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Typical Extracellular matrix
山东大学医学院细胞生物学研究所
1
第一节
细胞外基质的主要组成成分
定义:
◆分类∶
●氨基聚糖与蛋白聚糖
(glycosaminoglycan GAG,proteoglycan PG)
●胶原和弹性蛋白(collagen,elastin)
●非胶原性黏合蛋白(non-collagen glycopreteins )
粘着成分,如纤连蛋白和层粘蛋白
一、氨基聚糖与蛋白聚糖
(GLYCOSAMINOGLYCAN GAG,PROTEOGLYCAN PG)
(一)氨基聚糖
◆结构:
由重复的二糖单位聚合而成不分支的长链状多糖。
氨基己糖(N—乙酰氨基葡萄糖,N—乙酰氨基半乳糖)
糖醛酸(葡萄糖醛酸,艾杜糖醛酸)
◆ 透明质酸(hyaluronic acid,HA)
(1)组成:N—乙酰氨基葡萄糖 + 葡萄糖醛酸
(2)作用: a、赋予组织一定的抗压性;
b、利于细胞的迁移及增殖。
(二)蛋白聚糖(Proteoglycan,PG)
1. 分子结构
单体 = 核心蛋白质 + GAG
PG = 若干个单体以非共价键被连接蛋白质与HA相结合
2.蛋白聚糖的合成:
(1)合成:包括肽链的合成与肽链的糖基化
部位:内质网 →高尔基体
(2) 种类:
多态性
(3)并非所有蛋白聚糖皆为ECM成分
连接素(Syndecan):存在于成纤维细胞及上皮细
胞的细胞表面。其作用为胶原、纤连蛋白等基质成分
的辅助受体。
Fibroglycan:纤维形多糖
(三)GAG和PG的功能:
1.使组织具有弹性和抗压性;
2.对物质转运有选择渗透性:
3.角膜中的PG具有透光性:
4.GAG的抗凝血功能:
5.细胞表面的PG有传递信息作用:
6.GAG和PG与组织老化
(四)GAG和PG与疾病
黏多糖累积病,动脉粥样硬化,肿瘤
(一)胶原(Collagen)
细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白。
● Collagen is the single most abundant protein in
the human body .
1.胶原的分子结构
(1)胶原纤维的基本结构单位——胶原分子
(collagen molecule)
(2) 胶原分子是由三条α-螺旋多肽链盘绕成的
三股螺旋结构;
(3)胶原分子肽链的一级结构:
(Gly—X—Y)n 序列
Gly——甘氨酸
X——脯氨酸(Pro)
Y——羟脯氨酸(Hypro)
羟赖氨酸(Hylys)
(4)三螺旋结构:
Collagen Types I, II, III, and V are fiberforming collagens
Collagen
2.胶原的类型和分布
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。
3. 胶原的合成装配与降解:
(1)胶原基因:
20 different collagen genes
over 7 chromosomes
(2)胶原基因的表达与加工:
①转录:
DNA
hnRNA
mRNA
② 翻译: (粗面内质网)
mRNA
前体链 + 前肽(prepeptide)
③ 加工修饰: (始于内质网、在高尔基体中继续进行)
前α链
前胶原(procollagen)
前α链
(3)装配:
① 前胶原
胶原分子
② 胶原分子
胶原原纤维(collagen fibril)
③ 胶原原纤维
胶原纤维(collagen fiber)
分子内和分子间的交联。
Structural features
胶
原
的
组
装
已装配的胶原
(4)Ⅳ型胶原的装配:
(5)胶原的降解:
a. 不同组织胶原的转换率不同。
b. 在某些局部区域或特殊生理病理情况下,胶原的转换加
快,并常伴有胶原类型的改变;
c. 未变性胶原的典型三股螺旋结构对一般蛋白水解酶具有
很强的抵抗力,因而不易降解。
◆胶原酶:存在于细胞内及分泌物中,其作用机制相同。
a. 组织来源不同的胶原酶对不同类型胶原的水解能力
强弱不同;
b. 活性的调节:主要是蛋白酶和纤溶酶的水解作用。
4、胶原的功能:
(1)胶原在不同组织中行使不同的功能:
组织中胶原的形态结构与功能相适应;
(2)胶原具有刺激细胞增殖和诱导细胞分化的作用:
胶原可刺激上皮分化、影响细胞的形态和运动、
引导细胞迁移等的作用;
(3)哺乳动物在发育的不同阶段表达不同类型的胶原。
5、胶原与疾病:
(1)定义: 因胶原的含量、结构、类型或代谢异常
而导致的疾病统称为胶原病(collagen diseases)。
(2)导致胶原异常的机制:
① 胶原在体内合成与降解的平衡发生紊乱;
② 胶原基因结构的异常;
③ 基因产物后修饰异常;
④ 组织中各种类型胶原的特定比例失常;
⑤ 胶原分子在组织中组装成胶原纤维发生障碍,
或胶原与基质中其它大分子的交联发生异常;
(3)免疫性胶原疾病:
(二)弹性蛋白(elastin)
◆是弹性纤维(elastic fibers)的主要成分。
◆结构组成:无规则卷曲及高度交联。
富含甘氨酸和脯氨酸的蛋白质
赖氨酸、脯氨酸没有羟基化
高度疏水的非糖基化蛋白
◆分布与功能:能够赋予细胞外基质弹性。
主要存在于皮肤、脉管壁及肺。
如在皮肤结缔组织中特别丰富,使皮肤具有高度弹性。
◈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。
即粘着糖蛋白(adhesive protein),起着将
细胞外基质与细胞联系起来的桥梁作用。
与结构相关。
(一)纤连蛋白(Fibronectin,FN)
 FN是高分子量糖蛋白(220~250KD)
◆类型:
●血浆FN:二聚体,
●细胞FN: 多聚体。
纤粘连蛋白不同的亚单位为同一基因的表
达产物, 每个亚单位由数个结构域构成,RGD
三肽序列是为细胞识别的最小结构单位。
RGD seq. = Arg-Gly-Asp
2.FN的功能:
(1)介导细胞与细胞外基质间的粘着:
(2)与细胞的迁移有关:
(3)在组织创伤修复中的作用:
粘合斑
3.FN与疾病:
(1)肾小球肾炎:
(2)在纤维组织的增生、创伤愈合、类风湿性
关节炎的关节滑液中等,[FN] ↑
(二)层粘连蛋白(laminin, LN)
◆主要存在于基膜(basal lamina)结构中;
细胞通过层粘连蛋白锚定于基膜上;
高分子糖蛋白(820KD);
结构:由一条重链和两条轻链构成
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;
与细胞质膜上的整联蛋白结合的RGD序列。
1.分子结构:
2、功能
多功能分子.
3.LN与疾病:
(1)糖尿病具有广泛的基膜改变;
(2)肾小球肾炎:基膜中[LN] ↓
(3)在扩张性心肌病、心肌炎患者:血液中出现抗LN的
抗体;
(4)在酒精中毒性肝病、全身硬化症、某些恶性肿瘤等,
[LN] ↑
第二节
细胞外基质的特化结构——
基底膜
一、基底膜的分布(Basement membrane )
◆ 特殊的ECM组织形式
■ 包绕肌肉与脂肪组织;
■ 位于内皮细胞的基底面,
■位于血管内皮细胞的内表面.
二、基底膜的组成成分
1.Ⅳ型胶原
2.层粘连蛋白
是基膜的主要成分,也是基膜的组织者;
3.内联蛋白(entactin)
4.渗滤素(perlecan)
Ⅳ型胶原是基膜的核心分子,排列成网状;
层粘连蛋白同Ⅳ型胶原结合,覆盖在细胞表层。
三、基底膜的生物学功能
●对附着的细胞提供机械力的支撑;
●支持细胞的迁移;
●在某一器官内起分隔组织的作用;
●是肿瘤细胞侵袭转移的屏障.
Ⅳ型胶原装配的基膜
基膜中Ⅳ型胶原的网络
a.a.基膜中Ⅳ型胶原的网络
b. 鸡胚角膜的基膜
b. 鸡胚角膜的基膜
(BL—Ⅳ型胶原蛋白,E—上皮细胞,C—胶原)
(BL—Ⅳ型胶原蛋白,E—上皮细胞,C—胶原)
a.人皮肤 b.肾小球基膜
(GBM,胶体金标记)
第三节
细胞外基质与细胞间的相互作用
* ECM不仅由座落在其上的细胞或临近的细胞产生,而且
由细胞引导ECM精细结构的排列;
* ECM对细胞的形态和活动具有全方位的调控作用。
细胞的形态
细胞骨架的组装
稳定的(半桥粒)
细胞- ECM间的相互作用
细胞的存活
调控
动态的(粘着斑)
细胞的凋亡
细胞的增殖
细胞的分化
细胞的迁移
一、细胞外基质对细胞生物学行为的影响
(一)影响细胞的形态结构
(二)影响细胞的生存与死亡
(三)影响细胞的增殖和分化
(四)影响细胞的迁移
细胞外基质对细胞的存活、增殖具有不可或缺的作用
失巢凋亡
细胞外基质对细胞增殖的影响
细胞外基质对细胞分化的影响
图示:胚胎发育过程中细胞的迁移规律
二、细胞对细胞外基质的影响
(一)细胞外基质由其所在组织细胞分泌
(二)细胞外基质成分的降解是在细胞的控
制下进行的
纤溶酶系统:
纤溶酶(plasmin):属于丝氨酸蛋白酶,包括uPA、tPA
纤溶酶原(plasminogen):
纤溶酶原活化因子(plasminogen activator,PA):uPA、tPA
纤溶酶活化因子受体 (plasminogen receptor): uPAR, tPAR
纤溶酶原活化因子抑制因子 ( inhibitor of plasminogen
activator,PAI)
 基质金属蛋白酶系统
基质金属蛋白酶(MMPs):作用依赖于Zn 2+ 的内肽酶,已发现
16种。
基质金属蛋白酶抑制剂(MMPI)
基质金属蛋白酶受体MMPR


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