞之间的防水密封，而 desmosome 则起到点焊的作用。

词汇表

desmosome: 当质膜中的钙粘蛋白附着在中间细丝上时形成的相邻上皮细胞之间的联系

细胞外基质: 动物细胞分泌的物质（主要是胶原蛋白、糖蛋白和蛋白聚糖），为组织中的细胞提供机械保护和锚固

间隙交界处: 两个相邻动物细胞之间的通道，允许离子、营养物质和低分子量物质在细胞之间传递，从而使细胞能够交流

plasmodesma: （plural = plasmodesmata）通道在相邻植物细胞的细胞壁之间穿过，连接它们的细胞质，并允许物质在细胞之间运输

紧密交界处: 蛋白质粘附性产生的两个相邻动物细胞之间的牢固密封