細胞生物學14細胞外基質(徐晉宋國立)

1、第十四章第十四章 細胞外基質細胞外基質 ( extracellular matrix)內容內容概概 述述第一節(jié)第一節(jié) 氨基聚糖和蛋白聚糖氨基聚糖和蛋白聚糖第二節(jié)第二節(jié) 膠原與彈性蛋白膠原與彈性蛋白第三節(jié)第三節(jié) 非膠原性黏合蛋白非膠原性黏合蛋白 多細胞生物多細胞生物 細胞(cell) ：機體形態(tài)結構與功能的基本單位 組織（tissue) :眾多的細胞由細胞外基質組合在 一起構成的細胞群體。 （上皮組織，結締組織，肌組織，神經組織） 組織(tissue)器官(organ)系統(tǒng)(system) 概概 述述 分布于細胞外空間，細胞分泌的由蛋白質和多糖 構成的高度水合性纖維網絡凝膠結構。細胞外基質定義細

2、胞外基質定義 ： 功能：功能： 對細胞支持、連接、保護、營養(yǎng) 與細胞各種生命活動有關 與組織細胞病理過程有關（創(chuàng)傷修復、纖維化、細胞惡變侵潤轉移）來源：成纖維細胞（主） 特化細胞含量種類差別大、決定組織物理性狀適合其功能上皮組織 肌組織 腦脊髓肝含量少：含量多： 結締組織平滑肌神經組織神經組織骨組織骨組織二、細胞外基質的組成成分二、細胞外基質的組成成分1. 氨基聚糖和蛋白聚糖 凝膠樣基質2. 膠原和彈性蛋白 纖維網架3. 非膠原糖蛋白（纖連蛋白和層粘連蛋白）粘著成分成分：成分：細胞外基質細胞外基質 上皮細胞上皮細胞基底膜基底膜 巨噬細胞巨噬細胞成纖維細胞成纖維細胞蛋白多糖蛋白多糖膠原纖維膠原纖

3、維彈性纖維彈性纖維肥大細胞肥大細胞結締組織中的細胞外基質結締組織中的細胞外基質第一節(jié)第一節(jié) 氨基聚糖和蛋白聚糖氨基聚糖和蛋白聚糖一、氨基聚糖（一、氨基聚糖（glycosaminoglycan,GAGglycosaminoglycan,GAG） 重復的二糖單位構成的直鏈多糖二糖單位氨基己糖 (N-乙酰氨基葡萄糖 / 乙酰氨基半乳糖 )糖醛酸 (葡萄糖醛酸/艾杜糖醛酸)化學組成：化學組成： 重復二糖單位構成的直鏈多糖,多數(shù)糖基硫酸化并帶有羧基，呈強負電性。艾杜糖醛酸N-乙酰半乳糖-4-硫酸硫酸皮膚素二糖重復單位六種類型 ( 糖基連接方式 硫酸化位置)：1. 透明質酸（HA）2. 硫酸軟骨素（CS）

4、3. 硫酸皮膚素（DS）4. 硫酸角質素（KS）5. 硫酸乙酰肝素（HS）6. 肝素（heparin）二糖單位： N-乙酰氨基葡萄糖 葡萄糖醛酸 5 00010 000個二糖重復單位透明質酸（透明質酸（hyaluronic acid,HA）-1,3連接組成N-乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸透明質酸（透明質酸（hyaluronic acid,HA）n結構：最簡單 不發(fā)生硫酸化 含有大量親水基團、負電荷n形態(tài)：呈無規(guī)則卷曲狀n降解：透明質酸酶n功能：賦予組織彈性、抗壓性 促進細胞遷移、增殖透明質酸（透明質酸（hyaluronic acid， HA）二、蛋白聚糖二、蛋白聚糖(pro

5、teoglycan,PG） 1. 組成結構：組成結構：氨基聚糖氨基聚糖核心蛋白核心蛋白共價結合共價結合一條核心蛋白可結合一條核心蛋白可結合100條以上相同或條以上相同或不同的氨基聚糖蛋不同的氨基聚糖蛋 蛋白聚糖單體蛋白聚糖單體蛋白聚糖單體蛋白聚糖單體蛋白聚糖單體連接蛋白透明質酸 蛋白聚糖多聚體 非共價氨基聚糖氨基聚糖核心蛋白核心蛋白透明質酸透明質酸分分子子篩篩形成巨大多聚體異質性高分類困難蛋白聚糖多聚體蛋白聚糖多聚體2. 蛋白聚糖的合成蛋白聚糖的合成 核心蛋白在RER核糖體上合成，高爾基體內裝配直鏈多糖（GAG）。硫酸化、異構化修飾。核心蛋白Ser連接四糖糖基轉移酶合成糖鏈氨基聚糖和蛋白聚糖功

6、能：構成水合凝膠樣基質 1. 使組織具有彈性和抗壓性 2. 對物質轉運有選擇滲透性 3. 傳遞信息/抗凝血功能 4. 角膜中的PG有透光性 5. 組織老化有關第二節(jié)第二節(jié) 膠原與彈性蛋白膠原與彈性蛋白一、一、 膠原（膠原（collagen） 高度特化、不溶性的纖維蛋白家族。 體內含量最多的蛋白(25%)。 分布于各種組織細胞間。 不同組織中膠原的含量差別很大。 成纖維細胞、成骨細胞、軟骨細胞合成分泌。膠原在不同組織中的含量膠原在不同組織中的含量 /組織膠原的含量（克 100 克干重）脫鈣骨88.0跟腱86.0皮膚71.9角膜68.1軟骨4663韌帶17.0主動脈1224肺10肝4膠原纖維束膠原

7、纖維束三肽重復序列：Gly-X-Y X=Pro、Y=Hypro或(Hylys)（一）膠原分子（一）膠原分子（collagen molecule）的）的結構結構1.膠原分子：三條-螺旋肽鏈組成的3股螺旋結構。 L: 300nm, :1.5nm, 每條約1000AA。 Gly: 1/3(選擇性糖基化)（甘氨酸 ）Pro(Hypro)（羥脯氨酸）Lys(Hylys)（羥賴氨酸）鏈及膠原分子（collagen molecule）羥化和糖羥化和糖基化基化穩(wěn)穩(wěn)定的定的3 -螺旋結構螺旋結構 膠原分子膠原分子 彈性纖維彈性纖維2.膠原原纖維（膠原原纖維（collagen fibril）原膠原分子原膠原分子膠

8、原原纖維膠原原纖維膠原纖維束膠原纖維束 不同的膠原分子首尾相隔35nm,相鄰分子相錯1/4長度階梯式有序排列，側向間共價結合，彼此交聯(lián)聚合形成直徑不同（10300nm）長短不等（150數(shù)百m)的細纖維束。膠原的分子結構膠原的分子結構膠原的分子間和分子內交聯(lián)膠原的分子間和分子內交聯(lián)膠原原纖維膠原原纖維膠原纖維束膠原纖維束原膠原分子原膠原分子膠原原纖維膠原原纖維膠原纖維束膠原纖維束賴氨酸殘基橫聯(lián)共價結合賴氨酸殘基橫聯(lián)共價結合3.膠原纖維膠原纖維v Assembly of collagen fibers begins in the ER and is completed outside the ce

9、llvAbnormalities in collagens can cause serious disorders.（二）膠原的（二）膠原的類型類型I型: 皮膚、肌腱、韌帶、骨中II型：軟骨III型:血管壁、疏松結締組織中IV型：基底膜有25種不同的鏈，每種鏈由一種基因編碼。每型膠原由3條相同或不同的鏈構成。（三）膠原的（三）膠原的合成裝配與降解合成裝配與降解 來源：成纖維細胞、軟骨細胞、成骨細胞、上皮細胞等 合成：細胞內（細胞核-內質網-高爾基體-分泌小泡） 裝配：細胞外 降解：細胞外 鏈基因細胞核hnRNAmRNA。 粗面內質網-核糖體前體肽鏈 內質網腔：切去信號肽前體鏈兩端有前肽 前鏈。

10、 內質網/高爾基體內：羥基化、糖基化、三股 螺旋C端前肽以二硫鍵連接形成前膠原分子。 細胞外基質：切去前肽原膠原分子自我裝配 膠原原纖維膠原纖維膠原的合成膠原的合成切去信號肽、切去信號肽、N端和端和C端有前肽端有前肽(前前 -鏈鏈)。高高爾基體羥基化、糖基化爾基體羥基化、糖基化形成二硫鍵，以氫鍵連接形形成二硫鍵，以氫鍵連接形成三股螺旋的前膠原。成三股螺旋的前膠原。前膠原合成后分泌前膠原合成后分泌進入細胞間隙中進入細胞間隙中切去前肽，形成直徑切去前肽，形成直徑1.5nm、長長300nm的原膠原分子的原膠原分子前肽的功能：誘導裝配，分泌前防止交聯(lián)成膠原原纖維前肽的功能：誘導裝配，分泌前防止交聯(lián)成膠

11、原原纖維膠原的膠原的形成形成原膠原分子原膠原分子膠原原纖維膠原原纖維膠原纖維膠原纖維（四）（四） 膠原的功能膠原的功能 皮下結締組織中，膠原成柳條狀有多向抗張性。 肌腱中沿應力主軸平行成束排列，具韌性、抗張性。 型膠原組成纖維網絡，包圍于骨骼肌和平滑肌細胞周圍。 型膠原構成各種上皮細胞基膜的網架結構。 在成熟的骨骼、角膜和橫膈肌腱中，形成有序的膠合板樣結構。 膠原經細胞表面受體介導與細胞骨架相互作用。 （五）膠原的發(fā)生與疾病（五）膠原的發(fā)生與疾病 遺傳性膠原?。耗z原的表達或裝配異常， 如成骨發(fā)育不全綜合癥 病理性纖維化：膠原表達過度，分配 比例失調，如肝硬化 免疫性膠原?。侯愶L濕性關節(jié)炎、腎炎

12、 膠原纖維形成異常：壞血病 為什么幾百年前，遠航的船員大多會因為大出血而喪命？問題： 彈性蛋白： 非糖基化疏水纖維蛋白，富含甘氨酸、脯氨酸，很少羥化。 肽鏈830個氨基酸，無Gly-X-Y重復序列。 呈無規(guī)則卷曲狀態(tài)，相互交聯(lián)形成細胞外基質中的彈性網絡。 具高度彈性及回縮力。維持皮膚彈性。二、彈性蛋白（二、彈性蛋白（elastin）（自學）（自學）彈性蛋白結構疏水性短肽交聯(lián)短肽(富含Lys)彈性蛋白纖維伸長伸長回縮回縮構象：無規(guī)則卷曲狀態(tài)相互交聯(lián)彈性疏松網絡彈性蛋白彈性蛋白微原纖維殼微原纖維殼（糖蛋白）（糖蛋白）彈性纖維彈性纖維第三節(jié)第三節(jié) 非膠原性黏合蛋白非膠原性黏合蛋白 細胞外基質中一類多

13、功能大分子。發(fā)現(xiàn)數(shù)十種。共同特點：既可以與細胞結合又可以與細胞外基質中其他大分子結合，使細胞與細胞外基質粘著，是細胞外基質的組織者。纖粘連蛋白層粘連蛋白主要包括：（一）纖粘連蛋白（一）纖粘連蛋白( fibronectin, FN )1.纖連蛋白： 高分子量糖蛋白，含糖4.5 % 9.5%。亞單位約2500個氨基酸，羧基末端二硫鍵形成二聚體，呈V字型。肝素肝素細胞細胞膠原膠原纖維蛋白纖維蛋白肌動蛋白肌動蛋白血漿FN（二聚體）細胞FN（多聚體） RGD 三肽序列三肽序列Arg-Gly-Asp(精精aa-甘甘aa-天冬天冬aa)纖粘連蛋白的功能纖粘連蛋白的功能1.血漿纖粘連蛋白 參與血凝、創(chuàng)傷愈合，

14、 增強吞噬細胞的功能。2.介導細胞與細胞外基質之間粘著。3.維持細胞形態(tài)，調控增殖，遷移，分化等。 基底膜主要結構成分，高分子糖蛋白(820kD)。 鏈鏈鏈鏈鏈鏈短臂球區(qū)短臂球區(qū)細胞表面受細胞表面受體結合部位體結合部位型膠原型膠原結合部位結合部位神經軸突表面神經軸突表面受體結合部位受體結合部位硫酸肝素硫酸肝素結合部位結合部位 (二二) 層粘連蛋白層粘連蛋白(laminin) (重鏈) (輕鏈) (輕鏈) 不對稱十字形1.基底膜主要成分。2.RGD三肽序列黏 附細胞。3.調節(jié)細胞粘附、 遷移、增殖分化。 層粘連蛋白功能層粘連蛋白功能Basal laminea 膜整聯(lián)蛋白膜整聯(lián)蛋白(integri

15、n)： 跨膜糖蛋白，外連細胞外基質或細胞，胞內連細胞骨架。配體：FN 、LN、膠原等。結構： 亞基 亞基 RGD 三肽序列三肽序列細胞外基質細胞外基質膠原膠原纖連蛋白纖連蛋白層粘連蛋白層粘連蛋白 蛋白聚糖蛋白聚糖細胞外基質的功能細胞外基質的功能功能：1.細胞生長2.細胞分裂3.細胞分化4.細胞運動5.細胞遷移6.細胞識別7.細胞粘著8.細胞代謝思考題思考題1.細胞外基質化學組成主要有哪些，有哪些主要功能？2.膠原的分子組成和結構有何特點，如何合成和裝配， 有何功能？3.纖粘連蛋白分子結構如何，有哪些類型，有哪些生物 學作用？4.氨基聚糖有哪幾種類型？5.氨基聚糖和蛋白聚糖主要有哪些功能？ 推薦閱讀資料推薦閱讀資料1.劉艷平.細胞生物學.湖南:湖南科技出版社，20082.翟中和，王喜忠，丁明孝.細胞生物學.第三版.北京:高等教育出版社，20073.胡以平.醫(yī)學細胞生物學.北京:高等教育出版社，20094.王金發(fā).細胞生物學.北京:科學出版社，20035.Alberts B, et al. Molecular Biology of the Cell M.5th ed. NEW YORK&LONDON:Garland P