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1、第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用,Extracellular Matrix and the Interaction with the Cells,基础医学院细胞生物学与遗传学教研室 陈贤均,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,2,概述,1.细胞外基质与细胞的关系 （1）结构方面：细胞外基质与细胞共同构成组织 （2）功能方面：对细胞有支持、保护、营养的作用，与细胞代谢、增殖、生长、分化、识别、黏着、迁移、组织创伤修复等正常生理活动和异常病理改变有密切关系,就像墙砖与粘合剂的关系,就像水与鱼、土壤与植物的关系,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,3,2. 胞
2、外基质成分由该组织的细胞合成和分泌。 本章内容： 第一节 细胞外基质的主要成分 第二节 细胞外基质的特化结构基底膜 第三节 细胞外基质与细胞间的相互作用,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,5,一、氨基聚糖与蛋白聚糖,（一）氨基聚糖 1.结构：重复的二糖单位构成的直链多糖(详见表11-1)。 二糖单位： 己糖醛酸：葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸 氨基己糖： N-乙酰氨基葡萄糖或N-乙酰氨基半乳糖,透明质酸链的二糖单位重复序列,不同的氨基聚糖的二糖单位,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,6,2.种类：根据糖基性质、连接方式、硫酸化程度和分布部位分为六种： （1）透明质酸
3、 非硫酸化 （2）肝素 （3）硫酸乙酰肝素 （4）硫酸软骨素 （5）硫酸皮肤素 （6）硫酸角质素,硫酸化,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,7,表11-1 氨基聚糖的分子特性及组织分布,注：*L-艾杜糖醛酸是由差向异构酶催化糖链中的D-葡萄糖醛酸进行差向异构化而生成的。,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,8,（二）蛋白聚糖（proteoglycan, PG） 1.结构：由氨基聚糖(除透明质酸外)与核心蛋白(core-protein)共价结合的高分子复合物。,透明质酸（中轴）,蛋白聚糖,蛋白聚糖单体,连接蛋白,核心蛋白（单链多肽） 氨基聚糖（相同或不同）,20
4、20/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,9,2.合成与装配,（1）核心蛋白合成（结合核糖体） （2）核心蛋白 + 糖链 蛋白聚糖单体(内质网腔),2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,10,3.氨基聚糖和蛋白聚糖的理化特性,（1）在生理pH值下带有密集的负电荷； （2）电荷互斥使分子呈高度伸展状态，形成多孔亲水凝胶； （3）电负性吸引Na+，Na+结合水，产生膨胀压。 （4）分子结构具有多态性（核心蛋白的氨基酸序列可以不同，多糖链的长度和成分可以不同）,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,11,（三）氨基聚糖与蛋白聚糖的功能（自学） 1.形成凝胶样基质，使
5、组织具有弹性和抗压性 2.对物质转运有选择通透性基膜 3. 抗凝血作用肝素 4.传递信息细胞表面的蛋白聚糖 5.氨基聚糖丰富的阴离子有助于钙盐沉积和骨的钙化骨组织中的氨基聚糖 6.氨基聚糖与蛋白聚糖的含量和种类变化与年龄变化和衰老有关 7.角膜中的蛋白聚糖具有透光性,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,12,（四）氨基聚糖和蛋白聚糖与疾病（自学） 1.氨基聚糖或蛋白聚糖及其降解中间产物的堆积造成粘多糖贮积症 2.氨基聚糖的变化和蛋白聚糖的异常表达对肿瘤发生、发展及转移有重要作用。,Return to Page 5,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,13,二、胶
6、原与弹性蛋白,（一）胶原（collagen） 含量：人体含量最丰富，占蛋白总量的25 % 30%。为不溶性纤维蛋白，衰老生物学检测指标。 分布：分布于各种组织，结缔组织中特别丰富，在细胞外基质中形成网状结构。,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,14,1.胶原的分子结构 （1）每个胶原分子是由3条肽链(20多种)绕成的同源或异源三股螺旋结构； （2）富含Gly-Pro-Hypro / Hylys三肽重复顺序；因此富含Gly、 Pro和Lys；这些特征为胶原所特有。 （3）氨基酸的羟基化与糖基化使肽链彼此交联，稳定结构。,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,15,
7、胶原纤维的 扫描电镜图,胶原分子在胶原原纤维中的排列,3 - 螺旋,Return to Page16,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,16,2. 胶原的主要类型（了解） 20多种链构成已知的19种胶原。常见的是、型。 表11-2 几种胶原的分子组成、组织分布及来源,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,17,表11-2续 几种胶原的分子组成、组织分布和来源,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,18,3. 胶原的合成与装配 合成胶原的细胞类型有：成纤维细胞，成骨细胞，成软骨细胞，成肌细胞；上皮细胞，内皮细胞，脂肪细胞，雪旺氏细胞，牙本质细胞,20
8、20/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,19,（1） 胶原在细胞内的合成,mRNA 多肽链 前链 前胶原分子（细胞内） 前胶原分子（细胞外）,在rER附着核糖体中合成多肽，并进入ER腔,在ER腔中, 切去信号肽; 脯氨酸, 赖氨酸羟基化, 羟赖氨酸糖基化; 肽链两端加上前肽序列,在ER腔中, 3条链之间相互交联形成前胶原分子; 之后转运至高尔基体,分泌到细胞外基质中,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,20,（2）胶原在细胞外的装配,前胶原分子（细胞外） 胶原分子（ 1.5300 nm） 胶原原纤维（有明暗相间的横纹） 胶原纤维 （直径数m,光镜下可见）,在细胞基质中由
9、前肽酶切去前肽,自我组装：相邻分子相错1/4长度，前后分子相隔35nm距离,胶原原纤维聚集成束,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,21,胶原原纤维中胶原分子的排列方式 相邻分子相错1/4长度，前后分子相隔35nm距离,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,22,4.胶原的主要功能 （1）抗牵拉损伤作用：皮肤、肌腱中的胶原 （2）抗骨折作用：骨骼中的胶原 （3）保护细胞：腺泡、肌肉细胞周围的胶原 （4）维持组织、器官完整性：组织、器官表面和内部的胶原 （5）肌腱连接肌肉与骨骼,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,23,5.与胶原异常有关的疾病（了解
10、）,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,24,胶原是骨骼、皮肤、巩膜及牙本质等组织的主要成分，因而胶原异常这些部位的病变更明显。,Turn to Page 34,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,25,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,26,Ehlers-Danlos综合症患者关节过度伸展,返回32页,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,27,（二）弹性蛋白（elastin） 1.理化特点： （1）不溶性纤维蛋白，富含Gly与Pro；非糖基化，很少羟基化。不含胶原特有的三肽序列。 （2）肽链由疏水性短肽（赋予分子以弹性）和 -
11、螺旋短肽（负责分子间交联）两类型排列构成。 （3）肽链呈不规则螺旋、网络和卷曲结构，具有高度弹性回缩能力。 2.组织分布 主要分布在真皮、韧带、弹性动脉等位置,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,28,3.合成与装配 在内质网合成可溶性弹性蛋白原分泌到细胞外，由赖氨酸之间相互交联装配成不溶性弹性纤维网。 4.功能 是构成弹性纤维的主要成份，与胶原纤维相互交织成细胞外基质中的纤维网络，共同维持组织的弹性和韧性，防止组织撕裂和过度伸展。,Return to Page 5,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,29,三、粘着糖蛋白（p250）,已发现数十种粘着糖蛋白，研
12、究和了解得最多的是纤粘连蛋白和层粘连蛋白。分子中有与细胞和胞外基质成分结合的多个结构域。,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,30,（一）纤粘连蛋白（fibronectin, FN） 1.结构与分布 （1）亚单位特征：各种FN亚单位具有57个不同功能的结构域。不同结构域可分别与胶原、肝素、纤维蛋白、凝血因子、多胺、DNA及细胞表面受体结合。,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,31,（2）二聚体：由2个亚单位C端借二硫键结合构成V形分子，是FN的典型结构和基本结构。主要由肝实质细胞合成，可溶，分布于血浆和其他体液中，称血浆FN。,2020/8/5,细胞生物学与遗
13、传学教研室陈贤均制,32,（3） 多聚体：多个亚单位借二硫键结合成纤维状聚合体。主要由间质细胞合成，不溶，分布在细胞表面和胞外基质，称细胞FN。 2.功能 （1）将细胞固定于基质或支持表面； （2）参与细胞分化和胚胎发育器官发生期的细胞迁移； （3）血浆纤连蛋白促进凝血及创伤修复。,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,33,3.纤粘连蛋白与疾病（自学） （1）患肝脏疾病时，血浆FN蛋白量减少； （2）肾小球基膜中的FN蛋白可引发肾小球肾炎； （3）在创伤愈合过程中，愈伤组织局部的FN过度表达导致瘢痕过度形成。 （4）恶性肿瘤组织的细胞表面纤连蛋白受体异常，细胞粘着力降低，细胞容
14、易脱离组织而转移。,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,34,（二）层粘连蛋白 层粘连蛋白（laminin, LN）是基底膜主要结构组分之一。 分布于上皮细胞和内皮细胞的基膜；肌细胞、脂肪细胞、雪旺细胞周围特化的细胞外基质。 由上皮细胞、内皮细胞、肌细胞、脂肪细胞等合成和分泌。,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,35,1.分子结构 （1）糖蛋白 （2）是由、三条肽链组成的异三聚体；链间借二硫键交联，外形呈不对称十字形。 （3）分子中存在多个结构域，具有与多种物质结合的功能。,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,36,2.功能 （1）构成基膜，是
15、基膜的主要结构成份； （2）可使细胞固定在基膜上； （3）保持细胞黏附，参与细胞分化； （4）促进神经元轴突的生长。,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,37,可结合的成份： IV型胶原 肝素 硫酸乙酰肝素 神经节苷脂 膜整联蛋白 脑苷脂等,可结合的细胞： 上皮细胞 内皮细胞 某些成纤维细胞 神经元 神经鞘细胞 肿瘤细胞等,Return to Page 5,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,38,第二节 细胞外基质的特化结构基底膜,一、基底膜的分布 分布于上皮细胞、内皮细胞的基底部；肌细胞、脂肪细胞、雪旺细胞（Schwann cell, SC）周围。 基底膜的
16、分布与层粘连蛋白的分布一致。,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,39,二、基底膜的成分,1.型胶原：胶原分子以球形头部相对形成二聚体，二聚体尾部共价交联形成片层网络结构。 链中不Gly-Pro-Lys三肽重复顺序； 不形成规则的螺旋结构和胶原纤维； 分泌到细胞外基质中的胶原分子仍保留球形前肽。,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,40,2.层粘连蛋白：十字形分子相连装配成网状结构，通过内联蛋白与型胶原相连。 3.内联蛋白：连接型胶原和层粘连蛋白。 4.渗滤素：基底膜中含量最丰富的蛋白聚糖，与胶原、层粘连蛋白结合，共同构成网络结构。,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,41,三、基底膜的生物学功能,1.支撑上皮细胞，连接上皮组织与结缔组织 2.有高度物质通透选择性，是上皮组织与结缔组织之间的物质通透屏障 3.阻止细胞迁移,2020/8/5,细胞生物学与遗传学教研室陈贤均制,42,第三节 细胞
