細胞質膜-細胞外基質

第十五章

細胞社會的聯(lián)系細胞連接細胞黏著分子細胞外基質

第三節(jié)

細胞外基質基本概念

膠原(collagen)彈性蛋白(elastin)

糖胺聚糖和蛋白聚糖

層粘連蛋白和纖粘連蛋白

植物細胞壁

纖維網(wǎng)架凝膠樣基質粘附成分結構蛋白粘著糖蛋白多糖和糖蛋白一、基本概念細胞外被(cellcoat)又稱糖萼(glycocalyx)

概念：指細胞質膜外表面覆蓋的一層粘多糖物質，實際指細胞表面與質膜中的蛋白或脂類分子共價結合的寡糖鏈。功能：不僅對膜蛋白起保護作用,而且在細胞識別中起重要作用。

細胞外基質(extracellularmatrix，ECM)真核細胞的細胞外結構（extracellularstructures）p532二、膠原(collagen)

膠原是胞外基質最基本結構成份之一，動物體內含量最豐富的蛋白（總量的30％以上）。

常見的膠原類型及其在組織中的分布

膠原及其分子結構

膠原的合成與加工

膠原的功能

P523-527三、糖胺聚糖和蛋白聚糖糖胺聚糖(glycosaminoglycan,GAGs)蛋白聚糖(proteoglycan)構成親水性凝膠賦予組織彈性、抗壓性相關疾?。赫扯嗵抢鄯e病動脈粥樣硬化腫瘤的發(fā)生、侵襲和轉移p528四、纖粘連蛋白和層粘連蛋白層粘連蛋白(laminin)

纖粘連蛋白(fibronectin)

纖粘連蛋白是高分子量糖蛋白（220-250KD）纖粘連蛋白分型：纖粘連蛋白的主要功能：

介導細胞與ECM的粘著，調節(jié)細胞的形狀和細胞骨架組織---粘著斑；在胚胎發(fā)生過程中,促進細胞的遷移和分化；在創(chuàng)傷修復中,促進巨噬細胞和其它的免疫細胞遷移到受損部位；在血凝塊形成中,纖粘連蛋白促進血小板附著于血管受損部位。P529-531二、彈性蛋白(elastin)

彈性蛋白是彈性纖維的主要成分；主要存在于脈管壁及肺。

彈性纖維與膠原纖維共同存在,分別賦予組織以彈性及抗張性。

結構特點:高度疏水的非糖基化纖維蛋白

構象呈無規(guī)則卷曲狀態(tài); 通過Lys殘基相互交連成網(wǎng)狀結構。

富含Gly、Pro很少羥化，無糖基化修飾不含Gly-X-Y重復序列p527六、植物細胞壁

植物細胞壁的組成

植物細胞壁的功能

增加細胞強度，提供支持功能；信息儲存庫的功能：產(chǎn)生多種寡糖素作為信號物質，或抵抗病、蟲害，或作為細胞生長和發(fā)育的信號物質。

細胞外基質(extracellularmatrix)

結構組成：

指分布于細胞外空間,由細胞分泌的蛋白和多糖所構成的網(wǎng)絡結構主要功能：

構成支持細胞的框架，負責組織的構建；

胞外基質三維結構及成份的變化,改變細胞微環(huán)境從而對細胞形態(tài)、生長、分裂、分化和凋亡起重要調控作用

胞外基質的信號功能---與疾病之間關系

粘多糖累積病、壞血病、惡性腫瘤的侵襲和轉移p522真核細胞的細胞外結構

（extracellularstructures）

生物種類

細胞外結構

結構纖維

水化基質組分

粘連分子

動物細胞植物細胞細胞外基質細胞壁

膠原彈性蛋白纖維素蛋白聚糖

半纖維素伸展蛋白

纖粘連蛋白層粘連蛋白

果膠質

常見的膠原類型及其在組織中的分布膠原是細胞外基質中最主要的水不溶性纖維蛋白；

Ⅰ～Ⅲ型膠原含量最豐富,形成類似的纖維結構；但并非所有膠原都形成纖維；

Ⅰ型膠原纖維束,主要分布于皮膚、肌腱、韌帶及骨中,

具有很強的抗張強度; Ⅱ型膠原主要存在于軟骨中; Ⅲ型膠原形成微細的原纖維網(wǎng),廣泛分布于伸展性的組織，如皮膚、血管、內臟等疏松結締組織; Ⅳ型膠原形成二維網(wǎng)格樣結構,是基膜的主要成分及支架。

p523膠原及其分子結構

膠原纖維的基本結構單位是原膠原；原膠原是由三條肽鏈盤繞成的三股螺旋結構；富含Gly（甘）,Pro（脯）和Lys（賴）三肽重復序列：Gly-X-Y

特征性化學修飾：

Pro，Lys羥基化；Lys選擇性糖基化

對膠原纖維的高級結構的形成是重要的；在膠原纖維內部,原膠原蛋白分子呈1/4交替平行

排列,形成周期性橫紋。

p524X：Pro；Y：Hypro/Hylys膠原的合成與加工

前體肽鏈在粗面內質網(wǎng)合成，并形成前原膠原

(preprocollagen)； 前原膠原(preprocollagen)是原膠原前體和分泌形式， 在粗面內質網(wǎng)合成、加工與組裝，經(jīng)高爾基體分泌。

前原膠原在細胞外由兩種專一性不同的蛋白水解酶作用,分別切去N-末端前肽及C-末端前肽,成為原膠原（procollagen）；

原膠原進而聚合裝配成膠原原纖維（collagenfibril）、膠原纖維（collagenfiber）。

膠原的功能

膠原在胞外基質中含量最高,剛性及抗張力強度最大,

構成胞外基質的骨架結構；在不同組織中，膠原組裝成不同的纖維形式,以適應特定功能的需要，如骨和角膜；膠原可被膠原酶特異降解，而參入到胞外基質信號傳遞的調控網(wǎng)絡中。

膠原具有促進細胞生長的作用，如肝細胞等在含有膠原的培養(yǎng)基上生長較快。在細胞分化中，膠原基質和提純的膠原底物具有維持并誘導細胞分化的作用。p527膠原纖維分層排布，同一層—平行；相鄰層---垂直夾板樣結構為細胞外基質提供了一個水不溶性的框架，決定胞外基質的機械性質。某一特定組織的性能通常與膠原分子的三維結構有關。糖胺聚糖

糖胺聚糖是由重復的二糖單位構成的長鏈多糖

透明質酸是增殖細胞和遷移細胞的胞外基質主要成分,

尤其在胚胎組織中；也是蛋白聚糖的主要結構組分

在結締組織中起強化、彈性和潤滑作用

透明質酸使細胞保持彼此分離,使細胞易于運動、促進細胞遷移和增殖，并阻止細胞分化

透明質酸(hyaluronicacid)及其生物學功能

二糖單位之一是氨基己糖(氨基葡萄糖或氨基半乳糖)，故稱為糖胺聚糖；另外就是糖醛酸;

糖胺聚糖:透明質酸、4-硫酸軟骨素、6-硫酸軟骨素、硫酸皮膚素、硫酸乙酰肝素、肝素和硫酸角質素等。蛋白聚糖（PG）蛋白聚糖存在于所有的結締組織和胞外基質及許多細胞表面蛋白聚糖由糖胺聚糖與核心蛋白(coreprotein)

的絲氨酸殘基共價連接形成單體。若干蛋白聚糖單體借連接蛋白以非共價鍵與透明質酸結合形成多聚體蛋白聚糖的特性與功能層粘連蛋白(laminin)層粘連蛋白是高分子糖蛋白（820KD）,動物胚胎及成體組織的基膜的主要結構組分之一；

細胞通過層粘連蛋白錨定于基膜上；

層粘連蛋白中至少存在兩個不同的受體結合部位：功能：層粘連蛋白在胚胎發(fā)育及組織分化中具有重要作用通過laminin把上皮細胞固定在基膜上影響細胞生長、遷移、分化，與腫瘤細胞的轉移有關層粘連蛋白的結構由一條重鏈和兩條輕鏈構成:結構：由兩條相似的肽鏈組成呈V字形,借二硫鍵相連形式：①血漿纖粘連蛋白：可溶形式存在于血漿及各種體液，二聚體。

②細胞纖粘連蛋白：是多聚體，不溶形式存在于胞外基質及細胞表面。每條肽鏈為同一基因的表達產(chǎn)物,由數(shù)個結構域構成，

RGD三肽序列是為細胞識別的最小結構單位纖粘連蛋白的膜蛋白受體為整合素家族成員之一,

在其細胞外功能區(qū)有與RGD高親和性結合部位。纖維素（cellulose）纖維素微原纖維（microfibril）

是由葡萄糖分子以（1→4）糖苷鍵連接起來的先行多聚體分子，聚集成束形成微原纖維，其走向受胞質中微觀網(wǎng)架的影響；為細胞壁提供了抗張強度半纖維素（hemicellulose）:

木糖、半乳糖和葡萄糖等組成的高度分支的多糖，通過氫鍵與微原纖維連接。

介導微原纖維彼此連接或使之與其它基質成分(果膠質)連接。果膠質（pectin）：含有大量攜帶負電荷的糖，結合Ca2+等陽離子,被高度水化形成凝膠。常用于食品加工

果膠質與半纖維素橫向連接,參與細胞壁復雜網(wǎng)架的形成。圖15-25膀胱上皮細胞表面的糖被，釕紅染色的電鏡超薄切片 （梁鳳霞，丁明孝）

p532整聯(lián)蛋白蛋白聚糖層粘連蛋白纖連蛋白膠原細胞外基質主要成分及結構示意圖直徑1.5nm長300nm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。（a）膠原纖維的分子結構與形成過程(Ⅰ～Ⅶ)；（b）膠原纖維的電鏡照片

核心蛋白硫酸軟骨素A蛋白聚糖單體B硫酸軟骨素、硫酸角質素、透明質酸C蛋白聚糖的模式圖D軟骨中的蛋白聚糖電鏡照片合成與裝配：核心蛋白肽鏈合成裝配氨基聚糖GAG鏈硫酸化、異構化修飾特性：高多態(tài)性高分子量高含糖量p103FN將細胞連接到細胞外基質上

糖胺聚糖的分子特性及分布 軟骨中的蛋白聚糖是最大巨分子之一,賦予軟骨以凝膠樣特性和抗變形能力； 蛋白聚糖可視為細胞外的激素富集與儲存庫，可與纖維細胞生長因子(FGF）、轉化生長因子等多種生長因子結合，完成信號的傳導。

選擇滲透性（分子篩）、透光性、抗凝血等

蛋白聚糖的功能p529二、彈性蛋白（elastin）

彈性蛋白纖維網(wǎng)絡賦予組織以彈性，彈性纖維的伸展性比同樣橫截面積的橡皮條至少大5倍。

彈性蛋白由兩種類型短肽段交替排列構成：一種是疏水短肽賦予分子以彈性；另一種短肽為富丙氨酸及賴氨酸殘基的α螺旋，負責在相鄰分子間形成交聯(lián)。伸展蛋白(extensin)：糖蛋白,在初生壁中含量可多達15％，含有大量的羥脯氨酸殘基，其肽鏈長度的一半是Ser-Hyp-Hyp-Hyp四肽序列的重復。糖的總量約占65％。木質素(lignin)：由酚殘基形成的水不溶性多聚體。

參與次生壁形成,并以共價鍵與細胞壁多糖交聯(lián),大大增加了細胞壁的強度與抗降解。

初生細胞壁可看成凝膠樣基質，纖維素纖維埋于其中。這種細胞壁比動物細胞的胞外基質具有更大的通透性，水和離子可在細胞壁中自由擴散。植物激素相對分子質量為500以下的水溶性小分子也可通過。如果編碼膠原的基因發(fā)生突變，將導致膠原病。若影響到膠原纖維的正確裝配，皮膚和其它各種結締組織就會因此降低強度而變得非常的松弛1）膠原病

壞血病：Vc缺乏導致膠原生成障礙，血管、皮膚等變脆易出血。

過度松弛皮膚癥2）腫瘤

透明質酸同糖胺聚糖和核心蛋白組成軟骨組織的蛋白聚糖復合物，稱為透明質酸-蛋白聚糖復合物。在這種復合物中，透明質酸作為一個長軸，將蛋白聚糖連接在一起，形成更大的更復雜的蛋白聚糖，使細胞外基質具有更大的抗壓性結構：最簡單不發(fā)生硫酸化含大量親水基團、負電荷形態(tài)：呈無規(guī)則卷曲狀降解：透明質酸酶合成：細胞內（細胞核-內質網(wǎng)-高爾基體-分泌小泡）裝配：細胞外降解：細胞外

RGD序列:

FN及其他ECM中所含有的可被膜整合素識別的Arg-Gly-Asp三肽序列。是FN中可與細胞結合的結構。纖粘連蛋白的結構基膜(basallamina，basementmembrane)

基膜是一種復合的細胞外結構，通常位于上皮和內皮的基底面，是細胞外基質的特異區(qū)，將細胞層和其下的結締組織分開。

人皮膚的掃描電鏡照片顯示基膜將表皮細胞與底層細胞分開P532形成基膜的組織和細胞:①肌細胞和脂肪細胞的表面;②上皮組織基底面的下方，如皮膚上皮的下表面，將上皮細胞與結締組織分開;③血管內皮細胞的下表面。此外，在施旺細胞(Schwanncells)的表面也覆蓋有基膜。●結構:

基膜是由不同的蛋白纖維組成的網(wǎng)狀結構，LN不僅是基膜的主要成分，也是基膜的組織者，而Ⅳ型膠原則是基膜的網(wǎng)狀鋼架。●功能:

基膜不僅對組織結構起支持作用，同時也是滲透性的障礙，調節(jié)分子和細胞的運動。跨膜連接蛋白細胞外配體結合細胞骨架類型形狀粘合帶鈣粘素/蛋白另一細胞的鈣粘素肌動蛋白連續(xù)帶狀粘合斑整聯(lián)蛋白胞外基質ECM肌動蛋白局部斑狀/盤狀橋粒鈣粘素另一細胞的鈣粘素中間纖維局部紐扣半橋粒整聯(lián)蛋白胞外基質ECM中間纖維局部半紐扣幾種錨定連接對比封閉連接緊密連接上皮組織間壁連接只存在于無脊椎動物中錨定連接連接肌動蛋白粘合帶上皮組織粘合斑上皮細胞基部連接中間纖維橋粒心肌、表皮半橋粒上皮細胞基部通訊連接間隙連接大多數(shù)動物組織中化學突觸神經(jīng)細胞間和神經(jīng)—肌肉間胞間連絲植物細胞間各種連接的比較

功能觀察特征胞間間隙相關結構封閉連接緊密連接封閉細胞連接無跨膜連接蛋白錨定連接粘合帶細胞與細胞粘著連續(xù)粘著帶15~20nm與肌動~相連CAM粘合斑細胞與基質底膜連接局部粘著斑15~20nm橋粒細胞與細胞粘著局部粘著點20~35nm與中間~相連EAM半橋粒細胞與基質底膜連接局部粘著點20~35nm通訊連