細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞外基質(zhì)

細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞外基質(zhì)第1頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二一、基本概念細(xì)胞外被(cellcoat)又稱糖萼(glycocalyx)

概念：指細(xì)胞質(zhì)膜外表面覆蓋的一層粘多糖物質(zhì)，實(shí)際指細(xì)胞表面與質(zhì)膜中的蛋白或脂類分子共價(jià)結(jié)合的寡糖鏈。功能：不僅對(duì)膜蛋白起保護(hù)作用,而且在細(xì)胞識(shí)別中起重要作用。

細(xì)胞外基質(zhì)(extracellularmatrix，ECM)真核細(xì)胞的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)（extracellularstructures）p532第2頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二二、膠原(collagen)

膠原是胞外基質(zhì)最基本結(jié)構(gòu)成份之一，動(dòng)物體內(nèi)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(jié)構(gòu)

膠原的合成與加工

膠原的功能

P523-527第3頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二三、糖胺聚糖和蛋白聚糖糖胺聚糖(glycosaminoglycan,GAGs)蛋白聚糖(proteoglycan)構(gòu)成親水性凝膠賦予組織彈性、抗壓性相關(guān)疾?。赫扯嗵抢鄯e病動(dòng)脈粥樣硬化腫瘤的發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移p528第4頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二四、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(dǎo)細(xì)胞與ECM的粘著，調(diào)節(jié)細(xì)胞的形狀和細(xì)胞骨架組織---粘著斑；在胚胎發(fā)生過程中,促進(jìn)細(xì)胞的遷移和分化；在創(chuàng)傷修復(fù)中,促進(jìn)巨噬細(xì)胞和其它的免疫細(xì)胞遷移到受損部位；在血凝塊形成中,纖粘連蛋白促進(jìn)血小板附著于血管受損部位。P529-531第5頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二二、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(jié)構(gòu)特點(diǎn):高度疏水的非糖基化纖維蛋白

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)。

富含Gly、Pro很少羥化，無糖基化修飾不含Gly-X-Y重復(fù)序列p527第6頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二六、植物細(xì)胞壁

植物細(xì)胞壁的組成

植物細(xì)胞壁的功能

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

第7頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二細(xì)胞外基質(zhì)(extracellularmatrix)

結(jié)構(gòu)組成：

指分布于細(xì)胞外空間,由細(xì)胞分泌的蛋白和多糖所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要功能：

構(gòu)成支持細(xì)胞的框架，負(fù)責(zé)組織的構(gòu)建；

胞外基質(zhì)三維結(jié)構(gòu)及成份的變化,改變細(xì)胞微環(huán)境從而對(duì)細(xì)胞形態(tài)、生長、分裂、分化和凋亡起重要調(diào)控作用

胞外基質(zhì)的信號(hào)功能---與疾病之間關(guān)系

粘多糖累積病、壞血病、惡性腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移p522第8頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二真核細(xì)胞的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)

（extracellularstructures）

生物種類細(xì)胞外結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)纖維水化基質(zhì)組分粘連分子動(dòng)物細(xì)胞植物細(xì)胞細(xì)胞外基質(zhì)細(xì)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(zhì)第9頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二常見的膠原類型及其在組織中的分布膠原是細(xì)胞外基質(zhì)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(jié)構(gòu)；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(qiáng)的抗張強(qiáng)度; Ⅱ型膠原主要存在于軟骨中; Ⅲ型膠原形成微細(xì)的原纖維網(wǎng),廣泛分布于伸展性的組織，如皮膚、血管、內(nèi)臟等疏松結(jié)締組織; Ⅳ型膠原形成二維網(wǎng)格樣結(jié)構(gòu),是基膜的主要成分及支架。

p523第10頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二膠原及其分子結(jié)構(gòu)

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

特征性化學(xué)修飾：

Pro，Lys羥基化；Lys選擇性糖基化

對(duì)膠原纖維的高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成是重要的；在膠原纖維內(nèi)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第11頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二膠原的合成與加工

前體肽鏈在粗面內(nèi)質(zhì)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(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成、加工與組裝，經(jīng)高爾基體分泌。

前原膠原在細(xì)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(jìn)而聚合裝配成膠原原纖維（collagenfibril）、膠原纖維（collagenfiber）。

第12頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二膠原的功能

膠原在胞外基質(zhì)中含量最高,剛性及抗張力強(qiáng)度最大,

構(gòu)成胞外基質(zhì)的骨架結(jié)構(gòu)；在不同組織中，膠原組裝成不同的纖維形式,以適應(yīng)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(zhì)信號(hào)傳遞的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中。

膠原具有促進(jìn)細(xì)胞生長的作用，如肝細(xì)胞等在含有膠原的培養(yǎng)基上生長較快。在細(xì)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(xì)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(jié)構(gòu)

為細(xì)胞外基質(zhì)提供了一個(gè)水不溶性的框架，決定胞外基質(zhì)的機(jī)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)。第13頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二糖胺聚糖

糖胺聚糖是由重復(fù)的二糖單位構(gòu)成的長鏈多糖

透明質(zhì)酸是增殖細(xì)胞和遷移細(xì)胞的胞外基質(zhì)主要成分,

尤其在胚胎組織中；也是蛋白聚糖的主要結(jié)構(gòu)組分

在結(jié)締組織中起強(qiáng)化、彈性和潤滑作用

透明質(zhì)酸使細(xì)胞保持彼此分離,使細(xì)胞易于運(yùn)動(dòng)、促進(jìn)細(xì)胞遷移和增殖，并阻止細(xì)胞分化

透明質(zhì)酸(hyaluronicacid)及其生物學(xué)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(zhì)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(zhì)素等。第14頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二蛋白聚糖（PG）蛋白聚糖存在于所有的結(jié)締組織和胞外基質(zhì)及許多細(xì)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(jià)連接形成單體。若干蛋白聚糖單體借連接蛋白以非共價(jià)鍵與透明質(zhì)酸結(jié)合形成多聚體蛋白聚糖的特性與功能第15頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二層粘連蛋白(laminin)

層粘連蛋白是高分子糖蛋白（820KD）,動(dòng)物胚胎及成體組織的基膜的主要結(jié)構(gòu)組分之一；

細(xì)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(gè)不同的受體結(jié)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(xì)胞固定在基膜上影響細(xì)胞生長、遷移、分化，與腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移有關(guān)

層粘連蛋白的結(jié)構(gòu)由一條重鏈和兩條輕鏈構(gòu)成:第16頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二結(jié)構(gòu)：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(xì)胞纖粘連蛋白：是多聚體，不溶形式存在于胞外基質(zhì)及細(xì)胞表面。每條肽鏈為同一基因的表達(dá)產(chǎn)物,由數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)域構(gòu)成，

RGD三肽序列是為細(xì)胞識(shí)別的最小結(jié)構(gòu)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(xì)胞外功能區(qū)有與RGD高親和性結(jié)合部位。第17頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二纖維素（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(zhì)中微觀網(wǎng)架的影響；為細(xì)胞壁提供了抗張強(qiáng)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(dǎo)微原纖維彼此連接或使之與其它基質(zhì)成分(果膠質(zhì))連接。果膠質(zhì)（pectin）：含有大量攜帶負(fù)電荷的糖，結(jié)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(zhì)與半纖維素橫向連接,參與細(xì)胞壁復(fù)雜網(wǎng)架的形成。第18頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二圖15-25膀胱上皮細(xì)胞表面的糖被，釕紅染色的電鏡超薄切片 （梁鳳霞，丁明孝）

p532第19頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二整聯(lián)蛋白蛋白聚糖層粘連蛋白纖連蛋白膠原細(xì)胞外基質(zhì)主要成分及結(jié)構(gòu)示意圖第20頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二直徑1.5nm長300nm原膠原間共價(jià)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。第21頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二

（a）膠原纖維的分子結(jié)構(gòu)與形成過程(Ⅰ～Ⅶ)；（b）膠原纖維的電鏡照片

第22頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二核心蛋白

硫酸軟骨素A蛋白聚糖單體B硫酸軟骨素、硫酸角質(zhì)素、透明質(zhì)酸C蛋白聚糖的模式圖D軟骨中的蛋白聚糖電鏡照片第23頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二合成與裝配：核心蛋白肽鏈合成裝配氨基聚糖GAG鏈硫酸化、異構(gòu)化修飾特性：高多態(tài)性高分子量高含糖量第24頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二p103第25頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二第26頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二FN將細(xì)胞連接到細(xì)胞外基質(zhì)上

第27頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二第28頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二第29頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二糖胺聚糖的分子特性及分布第30頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二 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(xì)胞外的激素富集與儲(chǔ)存庫，可與纖維細(xì)胞生長因子(FGF）、轉(zhuǎn)化生長因子等多種生長因子結(jié)合，完成信號(hào)的傳導(dǎo)。

選擇滲透性（分子篩）、透光性、抗凝血等

蛋白聚糖的功能p529第31頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二二、彈性蛋白（elastin）

彈性蛋白纖維網(wǎng)絡(luò)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(gòu)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(fù)責(zé)在相鄰分子間形成交聯(lián)。第32頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二第33頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二伸展蛋白(extensin)：糖蛋白,在初生壁中含量可多達(dá)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(fù)。糖的總量約占65％。木質(zhì)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(jià)鍵與細(xì)胞壁多糖交聯(lián),大大增加了細(xì)胞壁的強(qiáng)度與抗降解。

初生細(xì)胞壁可看成凝膠樣基質(zhì)，纖維素纖維埋于其中。這種細(xì)胞壁比動(dòng)物細(xì)胞的胞外基質(zhì)具有更大的通透性，水和離子可在細(xì)胞壁中自由擴(kuò)散。植物激素相對(duì)分子質(zhì)量為500以下的水溶性小分子也可通過。第34頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二第35頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二第36頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二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(huì)因此降低強(qiáng)度而變得非常的松弛1）膠原病

壞血?。篤c缺乏導(dǎo)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）腫瘤第37頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二

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(gè)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(xì)胞外基質(zhì)具有更大的抗壓性結(jié)構(gòu)：最簡單不發(fā)生硫酸化含大量親水基團(tuán)、負(fù)電荷形態(tài)：呈無規(guī)則卷曲狀降解：透明質(zhì)酸酶第38頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二合成：細(xì)胞內(nèi)（細(xì)胞核-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-高爾基體-分泌小泡）裝配：細(xì)胞外降解：細(xì)胞外第39頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二

RGD序列:

FN及其他ECM中所含有的可被膜整合素識(shí)別的Arg-Gly-Asp三肽序列。是FN中可與細(xì)胞結(jié)合的結(jié)構(gòu)。纖粘連蛋白的結(jié)構(gòu)第40頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二基膜(basallamina，basementmembrane)

基膜是一種復(fù)合的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)，通常位于上皮和內(nèi)皮的基底面，是細(xì)胞外基質(zhì)的特異區(qū)，將細(xì)胞層和其下的結(jié)締組織分開。

人皮膚的掃描電鏡照片顯示基膜將表皮細(xì)胞與底層細(xì)胞分開P532第41頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二形成基膜的組織和細(xì)胞:①肌細(xì)胞和脂肪細(xì)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(xì)胞與結(jié)締組織分開;③血管內(nèi)皮細(xì)胞的下表面。此外，在施旺細(xì)胞(Schwanncells)的表面也覆蓋有基膜?！窠Y(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(duì)組織結(jié)構(gòu)起支持作用，同時(shí)也是滲透性的障礙，調(diào)節(jié)分子和細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)。第42頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二跨膜連接蛋白細(xì)胞外配體結(jié)合細(xì)胞骨架類型形狀粘合帶鈣粘素/蛋白另一細(xì)胞的鈣粘素肌動(dòng)蛋白連續(xù)帶狀粘合斑整聯(lián)蛋白胞外基質(zhì)ECM肌動(dòng)蛋白局部斑狀/盤狀橋粒鈣粘素另一細(xì)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(zhì)ECM中間纖維局部半紐扣幾種錨定連接對(duì)比第43頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二封閉連接緊密連接上皮組織間壁連接只存在于無脊椎動(dòng)物中錨定連接連接肌動(dòng)蛋白粘合帶上皮組織粘合斑上皮細(xì)胞基部連接中間纖維橋粒心肌、表皮半橋粒上皮細(xì)胞基部通訊連接間隙連接大多數(shù)動(dòng)物組織中化學(xué)突觸神經(jīng)細(xì)胞間和神經(jīng)—肌肉間胞間連絲植物細(xì)胞間各種連接的比較

第44頁，共49頁，2023年，2月20日，星期二功能觀察特征胞間間隙相關(guān)結(jié)構(gòu)封閉連接緊密連接封閉細(xì)胞連接無跨膜連接蛋白錨定連接粘合帶細(xì)胞與細(xì)胞粘著連續(xù)粘著帶15~20nm與肌動(dòng)~相連