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1、细胞细胞基本结构基本结构6细胞外细胞外基质基质细胞外基质细胞外基质（extracellular matrix，ECM）是分）是分布于细胞外空间的蛋白布于细胞外空间的蛋白和多糖纤维网络凝胶状和多糖纤维网络凝胶状结构体系，支持连接保结构体系，支持连接保护组织结构，调节细胞护组织结构，调节细胞生长状态。生长状态。成纤维细胞成纤维细胞/成骨细胞成骨细胞合成后通过胞吐作用释合成后通过胞吐作用释放。放。氨基聚糖氨基聚糖glycosaminoglycan、 蛋白聚糖蛋白聚糖proteoglycan-凝胶凝胶 (填充填充)胶原胶原collagen 、弹性蛋白弹性蛋白elastin-纤维网架纤维网架非胶原糖蛋白
2、（纤连蛋白非胶原糖蛋白（纤连蛋白fibronectin 、层层粘连蛋白粘连蛋白laminin）-粘着成分粘着成分整联蛋白整联蛋白Integrin整联蛋白是细胞外整联蛋白是细胞外基质的受体蛋白。基质的受体蛋白。细胞外的头部可同细胞外的头部可同细胞外基质蛋白结细胞外基质蛋白结合（需要二价阳离合（需要二价阳离子），细胞内的尾子），细胞内的尾部则与骨架蛋白相部则与骨架蛋白相连。连。整联蛋白整联蛋白Integrin作为跨膜接头在细胞外基作为跨膜接头在细胞外基质和细胞内肌动蛋白骨架质和细胞内肌动蛋白骨架之间起双向联络作用之间起双向联络作用 。将细胞外基质同细胞内的将细胞外基质同细胞内的骨架网络连成一个整体
3、，骨架网络连成一个整体， 同时还具有将细胞外信号同时还具有将细胞外信号向细胞内传递的作用。向细胞内传递的作用。多细胞生物多细胞生物 ：细胞：细胞cell 组织组织tissue器官器官organ系统系统system 组织：众多的细胞由细胞外基质组合在一起构成的细胞群组织：众多的细胞由细胞外基质组合在一起构成的细胞群体。（上皮组织，结缔组织，肌肉组织，神经组织）体。（上皮组织，结缔组织，肌肉组织，神经组织） ECM在不同组织中含量、组分差异较大在不同组织中含量、组分差异较大上皮组织、肌组织、脑、脊髓等处含量少上皮组织、肌组织、脑、脊髓等处含量少结缔组织中含量多 平滑肌蛋白聚糖蛋白聚糖Proteog
4、lycans（PG）由氨基聚糖由氨基聚糖（ Glycosaminoglycan，GAG）与核心与核心蛋白结合形成（不含透明质酸）蛋白结合形成（不含透明质酸） 氨基聚糖是由二糖（氨基己糖和糖醛酸氨基聚糖是由二糖（氨基己糖和糖醛酸 ）重复排列聚合）重复排列聚合构成的直链糖。构成的直链糖。 A-B-A-B-A-B-A-B氨基聚糖氨基聚糖种类包括：透明质酸种类包括：透明质酸, 硫酸硫酸软骨素软骨素, 硫酸角质素（硫酸角质素（糖醛糖醛酸被半乳糖代替酸被半乳糖代替）, 硫酸皮肤硫酸皮肤素素, 硫酸乙酰肝素硫酸乙酰肝素, 肝素。肝素。除除HA外均被硫酸化。外均被硫酸化。 氨基聚糖氨基聚糖含大量含大量COO和
5、亲水基团，高亲水性，倾向形成和亲水基团，高亲水性，倾向形成扩展性结构，可形成大体积凝胶状结构。扩展性结构，可形成大体积凝胶状结构。透明质酸透明质酸（hyaluronic acid, HA）不含硫酸基团，溶液中呈非规则卷曲形不含硫酸基团，溶液中呈非规则卷曲形态，含大量带负电荷态，含大量带负电荷/亲水基团，可携亲水基团，可携带大量水分子及阳离子。带大量水分子及阳离子。提供水化环境，润滑，抗压，填充，有提供水化环境，润滑，抗压，填充，有助细胞增殖迁移，与细胞分化相关。助细胞增殖迁移，与细胞分化相关。蛋白聚糖装配蛋白聚糖装配氨基聚糖与核心蛋白共价氨基聚糖与核心蛋白共价结合形成蛋白聚糖单体。结合形成蛋白
6、聚糖单体。核心蛋白在内质网中合成，核心蛋白在内质网中合成，富含富含Ser。在在GC中氨基聚糖与核心蛋中氨基聚糖与核心蛋白（白（Ser-Gly-X-Gly）共价结合形成蛋白聚糖单共价结合形成蛋白聚糖单体。体。蛋白聚糖装配蛋白聚糖装配在在ser残基上添加四糖连桥，再装配糖基并进行残基上添加四糖连桥，再装配糖基并进行硫酸化与差向异构化修饰，形成核心蛋白硫酸化与差向异构化修饰，形成核心蛋白-(Xyl-Gal-Gal-GlcUA)-氨基聚糖的结构。氨基聚糖的结构。蛋白聚糖装配蛋白聚糖装配一条核心蛋白可结合上百条相同或不同的氨基聚一条核心蛋白可结合上百条相同或不同的氨基聚糖，形成蛋白聚糖单体。糖，形成蛋白
7、聚糖单体。蛋白聚糖装配蛋白聚糖装配蛋白聚糖单体结合连接蛋白聚糖单体结合连接蛋白，通过非共价键结蛋白，通过非共价键结合透明质酸，形成多聚合透明质酸，形成多聚体。体。The GAGs extend perpendicularly from the core in a brush-like structure. 蛋白聚糖蛋白聚糖构成水合凝胶样基质，储存水和离子。构成水合凝胶样基质，储存水和离子。起到填充作用，使细胞表面具有较大的可塑性和抗挤压能起到填充作用，使细胞表面具有较大的可塑性和抗挤压能力，对细胞有保护作用。力，对细胞有保护作用。参与基膜构建，参与基膜构建，对物质转运有选择渗透性对物质转运有选
8、择渗透性。结合生长因子，参与信号传递调节过程。结合生长因子，参与信号传递调节过程。胶原胶原collagen Collagen are the most abundant proteins found in the animals. It is the major protein comprising the ECM.高度特化、不溶解、纤维蛋白家族，高度特化、不溶解、纤维蛋白家族， 分布于各种分布于各种组织细胞间。组织细胞间。胶原的分类胶原的分类根据结构和功能分为根据结构和功能分为7类类纤维性胶原（纤维性胶原（fibrilformingcollagen）-最多最经典，如最多最经典，如、 、 网状
9、胶原（网状胶原（networkformingcollagen）-如如、 、锚丝状胶原（锚丝状胶原（collagenofanchoringfilament） -如如三螺旋区不连续的纤维相关性胶原（三螺旋区不连续的纤维相关性胶原（fibrilassociatedcollagenswithinterruptedtriplehelices） -如如、及及微丝状胶原（微丝状胶原（microfilamentformingcollagen）-如如跨膜性胶原（跨膜性胶原（transmembranecollagen） -如如尚未分类的胶原尚未分类的胶原-如如，和和胶原的分类胶原的分类I型：皮肤、肌腱、韧带、骨型
10、：皮肤、肌腱、韧带、骨II型：软骨型：软骨III型：血管壁、疏松结缔组型：血管壁、疏松结缔组织织IV型：基膜型：基膜胶原的结构胶原的结构三条肽链（三条肽链（链）链） 三股超螺旋结构（原胶三股超螺旋结构（原胶原原tropocollagen ）胶原原纤维胶原原纤维（collagen fibril）胶原的结构胶原的结构链由重复的链由重复的Gly-X-Y序序列构成。列构成。 X=Pro、Y=Hypro或或(Hylys)重复的重复的Gly-X-Y序列使序列使多肽链卷曲为左手螺旋，多肽链卷曲为左手螺旋，每圈含每圈含3个氨基酸残基。个氨基酸残基。三股三股螺旋相互盘绕成右螺旋相互盘绕成右手超螺旋，即原胶原。手
11、超螺旋，即原胶原。原胶原分子间通过侧向共价交联，相互呈原胶原分子间通过侧向共价交联，相互呈阶梯式有序排列聚合成直径不同、长度不阶梯式有序排列聚合成直径不同、长度不等的原纤维。等的原纤维。胶原的合成胶原的合成链在链在RER翻译合成，被分泌囊泡运到细胞翻译合成，被分泌囊泡运到细胞外。外。胶原的结构胶原的结构在在RER翻译合成时翻译合成时链链N端、端、C端各具有一段不含端各具有一段不含Gly-X-Y序列的前肽，称为前序列的前肽，称为前链。链。胶原的结构胶原的结构C端前肽借二硫键形成链间交联，使三条前端前肽借二硫键形成链间交联，使三条前链链“对齐对齐”排列。排列。从从C端向端向N端自发聚合，形成三股螺
12、旋结构。前肽端自发聚合，形成三股螺旋结构。前肽部分呈非螺旋卷曲。带有前肽的三股螺旋胶原分部分呈非螺旋卷曲。带有前肽的三股螺旋胶原分子称为前胶原（子称为前胶原（procollagen），被分泌囊泡运），被分泌囊泡运到细胞外。到细胞外。胶原的结构胶原的结构前肽的存在，保证了前胶原在运出细胞前不会先前肽的存在，保证了前胶原在运出细胞前不会先行组装成原纤维。行组装成原纤维。细胞外的特异性前胶原肽酶水解前肽结构，形成细胞外的特异性前胶原肽酶水解前肽结构，形成原胶原。原胶原两端保留有非螺旋的端肽区原胶原。原胶原两端保留有非螺旋的端肽区（telopeptide region）。）。胶原的结构胶原的结构原胶原
13、分子间通过侧向相邻的赖氨酸或羟赖氨酸原胶原分子间通过侧向相邻的赖氨酸或羟赖氨酸残基共价交联形成链间氢键。残基共价交联形成链间氢键。胶原的结构胶原的结构胶原蛋白在内质网和高尔基体中进行了羟基化和胶原蛋白在内质网和高尔基体中进行了羟基化和糖基化修饰，到细胞外在酶作用下端肽区侧向相糖基化修饰，到细胞外在酶作用下端肽区侧向相邻的赖氨酸或羟赖氨酸残基交联形成链间氢键，邻的赖氨酸或羟赖氨酸残基交联形成链间氢键，有助于三股超螺旋结构的稳固。有助于三股超螺旋结构的稳固。胶原的结构胶原的结构胶原原纤维集合成束，形成胶原纤维。胶原原纤维集合成束，形成胶原纤维。胶原的结构胶原的结构胶原变性后不能自然复性重新形成三股
14、螺旋结构，胶原变性后不能自然复性重新形成三股螺旋结构，原因就在于成熟胶原分子的肽链不含前肽，故而原因就在于成熟胶原分子的肽链不含前肽，故而不能再进行不能再进行“对齐对齐”排列。排列。胶原的发生与疾病胶原的发生与疾病原胶原共价交联后成为不溶性胶原，具有很好的原胶原共价交联后成为不溶性胶原，具有很好的抗张强度和刚性。抗张强度和刚性。胶原组装或交联障碍可引起骨胶原组装或交联障碍可引起骨骼骼/皮肤等组织的病变。皮肤等组织的病变。遗传性胶原病：胶原的表达或装配异常，遗传性胶原病：胶原的表达或装配异常，病理性纤维化：胶原表达过度，分配比例失调，如肝硬化病理性纤维化：胶原表达过度，分配比例失调，如肝硬化（/
15、 从从1：13：1 ）免疫性胶原病：类风湿性关节炎、肾炎免疫性胶原病：类风湿性关节炎、肾炎胶原纤维形成异常：坏血病胶原纤维形成异常：坏血病坏血病有哪些表现？为什么？坏血病有哪些表现？为什么？成骨不全症成骨不全症成骨不全症成骨不全症：由：由胶原编码基因异胶原编码基因异胶原编码基因异胶原编码基因异常引起的遗传性疾病，表现为骨常引起的遗传性疾病，表现为骨常引起的遗传性疾病，表现为骨常引起的遗传性疾病，表现为骨质疏松，易骨折，骨骼畸形等。质疏松，易骨折，骨骼畸形等。质疏松，易骨折，骨骼畸形等。质疏松，易骨折，骨骼畸形等。弹性蛋白弹性蛋白elastin弹性蛋白弹性蛋白-富含甘氨酸和脯氨酸，没有糖基化修富
16、含甘氨酸和脯氨酸，没有糖基化修饰。有两种类型。饰。有两种类型。疏水短肽，具有弹性。疏水短肽，具有弹性。另一类富含丙氨酸和赖氨酸的短肽能在相邻分子另一类富含丙氨酸和赖氨酸的短肽能在相邻分子间形成交联。间形成交联。弹性蛋白弹性蛋白elastin弹性蛋白由二种类型短肽段交替排列构成。一种是疏水短肽弹性蛋白由二种类型短肽段交替排列构成。一种是疏水短肽富含甘氨酸和脯氨酸，赋予分子以弹性；另一种短肽为富丙富含甘氨酸和脯氨酸，赋予分子以弹性；另一种短肽为富丙氨酸及赖氨酸残基的氨酸及赖氨酸残基的-螺旋，负责在相邻分子间形成交联。螺旋，负责在相邻分子间形成交联。弹性蛋白没有羟赖氨酸，没有弹性蛋白没有羟赖氨酸，没
17、有Gly-X-Y序列。序列。弹性蛋白在细胞内合成，以前弹性蛋白在细胞内合成，以前体形式（原弹性蛋白体形式（原弹性蛋白tropoelastin）分泌到胞外，在）分泌到胞外，在酶作用下酶作用下lys发生醛化，形成发生醛化，形成锁链素，引起蛋白交联。锁链素，引起蛋白交联。可形成无规则卷曲，也能通过可形成无规则卷曲，也能通过赖氨酸残基共价交联，形成疏赖氨酸残基共价交联，形成疏松而有弹性的交联网络。松而有弹性的交联网络。弹性蛋白弹性蛋白微原纤维壳（糖蛋白）微原纤维壳（糖蛋白）弹性纤维弹性纤维马方综合征马方综合征 细胞外基质中的一类多功能大分子。细胞外基质中的一类多功能大分子。共同特点：既可以与细胞结合又
18、可以与细胞外基共同特点：既可以与细胞结合又可以与细胞外基质中其他大分子结合，使细胞与细胞外基质粘着，质中其他大分子结合，使细胞与细胞外基质粘着，是细胞外基质的组织者。是细胞外基质的组织者。特殊蛋白纤粘连蛋白特殊蛋白纤粘连蛋白/层粘连蛋白层粘连蛋白纤粘连蛋白纤粘连蛋白 fibronectin, FN纤粘连蛋白是一种高分子的非胶原糖蛋白。分为纤粘连蛋白是一种高分子的非胶原糖蛋白。分为可溶型可溶型FN和不可溶型和不可溶型FN。 各种各种FN均由相似的亚单位组成。血浆均由相似的亚单位组成。血浆FN是由两是由两条肽链在条肽链在羧基末端羧基末端借二硫键联成二聚体。借二硫键联成二聚体。纤粘连蛋白纤粘连蛋白f
19、ibronectin细胞细胞FN为多聚体，在细胞表面相应受体的指导为多聚体，在细胞表面相应受体的指导下进行二硫键联合，组装成纤维。下进行二硫键联合，组装成纤维。纤粘连蛋白纤粘连蛋白fibronectinFibronectins contain several domains each with a high affinity for a different substrate such as heparan sulfate, collagen , fibrin and cell-surface receptors. 纤粘连蛋白纤粘连蛋白fibronectin可介导细胞与可介导细胞与ECM相互黏
20、附，帮助细胞进行迁移，影响相互黏附，帮助细胞进行迁移，影响细胞的增殖、分化。细胞的增殖、分化。层粘连蛋白层粘连蛋白 laminin，LN层粘连蛋白也是一种大型的糖蛋白，含糖量很高，是糖链层粘连蛋白也是一种大型的糖蛋白，含糖量很高，是糖链结构最复杂的糖蛋白。结构最复杂的糖蛋白。层粘连蛋白是胚胎发育中出现最早的细胞外基质成分，与层粘连蛋白是胚胎发育中出现最早的细胞外基质成分，与型胶原一起构成基底膜。型胶原一起构成基底膜。层粘连蛋白层粘连蛋白lamininLaminins are heterotrimeric proteins that contain an -chain, a -chain, an
21、d a -chain, intersect to form a cross-like structure多种多种LN的受体通过识别其糖链结构与之结合。的受体通过识别其糖链结构与之结合。对胞间黏附、细胞迁移、生长和分化有重要影响。对胞间黏附、细胞迁移、生长和分化有重要影响。基膜基膜basement membrane一种复合的网膜结构，是由细胞外基质特一种复合的网膜结构，是由细胞外基质特化而形成的结构。化而形成的结构。基膜基膜basement membraneAll basement membrane contain a common set of proteins and GAGs, inclu
22、de type IV collagen, laminin, endonexin / nidogen, perlecan, and decorin. Each of the components of the basement membrane is synthesized by the cells that rest upon it. Laminin anchors cell surfaces to the basement membrane . 基膜中的IV型胶原网鸡胚角膜细胞,可见基膜结构基膜基膜basement membrane基膜对组织结构起支持保护作用，调节细基膜对组织结构起支持保护
23、作用，调节细胞的运动、分化、增殖，同时也连接了上胞的运动、分化、增殖，同时也连接了上皮细胞和结缔组织，还能起分子筛的作用。皮细胞和结缔组织，还能起分子筛的作用。 细胞对细胞外基质有决定作用细胞对细胞外基质有决定作用细胞外基质来源于细胞细胞外基质来源于细胞细胞的不同决定了细胞外基质的差异性细胞的不同决定了细胞外基质的差异性细胞分泌基质金属蛋白酶细胞分泌基质金属蛋白酶MPPs、丝氨酸蛋白酶、糖苷酶、丝氨酸蛋白酶、糖苷酶、透明质酸酶等，控制细胞外基质的降解透明质酸酶等，控制细胞外基质的降解细胞外基质与细胞的相互作用细胞外基质与细胞的相互作用 影响细胞的存活与死亡：影响细胞的存活与死亡：正常真核细胞，
24、大多须粘附于特正常真核细胞，大多须粘附于特定的细胞外基质上才能抑制凋亡而存活。定的细胞外基质上才能抑制凋亡而存活。决定细胞的形状：决定细胞的形状：通过受体影响细胞骨架的组装而实现的。通过受体影响细胞骨架的组装而实现的。参与细胞增殖的调节：参与细胞增殖的调节：细胞脱离细胞外基质呈游离状态时细胞脱离细胞外基质呈游离状态时多呈球形，不能进行增殖。多呈球形，不能进行增殖。控制细胞的分化控制细胞的分化影响细胞的迁移：影响细胞的迁移：可以控制细胞迁移的速度与方向，并为可以控制细胞迁移的速度与方向，并为细胞迁移提供支撑。细胞迁移提供支撑。细胞外基质与脏器纤维化、肿瘤发生、神经退行性改变有细胞外基质与脏器纤维化、肿瘤发生、神经退行性改变有关关章节要点章节要点细胞外基质的分类及各成分结构特点、功细胞外基质的分类及各成分结构特点、功能。能。 蛋白聚糖、胶原组装特点蛋白聚糖、胶原组装特点基膜成分、功能基膜成分、功能The end
