细胞质膜细胞外基质课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,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,*,一、基本概念,细胞外被(cell coat)又称糖萼(glycocalyx),概念：,指细胞质膜外表面覆盖的一层粘多糖物质，实际指细胞表面与质膜中的蛋白或脂类分子共价结合的寡糖链。,功能：,不仅对膜蛋白起,保护,作用,而且在,细胞识别,中起重要作用,。,细胞外基质,(extracellular matrix，ECM),真核细胞的细胞外结构,（extracellular structures）,p532,二、胶原,(collagen),胶原是胞外基质最基本结构成份之一，,动物体,内含量最丰富的蛋白（总量的30以上）。,常见的胶原,类型及其在组织中的分布,胶原及其分子结构,胶原的,合成与加工,胶原的,功能,P523-527,三、糖胺聚糖和蛋白聚糖,糖胺聚糖,(glycosaminoglycan,GAGs),蛋白聚糖,(proteoglycan),构成亲水性凝胶,赋予组织弹性、抗压性,相关疾病,：,粘多糖累积病,动脉粥样硬化,肿瘤的发生、侵袭和转移,p528,四、纤粘连蛋白和层粘连蛋白,层粘连蛋白(laminin),纤粘连蛋白,(fibronectin),纤粘连蛋白是高分子量糖蛋白,（220-250KD）,纤粘连蛋白分型：,纤粘连蛋白的主要功能：,介导,细胞与ECM的粘着,，调节细胞的,形状和细胞骨架组织,-粘着斑；,在,胚胎,发生过程中,促进细胞的,迁移和分化,；,在,创伤修复,中,促进,巨噬细胞和其它的免疫细胞,迁移到受损部位,；,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。,P529-531,二、,弹性蛋白(elastin),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。,结构特点:,高度疏水的非糖基化纤维蛋白,构象呈无规则卷曲状态;,通过Lys残基相互交连成网状结构。,富含,Gly、Pro,很少羟化，无糖基化修饰,不含,Gly-X-Y,重复序列,p527,六、植物,细胞壁,植物细胞壁的,组成,植物细胞壁的,功能,增加细胞强度，提供支持功能；,信息储存库的功能：,产生多种寡糖素作为信号物质，,或抵抗病、虫害，,或作为细胞生长和发育的信号物质。,细胞外基质,(extracellular matrix),结构组成：,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,主要功能：,构成支持细胞的框架，负责组织的构建；,胞外基质三维结构及成份的变化,改变细胞微环境从而,对细胞形态、生长、分裂、分化和凋亡起重要调控作用,胞外基质的信号功能-与疾病之间关系,粘多糖累积病、坏血病、恶性肿瘤的侵袭和转移,p522,真核细胞的细胞外结构（extracellular structures）,生物种类,细胞外,结 构,结构纤维,水化基质,组 分,粘连分子,动 物 细 胞,植 物,细 胞,细胞外 基 质,细胞壁,胶原,弹性蛋白,纤维素,蛋白聚糖,半纤维素伸展蛋白,纤粘连蛋白,层粘连蛋白,果胶质,常见的胶原类型,及其在组织中的分布,胶原是细胞外基质中,最主要的水不溶性纤维蛋白,；,型胶原含量最丰富,形成类似的纤维结构；,但并非所有胶原都形成纤维；,型胶原纤维束,主要分布于皮肤、肌腱、韧带及骨中,具有很强的抗张强度;,型胶原主要存在于软骨中;,型胶原形成微细的原纤维网,广泛分布于伸展性的组,织，如皮肤、血管、内脏等疏松结缔组织;,型胶原形成二维网格样结构,是基膜的主要成分及支架。,p523,胶原及其分子结构,胶原纤维的基本结构单位是,原胶原,；,原胶原是由三条肽链盘绕成的,三股螺旋结构,；,富含Gly（甘）,Pro（脯）和Lys（赖）,三肽重复序列：,Gly-X-Y,特征性化学修饰：,Pro，Lys,羟基化；,Lys,选择性糖基化,对胶原纤维的高级结构的形成是重要的；,在胶原纤维内部,原胶原蛋白分子呈,1/4交替平行,排列,形成,周期性横纹。,p524,X：Pro；Y：Hypro/Hylys,胶原的,合成与加工,前体,肽链在粗面内质网合成，并形成,前原胶原,(preprocollagen)；,前原胶原,(preprocollagen),是原胶原前体和分泌形式，,在粗面内质网合成、加工与组装，经高尔基体分泌。,前原胶原在细胞外由两种专一性不同的蛋白水解酶,作用,分别切去N-末端前肽及C-末端前肽,成为,原,胶原,（procollagen）；,原胶原进而聚合装配成,胶原原纤维,（collagen fibril）,、,胶原纤维,（collagen fiber）。,胶原的功能,胶原在胞外基质中含量最高,刚性及抗张力强度,最大,构成胞外基质的骨架结构,；,在不同组织中，胶原组装成,不同的纤维形式,以适,应特定功能的需要，如骨和角膜；,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。,胶原具有促进细胞生长的作用，如肝细胞等在含有胶原的培养基上生长较快。在细胞分化中，胶原基质和提纯的胶原底物具有维持并诱导细胞分化的作用。,p527,胶原纤维分层排布，同一层平行；相邻层-垂直,夹板样结构,为细胞外基质提供了一个水不溶性的框架，决定胞外基质的机械性质。某一特定组织的性能通常与胶原分子的三维结构有关。,糖胺聚糖,糖胺聚糖是由重复的,二糖单位,构成的长链多糖,透明质酸是,增殖细胞和迁移细胞,的胞外基质主要成分,尤其在胚胎组织中；也是蛋白聚糖的主要结构组分,在结缔组织中起,强化、弹性和润滑作用,透明质酸使细胞保持彼此分离,使细胞,易于运动、促进,细胞迁移和增殖，并阻止细胞分化,透明质酸,(hyaluronic acid),及其生物学功能,二糖单位之一是氨基己糖(氨基葡萄糖或氨基半乳糖)，,故称为糖胺聚糖；另外就是糖醛酸;,糖胺聚糖: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。,蛋白聚糖,（,PG）,蛋白聚糖,存在于所有的结缔组织和胞外基质及,许多细胞表面,蛋白聚糖由,糖胺聚糖与核心蛋白,(core protein),的丝氨酸残基,共价连接,形成单体。,若干蛋白聚糖单体借,连接蛋白,以,非共价键,与透,明质酸结合形成多聚体,蛋白聚糖的,特性与功能,层粘连蛋白(laminin),层粘连蛋白是高分子糖蛋白（820KD）,动物胚胎,及成体组织的,基膜,的主要结构组分之一；,细胞通过层粘连蛋白锚定于基膜上；,层粘连蛋白中至少存在两个不同的,受体结合部位,：,功能：层粘连蛋白在胚胎发育及组织分化中具有重要作用,通过laminin把上皮细胞固定在基膜上,影响细胞生长、迁移、分化，与肿瘤细胞的转移有关,层粘连蛋白的,结构,由一条重链和两条轻链构成:,结构,：由两条相似的肽链组成呈V字形,借二硫键相连,形式,：,血浆纤粘连蛋白：,可溶,形式存在于血浆及各,种体液，二聚体。,细胞纤粘连蛋白,：,是多聚体,，,不溶,形式存在,于胞外基质及细胞表面。,每条肽链为同一基因的表达产物,由数个结构域构成，,RGD三肽序列是为细胞识别的最小结构单位,纤粘连蛋白的膜蛋白受体为,整合素,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。,纤维素,（,cellulose,）,纤维素微原纤维,（microfibril）,是由葡萄糖分子以 （1,4,）糖苷键连接起来的先行多聚体分子，聚集成束形成微原纤维，其走向受胞质中微观网架的影响；,为细胞壁提供了抗张强度,半纤维素,（hemicellulose）:,木糖、半乳糖和葡萄糖等组成,的高度分支的多糖，通过氢键与微原纤维连接。,介导微原纤维彼此连接或使之与其它基质成分(果胶质)连接。,果胶质,（pectin）：,含有大量携带负电荷的糖，结合Ca,2+,等阳,离子,被高度水化,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。,图15-25 膀胱上皮细胞表面的糖被，钌红染色的电镜超薄切片,（梁凤霞，丁明孝）,p532,整联蛋白,蛋白聚糖,层粘连蛋白,纤连蛋白,胶 原,细胞外基质主要成分及结构示意图,直径1.5nm,长 300 nm,原胶原间共价交联，呈阶梯状排列，形成胶原纤维，在电镜下可见间隔67nm的横纹。,（a）胶原纤维的分子结构与形成过程()；,（b）胶原纤维的电镜照片,核心蛋白,硫 酸软骨素,A蛋白聚糖单体 B硫酸软骨素、硫酸角质素、透明质酸,C蛋白聚糖的模式图 D软骨中的蛋白聚糖电镜照片,合成与装配：,核心蛋白肽链合成,装配氨基聚糖,GAG,链,硫酸化、异构化修饰,特性：高多态性,高分子量,高含糖量,p103,FN,将细胞连接到细胞外基质上,糖胺聚糖的分子特性及分布,软骨中的蛋白聚糖是最大巨分子之一,赋予软骨,以凝胶样特性和抗变形能力；,蛋白聚糖可视为,细胞外的激素富集与储存库，,可,与,纤维细胞生长因子(FGF）、转化生长因子,等,多种生长因子结合，完成信号的传导。,选择渗透性（分子筛）、透光性、抗凝血等,蛋白聚糖的,功能,p529,二、弹性蛋白（,elastin,）,弹性蛋白纤维网络赋予组织以弹性，,弹性纤维的伸展性比同样横截面积,的橡皮条至少大,5,倍。,弹性蛋白由两种类型短肽段交替排列,构成：一种是疏水短肽赋予分子以,弹性；另一种短肽为富丙氨酸及赖氨,酸残基的,螺旋，负责在相邻分子间,形成交联。,伸展蛋白,(extensin)：,糖蛋白,在,初生壁,中含量可多达15，,含有大量的羟脯氨酸残基，其肽链长度的一半是Ser-Hyp-Hyp-Hyp四肽序列的重复。糖的总量约占65。,木质素,(lignin)：,由酚残基形成的水不溶性多聚体。,参与次生壁形成,并以共价键与细胞壁多糖交联,大大,增加了细胞壁的强度与抗降解。,初生细胞壁,可看成凝胶样基质，纤维素纤维埋于其中。,这种细胞壁比动物细胞的胞外基质具有更大的通透性，,水和离子可在细胞壁中自由扩散。植物激素相对分子质量为500以下的水溶性小分子也可通过。,如果编码胶原的基因发生突变，将导致胶原病。若影响到胶原纤维的正确装配，皮肤和其它各种结缔组织就会因此降低强度而变得非常的松弛,1）胶原病 坏血病：Vc缺乏导致胶原生成障碍，血管、皮肤等变脆易出血。,过度松弛皮肤症,2）肿瘤,透明质酸同糖胺聚糖和核心蛋白组成软骨组织的蛋白聚糖复合物，称为透明质酸-蛋白聚糖复合物。,在这种复合物中，透明质酸作为一个长轴，将蛋白聚糖连接在一起，形成更大的更复杂的蛋白聚糖，使细胞外基质具有更大的,抗压性,结构：,最简单,不发生硫酸化,含大量亲水基团、负电荷,形态：,呈无规则卷曲状,降解：,透明质酸酶,合成：细胞内（细胞核-内质网-高尔基体-分泌小泡）,装配：细胞外,降解：细胞外,RGD序列:,FN,及其他,ECM,中所含有的可被膜整合素,识别的,Arg-Gly-Asp,三肽序列。,是FN中可与 细胞结合的,结构,。,纤粘连蛋白的结构,基膜,(basal lamina，basement membrane),基膜是一种复合的细胞外结构，通常位于上皮和内皮的基底面，是细胞外基质的特异区，将细胞层和其下的结缔组织分开。,人皮肤的扫描电镜照片显示,基膜将表皮细胞与底层细胞分开,P532,形成基膜的组织和细胞:,肌细胞和脂肪细胞的表面;,上皮组织基底面的下方，如皮肤上皮的下表面，将上皮细胞与结缔组织分开;,血管内皮细胞的下表面。此外，在施旺细胞(Schwann cells)的表面也覆盖有基膜。,结构:,基膜是由不同的蛋白纤维组成的网状结构，,LN不仅是基膜的主要成分,，也是基膜的组织者，而,型胶原则是基膜的网状钢架。,功能:,基膜不仅对组织结构起支持作用，同时也是渗透性的障碍，调节分子和细胞的运动