第十一章细胞外基质及其与细胞的相互作用.ppt

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1、医学细胞生物学 Medical Cell Biologycell cell BiologyBiology第十一章 细胞外基质及其与 细胞的相互作用cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology第一节 细胞外基质的主要组成成分细胞外基质（extracellular matrix，ECM）：是由细胞分泌到细胞外空间，由分泌蛋白和 多糖构成的精密有序的网络结构。cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology

2、 一、氨基聚糖与蛋白聚糖氨基聚糖是由重复的二糖单位构成的直链多糖， 也称黏多糖。二糖单位氨基己糖：N-乙酰氨基葡萄糖N-乙酰氨基半乳糖糖醛酸：葡萄糖醛酸、艾杜糖醛酸cell cell BiologyBiology硫酸皮肤素的二糖重复序列：艾杜糖醛酸N-乙酰氨基半乳糖cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology透明质酸是氨基聚糖中结构最简单的一种。 其二糖单位为N-乙酰氨基葡萄糖和葡萄糖醛酸。 糖链由500010000个二糖单位重复排列构成，不 发生硫酸化。葡萄糖醛酸N-乙酰氨基葡萄糖cell cell BiologyBiology 蛋白聚糖蛋

3、白聚糖是由氨基聚糖（除透明质酸外）与核心 蛋白共价结合形成的高分子量化合物，是一种含糖量 极高的糖蛋白。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。cell cell BiologyBiology蛋白聚糖单体和多聚体核心蛋白连接蛋白硫酸软骨素硫酸角质素透明质酸蛋白聚糖聚合体cell cell BiologyBiology软骨中的蛋白 聚糖复合体是已知 的最巨大分子之一。 它的氨基聚糖为硫 酸软骨素和硫酸角 质素。cell cell BiologyBiology 蛋白聚糖的合成和装配蛋白聚糖的核心蛋白肽链在粗面内质网核糖 体上合成，随后进入内质网腔装配上直链多糖。

4、 在装配时，一个转移的连接四糖首先结合到核心 蛋白的丝氨酸残基上，在丝氨酸所处的肽链部位 具有专一的构象，可被识别。然后在糖基转移酶 的作用下，一个个糖基一次加接上去，形成了氨 基聚糖糖链。cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology 氨基聚糖与蛋白聚糖的功能1、使组织具有弹性和抗压性 2、对物质转运有选择渗透性 3、角膜中蛋白聚糖具有透光性 4、氨基聚糖有抗凝血作用 5、细胞表面的蛋白聚糖有传递信息作用 6、氨基聚糖和蛋白聚糖与组织老化有关cell cell BiologyBiology二、胶原与弹性蛋白胶原是动物体内 高度特化的纤维蛋白

5、家族，是人体内含量 最丰富的蛋白质。胶 原可由成纤维细胞、 软骨细胞、成骨细胞 以及某些上皮细胞合 成并分泌到细胞外。cell cell BiologyBiology 胶原的分子结构胶原分子为三股螺旋结构，由3条多肽链盘 绕而成。肽链中的氨基酸组成规律的三肽重复顺序 (Gly-X-Y)，其中X为Pro，Y为Hypro或Hylys。肽链 卷曲成规律的-螺旋结构，而肽链的羟基和糖基化 使肽链互相交联，形成稳定的3-螺旋结构。cell cell BiologyBiology胶原的分子结构cell cell BiologyBiology电镜下的胶原cell cell BiologyBiology胶原的

6、类型链是胶原的基本亚单位，目前已发现25种不同 的链，分别由不同基因编码。每型胶原由3条相同 或不同的链构成。型胶原：1()22()1型胶原：1()3型胶原：1()3cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology 胶原的合成装配与降解cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology型胶原的装配过程与上述过程不同，其 链中不含有三肽重复序列，因此不形成-螺旋结 构；分泌到细胞基质的前胶原分子的前肽不被切 除；在装配成高级结构时，两个前胶原分子的羧 基端

7、头对头相接形成二聚体，几个二聚体再相互 交联成网络，构成基底膜的骨架结构。cell cell BiologyBiology成纤维细胞周围的胶原纤维 cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology胶原的功能1、胶原在不同组织中行使不同的功能2、胶原与细胞的增殖和分化有关3、哺乳动物在发育的不同阶段表达不同类型的胶原cell cell BiologyBiology胶原与疾病由于胶原的含量、结构、类型或代谢异常而导 致的疾病称为胶原病。1、维生素C缺乏导致坏血病2、遗传性胶原病cell cell BiologyBiology如果编码胶原的基 因发生突

8、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。这是1890年拍摄的 “弹性皮肤人“的照片， 是由于胶原装配不正确 引起的遗传综合症。在 某些个体中，由于胶原 酶缺陷而引起，因为胶 原酶缺陷，不能将前胶 原转变成胶原。cell cell BiologyBiology弹性蛋白弹性蛋白是高度疏水的非糖基化纤维蛋白，其肽 链富含甘氨酸和脯氨酸，但很少羟基化，不含羟赖氨 酸，无糖基化修饰。肽链中不含胶原特有的三肽重复 序列，故不能形成规则的三股螺旋，而呈无规则的螺 旋。cell cell BiologyBiology马方综合征cell c

9、ell BiologyBiology三、细胞外基质中的非胶原性黏合蛋白黏合蛋白由多个区域组成，每个区域都含有可 同其他基质大分子或细胞表面受体专一结合的位点。 因此，这类蛋白质分子的共同特点是既可与细胞结 合，又可以与细胞外基质中的其他大分子结合。纤连蛋白和层粘连蛋白是当前研究的最清楚的 两种非胶原性黏合蛋白。cell cell BiologyBiology纤连蛋白纤连蛋白是细胞外基质中发现最早的黏合蛋白。纤连蛋白血浆纤连蛋白：可溶性的纤连蛋白，主要存在于血浆及各种体液中，由肝实质细胞分泌产生；细胞纤连蛋白：不溶性的纤连蛋白，主要存在于细胞外基质及细胞表面，主要由间质细胞分泌产生。cell c

10、ell BiologyBiology纤连蛋白的分子结构血浆纤连蛋白是由两条相似的肽链形成二聚体， 两条肽链在C末端形成二硫键交联，呈V字结构；细胞 纤连蛋白为由二聚体交联后形成的多聚体。每条肽链 上有57个特 定功能的球形 结构域。cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology RGD序列：是指纤连蛋白和其他某些细胞外基质中所含的可被细胞表面某些整联蛋白所识别的Arg-Gly-Asp三肽序列。纤连蛋白的膜受体 是膜整联蛋白蛋白家族 成员之一，在其细胞外 功能区有与RDG序列高 亲和性结合的部位。cell cell BiologyBiology纤

11、连蛋白的功能1、介导细胞与细胞外基质间的黏着：黏着斑2、纤连蛋白与细胞迁移3、纤连蛋白在组织创伤修复中的作用cell cell BiologyBiology层粘连蛋白层粘连蛋白是胚胎发育过程中出现最早的细 胞外基质成分。在成体，它主要存在于上皮下和内皮下紧靠 细胞基底部，还存在于肌细胞和脂肪细胞周围。cell cell BiologyBiology层粘连蛋白的分子结构层粘连蛋白是由、 、三条不同的多肽链 组成的异三聚体。三聚体 由一条重链和两条轻链借 二硫键交联而成，外形呈 不对称十字形结构，有三 条短臂和一条长臂。在层粘连蛋白分子上有多个与细胞结合的位点， 可以分别与上皮细胞、内皮细胞、某些

12、成纤维细胞、 神经元、神经鞘细胞以及肿瘤细胞等结合。cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology层粘连蛋白的功能1、层粘连蛋白是基底膜的主要组分；2、介导细胞与基底膜的黏附RGD序列；3、在早期胚胎中对于保持细胞间的黏附、细胞的极性及细胞的分化具有重要作用；4、有助于神经元在体外的存活。cell cell BiologyBiology 第二节 细胞外基质的特化结构基底膜cell cell BiologyBiology 一、基底膜的分布基底膜是细胞外基质特化而成的一种柔软、坚 韧的网膜结构，一般厚40120nm。基底膜位于上皮 细胞和内皮细胞的

13、基底部，或包绕在肌细胞、脂肪 细胞、雪旺氏细胞周围，将细胞与结缔组织隔离。cell cell BiologyBiology 二、基底膜的组成成分型胶原 层粘连蛋白 内联蛋白 渗滤素cell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiologycell cell BiologyBiology 三、基底膜的生物学功能1、基底膜是一层结构膜；2、基底膜在上皮细胞与结缔组织之间起连接作用；3、基底膜构成细胞的选择性通过屏障；4、基底膜与细胞的许多生命活动现象关系密切。cell cell BiologyBiologycel

14、l cell BiologyBiology 第三节 细胞外基质与细胞间的相互作用机体的组织是由细胞与细胞外基质共同构成的， 两者之间有着十分密切的关系。一方面细胞通过控制 基质成分的合成和降解决定细胞外基质的组成，另一 方面细胞外基质对细胞的各种生命活动有着重要的影 响。两者相互依存，相互影响，共同决定着组织的结 构与功能。cell cell BiologyBiology一、细胞外基质对细胞生物学行为的影响1、细胞外基质影响细胞的形态结构不同细胞具有不同的ECM，介导的细胞骨架组装的状况不同，表现出不同的形状。2、细胞外基质影响细胞的生存与死亡如上皮细胞和内皮细胞脱离ECM则发生凋亡，称失巢凋

15、亡。cell cell BiologyBiology3、细胞外基质影响细胞的增殖和分化定着依赖性生长(anchorage dependent growth)，如内皮细胞在胶原基质上培养时进行增殖；而在层粘连蛋白上则停止增殖，进行分化，形成毛细血管样结构。4、细胞外基质影响细胞的迁移细胞的迁移依赖于细胞的粘附与细胞骨架的组装。cell cell BiologyBiology 二、细胞对细胞外基质的影响1、细胞外基质由其所在的组织细胞分泌同一个体不同组织，在不同的发育阶段，所产 生的细胞外基质有所不同。如胚胎结缔组织的细胞 外基质主要产生型胶原、透明质酸和弹性蛋白； 而成年结缔组织中成纤维细胞产生

16、的细胞外基质以 型胶原、纤连蛋白等为主要成分。cell cell BiologyBiology2、细胞外基质成分的降解是在细胞的控制下进行的细胞外基质成分的降解是由细胞分泌的蛋白水解 酶催化的。细胞外基质成分在细胞分泌的基质金属蛋 白酶和丝氨酸蛋白酶家族联合作用下被降解；细胞还 可分泌基质金属蛋白酶和丝氨酸蛋白酶的抑制剂控制 蛋白酶的作用程度和范围。本章知识重点：1、细胞外基质的主要组成成分 2、氨基聚糖和蛋白聚糖的分子结构和功能 3、胶原的分子结构、类型、合成装配及其功能 4、纤连蛋白的存在形式及其特点 5、纤连蛋白的分子结构及其功能 6、什么是RGD序列 7、层粘连蛋白的结构 8、基底膜的组成cell cell BiologyBiology