细胞生物学细胞外基质

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Cell Junction&Extracellular Metrix,*,第十四章 细胞外基质及其与细胞的相互作用,1,是由一些不溶性大分子构成的、结构精细而错综复杂的网络结构；,为细胞的生存及活动提供适宜的场所，并通过信号转导系统影响细胞的形状、代谢、功能、迁移、增殖和分化。,概 述,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,构成支持细胞的框架，负责组织的构建；对细胞形态、生长、分裂、分化和凋亡起重要的调控作用。,2,细胞外基质的主要组成成分,氨基聚糖和蛋白聚糖,凝胶样基质,胶原和弹性蛋白,纤粘连蛋白和层粘连蛋白,非胶原性黏合蛋白,胶原,纤粘连蛋白,层粘连蛋白,蛋白聚糖,纤维网架,4,化学组成,多糖,纤维蛋白,氨基聚糖和蛋白聚糖,(glycosaminoglycan,GAG and proteoglycan,PG,）,胶原和弹性蛋白,(collagen and elastin),结构作用：,黏合作用：,纤黏连蛋白和层黏连蛋白,(fibronectin and laminin),5,细胞外基质的主要组成成分,氨基聚糖和蛋白聚糖,是一些高分子的含糖化合物。构成细胞外高度亲水的凝胶，赋予组织良好的弹性和抗压性。,氨基聚糖,（,glycosaminoglycan,GAG,）是由重复的二糖单位构成的直链多糖。又称,粘多糖,。,二糖单位之一是,氨基己糖,（,N-,乙酰氨基葡萄糖或,N-,乙酰氨基半乳糖,二糖单位另一个糖残基多为,糖醛酸,（葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸），糖残基带有羧基，呈强负电性,据糖残基的性质、连接方式、,硫酸化,数量和存在的部位，可分为六种：,6,细胞外基质的主要组成成分,氨基聚糖,透明质酸,（,hyaluronic acid,、,hyanuroanate,HA,）,结缔组织、皮肤、软骨、滑液、玻璃体,5000-10000,个二糖重复单位排列构成,二糖为,N-,乙酰氨基葡萄糖,-,葡萄糖醛酸,，是,唯一,不含硫酰酸基团,的氨基聚糖,其糖醛酸的羧基带有大量负电荷，其相斥作用使整个分子伸展膨胀，占据很大的空间；在有限的空间可产生膨压，赋予组织良好的弹性和抗压性,其表面有大量亲水基团，可结合大量水分子，形成凝胶,在组织创伤、早期胚胎中尤为丰富，促进细胞迁移和增殖,胚胎发育早期的空间填充物,用于定形，如,心脏形成,作为关节液的重要成分，有润滑作用,7,细胞外基质的主要组成成分,氨基聚糖与蛋白聚糖,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,8,蛋白聚糖,（,proteoglycan,，,PG,），是由,氨基聚糖,（除透明质酸外）与,核心蛋白,共价形成的高分子复合物，不同于一般糖蛋白,细胞外基质的主要组成成分,氨基聚糖与蛋白聚糖,分子量大，含糖量高，可达,95%,，多为较长的、不分枝的,GAGs,糖链,核心蛋白,为单链多肽，其上可连接,1-100,条以上氨基聚糖（可为不同的氨基聚糖），形成蛋白聚糖。,9,细胞外基质的主要组成成分,蛋白聚糖,PG,HA,蛋白聚糖电镜,若干个蛋白聚糖单体通过,连接蛋白,，以,非共价键,与透明质酸结合，形成蛋白聚糖多聚体。,如 软骨中的蛋白聚糖复合体（见 下图）,10,细胞外基质的主要组成成分,氨基聚糖与蛋白聚糖,透明质酸,硫酸角蛋白,硫酸软骨素,连接蛋白,核心蛋白,细胞外基质中的蛋白聚糖多聚体,氨基聚糖为硫酸软骨素和硫酸角质素，糖链数约,130,余条左右，分子量为,3,10,9,，使软骨具有良好的弹性和抗压性,11,蛋白聚糖在内质网合成并装配,细胞外基质的主要组成成分,氨基聚糖与蛋白聚糖,有的蛋白聚糖也是质膜的整合成分，如 成纤维细胞和上皮细胞质膜中的 连接素（,syndecan,）,其核心蛋白以跨膜糖蛋白的方式嵌入质膜脂双层，,胞外区连有硫酸软骨素和硫酸类肝素氨基聚糖糖链，可与细胞外基质的胶原、纤粘连蛋白、以及信号分子结合,胞内区肽段可与膜下细胞骨架相互作用,12,氨基聚糖和蛋白聚糖的功能,细胞外基质的主要组成成分,氨基聚糖与蛋白聚糖,使组织具有,弹性和抗压,性,对,物质转运,有,选择,渗透性 其糖基纵横交错，构成高度水化孔胶样物，孔的大小和电荷密度可调节对分子及细胞的通透性,如 肾小球基膜中的硫酸软骨素蛋白聚糖对原尿的生成即具有筛滤作用,角膜中蛋白聚糖具有,透光性,硫酸软骨素、硫酸角质素高度硫酸化使基质脱水变得致密，阻止血管的形成，使角膜柔软、具有透光性，角质化亦有保护作用,氨基聚糖具有,抗凝血,作用,肝素蛋白聚糖 由靠近血管的肥大细胞产生,细胞表面的氨基聚糖有,传递信息,作用,如 连接素,13,氨基聚糖与蛋白聚糖与组织老化有关，随着年龄增长,细胞外基质的主要组成成分,氨基聚糖与,蛋白聚糖的功能,如 皮肤中,透明质酸 逐渐减少,，后逐渐被,硫酸皮肤素所,取代,关节软骨中的蛋白聚糖逐渐减少，可,硫酸软骨素,被,硫酸角质素,取代,蛋白聚糖,糖链比例下降,，导致组织的保水性及弹性减弱,氨基聚糖的阴离子可结合钙离子，在,组织的钙化,、尤其是,骨盐的沉积,中起重要作用,14,氨基聚糖和蛋白聚糖的 与 疾病,粘多糖累积病,Hunter,综合症,动脉粥样硬化 脂类沉积,肿瘤的发生,细胞外基质的主要组成成分,氨基聚糖与,蛋白聚糖,15,糖苷酶或硫酸酯酶缺乏粘多糖分解产物累积,16,17,治疗高脂血症。防治冠心病、心绞痛、心肌梗死、冠状动脉粥样硬化、心肌缺血,18,胶原与弹性蛋白,细胞外基质的主要组成成分,胶原,Human collagen fibers,胶原,(,横切面 电镜,),成纤维细胞,胶原,（,collagen,）是细胞外基质中的骨架结构,占哺乳动物总蛋白量的,1/4,，,含量最丰富,可由,成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞,及某些,上皮细胞,合成并分泌到细胞外,19,胶原分子结构,为三股螺旋（,triple helix,）,3,条,多肽链盘绕而成，长,300nm,，直径,细胞外基质的主要组成成分,胶原,人类每条肽链约,1050 aa,，其中,Gly,占,1/3,，同时富含,Pro,和,Lys,，,2,种氨基酸经常羟基化形成,Hypro,和,Hylys,，,Lys,选择性糖基化,肽链中的氨基酸组成规律的三肽重复序列,Gly-X-Y,20,胶原的类型,链是胶原的基本亚单位，不同的,链组合生成不同类型的胶原。目前已发现,25,种不同的,链，,26,种胶原,细胞外基质的主要组成成分,胶原,I,型胶原,1,（,I,）,2,2,（,I,）,，,存在于肌腱、皮肤、骨、韧带,II,型胶原,1,（,II,）,3,，,存在于软骨,III,型胶原,1,（,III,）,3,，,存在于,皮肤、肌肉、结缔组织，在血管壁和各种软组织或器官间质形成微细的纤维网，常与,I,型共分布,IV,型胶原,1,（,IV,）,2,2,（,IV,）,，仅存基底膜,21,胶原合成的过程,22,细胞外基质的主要组成成分,胶原,共价键,螺旋胶原分子在细胞外基质组装,：,相邻分子相错,1/4,长度，约,67nm,，前后分子相距约,35nm,，聚合形成明暗相间的胶原原纤维,23,胶原的合成装配（,I-III,型,）,前,链,(pro-chains),，带有,信号肽,和,前肽（,propeptide,，不含,Gly-X-Y,结构,去除信号肽,;,选择性羟基化、糖基化,C-,端前肽借,二硫键,形成链间交联，使,3,条对齐排列,，,3,条,链 以氢键相连，形成三股螺旋，前肽部分不螺旋，即,前胶原,（,pro-collagen,）,分泌到细胞外,;,去除前肽,;,相邻分子相错,1/4,长度，约,67nm,，前后分子相距约,35nm,，聚合形成明暗相间的纤维，即,胶原原纤维,（,collagen fibril,）,细胞外基质中聚集成束，形成,胶原纤维,（,collagen fiber,）,细胞外基质的主要组成成分,胶原,内质网、高尔基体,细胞外,24,胶原的电镜照片,A:I,型胶原，具有横纹；,B,：,IV,胶原，无横纹,A,B,25,胶原的降解,胶原的周转很缓慢，成年人骨中的胶原分子，可维持达,10,年；一般的蛋白质 半衰期为数小时或数天,细胞外基质的主要组成成分,胶原,参与胶原分解的酶类主要有：,胶原酶,，主要作用于,I,、,、,型胶原；,明胶酶,，作用于,、,V,、,、,型胶原；肿瘤细胞能产生明胶酶，特异性地作用于,型胶原，破坏基膜，为侵袭、转移开辟道路。,基质裂解素,，作用于,、,IV,、,、,X,型胶原。,26,胶原的功能,与相关疾病,协助完成细胞生长、粘附、运动、增殖、分化,粘连、支持、保护细胞连聚为组织、器官，如,:,羟化赖氨酸和弹性蛋白交连，使组织有弹性，交联受阻,胶原病,缺抗坏血酸（,vitamin C,），脯氨酸羟化受阻，不利于交联氢键的生成，影响胶原的稳定，胶原分子生长不良，间质胶原大大减少，血管变脆、牙龈出血，引起坏血病,肝肺纤维化：胶原生成失衡,27,胶原病是指具有下列共同特点的一系列疾病,(1),原因不明的发热。,浙江医学高等专科学校 实用人体机能学精品课程,(2),出现皮疹，但不痒。,浙江医学高等专科学校 实用人体机能学精品课程,(3),关节疼痛、肿胀。,浙江医学高等专科学校 实用人体机能学精品课程,(4),肌肉疼痛。,浙江医学高等专科学校 实用人体机能学精品课程,（,5,）血沉升高。,28,成骨发育不全,型,p127,弹性蛋白,（,elastin,）是构成细胞外基质中弹性纤维网络的,主要成分,，是高度疏水的,非糖基化,纤维蛋白，,细胞外基质的主要组成成分,弹性蛋白,为,高度疏水蛋白,，人类的为,830aa,，富含脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸，,无糖基化，很少有羟脯氨酸，不含羟赖氨酸,主要由,2,类片段组成，,疏水性短肽,与分子的的弹性有关,螺旋片段,富含丙氨酸、赖氨酸，与相邻分 子形成交联,Elastic fiber,Single elastin molecule,30,弹性蛋白以,可溶性蛋白原,的形式分泌到细胞外，通过,赖氨酸残基,之间相互,交联,装配，形成弹性纤维网,细胞外基质的主要组成成分,弹性蛋白,弹性蛋白表面包饶一层糖蛋白组成的,微原纤维,（,microfibrils,）,其中,原纤蛋白,（,fibrillin,）是保持弹性纤维完整所必需的成分，其基因突变，可导致,马凡氏综合症,（,Marfans syndrome,）,胶原纤维与弹性纤维,交织，可以限制其伸展程度，防止组织撕裂，使组织既有,弹性又有韧性,弹性蛋白是,动脉,中含量最高的细胞外基质蛋白，其基因突变可导致动脉壁平滑肌过度增殖引起动脉狭窄,31,包绕弹性蛋白的糖蛋白,fibrilin,基因突变所致,皮肤、骨骼、心血管系统和眼睛异常,多处皮肤皱褶,患者身体瘦高、肢长，蜘蛛脚样指,患者,60%-80%,有心血管疾病,眼部典型损害为晶状体脱位,Marfan Syndrome,32,33,纤粘连蛋白,(fibronectin,，,FN),为高分子糖蛋白，含糖量,4.5%-9.5%,，其含糖量因组织不同和分化状态不同而有差异。有两种存在形式：,细胞外基质的主要组成成分,纤粘连蛋白,血浆纤粘连蛋白,，,plasma fibronectin,PF,，主要