细胞外基质及其与细胞的相互作用

《细胞外基质及其与细胞的相互作用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《细胞外基质及其与细胞的相互作用（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用,2,教学目的与要求,1.掌握细胞外基质与细胞之间的关系，理解细胞外基质对多细胞生物组织构建的意义 2.掌握细胞外基质成分中氨基聚糖与蛋白聚糖，胶原蛋白与弹性蛋白，纤粘连蛋白与层粘连蛋白等生物大分子的结构、性质和功能 3.熟悉基底膜的组成成分和生物学功能 4.了解细胞外基质与一些相关疾病的关系,3,概述,1.细胞外基质与细胞的关系 （1）细胞外基质与细胞共同构成组织 （2）对细胞有支持、保护、营养的作用 （3）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 （4）基底膜是特化的细胞外基质,就像水对鱼、土

2、壤对植物的作用。,4,分布于细胞外空间，细胞分泌的由蛋白质和多糖构成的高度水合性纤维网络凝胶结构。,细胞外基质定义 ：,5,含量种类差别大、决定组织物理性状适合其功能,上皮组织肌组织脑脊髓,含量少：,含量多： 结缔组织,平滑肌,6,2.细胞外基质中的大分子 （1）凝胶样基质成分：氨基聚糖与蛋白聚糖 （2）纤维状网架成分：胶原蛋白与弹性蛋白 （3）粘着成分：纤粘连蛋白与层粘连蛋白 3.胞外基质成分由该组织的细胞合成和分泌。,7,第一节 细胞外基质的主要成分,一、氨基聚糖与蛋白聚糖（凝胶样基质成分） 二、胶原蛋白与弹性蛋白（纤维状网架成分） 三、纤粘连蛋白与层粘连蛋白（粘着成分）,8,一、氨基聚糖

3、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,不同的二糖单位和透明质酸链的二糖单位重复序列,9,2.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（hyaluronic acid, HA） （2）肝素（heparin） （3）硫酸乙酰肝素 （heparan sulfate, HS） （4）硫酸软骨素（chondroitin sulfate, CS） （5）硫酸皮肤素（dermatan sulfate, DS） （6）硫酸角质素

4、（keratan sulfate, KS） 除透明质酸外，其它氨基聚糖都被硫酸化。,10,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。,11,（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）,蛋白聚糖多聚体,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）,2.合成 （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),12,3.氨基聚糖和蛋白聚

5、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）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。,13,（三）氨基聚糖与蛋白聚糖的功能 1.形成凝胶样基质，使组织具有弹性和抗压性； 2.对物质转运有选择通透性（基膜尤为典型）； 3.肝素具有抗凝血作用； 4.细胞表面的蛋白聚糖具有传递信息的作用； 5.骨组织中的氨基聚糖有助于钙盐沉积和骨的钙化 6.氨基聚糖和蛋白聚糖与组织老化有关。（玻尿酸）,14,（四）氨基聚糖和蛋白聚糖与疾病 1.氨基聚糖或蛋白聚糖及

6、其降解中间产物的堆积造成黏粘多糖贮积症 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。,15,二、胶原与弹性蛋白,（一）胶原（collagen） 含量：人体含量最丰富的蛋白质，占人体蛋白总量的2530%。为不溶性纤维蛋白，在人体衰老过程中，组织中胶原蛋白的含量逐渐降低。 分布：分布于各种组织，尤其在结缔组织中特别丰富，是细胞外基质的网状结构。 来源：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。,16,胶原在不同组织中的含量,17,18,1.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-H

7、ypro / Hylys三肽重复顺序； （3）氨基酸的羟基化与糖基化使肽链彼此交联，稳定结构。,19,2. 胶原的主要类型 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,20,表8-3续 几种胶原的分子组成、组织分布和来源,21,3. 胶原的合成、装配与降解 合成胶原的细胞类型： 成纤维细胞，成骨细胞，成软骨细胞，成肌细胞； 各类上皮细胞，内皮细胞，脂肪细胞，雪旺氏细胞，牙本质细胞,22,（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

8、肽; 脯氨酸羟基化,赖氨酸羟基化和糖基化; 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,分泌到细胞外基质中,23,（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,24,Assembly of collagen fibers begins in the ER and is completed outside the cell,Abnormalities in coll

9、agens can cause serious disorders.,25,（3） 胶原的降解 胶原由胶原酶降解，更新十分缓慢。 胶原酶活性的影响因素： 活化因素：创伤、癌变、蛋白酶、纤溶酶等 抑制因素：结缔组织合成的胶原酶抑制剂、雌二醇、孕酮,26,4.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 总体上，胶原与细胞表面整联蛋白结合将细胞与细胞外基质连在一起，在组织构建中起重要作用。,27,附：IV型胶原的结构特点,1.链中不含规则的Gly-X-

10、Y三肽重复顺序，不形成规则的螺旋结构； 2.分泌到细胞外基质中的胶原分子仍保留球形前肽，不形成胶原纤维。,28,5.与胶原异常有关的疾病（了解）,29,胶原是骨骼、皮肤、巩膜及牙本质等组织的主要成分，因而这些部位的病变更明显。,30,（二）弹性蛋白 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。 1.理化特点： （1）高度疏水的纤维蛋白，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）肽链由两种类型短肽（各由一外显子编码）交替排列构成： 疏水性短肽：赋予分子以弹性。 -螺旋短肽：富含丙氨酸和赖氨酸，负责分子间交联。,31,（3）肽链呈不规则螺旋、

11、网络和卷曲结构，具有高度弹性回缩能力；,32,2.分布 主要分布在真皮、韧带、弹性动脉等位置。 3.功能 是构成弹性纤维的主要成份，与胶原纤维相互交织，维持组织的弹性和韧性，防止组织撕裂和过度伸展。 4.合成、装配与降解 在内质网合成后以可溶性弹性蛋白原的形式分泌到细胞外，由赖氨酸之间相互交联转配成弹性纤维网。降解有弹性蛋白酶催化。,33,三、粘着糖蛋白,粘着糖蛋白是胞外基质中一类多功能大分子，有多个结构域，各个结构域可与不同的细胞和胞外基质成分结合；从而使细胞与细胞外基质相互黏着。 已发现数十种粘着糖蛋白，研究和了解得最多的是纤粘连蛋白和层粘连蛋白。,34,（一）纤粘连蛋白（fibronec

12、tin, FN） 1.结构与分布 （1）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蛋白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。 （2） 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。,35,（3）亚单位特征：各种FN亚单位具有57个不同功能的球形结构域。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。,36,Arg-Gly-Asp (精aa-甘aa-天冬aa),37,2.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

13、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。,38,3.纤粘连蛋白与疾病 （1）患肝脏疾病时，血浆FN蛋白量减少； （2）肾小球基膜中的FN蛋白与肾小球肾炎发生有关； （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，细胞容易脱离组织而转移。,39,（二）层粘连蛋白 层粘连蛋白（laminin, LN）是胚胎发育过程中出现最早的细胞外基质成分，同时也是基底膜主要结构组分之一。 分布于上皮细胞、内皮细胞的基膜；肌细胞、脂肪细胞、雪旺细胞（Schwann cell, SC）周围特化的细胞外基质。

14、来源由上皮细胞、内皮细胞、肌细胞、脂肪细胞等合成和分泌。,40,1.分子结构 （1）糖蛋白，分子量820850kD, 含糖13%28%； （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。,链,链,链,短臂球区,细胞表面受体结合部位,型胶原结合部位,神经轴突表面受体结合部位,硫酸肝素结合部位,41,2.功能 （1）构成基膜，是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。 3.层粘连蛋白与疾病 1. 异常合成或降解可致多种疾病； 2.一些疾病与层

15、粘连蛋白的自身免疫反应有关； 3. 有促进肿瘤细胞生长和转移的作用。,42,第二节 细胞外基质的特化结构基底膜,基底膜（basal lamina）是细胞外基质的特化结构，存在于多种组织。 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。 基底膜的分布与层粘连蛋白的分布一致。,43,二、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。 2.层粘连蛋白：十字形结构的长短臂臂端相连装配成网状结构，通过内联蛋白与型胶原网络相连。,44,3.内联蛋白：连接型胶原网络和层粘连蛋白网络。

16、4.渗滤素：基底膜中含量最丰富的蛋白聚糖，可与胶原、层粘连蛋白结合，共同构成网络结构。,45,46,三、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。,47,第三节 细胞外基质与细胞间的相互作用,细胞与细胞外基质共同构成组织，二者相互依存 细胞外基质由相应的组织细胞合成分泌，基质成分受细胞基因选择性表达控制；细胞通过合成酶控制或影响细胞外基质成分的降解 细胞外基质对细胞有支持、保护、营养的作用；还与细胞增殖、分化、代谢、黏着、迁移等活动密切相关,48,膜整联蛋白与细胞外基质成分的关系示意图,胶原纤维,膜整联蛋白,纤粘连蛋白,层粘连蛋白,蛋白聚糖,质膜脂双层,是细胞外基质中蛋白聚糖、胶原、纤粘连蛋白、层粘连蛋白等成分的受体，与细胞外基质的关系是受体与配体的关系；,49,细胞外基质,氨基聚糖与蛋白聚糖胶原与弹性蛋白粘着糖蛋白,