細胞外基質(zhì)作用機理PPT精選文檔

1、1細胞外基質(zhì)EXTRACELLULAR MATRIX, ECM本章內(nèi)容提要 第一節(jié) ECM的成分 一、膠原 二、纖粘連蛋白 三、層粘連蛋白 四、氨基聚糖及蛋白聚糖 五、彈性蛋白 第二節(jié) ECM的生物學(xué)作用機體的各種組織和器官都是由細胞核細胞外基質(zhì)（ECM）共同組成的。 4骨細胞、軟骨組織和結(jié)締組織細胞外基質(zhì)的掃描電鏡照片左：骨細胞； 中：軟骨組織； 右：結(jié)締組織ECM的成分及組裝形式由所產(chǎn)生的細胞決定，并與組織的功能相適應(yīng)。如：角膜、肌腱。不同組織的細胞分泌形成的ECM在特性上有顯著的差異 。能夠分泌和形成ECM的主要細胞類群是成纖維細胞和少數(shù)其他特化組織的細胞。5ECM是細胞外大分子構(gòu)成的高

2、度的有組織的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。影響細胞的存活、死亡、增殖和分化。包括：膠原collagen、非膠原糖蛋白non-collagen glycoprotein、氨基聚糖與蛋白聚糖proteoglycan、彈性蛋白elastin等。6 結(jié)締組織中含量較高。 主要成分：不溶性的各類纖維（膠原和彈性蛋白）+可溶性的多聚體蛋白分子（蛋白聚糖和糖蛋白）。7 8第一節(jié) ECM的成分9一、膠原Collagen 是人體最豐富的蛋白，占蛋白總量的30以上。ECM主要成分，屬不溶性纖維蛋白質(zhì)。 功能：骨架結(jié)構(gòu)，參與形成結(jié)締組織，如骨、韌帶、基膜、皮膚；參與信號傳遞。 組成：由原膠原tropocollagen交聯(lián)而成。 類型：

3、已知至少20種膠原，由不同的結(jié)構(gòu)基因編碼。 I、II、III、V、XI型膠原為有橫紋的纖維形結(jié)構(gòu)。10各類膠原都有兩個共同的特點 都是由三條肽鏈組成；各類膠原蛋白的氨基酸組成完全不同，這在其他蛋白質(zhì)中從未發(fā)現(xiàn)過。11分子結(jié)構(gòu)：膠原纖維的基本結(jié)構(gòu)單位是原膠原。其肽鏈的一級結(jié)構(gòu)具有(Gly-x-y)n重復(fù)序列， 其中x常為脯氨酸(Pro)， y常為羥脯氨酸(Hypro)或羥賴氨酸(Hylys)。原膠原是由三條-肽鏈組成的纖維狀蛋白質(zhì)， 相互擰成三股螺旋狀構(gòu)型， 長300nm， 直徑1.5nm。12 原膠原間共價交聯(lián)，呈階梯狀排列，形成膠原纖維，在電鏡下可見間隔67nm的橫紋。新生兒的膠原交聯(lián)程度低

4、而易于抽提。老年人膠原交聯(lián)程度高，組織僵硬老化。 13電鏡照片所示的是雞胚胎結(jié)締組織的膠原纖維; 圖解是膠原的分子結(jié)構(gòu)。 14 合成：由成纖維細胞、軟骨細胞、成骨細胞、上皮細胞分泌。在RER上合成，形成三股螺旋之前于Pro及Lys殘基上進行羥基化修飾。 羥化反應(yīng)由脯氨酰4、脯氨酰3羥化酶催化。 Vc是酶的輔助因子，Vc缺乏導(dǎo)致羥化反應(yīng)不能進行。非羥化的前鏈在細胞內(nèi)被降解。因而，膳食中缺乏Vc可導(dǎo)致血管、肌腱、皮膚變脆，易出血，稱為壞血病。 交聯(lián)：由側(cè)向相鄰的lys或hyl殘基氧化后所產(chǎn)生的兩個醛基間進行縮合而成。15 脊椎動物中膠原的合成、裝配與分泌膠原蛋白是在膜結(jié)合核糖體上起始合成的，然后進

5、入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的加工修飾和裝配，最后分泌到細胞外基質(zhì)中 16 膠原裝配的主要步驟由前體肽裝配成前膠原時，是通過分子內(nèi)的交聯(lián)完成的。而由膠原裝配成膠原原纖維(collagen fibril)則是通過分子間的交聯(lián) 17 原膠原共價交聯(lián)后成為具有抗張強度的不溶性膠原。 胚胎及新生兒的膠原因缺乏分子間的交聯(lián)而易于抽提。 隨年齡增長，交聯(lián)日益增多，組織僵硬老化。 膠原的作用p 為細胞外基質(zhì)提供了一個水不溶性的框架，決定細胞外基質(zhì)的機械性質(zhì)。某一特定組織的性能通常與膠原分子的三維結(jié)構(gòu)有關(guān)。 骨、腱和皮膚等組織的細胞外基質(zhì)膠原含量高，剛性及抗張力大。p 膠原具有促進細胞生長的作用，如肝細胞等

6、在含有膠原的培養(yǎng)基上生長較快。在細胞分化中，膠原基質(zhì)和提純的膠原底物具有維持并誘導(dǎo)細胞分化的作用。 許多實驗證明，某種細胞經(jīng)過特異的粘連蛋白的介導(dǎo)，可以粘連到特定類型膠原上。許多上皮細胞和內(nèi)皮細胞經(jīng)層粘連蛋白的介導(dǎo)可與基膜中的型膠原粘連。18過度松弛皮膚癥 這是1890年拍攝的“彈性皮膚人”的照片，是由于膠原裝配不正確引起的遺傳綜合癥。在某些個體中，由于膠原酶缺陷而引起，因為膠原酶缺陷，不能將前膠原轉(zhuǎn)變成膠原。p如果編碼膠原的基因發(fā)生突變，將導(dǎo)致膠原病。若影響到膠原纖維的正確裝配，皮膚和其它各種結(jié)締組織就會因此降低強度而變得非常的松弛。 19二、非膠原蛋白 是細胞外基質(zhì)成分的組織者，具有分別與

7、細胞及其他ECM成分結(jié)合的多個結(jié)構(gòu)域。：使細胞與ECM相互黏附，同時介導(dǎo)細胞的運動遷移，并在細胞分化和創(chuàng)傷修復(fù)中起重要作用。 類型：纖黏連蛋白、層黏連蛋白、親玻纖黏連蛋白、軟骨黏連蛋白、凝血酶應(yīng)答蛋白和von willebrand因子等。20I、纖粘連蛋白 Fibronectin（FN） 類型：類型：血漿血漿FN： V字形二聚體，字形二聚體，可溶，存在于血漿、體液。細胞細胞FN：多聚體，：多聚體，不溶，存在于ECM及細胞表面。已鑒定的FN亞單位20種以上。由同一基因編碼，轉(zhuǎn)錄后拼接不同，形成多種異型分子。 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：含糖4.59.5。每條FN有57個有特定功能的結(jié)構(gòu)域FN是一種大的纖維狀糖蛋

8、白，由兩是一種大的纖維狀糖蛋白，由兩個亞單位構(gòu)成二聚體，兩條肽鏈的個亞單位構(gòu)成二聚體，兩條肽鏈的C端以二硫鍵共價相連，形成端以二硫鍵共價相連，形成“V”形分子。形分子。 21 FN是一種高相對分子質(zhì)量的粘附性的糖蛋白，廣泛存在于動物界， 包括海綿、海膽及哺乳動物類。每個FN亞基上有與膠原、細胞表面受體、血纖蛋白和硫酸蛋白多糖高親和結(jié)合的位點 。 RGD序列: FN中與細胞結(jié)合的結(jié)構(gòu)域中的Arg-Gly-Asp三肽序列 22fibronectin dimer23 功能： 介導(dǎo)細胞粘著，進而調(diào)節(jié)細胞的形狀和細胞骨架的組織，促進細胞鋪展； FN可將細胞連接到ECM上；FN上的RGD（Arg-Gly-

9、Asp）序列可與細胞表面的整合素結(jié)合。 影響細胞的遷移； 在正常組織里， 細胞是由多種多樣的糖蛋白粘連起來， 并約束在一個固定的位置上，主要是靠FN來維持其穩(wěn)定狀態(tài)。 在胚胎發(fā)生過程中，纖連蛋白對于許多類型細胞的遷移和分化是必需的。 在創(chuàng)傷修復(fù)中，纖連蛋白促進巨噬細胞和其它免疫細胞遷移到受損部位。 在血凝塊形成中，纖連蛋白促進血小板附著于血管受損部位。 人工合成的RGD三肽可抑制細胞在FN基質(zhì)上粘附。24Fibronectin helps connect the inside of the cell to the outside25II、層粘連蛋白 laminin(LN) 結(jié)構(gòu)： 由3條肽鏈借

10、二硫鍵交聯(lián)成十字形分子。 已知7種LN，8種亞單位（1-3、1-3、1-2）。與FN不同，這8種亞單位由不同基因編碼。 含糖量很高（15-28），具有50條左右N-連接的糖鏈。 細胞通過LN錨定于基膜上，至少存在兩個不同的受體結(jié)合部位： 與型膠原的結(jié)合部位； 與細胞質(zhì)膜上的整合素結(jié)合的Arg-Gly-Asp(R-G-D)序列。26層粘連蛋白的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)不對稱的十字形， 由一條長臂和三條相似的短臂構(gòu)成。1和2短臂上有兩個球形域， 鏈上的短臂有三個球形結(jié)構(gòu)域，其中有一個結(jié)構(gòu)域同型膠原結(jié)合，第二個結(jié)構(gòu)域同肝素結(jié)合，還有同細胞表面受體結(jié)合的結(jié)構(gòu)域27層粘連蛋白是基膜(basal lamina)的主

11、要結(jié)構(gòu)成分。基膜是一種復(fù)合的細胞外結(jié)構(gòu)， 通常位于上皮和內(nèi)皮的基底面，是細胞外基質(zhì)的特異區(qū)， 將細胞層和其下的結(jié)締組織分開。典型的基膜厚約50nm，有些基膜的厚度達200nm。形成基膜的組織和細胞: 肌細胞和脂肪細胞的表面; 上皮組織基底面的下方，如皮膚上皮的下表面; 血管內(nèi)皮細胞的下表面。此外，施旺細胞(Schwann cells)的表面也有基膜。28結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): 基膜是由不同的蛋白纖維組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，LN是基膜的主要成分，也是基膜的組織者，而型膠原則是基膜的網(wǎng)狀鋼架 。功能功能: 基膜不僅對組織結(jié)構(gòu)起支持作用，同時也是滲透性的障礙，調(diào)節(jié)分子和細胞的運動29LN的功能：組成基膜，是胚胎發(fā)育中最

12、早出現(xiàn)的ECM。pLN分子中具有與型膠原、細胞表面、及其它的蛋白聚糖結(jié)合的位點。在基膜中，主要功能就是作為基膜的主要結(jié)構(gòu)成分對基膜的組裝起關(guān)鍵作用， 在細胞表面形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并將細胞固定在基膜上。pLN還有許多其他的作用，如在細胞發(fā)育過程中刺激細胞粘著、細胞運動。LN還能夠刺激胚胎中神經(jīng)軸的生長，并促進成年動物的神經(jīng)損傷后再生。p如同纖粘連蛋白，細胞外的LN能夠影響細胞的生長、遷移和分化。30四、氨基聚糖及蛋白聚糖 1氨基聚糖（氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG）是重復(fù)二糖單位構(gòu)成的無分枝長鏈多糖。因二糖單位之一常為氨基糖（N-乙酰氨基葡萄糖或N-乙酰氨基半乳糖）而得名。 二糖

13、單位通常由氨基已糖和糖醛酸組成?？煞譃榱N：透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角質(zhì)素。透明質(zhì)酸(HA)是唯一不硫酸化的GAG，含多達10萬個糖基?？山Y(jié)合大量水分子，賦予組織一定的抗壓性。31322蛋白聚糖 proteoglycan是氨基聚糖（除HA）與核心蛋白的絲氨酸殘基共價連接的結(jié)合物。核心蛋白質(zhì)的Ser殘基在高爾基體中裝配上GAG鏈。首先合成由四糖組成的連接橋（Xyl-Gal-Gal-GlcUA）連接到Ser殘基上，然后再延長糖鏈。33左蛋白聚糖；中蛋白聚糖多聚體；右氨基聚糖左蛋白聚糖；中蛋白聚糖多聚體；右氨基聚糖 34除HA及肝素外，其他GAG均不游離存在。HA以

14、非共價鍵連接許多蛋白聚糖單體形成多聚體。如透明質(zhì)酸同糖胺聚糖和核心蛋白組成軟骨組織的蛋白聚糖復(fù)合物，稱為透明質(zhì)酸-蛋白聚糖復(fù)合物。在這種復(fù)合物中，透明質(zhì)酸作為一個長軸，將蛋白聚糖連接在一起，形成更大的更復(fù)雜的蛋白聚糖，使細胞外基質(zhì)具有更大的抗壓性。HA在軟骨組織ECM的蛋白聚糖中的作用 35蛋白聚糖和透明質(zhì)酸-蛋白聚糖復(fù)合物直接與膠原纖維連接形成動物細胞外的纖維-網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不同類型的膠原和不同類型的蛋白聚糖連接形成不同的纖維-網(wǎng)絡(luò)，對于提高細胞外基質(zhì)的連貫性起關(guān)鍵作用。 3637彈性蛋白(elastin)是彈性纖維的主要成分，外面包著一層由微原纖維（糖蛋白）構(gòu)成的殼。彈性纖維與膠原纖維共同存在

15、，分別賦予組織以彈性及抗張性。彈性纖維的伸展性比同樣橫截面積的橡皮條至少大5倍。彈性纖維主要存在于脈管壁及肺，亦少量存在于皮膚、肌腱及疏松結(jié)締組織中。老年組織中彈性蛋白的生成減少，降解增強，以致組織失去彈性。彈性蛋白是高度疏水的非糖基化蛋白，具有兩個明顯的特征:構(gòu)象呈無規(guī)則卷曲狀態(tài)；通過Lys殘基相互交連成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 五、彈性蛋白 elastin 38結(jié)構(gòu)：是一種非糖基化的蛋白質(zhì)，包含830個aa殘基，富含脯氨酸和甘氨酸，但很少羥化。肽鏈中不含膠原特有的Gly-X-Y重復(fù)順序。由二類短肽交替排列構(gòu)成。一種是疏水短肽，賦予分子以彈性；另一種為富Ala丙氨酸及Lys賴氨酸殘基的螺旋，負責(zé)在相鄰分子間交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。39第二節(jié) 細胞外基質(zhì)的生物學(xué)作用 1影響細胞的存活、死亡：