细胞质膜-细胞外基质

第十五章

细胞社会的联系细胞连接细胞黏着分子细胞外基质

第三节

细胞外基质基本概念

胶原(collagen)弹性蛋白(elastin)

糖胺聚糖和蛋白聚糖

层粘连蛋白和纤粘连蛋白

植物细胞壁

纤维网架凝胶样基质粘附成分结构蛋白粘着糖蛋白多糖和糖蛋白一、基本概念细胞外被(cellcoat)又称糖萼(glycocalyx)

概念：指细胞质膜外表面覆盖的一层粘多糖物质，实际指细胞表面与质膜中的蛋白或脂类分子共价结合的寡糖链。功能：不仅对膜蛋白起保护作用,而且在细胞识别中起重要作用。

细胞外基质(extracellularmatrix，ECM)真核细胞的细胞外结构（extracellularstructures）p532二、胶原(collagen)

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30％以上）。

常见的胶原类型及其在组织中的分布

胶原及其分子结构

胶原的合成与加工

胶原的功能

P523-527三、糖胺聚糖和蛋白聚糖糖胺聚糖(glycosaminoglycan,GAGs)蛋白聚糖(proteoglycan)构成亲水性凝胶赋予组织弹性、抗压性相关疾病：粘多糖累积病动脉粥样硬化肿瘤的发生、侵袭和转移p528四、纤粘连蛋白和层粘连蛋白层粘连蛋白(laminin)

纤粘连蛋白(fibronectin)

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部位。P529-531二、弹性蛋白(elastin)

弹性蛋白是弹性纤维的主要成分；主要存在于脉管壁及肺。

弹性纤维与胶原纤维共同存在,分别赋予组织以弹性及抗张性。

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; 通过Lys残基相互交连成网状结构。

富含Gly、Pro很少羟化，无糖基化修饰不含Gly-X-Y重复序列p527六、植物细胞壁

植物细胞壁的组成

植物细胞壁的功能

增加细胞强度，提供支持功能；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。

细胞外基质(extracellularmatrix)

结构组成：

指分布于细胞外空间,由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构主要功能：

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,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

胞外基质的信号功能---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p522真核细胞的细胞外结构

（extracellularstructures）

生物种类

细胞外结构

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

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；

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，如皮肤、血管、内脏等疏松结缔组织; Ⅳ型胶原形成二维网格样结构,是基膜的主要成分及支架。

p523胶原及其分子结构

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的三股螺旋结构；富含Gly（甘）,Pro（脯）和Lys（赖）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；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。

p524X：Pro；Y：Hypro/Hylys胶原的合成与加工

前体肽链在粗面内质网合成，并形成前原胶原

(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）。

胶原的功能

胶原在胞外基质中含量最高,刚性及抗张力强度最大,

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,以适应特定功能的需要，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。p527胶原纤维分层排布，同一层—平行；相邻层---垂直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。糖胺聚糖

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,

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

透明质酸使细胞保持彼此分离,使细胞易于运动、促进细胞迁移和增殖，并阻止细胞分化

透明质酸(hyaluronicacid)及其生物学功能

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；另外就是糖醛酸;

糖胺聚糖:透明质酸、4-硫酸软骨素、6-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。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许多细胞表面蛋白聚糖由糖胺聚糖与核心蛋白(coreprotein)

的丝氨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明质酸结合形成多聚体蛋白聚糖的特性与功能层粘连蛋白(laminin)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的主要结构组分之一；

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：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laminin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层粘连蛋白的结构由一条重链和两条轻链构成:结构：由两条相似的肽链组成呈V字形,借二硫键相连形式：①血浆纤粘连蛋白：可溶形式存在于血浆及各种体液，二聚体。

②细胞纤粘连蛋白：是多聚体，不溶形式存在于胞外基质及细胞表面。每条肽链为同一基因的表达产物,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高亲和性结合部位。纤维素（cellulose）纤维素微原纤维（microfibril）

是由葡萄糖分子以（1→4）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；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，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(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。常用于食品加工

果胶质与半纤维素横向连接,参与细胞壁复杂网架的形成。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 （梁凤霞，丁明孝）

p532整联蛋白蛋白聚糖层粘连蛋白纤连蛋白胶原细胞外基质主要成分及结构示意图直径1.5nm长300nm原胶原间共价交联，呈阶梯状排列，形成胶原纤维，在电镜下可见间隔67nm的横纹。（a）胶原纤维的分子结构与形成过程(Ⅰ～Ⅶ)；（b）胶原纤维的电镜照片

核心蛋白硫酸软骨素A蛋白聚糖单体B硫酸软骨素、硫酸角质素、透明质酸C蛋白聚糖的模式图D软骨中的蛋白聚糖电镜照片合成与装配：核心蛋白肽链合成装配氨基聚糖GAG链硫酸化、异构化修饰特性：高多态性高分子量高含糖量p103FN将细胞连接到细胞外基质上

糖胺聚糖的分子特性及分布 软骨中的蛋白聚糖是最大巨分子之一,赋予软骨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，可与纤维细胞生长因子(FGF）、转化生长因子等多种生长因子结合，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p529二、弹性蛋白（elastin）

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的橡皮条至少大5倍。

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弹性；另一种短肽为富丙氨酸及赖氨酸残基的α螺旋，负责在相邻分子间形成交联。伸展蛋白(extensin)：糖蛋白,在初生壁中含量可多达15％，含有大量的羟脯氨酸残基，其肽链长度的一半是Ser-Hyp-Hyp-Hyp四肽序列的重复。糖的总量约占65％。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。

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，水和离子可在细胞壁中自由扩散。植物激素相对分子质量为500以下的水溶性小分子也可通过。如果编码胶原的基因发生突变，将导致胶原病。若影响到胶原纤维的正确装配，皮肤和其它各种结缔组织就会因此降低强度而变得非常的松弛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2）肿瘤

透明质酸同糖胺聚糖和核心蛋白组成软骨组织的蛋白聚糖复合物，称为透明质酸-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结构：最简单不发生硫酸化含大量亲水基团、负电荷形态：呈无规则卷曲状降解：透明质酸酶合成：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

RGD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FN中可与细胞结合的结构。纤粘连蛋白的结构基膜(basallamina，basementmembrane)

基膜是一种复合的细胞外结构，通常位于上皮和内皮的基底面，是细胞外基质的特异区，将细胞层和其下的结缔组织分开。

人皮肤的扫描电镜照片显示基膜将表皮细胞与底层细胞分开P532形成基膜的组织和细胞:①肌细胞和脂肪细胞的表面;②上皮组织基底面的下方，如皮肤上皮的下表面，将上皮细胞与结缔组织分开;③血管内皮细胞的下表面。此外，在施旺细胞(Schwanncells)的表面也覆盖有基膜。●结构:

基膜是由不同的蛋白纤维组成的网状结构，LN不仅是基膜的主要成分，也是基膜的组织者，而Ⅳ型胶原则是基膜的网状钢架。●功能:

基膜不仅对组织结构起支持作用，同时也是渗透性的障碍，调节分子和细胞的运动。跨膜连接蛋白细胞外配体结合细胞骨架类型形状粘合带钙粘素/蛋白另一细胞的钙粘素肌动蛋白连续带状粘合斑整联蛋白胞外基质ECM肌动蛋白局部斑状/盘状桥粒钙粘素另一细胞的钙粘素中间纤维局部纽扣半桥粒整联蛋白胞外基质ECM中间纤维局部半纽扣几种锚定连接对比封闭连接紧密连接上皮组织间壁连接只存在于无脊椎动物中锚定连接连接肌动蛋白粘合带上皮组织粘合斑上皮细胞基部连接中间纤维桥粒心肌、表皮半桥粒上皮细胞基部通讯连接间隙连接大多数动物组织中化学突触神经细胞间和神经—肌肉间胞间连丝植物细胞间各种连接的比较

功能观察特征胞间间隙相关结构封闭连接紧密连接封闭细胞连接无跨膜连接蛋白锚定连接粘合带细胞与细胞粘着连续粘着带15~20nm与肌动~相连CAM粘合斑细胞与基质底膜连接局部粘着斑15~20nm桥粒细胞与细胞粘着局部粘着点20~35nm与中间~相连EAM半桥粒细胞与基质底膜连接局部粘着点20~35nm通讯连