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1、第四章 细胞外基质教学目的 1 了解质膜的分子模型，掌握质膜的结构特征2 掌握细胞连接的方式和特点3掌握细胞外基质的组成及功能教学重点 1、膜的流动性的证明2、细胞连接的种类、结构和功能3、细胞外基质的生物学功能教学难点 细胞连接的超微结构和细胞外基质的生物学功能教学方法：讲授法参考资料：1、王金发.细胞生物学M北京：科学出版社，20042、汪坤仁.细胞生物学（第二版）M北京师范大学出版社，20023、韩贻仁.分子细胞生物学（第二版）M 北京：科学出版社，2002教学过程：名词解释：细胞外基质 整连蛋白 基膜 糖胺聚糖（GAG） 蛋白聚糖胶原序列 基膜 型胶原分子 层黏连蛋白 整联蛋白 细胞基
2、质同细胞外被之间的区别：细胞外基质的主要作用：生物体的支持和连接结构，它的功能多种多样，如细胞的分化、增值、形状、迁移和功能活性。细胞外基质主要构成：凝胶基质和纤维网架构成。细胞外多糖凝胶的作用（即糖胺聚糖和蛋白聚糖）细胞外基质具有抵抗外力的作用。纤维蛋白的作用：形成纤维，起结构张力，有的起粘结作用。细胞外被，又称糖被、糖萼，普遍存在于各种生物细胞中，如植物细胞的细胞壁、细菌的荚膜、蓝藻的胶鞘和动物细胞的粘多糖，都属于细胞外被。糖被对膜蛋白有保护作用，在细胞识别中起关键作用。细胞外基质分布于细胞表面，是由细胞分泌的糖蛋白和蛋白多糖构成的网络结构。组成细胞外基质的大分子种类繁多，一般包括：胶原、
3、氨基聚糖、蛋白聚糖、纤连蛋白、层粘连蛋白及弹性蛋白。细胞外基质（extracellular matrix，ECM）：分布于动物细胞外空间，由细胞分泌的蛋白和多糖构成的网络结构，是支持细胞的框架，还能通过维持细胞外环境来影响细胞迁移、增殖、形态变化、分化、保护、组建等。（图4-33略）细胞外基质存在的部位：上皮组织、肌组织及脑与脊髓中的ECM含量较少，而结缔组织中ECM含量较高。细胞外基质的组分及组装形式由所产生的细胞决定，并与组织的特殊功能需要相适应。例如，角膜的细胞外基质为透明柔软的片层，肌腱的则坚韧如绳索。细胞外基质不仅静态的发挥支持、连接、保水、保护等物理作用，而且动态的对细胞产生全方位
4、影响。细胞外基质：包括：胶原、氨基聚糖和蛋白聚糖、层粘连蛋白和纤粘连蛋白、弹性蛋白第一节 细胞外基质的化学动物体包括的组织：4大组织。上皮组织、肌肉组织、结缔组织、神经组织细胞外基质的构成及主要作用：多糖（糖胺聚糖 蛋白聚糖）、纤维蛋白（主要作用：结构作用 胶原和弹性蛋白；黏合作用：纤连蛋白和层黏连蛋白）一、多糖的分子结构糖胺聚糖（GAG）链构成的网络，形成了水化凝胶，各种蛋白质纤维埋藏于凝胶之中；蛋白聚糖介导细胞结合到细胞外基质上，并使细胞对生长因子发生反应。（一） 糖胺聚糖的分子结构氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG）GAG是由重复二糖单位构成的无分枝长链多糖。其二糖单位
5、通常由氨基已糖（氨基葡萄糖或氨基半乳糖）和糖醛酸组成，但硫酸角质素中糖醛酸由半乳糖代替。依组成糖基、连接方式、硫酸化程度及位置的不同可分为六种，即：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角质素。氨基聚糖是带氨基的多糖，它是由重复的二糖单位构成的无分枝长链多糖。组织中氨基聚糖主要包括：透明质酸、肝素、硫酸乙酰肝素、硫酸角质素、硫酸皮肤素、4硫酸软骨素、6硫酸软骨素等。糖胺聚糖：由重复二糖单位（氨基己糖和糖醛酸）构成的长链多糖；可分为透明脂酸，硫酸软骨素，硫酸乙酰肝素，肝素，硫酸角质素等糖胺聚糖的分类 1.透明质酸 透明质酸（hyaluronic acid,HA）是一种唯一不发
6、生硫酸化的氨基聚糖，其糖链特别长。（氨基聚糖一般由不到300个单糖基组成，而HA可含10万个糖基）。在溶液中HA分子呈无规则卷曲状态。如果强行伸长，其分子长度可达20m。HA整个分子全部由葡萄糖醛酸及乙酰氨基葡萄糖二糖单位重复排列构成。由于HA分子表面有大量带负电荷的亲水性基团，可结合大量水分子，因而即使浓度很低也能形成粘稠的胶体，占据很大的空间，产生膨压。细胞表面的HA受体为CD44及其同源分子，属于hyaladherin族。所有能结合HA的分子都具相似的结构域。HA虽不与蛋白质共价结合，但可与许多种蛋白聚糖的核心蛋白质及连接蛋白质借非共价键结合而参加蛋白聚糖多聚体的构成，在软骨基质中尤其如
7、此。除HA及肝素外，其他几种氨基聚糖均不游离存在，而与核心蛋白质共价结合构成蛋白聚糖。（图略）2.硫酸软骨素和硫酸皮肤素 3.硫酸肝素和肝素 4 硫酸角质素 性质 功能 透明质酸的主要生理功能表4-2氨基聚糖的分子特性及组织分布氨基聚糖二糖单位硫酸基分布组织透明质酸葡萄糖醛酸-N乙酰葡萄糖0结缔组织、皮肤、软骨、玻璃体、滑液硫酸软骨素葡萄糖醛酸-N乙酰半乳糖0.2-2.3软骨、角膜、骨、皮肤、动脉硫酸皮肤素葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸-N-乙酰葡萄糖1.0-2.0皮肤、血管、心、心瓣膜硫酸乙酰肝素葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸-N-乙酰葡萄糖0.2-3.0肺、动脉、细胞表面肝素葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸-N-乙
8、酰葡萄糖2.0-3.0肺、肝、皮肤、肥大细胞硫酸角质素半乳糖-N乙酰葡萄糖0.9-1.8软骨、角膜、椎间盘糖胺聚糖的分子结构特征：1.糖链是由二糖单元重复连接而成，且不分支2二糖单元中，有一个糖残基必定是氨基糖，即N-乙酰葡萄糖胺 或N-乙酰半乳糖胺3.氨基糖大部分硫酸化4.二糖单元的另一个糖残基多为糖醛酸，即葡糖醛酸或艾杜糖醛酸.5.多糖链不能折曲，不形成球状结构，能充分展开构象6.糖胺聚糖具有高亲水性，故浓度低就可以形成凝胶7.糖链带有大量负电荷可吸引许多阳离子，从而对渗透压有很大的影响糖胺聚糖的功能：1.具有高膨胀压 2.可耐受很强的压力 透明质酸的功能：1.成体组织和关节肿抵抗压力 2
9、.胚胎发育中起空隙填充物的作用，使结构保持一定的形状3.为形成组织结构准备空间 4.起润滑剂的作用 5.伤口愈合蛋白聚糖(A,B)、糖胺聚糖(C)、软骨中蛋白聚糖(D)（二）蛋白聚糖 蛋白聚糖是氨基聚糖（除透明质酸外）与核心蛋白质的共价结合物。核心蛋白连接上氨基聚构成蛋白聚糖的单体，蛋白聚糖的单体通过连接蛋白与透明质酸结合可形成蛋白聚糖的多聚体。一个核心蛋白质分子上可以连接1至100个以上GAG链。与一个核心蛋白质分子相连的GAG链可以是同种或不同种的。1.分子结构 中间为透明质酸芯，通过芯上的连接蛋白，核心蛋白与透明质酸芯连接（或者蛋白聚糖通过连接蛋白与透明质酸相连）蛋白聚糖和糖蛋白的区别
10、2.合成和类别 1）核心蛋白在内质网核糖体上进行 2）多糖链在高尔基体囊腔中装配到核心蛋白上 首先加上的是一个四糖的引物：木糖半乳糖半乳糖葡糖醛酸连接到核心蛋白的丝氨酸残基上，作为多糖链生成的引子 3）在高尔基体中在专一性的糖基转移酶将糖基加上去。4）在高尔基体中糖基被修饰 发生硫酸化和差向异构化。 3。蛋白聚糖的功能 1）渗滤功能）细胞间化学信号传递）调节分泌蛋白的活性）细胞表面的辅受体许多蛋白聚糖单体常以非共价键与透明质酸形成多聚体，分子量可达108KD以上，其体积可超过细菌。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；蛋白聚糖的特性与功能显著特点是多态性：不同的
11、核心蛋白, 不同的氨基聚糖；蛋白聚糖可视为细胞外的激素富集与储存库，可与多种生长因子结合，完成信号的传导。二、纤维蛋白胶原分子：装配成的片层网架，增强了组织的抗张力，又可形成成熟基膜的主要结构。弹性蛋白：在基质中形成交联网络，增强了基质的弹性和韧性。纤连蛋白：结缔组织中，分别同基质中其它分子和细胞结合，不仅在细胞与基质结合中具有重要作用，而且对细胞的迁移有导向作用。层粘连蛋白：于基膜中起粘合作用，除起滤筛作用外，还有许多重要功能，如决定细胞的极性、影响细胞代谢、在细胞质膜附近组织蛋白质结构、诱导细胞分化、引导细胞迁移等。纤维蛋白可以看作是细胞外基质中的骨架。细胞基质中的纤维蛋白包括：胶原 弹性
12、蛋白 纤连蛋白 和层黏连蛋白（一） 胶原胶原是动物体内含量最丰富的蛋白质，约占人体蛋白质总量的30%以上。胶原遍布于体内各种器官和组织，是细胞外基质中框架结构，可由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞及某些上皮细包合成并分泌到细胞外。目前已发现20多种胶原类型，IIV型胶原研究的较多。各类胶原分子结构有所不同，但基本结构单位均是由3条肽链构成的螺旋结构，该螺旋结构单位称为原胶原。胶原的功能：是细胞外基质的骨架 使组织牢靠 抗张力collagen fiber胶原纤维： 细胞外基质的骨架成分，由胶原分子有序排列并相互交联构成的纤维，具有很高的抗张力强度。 胶原的分子结构约占人体蛋白30以上，基质中主要的
13、水不溶性纤维蛋白，主要I-IV型，胶原纤维构成肌腱、皮肤、软骨、韧带、结缔组织等结构：原胶原肽链三条盘绕成三股螺旋结构胶原纤维胶原分子胶原原纤维胶原原纤维胶原分子的结构：合成：胶原肽链在内质网合成，胶原纤维装配始于内质网，经高尔基体，在细胞外完成。功能：构成细胞外基质的骨架，与其它组分形成结构和功能的复合体，又很强的抗张力强度。细胞外基质的成分胶原的分泌和装配 影响胶原纤维装配的因素胶原纤维的装配：1.胶原在内质网核糖体上合成多肽链的前体链 -链 2.合成的-链进入内质网腔 带有信号肽和前导肽，脯氨酸和赖氨酸被羟基化形成羟脯氨酸和羟赖氨酸 3.在高尔基体内装配成三股螺旋 3.前胶原分泌到细胞外
14、 降解掉前导序列 成为胶原分子，装配成胶原原纤维，再包装成胶原纤维。1、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。2、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；原胶原肽链具有Gly-x-y重复序列，对胶原纤维的高级结构的形成是重要的； 在胶原纤维
15、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。3、胶原的合成与加工前体a肽链在粗面内质网合成，并形成前原胶原；前原胶原是原胶原的前体和分泌形式，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；原胶原进而聚合装配成胶原原纤维和胶原纤维。为何膳食中缺乏维生素C可导致坏血病？前链在粗面内质网上合成，并在形成三股螺旋之前于脯氨酸及赖氨酸残基上进行羟基化修饰，脯氨酸残基的羟化反应是在与膜结合的脯氨酰-4羟化酶及脯氨酰-3羟化酶的催化下进行的。维生素C是这两种酶所必需的辅助因子。维生素C缺乏导致胶原的羟化反应不能充分进行，不能形成正常的胶原原纤维，结果非羟化的前链在细胞内被降解。因而，膳食中缺乏维生素C可导致血管、肌腱、皮肤变脆，易出血，称为坏血病。4、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,构成细胞外基质的
