第5章-3细胞外基质

1第五章细胞的社会联系I.细胞的连接◆细胞表面：包括细胞膜、细胞外被、细胞外基质。是细胞与外环境进行接触的部位。第三节细胞外被及细胞外基质1.细胞外被(cellcoat)电镜下的细胞表面细胞表面结构51.细胞外被(cellcoat)●是细胞外表面覆盖的一层粘多糖物质的质膜保护层，又称为多糖包被。往往与膜蛋白或膜脂共价结合。●功能：Mediatecell-cellandcell-substratuminteractions；Providemechanicalprotectiontocells。糖萼（Glycocalyx)2.细胞外基质(extracellularmatrix)指紧临细胞膜的细胞外空间,是由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构。●功能：将细胞粘连在一起构成组织，提供细胞外网架,维持细胞形态；胞外基质三维结构及成份的变化,改变细胞微环境从而对细胞形态、细胞的生命活动起重要的调控作用。胞外基质的信号功能7TypicalExtracellularmatrix胶原纤连蛋白层粘连蛋白聚糖8真核细胞的细胞外结构（extracellularstructures）生物种类细胞膜外结构结构纤维水化基质组分粘连分子动物细胞植物细胞细胞外基质细胞壁胶原弹性蛋白纤维素蛋白聚糖半纤维素、伸展蛋白纤粘连蛋白层粘连蛋白果胶质93.细胞外基质的基础物质◆可分为三大类∶●结构蛋白如胶原和弹性蛋白，它们赋予基质一定的强度和韧性。●蛋白聚糖(proteoglycan)●粘连蛋白(adhesiveproteins)如纤粘连蛋白和层粘连蛋白，它们促使细胞同基质结合。103.1结构蛋白(一)、胶原(Collagen)◆基本特性：●胶原是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白●胶原是人体内含量最丰富的蛋白质,(约占总蛋白的30%左右)●胶原产生于纤维原细胞.但仅存在于细胞外基质中。●Collagensarefoundthroughouttheanimalkingdomandarenotedfortheirhightensilestrength,thatis,theirresistancetopullingforces.Itisestimatedthatacollagenfiber1mmindiameteriscapableofsuspendingaweightof10kgwithoutbreaking.11◆常见的胶原类型及其在组织中的分布已发现的类型有20余种,每一类分布于特定的部位,但在同一细胞外基质中会同时存在两种以上类型的胶原纤维.Ⅰ～Ⅲ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；●Ⅰ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;●Ⅱ型胶原主要存在于软骨中;●Ⅲ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;●Ⅳ型胶原形成二维网格样结构,是基膜的主要成分及支架。12◆胶原纤维结构特征13◆胶原纤维结构特征●胶原纤维的基本结构单位(胶原分子)是原胶原●原胶原是由三条肽链盘绕成的三股螺旋结构(trimers)●在胶原纤维内部,有分子内和分子间的交联。分子内交联是指原胶原的三条链之间的赖氨酸残基间的交联,分子间的交联是指不同原胶原间的赖氨酸交联（一分子的N-末端与另一分子的C-末端赖氨酸或羟赖氨酸间）●在胶原纤维内部,原胶原蛋白分子呈1/4交替平行排列,形成周期性横纹●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，通常：X：PrO，Y：HyproorHylys即肽链形成过程中14Structuralfeatures15◆胶原的组装16胶原的合成、装配与运输内质网高尔基体分泌小泡17◆胶原的合成、装配与运输●哺乳动物具有大约20种不同的胶原基因，编码各种不同组织所需要的胶原●首先是在粗面内质网上合成带有信号肽的前原胶原(preprocollagan)●胶原纤维的加工组装始于内质网、在高尔基体中继续进行,最后完成于细胞外:●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（procollagen）●原胶原进而聚合装配成胶原原纤维（collagenfibril）、胶原纤维（collagenfiber）18◆胶原的作用●胶原是骨、腱和皮肤组织中的主要蛋白，在胞外基质中含量最高,刚性及抗张力强度最大,胶原起着细胞外基质骨架作用;●胶原可被胶原酶特异降解，而参入胞外基质信号传递的调控网络中；●在不同组织中，胶原组装成不同的纤维形式,以适应特定功能的需要。具刚性、抗张力。19◆胶原遗传缺陷某些人具有胶原合成的遗传缺陷，这样,他们的胶原纤维就不能正确地装配，其结果，皮肤和各种其它的结绨组织就会降低它们的强度变得非常的松弛。皮肤过渡松弛症20（二）、弹性蛋白(Elastin)●是弹性纤维(elasticfibers)的主要成分。●功能：能够赋予细胞外基质弹性。●弹性蛋白富含甘氨酸和脯氨酸、赖氨酸。与胶原不同的是，弹性蛋白的脯氨酸、赖氨酸没有羟基化，所以没有羟脯（赖）氨酸的存在。高度疏水的非糖基化蛋白21弹性蛋白的结构无规则卷曲！！通过赖氨酸残基相互交联223.2蛋白聚糖(Proteoglycan,PG)◆蛋白聚糖见于所有结缔组织和细胞外基质及许多细胞表面◆结构成分：●蛋白与多聚糖的复合物●一个蛋白聚糖由糖胺聚糖（glycosaminoglycans，GAGs)与核心蛋白(coreprotein)的丝氨酸残基共价连接形成的巨分子.23Proteoglycan24●细胞外基质中发现的大多数糖胺聚糖都是作为蛋白聚糖的一个成分而存在●每条氨基聚糖链由重复的二糖单位构成的长链多糖，其结构为-A-B-A-B-A-,A、B代表两个不同的糖分子.二糖单位之一是氨基己糖(氨基葡萄糖或氨基半乳糖)，故称为糖胺聚糖●糖胺聚糖包括∶硫酸软骨素(chondroitinsulfate)透明质酸(hyaluronicacid)等●透明质酸它在细胞外基质中也可游离存在.含大量的亲水基团（羟基，羧基等），可结合大量水●透明质酸分子表面有很多羧基（-COO-）和硫酸盐基团，因而呈酸性并带负电荷，可结合阳离子，提高渗透压；趋向于向外膨胀，因而使细胞、组织具抗压能力◆Glycosaminoglycans（GAGs）25构成糖胺聚糖的二糖26●由于糖胺聚糖表面带的负电荷，可结合阳离子，提高渗透压，转而又可结合大量水分子，使蛋白聚糖形成多孔含水的胶体，填充于细胞外空间，包裹细胞，起到抗压、保护细胞的作用.●蛋白聚糖可与细胞外的多种生长因子结合，可视为细胞外的激素富集与储存库，因此在完成信号的传导中起重要作用.◆蛋白聚糖的功能:273.3粘连糖蛋白粘连糖蛋白是细胞外基质中的第三类成分，之所以将这些蛋白称为粘着蛋白，主要是这些蛋白起着将细胞外基质与细胞联系起来的桥梁作用。是高分子糖蛋白。28（一）、层粘连蛋白(laminin,LN)■层粘连蛋白是高分子糖蛋白（820KD）,动物胚胎及成体组织的基膜(basallamina)的主要结构组分之一基膜：50to200nm厚的膜被，如肌肉、脂肪、上皮细胞等的膜外，由层粘连蛋白+Ⅳ型胶原+巢蛋白+硫酸肝素糖蛋白等组成■由一条重链和两条轻链通过二硫键相连而形成的十字形分子结构29Laminin30◆层粘连蛋白的功能●首先作为基膜的主要结构成分对基膜的组装起关键作用。●细胞是通过层粘连蛋白锚定于基膜上。层粘连蛋白中至少存在两个不同的受体结合部位：与Ⅳ型胶原的结合部位；与细胞质膜上的整合素结合的RGD（Arg-Gly-Asp）序列。●层粘连蛋白在胚胎发育及组织分化中具有重要作用；层粘连蛋白也与肿瘤细胞的转移有关。31（二）、纤粘连蛋白(Fibronectin,FN)纤粘连蛋白是高分子量糖蛋白（220-250KD）●血浆纤粘连蛋白是二聚体,由两条相似的A链及B链组成,整个分子呈V形。存在于血液和其它体液中●细胞纤粘连蛋白是多聚体。细胞外基质中●纤粘连蛋白不同的亚单位为同一基因的表达32整联蛋白与细胞外受体相连33◆FN的结构特点：■每个亚单位由数个结构域构成■有两个关键的结合位点：●与其他ECM,如collagens和proteoglycans等结合的位点。这些位点将不同的分子连成了稳定的互连网状结构●与细胞表面结合的位点。这些位点将细胞与细胞外基质稳定的粘连在一起。该结构域中含RGD三肽序列纤粘连蛋白的膜蛋白受体为整合素家族成员之一,在其细胞外功能区有与RGD高亲和性结合的部位。34◆RGD序列●用蛋白酶消化纤粘连蛋白与细胞结合区,发现这一结构域中Arg-Gly-Asp三肽序列负责同细胞表面的结合●Arg-Gly-Asp序列(又称RGD序列)同样存在于细胞外基质和血液的其它类型的黏着蛋白序列中。●是细胞识别的最小结构单位35◆FN的功能：●FN最主要的功能是介导细胞的黏着●促进细胞迁移●由于FN具有同时与细胞外基质各类成分相结合的特点,并可促进细胞外基质的其它成分的沉积,故认为FN是细胞外基质的组织者。36细胞与细胞外基质毛细管弹性纤维肥大细胞胶原纤维上皮细胞基膜巨噬细胞纤维原细胞糖胺聚糖、蛋白聚糖、糖蛋白4.PLANTCELLWALLS◆细胞壁的结构组成◆植物的细胞壁相当于动物细胞的细胞外基质(!!!)：●动物细胞的细胞外基质的主要成分是蛋白质分子；●植物的细胞壁主要是多糖，其中最主要的是纤维素。◆植物细胞壁的骨架：纤维素38◆细胞壁的结构组成纤维素分子纤维素微原纤维（microfibril）,为细胞壁提供了抗张强度半纤维素（hemicellulose）:木糖、半乳糖和葡萄糖等组成的高度分支的多糖介导微原纤维彼此连接或介导微原纤维与其它基质成分（果胶质）连接果胶质（pectin）：含有大量携带负电荷的糖，结合Ca2+等阳离子,被高度水化形成凝胶果胶质与半纤维素横向连接,参与细胞壁复杂网架的形成。伸展蛋白(extensin)：糖蛋白,在初生壁中含量可多达15％，糖的总量约占65％支撑作用,并抵御微生物的入侵木质素(lignin)：由酚残基形成的水不溶性多聚体参与次生壁形成,并以共价键与细胞壁多糖交联,大大增加了细胞壁的强度与抗降解能力39◆植物细胞壁的作用●提供一个细胞外网架结构,起支持作用●保护细胞免遭渗透及机械损伤●信息储存库的功能：产生多种寡糖素作为信号物质，或抵抗病、虫害，或作为细胞生长和发育的信号物质。●植物细胞壁是一个动态结构，能够进行很多活动:●与细胞壁有关的酶能够吸收细胞外的营养，生成能够通过细胞膜进入细胞的小分子化合物。●细胞壁也可以作为物质通透的障碍，在代谢和分泌过程中起重要作用。植物细胞壁的分泌合成◆中间层形成：主要是果胶。果胶是相邻两细胞壁所共有，并且具有将两个细胞连接在一起的作用。◆初生壁形成：是细胞正在生长时形成的。初生壁的厚度为100-200nm。初生壁由纤维素、半纤维素、果胶和糖蛋白等松散组成。◆次生壁形成：是在细胞停止生长后分泌形成的。主要是增加细胞壁的厚度和强度。次生壁主要在初生壁的内层。PLANTCELLWALLS42◆本节要点●细胞外基质的概念●细胞外基质物质基础（种类）●胶原、蛋白聚糖、层（纤）粘连蛋白的主要功能是什么？●胶原在什么细胞、细胞的什么部位合成?存在于什么部位？●为什么蛋白聚糖使细胞、组织具有抗压能力？