第5章細胞外基質(zhì)與細胞連接

1、第5章細胞外基質(zhì)與細胞連接第一節(jié) 細胞外基質(zhì)細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)：是由細胞合成并分泌到胞外、分布在細胞表面或細胞之間的大分子， 主要是一些多糖和蛋白， 或蛋白聚糖。細胞外基質(zhì)對于一些動物組織的細胞具有重要作用。 一、細胞外基質(zhì)的組成成分可分為三大類: 蛋白聚糖(proteoglycan)， 是由糖胺聚糖(glycosaminoglycans)以共價的形式與線性多肽連接而成的多糖和蛋白復(fù)合物， 它們能夠形成水性的膠狀物。 結(jié)構(gòu)蛋白，如膠原和彈性蛋白，它們賦予細胞外基質(zhì)一定的強度和韌性。 粘著蛋白(adhesive proteins):如纖粘連蛋白和層粘連

2、蛋白，它們促使細胞同基質(zhì)結(jié)合。其中以膠原和蛋白聚糖為基本骨架在細胞表面形成纖維網(wǎng)狀復(fù)合物，并通過細胞質(zhì)膜中的整聯(lián)蛋白將細胞外與細胞內(nèi)連成了一個整體 。An overview of the macromolecular organization of the extracellular matrix. （一）蛋白聚糖proteoglycan1、糖氨聚糖：由重復(fù)的二糖單位構(gòu)成的長鏈多糖，其二糖單位之一是氨基己糖，故稱為糖氨聚糖。包括透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角質(zhì)素。2、蛋白聚糖：由糖氨聚糖與核心蛋白的絲氨酸共價連接形成的巨分子。The structure of a

3、cartilage-type proteoglycan complex. 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（二）膠原1、膠原(collagen) 是細胞外最重要的水不溶性纖維蛋白，也是動物體內(nèi)含量最豐富的蛋白，約占人體蛋白質(zhì)總量的30以上。 是構(gòu)成細胞外基質(zhì)的骨架，在細胞外基質(zhì)中形成半晶體的纖維，給細胞提供抗張力和彈性，并在細胞的遷移和發(fā)育中起作用。2、膠原的結(jié)構(gòu):膠原蛋白的基本結(jié)構(gòu)單位是原膠原(tropocollagen)，原膠原肽鏈的一級結(jié)構(gòu)具有(Gly-x-y)n重復(fù)序列， 其中Gly為甘氨酸，x常為脯氨酸(Pro)， y常

4、為羥脯氨酸(Hypro)或羥賴氨酸(Hylys)。3、原膠原是由三條-肽鏈組成的纖維狀蛋白質(zhì)， 相互擰成三股螺旋狀構(gòu)型， 長300nm， 直徑1.5nm。The structure of collagen. 膠原的組織和結(jié)構(gòu) 電鏡照片所示的是雞胚胎結(jié)締組織的膠原纖維; 圖解是膠原的分子結(jié)構(gòu) 3、膠原類型：已發(fā)現(xiàn)有多種類型的膠原，不同類型的膠原有不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)和不同的免疫性能， 是不同基因的表達產(chǎn)物。各類膠原都有兩個共同的特點都是由三條肽鏈組成；各類膠原蛋白的氨基酸組成完全不同，這在其他蛋白質(zhì)中從未發(fā)現(xiàn)過。表中是已鑒定的部分膠原纖維的結(jié)構(gòu)特征和分布。類型亞單位結(jié)構(gòu)分布1()，2()纖維狀皮膚、腱

5、、骨等1()纖維狀 軟骨、玻璃體液1()纖維狀皮膚、肌肉等1()，2() 非纖維狀所有的基膜1()，2()，3() 纖維狀大多數(shù)間隙組織1()，2()，3()纖維狀大多數(shù)間隙組織1()非纖維狀錨定原纖維1()? 某些內(nèi)皮細胞1() ? 肥大和鹽質(zhì)軟骨1()，2()，2()? 軟骨XI 1(XI)，2(XI)，3(XI)纖維狀肥大和鹽質(zhì)軟骨XII 1(XII)?皮膚、腱XIII 1(XIII)?表皮，基膜 XIV 1(XIV) ?胎兒皮膚和腱4、脊椎動物膠原的合成與裝配 膠原是由幾千個不同的分子組成的高度組織化的結(jié)構(gòu)，合成和裝配十分復(fù)雜。 膠原蛋白是在膜結(jié)合核糖體上起始合成的，然后進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，通

6、過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的加工修飾和裝配，最后分泌到細胞外基質(zhì)中完成裝配。 脊椎動物中膠原的合成、裝配與分泌 （1）裝配過程中涉及的前體鏈、前膠原、膠原、膠原原纖維及膠原纖維的關(guān)系 。膠原裝配的主要步驟 （2）由前體肽裝配成前膠原時，是通過分子內(nèi)的交聯(lián)完成的。而由膠原裝配成膠原原纖維(collagen fibril)則是通過分子間的交聯(lián) 。膠原纖維的分子間和分子內(nèi)交聯(lián) 5、膠原的作用 為細胞外基質(zhì)提供了一個水不溶性的框架，決定細胞外基質(zhì)的機械性質(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)。 膠原是骨、腱和皮膚組織中的主要蛋白，這些組織的細胞外基質(zhì)不僅膠原含量高， 而且剛性及抗張力大。 另外膠原

7、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(zhì)和提純的膠原底物具有維持并誘導(dǎo)細胞分化的作用。許多實驗證明， 某種細胞經(jīng)過特異的粘連蛋白的介導(dǎo)，可以粘連到特定類型膠原上。許多上皮細胞和內(nèi)皮細胞經(jīng)層粘連蛋白的介導(dǎo)可與基膜中的型膠原粘連。6、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)締組織就會因此降低強度而變得非常的松弛。 過度松弛皮膚癥 這是1890年拍攝的彈性皮膚人的照片，是由于膠原裝配不正確引起的遺傳綜合癥。在某些個體中，由于膠原酶缺陷而引起，因為膠原酶缺陷，不能將前膠原轉(zhuǎn)變成膠原。（三）彈性蛋白彈性蛋白是彈性

8、纖維(elastic fibers)的主要成分。彈性纖維主要存在于韌帶和脈管壁。彈性纖維與膠原纖維共同存在， 賦予組織以彈性和抗張能力 。彈性纖維曲伸模型 （四）纖維粘連蛋白(fibronectin， FN)纖維粘連蛋白屬非膠原糖蛋白的一種， 稱為冷不溶球蛋白， 它是一種高相對分子質(zhì)量的粘附性的糖蛋白， 廣泛存在于動物界， 包括海綿、海膽及哺乳動物類。每個FN亞基上有與膠原、細胞表面受體、血纖蛋白和硫酸蛋白多糖高親和結(jié)合的位點。1、纖粘連蛋白的結(jié)構(gòu) RGD序列: FN中與 細胞識別的結(jié)構(gòu)域中的Arg-Gly-Asp三肽序列 2、纖粘連蛋白的作用 介導(dǎo)細胞粘著 在FN的分子上既有與膠原結(jié)合的結(jié)構(gòu)

9、域，又有與細胞結(jié)合的結(jié)構(gòu)域。這樣，F(xiàn)N可以介導(dǎo)細胞外基質(zhì)與細胞進行結(jié)合。 影響細胞的遷移 在正常組織里， 細胞是由多種多樣的糖蛋白粘連起來， 并約束在一個固定的位置上，主要是靠FN來維持其穩(wěn)定狀態(tài)。Structure and function of fibronectin. （五） 層粘連蛋白(laminin， LN) 層粘連蛋白是基膜(basal lamina)的主要結(jié)構(gòu)成分?；な且环N復(fù)合的細胞外結(jié)構(gòu)， 通常位于上皮和內(nèi)皮的基底面，是細胞外基質(zhì)的特異區(qū)， 將細胞層和其下的結(jié)締組織分開。典型的基膜厚約50nm，有些基膜的厚度達200nm。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 形

10、成基膜的組織和細胞: 肌細胞和脂肪細胞的表面; 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(jié)締組織分開; 血管內(nèi)皮細胞的下表面。此外，在施旺細胞(Schwann cells)的表面也覆蓋有基膜。 基膜的結(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，而型膠原則是基膜的網(wǎng)狀鋼架?；さ墓δ? 基膜不僅對組織結(jié)構(gòu)起支持作用，同時也是滲透性的障礙，調(diào)節(jié)分子和細胞的運動?；さ姆肿咏Y(jié)構(gòu)模型 1、層粘連蛋白結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)不對稱的十字形， 由一條長臂和三條相似的短臂構(gòu)成。1和2短臂上有兩個球形域， 鏈上的短臂有三個球形結(jié)構(gòu)域，其中有一個結(jié)構(gòu)域同型膠原結(jié)

11、合，第二個結(jié)構(gòu)域同肝素結(jié)合，還有同細胞表面受體結(jié)合的結(jié)構(gòu)域。層粘連蛋白結(jié)構(gòu)2、層粘連蛋白功能 LN分子中具有與型膠原、細胞表面、及其它的蛋白聚糖結(jié)合的位點。在基膜中，主要功能就是作為基膜的主要結(jié)構(gòu)成分對基膜的組裝起關(guān)鍵作用， 在細胞表面形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并將細胞固定在基膜上。LN還有許多其他的作用，如在細胞發(fā)育過程中刺激細胞粘著、細胞運動。LN還能夠刺激胚胎中神經(jīng)軸的生長，并促進成年動物的神經(jīng)損傷后再生。如同纖粘連蛋白，細胞外的LN能夠影響細胞的生長、遷移和分化。An overview of the macromolecular organization of the extracellular matrix. 二、細胞外基質(zhì)的主要功能 對細胞的形態(tài)和細胞活性的維持起重要作用； 幫助某些細胞完成特有的功能； 同一些生長因子和激素結(jié)合進行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)； 此外， 某些特殊的細胞外基質(zhì)也是細胞分化所必需的。胚胎