细胞质膜细胞外基质

1、细胞质膜细胞外基质细胞质膜细胞外基质二、胶原二、胶原(collagen) 胶原是胞外基质最基本结构成份之一，动物体胶原是胞外基质最基本结构成份之一，动物体 内含量最丰富的蛋白（总量的内含量最丰富的蛋白（总量的30以上）。以上）。 常见的胶原类型及其在组织中的分布常见的胶原类型及其在组织中的分布 胶原及其分子结构胶原及其分子结构 胶原的合成与加工胶原的合成与加工 胶原的功能胶原的功能 P523-527细胞质膜细胞外基质三、糖胺聚糖和蛋白聚糖三、糖胺聚糖和蛋白聚糖糖胺聚糖(glycosaminoglycan,GAGs) 蛋白聚糖(proteoglycan) 构成亲水性凝胶赋予组织弹性、抗压性相关疾

2、病： 粘多糖累积病 动脉粥样硬化 肿瘤的发生、侵袭和转移p528细胞质膜细胞外基质四、纤粘连蛋白和层粘连蛋白四、纤粘连蛋白和层粘连蛋白层粘连蛋白层粘连蛋白(laminin) 纤粘连蛋白纤粘连蛋白(fibronectin) 纤粘连蛋白是高分子量糖蛋白纤粘连蛋白是高分子量糖蛋白（220-250KD） 纤粘连蛋白分型：纤粘连蛋白分型： 纤粘连蛋白的主要功能：纤粘连蛋白的主要功能： 介导细胞与ECM的粘着，调节细胞的形状和细胞骨架组织-粘着斑； 在胚胎发生过程中, 促进细胞的迁移和分化； 在创伤修复中, 促进巨噬细胞和其它的免疫细胞迁移到受损部位； 在血凝块形成中, 纤粘连蛋白促进血小板附着于血管受损

3、部位。P529-531细胞质膜细胞外基质二二 、弹性蛋白、弹性蛋白(elastin) 弹性蛋白是弹性纤维的主要成分；主要存在于脉弹性蛋白是弹性纤维的主要成分；主要存在于脉 管壁及肺。管壁及肺。 弹性纤维与胶原纤维共同存在弹性纤维与胶原纤维共同存在, , 分别赋予组织以分别赋予组织以 弹性及抗张性。弹性及抗张性。 结构特点结构特点: : 高度疏水的非糖基化纤维蛋白 构象呈无规则卷曲状态构象呈无规则卷曲状态; ; 通过通过LysLys残基相互交连成网状结构。残基相互交连成网状结构。 l富含Gly、Prol很少羟化，无糖基化修饰l不含Gly-X-Y重复序列p527细胞质膜细胞外基质六、植物细胞壁六、

4、植物细胞壁 植物细胞壁的组成植物细胞壁的组成 植物细胞壁的功能植物细胞壁的功能 增加细胞强度，提供支持功能；增加细胞强度，提供支持功能； 信息储存库的功能：信息储存库的功能： 产生多种寡糖素作为信号物质，产生多种寡糖素作为信号物质， 或抵抗病、虫害，或抵抗病、虫害， 或作为细胞生长和发育的信号物质。或作为细胞生长和发育的信号物质。 细胞质膜细胞外基质细胞外基质细胞外基质(extracellular matrix) 结构组成：结构组成： 指分布于细胞外空间指分布于细胞外空间, , 由细胞分泌的蛋白和多糖由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构所构成的网络结构 主要功能：主要功能： 构成支持细胞的框

5、架，负责组织的构建；构成支持细胞的框架，负责组织的构建； 胞外基质三维结构及成份的变化胞外基质三维结构及成份的变化, , 改变细胞微环境从而改变细胞微环境从而 对细胞形态、生长、分裂、分化和凋亡起重要调控作用对细胞形态、生长、分裂、分化和凋亡起重要调控作用 胞外基质的信号功能胞外基质的信号功能-与疾病之间关系与疾病之间关系 粘多糖累积病、坏血病、恶性肿瘤的侵袭和转移粘多糖累积病、坏血病、恶性肿瘤的侵袭和转移p522细胞质膜细胞外基质真核细胞的细胞外结构真核细胞的细胞外结构（extracellular structures） 生物种类生物种类 细胞外细胞外结结 构构 结构纤维结构纤维 水化基质水

6、化基质 组组 分分 粘连分子粘连分子 动动 物物 细细 胞胞植植 物物细细 胞胞细胞外细胞外 基基 质质细胞壁细胞壁 胶原胶原弹性蛋白弹性蛋白 纤维素纤维素 蛋白聚糖蛋白聚糖 半纤维素半纤维素伸展蛋白伸展蛋白 纤粘连蛋白纤粘连蛋白层粘连蛋白层粘连蛋白 果胶质果胶质 细胞质膜细胞外基质常见的胶原类型及其在组织中的分布常见的胶原类型及其在组织中的分布胶原是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白；胶原是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白； 型胶原含量最丰富型胶原含量最丰富, 形成类似的纤维结构；形成类似的纤维结构； 但并非所有胶原都形成纤维；但并非所有胶原都形成纤维； 型胶原纤维束型胶原纤维束, ,

7、 主要分布于皮肤、肌腱、韧带及骨中主要分布于皮肤、肌腱、韧带及骨中, , 具有很强的抗张强度具有很强的抗张强度; ; 型胶原主要存在于软骨中型胶原主要存在于软骨中; ; 型胶原形成微细的原纤维网型胶原形成微细的原纤维网, , 广泛分布于伸展性的组广泛分布于伸展性的组 织，如皮肤、血管、内脏等疏松结缔组织织，如皮肤、血管、内脏等疏松结缔组织; ; 型胶原形成二维网格样结构型胶原形成二维网格样结构, ,是基膜的主要成分及支架。是基膜的主要成分及支架。 p523细胞质膜细胞外基质胶原及其分子结构胶原及其分子结构 胶原纤维的基本结构单位是原胶原；胶原纤维的基本结构单位是原胶原；原胶原是由三条肽链盘绕成

8、的三股螺旋结构；原胶原是由三条肽链盘绕成的三股螺旋结构； 富含富含Gly（甘）（甘）,Pro（脯）和（脯）和Lys（赖）（赖）三肽重复序列：三肽重复序列：Gly - X - Y 特征性化学修饰： Pro，Lys羟基化； Lys选择性糖基化 对胶原纤维的高级结构的形成是重要的；对胶原纤维的高级结构的形成是重要的； 在胶原纤维内部在胶原纤维内部, 原胶原蛋白分子呈原胶原蛋白分子呈1/4交替平行交替平行 排列排列, 形成周期性横纹。形成周期性横纹。 p524X：Pro；Y：Hypro / Hylys细胞质膜细胞外基质胶原的合成与加工胶原的合成与加工 前体前体 肽链在粗面内质网合成，并形成前原胶原肽链

9、在粗面内质网合成，并形成前原胶原 (preprocollagen)(preprocollagen)； 前原胶原(preprocollagen)是原胶原前体和分泌形式， 在粗面内质网合成、加工与组装，经高尔基体分泌。 前原胶原在细胞外由两种专一性不同的蛋白水解酶前原胶原在细胞外由两种专一性不同的蛋白水解酶 作用作用, , 分别切去分别切去N-N-末端前肽及末端前肽及C-C-末端前肽末端前肽, ,成为原成为原 胶原（胶原（procollagenprocollagen）；）； 原胶原进而聚合装配成胶原原纤维原胶原进而聚合装配成胶原原纤维（collagen fibril）、 胶原纤维（胶原纤维（col

10、lagen fibercollagen fiber）。）。 细胞质膜细胞外基质胶原的功能胶原的功能 胶原在胞外基质中含量最高胶原在胞外基质中含量最高, 刚性及抗张力强度最大刚性及抗张力强度最大, 构成胞外基质的骨架结构；构成胞外基质的骨架结构； 在不同组织中，胶原组装成不同的纤维形式在不同组织中，胶原组装成不同的纤维形式, 以适以适 应特定功能的需要，如骨和角膜；应特定功能的需要，如骨和角膜； 胶原可被胶原酶特异降解，而参入到胞外基质信号胶原可被胶原酶特异降解，而参入到胞外基质信号 传递的调控网络中。传递的调控网络中。 胶原具有促进细胞生长的作用，如肝细胞等在含有胶原的培养基上生胶原具有促进细

11、胞生长的作用，如肝细胞等在含有胶原的培养基上生长较快。在细胞分化中，胶原基质和提纯的胶原底物具有维持并诱导长较快。在细胞分化中，胶原基质和提纯的胶原底物具有维持并诱导细胞分化的作用。细胞分化的作用。p527胶原纤维分层排布，同一层胶原纤维分层排布，同一层平行；相邻层平行；相邻层-垂直垂直 夹板样结构夹板样结构 为细胞外基质提供了一个水不溶性的框架，决定胞外基质的机械为细胞外基质提供了一个水不溶性的框架，决定胞外基质的机械性质。某一特定组织的性能通常与胶原分子的三维结构有关。性质。某一特定组织的性能通常与胶原分子的三维结构有关。细胞质膜细胞外基质糖胺聚糖糖胺聚糖 糖胺聚糖是由重复的二糖单位构成的

12、长链多糖糖胺聚糖是由重复的二糖单位构成的长链多糖 透明质酸是增殖细胞和迁移细胞的胞外基质主要成分透明质酸是增殖细胞和迁移细胞的胞外基质主要成分, , 尤其在胚胎组织中；也是蛋白聚糖的主要结构组分尤其在胚胎组织中；也是蛋白聚糖的主要结构组分 在结缔组织中起强化、弹性和润滑作用在结缔组织中起强化、弹性和润滑作用 透明质酸使细胞保持彼此分离透明质酸使细胞保持彼此分离, ,使细胞易于运动、促进使细胞易于运动、促进 细胞迁移和增殖，并阻止细胞分化细胞迁移和增殖，并阻止细胞分化 透明质酸透明质酸(hyaluronic acid)及其生物学功能及其生物学功能 二糖单位之一是氨基己糖二糖单位之一是氨基己糖(

13、(氨基葡萄糖或氨基半乳糖氨基葡萄糖或氨基半乳糖) )， 故称为糖胺聚糖；另外就是糖醛酸故称为糖胺聚糖；另外就是糖醛酸; ; 糖胺聚糖糖胺聚糖: : 透明质酸、透明质酸、4-4-硫酸软骨素、硫酸软骨素、6-6-硫酸软骨素、硫酸软骨素、 硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素和硫酸角质素等。硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素和硫酸角质素等。细胞质膜细胞外基质蛋白聚糖蛋白聚糖（PG） 蛋白聚糖存在于所有的结缔组织和胞外基质及蛋白聚糖存在于所有的结缔组织和胞外基质及 许多细胞表面许多细胞表面 蛋白聚糖由糖胺聚糖与核心蛋白蛋白聚糖由糖胺聚糖与核心蛋白(core protein) 的丝氨酸残基共价连接形成单体。的丝氨

14、酸残基共价连接形成单体。 若干蛋白聚糖单体借连接蛋白以非共价键与透若干蛋白聚糖单体借连接蛋白以非共价键与透 明质酸结合形成多聚体明质酸结合形成多聚体 蛋白聚糖的特性与功能蛋白聚糖的特性与功能细胞质膜细胞外基质层粘连蛋白层粘连蛋白(laminin)v 层粘连蛋白是高分子糖蛋白（层粘连蛋白是高分子糖蛋白（820KD）, 动物胚胎动物胚胎 及成体组织的基膜的主要结构组分之一；及成体组织的基膜的主要结构组分之一； 细胞通过层粘连蛋白锚定于基膜上；细胞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：层粘连蛋白中至少存在两个不同的受体结合部位：v 功能：层粘连蛋白在胚胎发育及组织

15、分化中具有重要作用功能：层粘连蛋白在胚胎发育及组织分化中具有重要作用 通过通过laminin把上皮细胞固定在基膜上把上皮细胞固定在基膜上 影响细胞生长、迁移、分化，与肿瘤细胞的转移有关影响细胞生长、迁移、分化，与肿瘤细胞的转移有关v 层粘连蛋白的结构由一条重链和两条轻链构成层粘连蛋白的结构由一条重链和两条轻链构成:细胞质膜细胞外基质 结构结构：由两条相似的肽链组成呈：由两条相似的肽链组成呈V字形字形, 借二硫键相连借二硫键相连 形式形式：血浆纤粘连蛋白：血浆纤粘连蛋白： 可溶形式存在于血浆及各可溶形式存在于血浆及各 种体液，种体液， 二聚体。二聚体。 细胞纤粘连蛋白：是多聚体，不溶形式存在细胞

16、纤粘连蛋白：是多聚体，不溶形式存在 于胞外基质及细胞表面。于胞外基质及细胞表面。 每条肽链为同一基因的表达产物每条肽链为同一基因的表达产物, 由数个结构域构成，由数个结构域构成， RGD三肽序列是为细胞识别的最小结构单位三肽序列是为细胞识别的最小结构单位 纤粘连蛋白的膜蛋白受体为整合素家族成员之一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在其细胞外功能区有与RGD高亲和性结合部位。高亲和性结合部位。细胞质膜细胞外基质纤维素纤维素（cellulosecellulose）纤维素微原纤维纤维素微原纤维（microfibrilmicrofibril） 是由葡萄糖分子以是由葡萄糖

17、分子以 （14）糖苷键连接起来的先行多聚体分子，）糖苷键连接起来的先行多聚体分子，聚集成束形成微原纤维，其走向受胞质中微观网架的影响；聚集成束形成微原纤维，其走向受胞质中微观网架的影响；为细胞为细胞壁提供了抗张强度壁提供了抗张强度半纤维素半纤维素（hemicellulosehemicellulose）: : 木糖、半乳糖和葡萄糖等组成木糖、半乳糖和葡萄糖等组成 的高度分支的多糖，通过氢键与微原纤维连接。的高度分支的多糖，通过氢键与微原纤维连接。 介导微原纤维彼此连接或使之与其它基质成分介导微原纤维彼此连接或使之与其它基质成分(果胶质果胶质)连接。连接。果胶质果胶质（pectinpectin）：

18、）：含有大量携带负电荷的糖，结合含有大量携带负电荷的糖，结合CaCa2+2+等阳等阳 离子离子, ,被高度水化形成凝胶。常用于食品加工被高度水化形成凝胶。常用于食品加工 果胶质与半纤维素横向连接果胶质与半纤维素横向连接, 参与细胞壁复杂网架的形成。参与细胞壁复杂网架的形成。细胞质膜细胞外基质图图15-25 膀胱上皮细胞表面的糖被，钌红染色的电镜超薄切片膀胱上皮细胞表面的糖被，钌红染色的电镜超薄切片（梁凤霞，丁明孝）（梁凤霞，丁明孝） p532细胞质膜细胞外基质整联蛋白整联蛋白蛋白聚糖蛋白聚糖层粘连蛋白层粘连蛋白纤连蛋白纤连蛋白胶胶 原原细胞外基质主要成分及结构示意图细胞外基质主要成分及结构示意

19、图细胞质膜细胞外基质长长 300 nmv原胶原间共价交联，呈阶梯状原胶原间共价交联，呈阶梯状排列，形成胶原纤维，在电镜排列，形成胶原纤维，在电镜下可见间隔下可见间隔67nm的横纹。的横纹。细胞质膜细胞外基质 （a）胶原纤维的分子结构与形成过程）胶原纤维的分子结构与形成过程()；（b）胶原纤维的电镜照片）胶原纤维的电镜照片 细胞质膜细胞外基质核心蛋白核心蛋白 硫硫 酸软骨素酸软骨素A蛋白聚糖单体蛋白聚糖单体 B硫酸软骨素、硫酸角质素、透明质酸硫酸软骨素、硫酸角质素、透明质酸C蛋白聚糖的模式图蛋白聚糖的模式图 D软骨中的蛋白聚糖电镜照片软骨中的蛋白聚糖电镜照片细胞质膜细胞外基质v合成与装配： 核心

20、蛋白肽链合成 装配氨基聚糖GAG链 硫酸化、异构化修饰v特性：高多态性 高分子量 高含糖量细胞质膜细胞外基质p103细胞质膜细胞外基质细胞质膜细胞外基质FN将细胞连接到细胞外基质上 细胞质膜细胞外基质细胞质膜细胞外基质细胞质膜细胞外基质糖胺聚糖的分子特性及分布糖胺聚糖的分子特性及分布细胞质膜细胞外基质 软骨中的蛋白聚糖是最大巨分子之一软骨中的蛋白聚糖是最大巨分子之一, ,赋予软骨赋予软骨 以凝胶样特性和抗变形能力；以凝胶样特性和抗变形能力； 蛋白聚糖可视为细胞外的激素富集与储存库，可蛋白聚糖可视为细胞外的激素富集与储存库，可 与纤维细胞生长因子与纤维细胞生长因子(FGF(FGF）、转化生长因子

21、）、转化生长因子 等等 多种生长因子结合，完成信号的传导。多种生长因子结合，完成信号的传导。 选择渗透性（分子筛） 、透光性、抗凝血等 蛋白聚糖的功能蛋白聚糖的功能p529细胞质膜细胞外基质二、弹性蛋白（二、弹性蛋白（elastinelastin） 弹性蛋白纤维网络赋予组织以弹性，弹性蛋白纤维网络赋予组织以弹性， 弹性纤维的伸展性比同样横截面积弹性纤维的伸展性比同样横截面积 的橡皮条至少大的橡皮条至少大5倍。倍。 弹性蛋白由两种类型短肽段交替排列弹性蛋白由两种类型短肽段交替排列 构成：一种是疏水短肽赋予分子以构成：一种是疏水短肽赋予分子以 弹性；另一种短肽为富丙氨酸及赖氨弹性；另一种短肽为富丙

22、氨酸及赖氨 酸残基的酸残基的螺旋，负责在相邻分子间螺旋，负责在相邻分子间 形成交联。形成交联。细胞质膜细胞外基质细胞质膜细胞外基质 伸展蛋白伸展蛋白(extensin)(extensin)：糖蛋白糖蛋白, ,在初生壁中含量可多达在初生壁中含量可多达1515， 含有大量的羟脯氨酸残基，其肽链长度的一半是含有大量的羟脯氨酸残基，其肽链长度的一半是Ser-Hyp-Hyp-Ser-Hyp-Hyp-HypHyp四肽序列的重复。糖的总量约占四肽序列的重复。糖的总量约占6565。 木质素木质素(lignin)(lignin)：由酚残基形成的水不溶性多聚体。由酚残基形成的水不溶性多聚体。 参与次生壁形成参与次

23、生壁形成, 并以共价键与细胞壁多糖交联并以共价键与细胞壁多糖交联, 大大增加了细大大增加了细胞壁的强度与抗降解胞壁的强度与抗降解 。 初生细胞壁可看成凝胶样基质，纤维素纤维埋于其中。这种初生细胞壁可看成凝胶样基质，纤维素纤维埋于其中。这种细胞壁比动物细胞的胞外基质具有更大的通透性，水和离子可细胞壁比动物细胞的胞外基质具有更大的通透性，水和离子可在细胞壁中自由扩散。植物激素相对分子质量为在细胞壁中自由扩散。植物激素相对分子质量为500500以下的水溶以下的水溶性小分子也可通过。性小分子也可通过。细胞质膜细胞外基质细胞质膜细胞外基质细胞质膜细胞外基质如果编码胶原的基因发生如果编码胶原的基因发生突变

24、，将导致胶原病。若影突变，将导致胶原病。若影响到胶原纤维的正确装配，响到胶原纤维的正确装配，皮肤和其它各种结缔组织就皮肤和其它各种结缔组织就会因此降低强度而变得非常会因此降低强度而变得非常的松弛的松弛1）胶原病 坏血病：Vc缺乏导致胶原生成障碍，血管、皮肤等变脆易出血。过度松弛皮肤症过度松弛皮肤症2）肿瘤细胞质膜细胞外基质 透明质酸同糖胺聚糖和透明质酸同糖胺聚糖和核心蛋白组成软骨组织的蛋核心蛋白组成软骨组织的蛋白聚糖复合物，称为透明质白聚糖复合物，称为透明质酸酸- -蛋白聚糖复合物。蛋白聚糖复合物。 在这种复合物中，透明质酸作为一个长轴，将蛋白聚在这种复合物中，透明质酸作为一个长轴，将蛋白聚糖

25、连接在一起，形成更大的更复杂的蛋白聚糖，使细胞外糖连接在一起，形成更大的更复杂的蛋白聚糖，使细胞外基质具有更大的抗压性基质具有更大的抗压性l结构：最简单最简单 不发生硫酸化不发生硫酸化 含大量亲水基团、负电荷含大量亲水基团、负电荷l形态：呈无规则卷曲状呈无规则卷曲状l降解：透明质酸酶透明质酸酶细胞质膜细胞外基质合成：细胞内（细胞核-内质网-高尔基体-分泌小泡）装配：细胞外降解：细胞外细胞质膜细胞外基质 RGD序列序列: FN及其他ECM中所含有的可被膜整合素 识别的Arg-Gly-Asp三肽序列。 是是FN中可与中可与 细胞结合的结构。细胞结合的结构。纤粘连蛋白的结构纤粘连蛋白的结构细胞质膜细

26、胞外基质基膜基膜(basal lamina，basement membrane) 基膜是一种复合的细胞外结构，基膜是一种复合的细胞外结构， 通常位于上皮和内皮通常位于上皮和内皮的基底面，是细胞外基质的特异区，的基底面，是细胞外基质的特异区， 将细胞层和其下的结将细胞层和其下的结缔组织分开。缔组织分开。 人皮肤的扫人皮肤的扫描电镜照片显描电镜照片显示基膜将表皮示基膜将表皮细胞与底层细细胞与底层细胞分开胞分开P532细胞质膜细胞外基质形成基膜的组织和细胞形成基膜的组织和细胞: 肌细胞和脂肪细胞的表面肌细胞和脂肪细胞的表面; ; 上皮组织基底面的下方，如皮肤上皮的下表面，将上皮细胞上皮组织基底面的下

27、方，如皮肤上皮的下表面，将上皮细胞与结缔组织分开与结缔组织分开; ; 血管内皮细胞的下表面。此外，在施旺细胞血管内皮细胞的下表面。此外，在施旺细胞(Schwann cells)(Schwann cells)的表面也覆盖有基膜。的表面也覆盖有基膜。 结构结构: 基膜是由不同的蛋白纤维组成的网状结构，基膜是由不同的蛋白纤维组成的网状结构，LN不不仅是基膜的主要成分，也是基膜的组织者，而仅是基膜的主要成分，也是基膜的组织者，而型胶原则型胶原则是基膜的网状钢架。是基膜的网状钢架。 功能功能: 基膜不仅对组织结构起支持作用，同时也是渗透基膜不仅对组织结构起支持作用，同时也是渗透性的障碍，调节分子和细胞的

28、运动。性的障碍，调节分子和细胞的运动。细胞质膜细胞外基质跨膜连跨膜连接蛋白接蛋白细胞外细胞外配体配体结合细结合细胞骨架胞骨架类型类型形状形状粘合带粘合带钙粘素钙粘素/ /蛋白蛋白另一细胞另一细胞的钙粘素的钙粘素肌动蛋白肌动蛋白连续带状连续带状粘合斑粘合斑整联蛋白整联蛋白胞外基质胞外基质ECMECM肌动蛋白肌动蛋白局部斑状局部斑状/ /盘状盘状桥粒桥粒钙粘素钙粘素另一细胞另一细胞的钙粘素的钙粘素中间纤维中间纤维局部纽扣局部纽扣半桥粒半桥粒整联蛋白整联蛋白胞外基质胞外基质ECMECM中间纤维中间纤维局部半纽局部半纽扣扣几种锚定连接对比几种锚定连接对比细胞质膜细胞外基质封闭连接封闭连接紧密连接紧密连接上皮组