细胞外基质及其与细胞相互作用.pptx

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1、1概述1.细胞外基质与细胞的关系（1）细胞外基质与细胞共同构成组织（2）对细胞有支持、保护、营养的作用（3）与细胞代谢、增殖、生长、分化、识别、黏着、迁移、组织创伤修复等正常生理活动和异常病理改变有密切关系（4）基底膜是特化的细胞外基质就像水对鱼、土壤对植物的作用。第2页/共49页第1页/共49页2 分布于细胞外空间，细胞分泌的由蛋白质和多糖 构成的高度水合性纤维网络凝胶结构。细胞外基质定义细胞外基质定义 ：第3页/共49页第2页/共49页3含量种类差别大、决定组织物理性状适合其功能上皮组织 肌组织 脑脊髓含量少：含量多：结缔组织平滑肌第4页/共49页第3页/共49页42.细胞外基质中的大分子

2、（1）凝胶样基质成分：氨基聚糖与蛋白聚糖（2）纤维状网架成分：胶原蛋白与弹性蛋白（3）粘着成分：纤粘连蛋白与层粘连蛋白3.胞外基质成分由该组织的细胞合成和分泌。第5页/共49页第4页/共49页5第一节 细胞外基质的主要成分一、氨基聚糖与蛋白聚糖（凝胶样基质成分）二、胶原蛋白与弹性蛋白（纤维状网架成分）三、纤粘连蛋白与层粘连蛋白（粘着成分）第6页/共49页第5页/共49页6一、氨基聚糖与蛋白聚糖（一）氨基聚糖1.结构：重复的二糖单位构成的直链多糖(详见表11-1)。二糖单位：己糖醛酸：葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸氨基己糖：N-乙酰氨基葡萄糖或N-乙酰氨基半乳糖不同的二糖单位和透明质酸链的二糖单位重复序

3、列不同的二糖单位和透明质酸链的二糖单位重复序列第7页/共49页第6页/共49页72.种类：根据糖基性质、连接方式、硫酸化程度和分布部位分为六种：（1）透明质酸（hyaluronic acid,HA）（2）肝素（heparin）（3）硫酸乙酰肝素（heparan sulfate,HS）（4）硫酸软骨素（chondroitin sulfate,CS）（5）硫酸皮肤素（dermatan sulfate,DS）（6）硫酸角质素（keratan sulfate,KS）除透明质酸外，其它氨基聚糖都被硫酸化。第8页/共49页第7页/共49页8表11-1 氨基聚糖的分子特性及组织分布注：*L-艾杜糖醛酸是由差

4、向异构酶催化糖链中的D-葡萄糖醛酸进行差向异构化而生成的。氨基聚糖 重复二糖单位 每二糖单位所含硫酸基 组织分布 透明质酸(HA)hyaluronic acid 葡萄糖醛酸-N乙酰氨基葡萄糖 0结缔组织、皮肤、软骨、滑液、玻璃体 硫酸软骨素(CS)chondroitin sulfate葡萄糖醛酸-N乙酰氨基半乳糖 0.22.3软骨、角膜、骨、皮肤、动脉 硫酸皮肤素(DS)dermatan sulfate 葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸*-N乙酰氨基半乳糖 1.02.0皮肤、血管、心、心瓣膜 硫酸乙酰肝素(HS)heparan sulfate 葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸*-N乙酰氨基葡萄糖 0.23.0肺，

5、动脉，细胞表面 肝素heparin 葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸*-N乙酰氨基葡萄糖2.03.0肺、肝、皮肤，肥大细胞 硫酸角质素(KS)keratan sulfate keratan sulfate 半乳糖-N乙酰氨基葡萄糖0.91.8 软骨、角膜、椎间盘 第9页/共49页第8页/共49页9（二）蛋白聚糖（proteoglycan,PG）1.结构：由氨基聚糖(除透明质酸外)与核心蛋白(core-protein)共价结合的高分子复合物。透明质酸（中轴）透明质酸（中轴）蛋蛋白白聚聚糖糖多多聚聚体体蛋白聚蛋白聚糖单体糖单体连接蛋白连接蛋白核心蛋白（单链核心蛋白（单链多肽）多肽）氨基聚糖（相同氨基聚糖（相

6、同或不同）或不同）2.合成合成（1）核心蛋白合成）核心蛋白合成（结合核糖体）（结合核糖体）（2）核心蛋白）核心蛋白+糖链糖链 蛋白聚糖单体蛋白聚糖单体(内质内质网腔网腔)第10页/共49页第9页/共49页103.氨基聚糖和蛋白聚糖的理化特性（1）在生理pH值下带有密集的负电荷；（2）电荷互斥使分子呈高度伸展状态，形成多孔亲水凝胶；（3）电负性吸引Na+，Na+结合水，产生膨胀压。（4）具有多态性，核心蛋白的氨基酸序列可以不同，多糖链的长度和成分可以不同。第11页/共49页第10页/共49页11（三）氨基聚糖与蛋白聚糖的功能1.形成凝胶样基质，使组织具有弹性和抗压性；2.对物质转运有选择通透性（

7、基膜尤为典型）；3.肝素具有抗凝血作用；4.细胞表面的蛋白聚糖具有传递信息的作用；5.骨组织中的氨基聚糖有助于钙盐沉积和骨的钙化6.氨基聚糖和蛋白聚糖与组织老化有关。（玻尿酸）第12页/共49页第11页/共49页12（四）氨基聚糖和蛋白聚糖与疾病1.氨基聚糖或蛋白聚糖及其降解中间产物的堆积造成黏粘多糖贮积症2.氨基聚糖的变化和蛋白聚糖的异常表达对肿瘤发生、发展及转移有重要作用。第13页/共49页第12页/共49页13二、胶原与弹性蛋白（一）胶原（collagen）含量：人体含量最丰富的蛋白质，占人体蛋白总量的2530%。为不溶性纤维蛋白，在人体衰老过程中，组织中胶原蛋白的含量逐渐降低。分布：分

8、布于各种组织，尤其在结缔组织中特别丰富，是细胞外基质的网状结构。来源：由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞及某些上皮细胞合成并分泌。第14页/共49页第13页/共49页14胶原在不同组织中的含量 /组织胶原的含量（克 100 克干重）脱钙骨88.0跟腱86.0皮肤71.9角膜68.1软骨4663韧带17.0主动脉1224肺10肝4第15页/共49页第14页/共49页15第16页/共49页第15页/共49页161.胶原的分子结构（1）每个胶原分子是由3条 肽链(20多种)绕成的同源或异源三股螺旋结构；（2）富含Gly-Pro-Hypro/Hylys三肽重复顺序；（3）氨基酸的羟基化与糖基化使肽链彼此

9、交联，稳定结构。第17页/共49页第16页/共49页172.胶原的主要类型20多种 链构成已知的19种胶原。常见的是、型。表11-2 几种胶原的分子组成、组织分布及来源类型类型分子组成分子组成组织分布组织分布来源来源 1(I)2 2(I)皮肤，肌腱，骨，韧带，角皮肤，肌腱，骨，韧带，角膜，筋膜膜，筋膜成纤维细胞成纤维细胞 1(II)3透明软骨，椎间盘髓核，玻透明软骨，椎间盘髓核，玻璃体细纤维，脊索璃体细纤维，脊索成纤维细胞成纤维细胞 1(III)3皮肤，肌肉，结缔组织，血皮肤，肌肉，结缔组织，血管壁，常与管壁，常与I型胶原共分布型胶原共分布成纤维细胞成纤维细胞网织红细胞网织红细胞 1()2 2

10、()各种组织基膜各种组织基膜上皮细胞上皮细胞内皮细胞内皮细胞第18页/共49页第17页/共49页18表8-3续 几种胶原的分子组成、组织分布和来源类型类型分子组成分子组成组织分布组织分布来源来源 1()2 2()皮肤，血管，内部器官皮肤，血管，内部器官平滑肌细胞平滑肌细胞成肌细胞成肌细胞 1()2()3()血管，子宫，胎盘，皮肤血管，子宫，胎盘，皮肤结缔组织结缔组织成纤维细胞成纤维细胞软骨细胞软骨细胞 1()3复层鳞状上皮复层鳞状上皮(皮肤皮肤,口口腔腔,阴道阴道,子宫粘膜等子宫粘膜等)下下方方上皮细胞上皮细胞 1()3弹性软骨，软骨生长板，弹性软骨，软骨生长板，软骨周围，骨膜，脊索软骨周围，

11、骨膜，脊索内皮细胞内皮细胞 1()2()3()透明软骨（与透明软骨（与II型胶原纤型胶原纤维共存）维共存）成软骨细胞成软骨细胞 1()3增生性软骨（内软骨骨化增生性软骨（内软骨骨化区）区）增殖中的软增殖中的软骨细胞骨细胞第19页/共49页第18页/共49页193.胶原的合成、装配与降解合成胶原的细胞类型：成纤维细胞，成骨细胞，成软骨细胞，成肌细胞；各类上皮细胞，内皮细胞，脂肪细胞，雪旺氏细胞，牙本质细胞第20页/共49页第19页/共49页20（1）胶原在细胞内的合成mRNA多肽链 前 链 前胶原分子（细胞内）前胶原分子（细胞外）在在rERrER附着核糖体中合成多肽，附着核糖体中合成多肽，并进入

12、并进入ERER腔腔在在ER腔中腔中,切去信号肽切去信号肽;脯脯氨酸羟基化氨酸羟基化,赖氨酸羟基化和赖氨酸羟基化和糖基化糖基化;肽链两端加上前肽序肽链两端加上前肽序列列在在ER腔中腔中,3条条 链之间相互链之间相互交联形成前胶原分子交联形成前胶原分子 分泌到细胞外基质中分泌到细胞外基质中 第21页/共49页第20页/共49页21（2 2）胶原在细胞外的装配前胶原分子（细胞外）胶原分子（1.5300 nm）胶原原纤维（有明暗相间的横纹）胶原纤维（直径数m,光镜下可见）在细胞基质中由前肽酶在细胞基质中由前肽酶切去前肽切去前肽 自我组装：相邻分子相自我组装：相邻分子相错错1/4长度，前后分子相长度，前

13、后分子相隔隔35nm距离距离 胶原原纤维聚集成束胶原原纤维聚集成束 第22页/共49页第21页/共49页22vAssembly of collagen fibers begins in the ER and is completed outside the cellvAbnormalities in collagens can cause serious disorders.第23页/共49页第22页/共49页23（3）胶原的降解胶原由胶原酶降解，更新十分缓慢。胶原酶活性的影响因素：活化因素：创伤、癌变、蛋白酶、纤溶酶等抑制因素：结缔组织合成的胶原酶抑制剂、雌二醇、孕酮第24页/共49页第23

14、页/共49页244.胶原的主要功能（1）抗牵拉损伤作用：皮肤、肌腱中的胶原；（2）抗骨折作用：骨骼中的胶原；（3）保护细胞：腺泡、肌肉细胞周围的胶原；（4）维持组织、器官完整性：组织、器官表面和内部的胶原总体上，胶原与细胞表面整联蛋白结合将细胞与细胞外基质连在一起，在组织构建中起重要作用。第25页/共49页第24页/共49页25附：IV型胶原的结构特点1.链中不含规则的Gly-X-Y三肽重复顺序，不形成规则的 螺旋结构；2.分泌到细胞外基质中的胶原分子仍保留球形前肽，不形成胶原纤维。第26页/共49页第25页/共49页265.与胶原异常有关的疾病（了解）疾病疾病主要临床症状主要临床症状致病机制

15、致病机制1.维生素维生素C缺乏症缺乏症血管、肌腱、血管、肌腱、皮肤变脆，易皮肤变脆，易出血（坏血病）出血（坏血病）缺乏维生素缺乏维生素C，多肽链中的，多肽链中的脯氨酸、赖氨酸不能进行羟脯氨酸、赖氨酸不能进行羟化反应和糖基化反应，不能化反应和糖基化反应，不能形成正常的胶原原纤维。形成正常的胶原原纤维。2.成骨不成骨不全综合征全综合征骨骼发育不良，骨骼发育不良，骨质疏松变脆，骨质疏松变脆，蓝色巩膜，听蓝色巩膜，听力丧失力丧失基因突变导致基因突变导致 I 型胶原合成型胶原合成障碍，结缔组织中障碍，结缔组织中I 型胶原型胶原含量下降；胶原纤维成熟受含量下降；胶原纤维成熟受抑制，骨结构异常改变抑制，骨结

16、构异常改变第27页/共49页第26页/共49页27&胶原是骨骼、皮肤、巩膜及牙本质等组织的主要成分，因而这些部位的病变更明显。疾病疾病主要临床症状主要临床症状致病机制致病机制3.类风类风湿性关湿性关节炎节炎关节疼痛、肿胀，活动受关节疼痛、肿胀，活动受限限产生了针对胶原产生了针对胶原的抗体，导致自的抗体，导致自体免疫体免疫4.爱唐爱唐综合征综合征骨骼、肌腱缺乏刚性，关骨骼、肌腱缺乏刚性，关节活动过度，皮肤、肌腱、节活动过度，皮肤、肌腱、血管变脆。血管变脆。胶原胶原N端延长，端延长，或未切去前肽，或未切去前肽，结构异常。结构异常。第28页/共49页第27页/共49页28（二）弹性蛋白弹性蛋白（el

17、astin）是构成细胞外基质中弹性纤维网络的主要成分。1.理化特点：（1）高度疏水的纤维蛋白，富含Gly与Pro；非糖基化，很少羟基化。不含胶原特有的三肽序列。（2）肽链由两种类型短肽（各由一外显子编码）交替排列构成：疏水性短肽：赋予分子以弹性。-螺旋短肽：富含丙氨酸和赖氨酸，负责分子间交联。第29页/共49页第28页/共49页29（3）肽链呈不规则螺旋、网络和卷曲结构，具有高度弹性回缩能力；第30页/共49页第29页/共49页302.分布主要分布在真皮、韧带、弹性动脉等位置。3.功能是构成弹性纤维的主要成份，与胶原纤维相互交织，维持组织的弹性和韧性，防止组织撕裂和过度伸展。4.合成、装配与降

18、解在内质网合成后以可溶性弹性蛋白原的形式分泌到细胞外，由赖氨酸之间相互交联转配成弹性纤维网。降解有弹性蛋白酶催化。第31页/共49页第30页/共49页31三、粘着糖蛋白&粘着糖蛋白是胞外基质中一类多功能大分子，有多个结构域，各个结构域可与不同的细胞和胞外基质成分结合；从而使细胞与细胞外基质相互黏着。&已发现数十种粘着糖蛋白，研究和了解得最多的是纤粘连蛋白和层粘连蛋白。第32页/共49页第31页/共49页32（一）纤粘连蛋白（fibronectin,FN）1.结构与分布（1）二聚体：由2个亚单位C端借二硫键结合构成V形分子，是FN蛋白的典型结构和基本结构。主要由肝实质细胞合成，可溶，分布于血浆和

19、其他体液中，称血浆FN。（2）多聚体：多个亚单位借二硫键结合成纤维状聚合体。主要由间质细胞合成，不溶，分布在细胞表面和胞外基质，称细胞FN。肝素细胞胶原纤维蛋白肌动蛋白第33页/共49页第32页/共49页33（3）亚单位特征：各种FN亚单位具有57个不同功能的球形结构域。不同结构域可分别与胶原、肝素、纤维蛋白、凝血因子、多胺、DNA及细胞表面受体结合。第34页/共49页第33页/共49页34 RGD 三肽序列三肽序列Arg-Gly-Asp(精精aa-甘甘aa-天冬天冬aa)第35页/共49页第34页/共49页352.功能（1）将细胞固定于基质或支持表面；（2）参与细胞分化和胚胎发育器官发生期的

20、细胞迁移；（3）血浆纤连蛋白促进凝血及创伤修复。第36页/共49页第35页/共49页363.纤粘连蛋白与疾病（1）患肝脏疾病时，血浆FN蛋白量减少；（2）肾小球基膜中的FN蛋白与肾小球肾炎发生有关；（3）在创伤愈合过程中，愈伤组织局部的FN过度表达导致瘢痕过度形成。（4）恶性肿瘤组织的细胞表面纤连蛋白受体异常，细胞粘着力降低，细胞容易脱离组织而转移。第37页/共49页第36页/共49页37（二）层粘连蛋白&层粘连蛋白（laminin,LN）是胚胎发育过程中出现最早的细胞外基质成分，同时也是基底膜主要结构组分之一。&分布于上皮细胞、内皮细胞的基膜；肌细胞、脂肪细胞、雪旺细胞（Schwann ce

21、ll,SC）周围特化的细胞外基质。&来源由上皮细胞、内皮细胞、肌细胞、脂肪细胞等合成和分泌。第38页/共49页第37页/共49页38 1.分子结构（1）糖蛋白，分子量820850kD,含糖13%28%；（2 2）是由、三条肽链组成的异三聚体；链间借二硫键交联，外形呈不对称十字形。（3）分子中存在多个结构域，具有与多种物质结合的功能。链 链 链短臂球区细胞表面受体结合部位型胶原结合部位神经轴突表面受体结合部位硫酸肝素结合部位第39页/共49页第38页/共49页392.2.功能（1）构成基膜，是基膜的主要结构成份；（2）可使细胞固定在基膜上；（3）保持细胞黏附，参与细胞分化；（4）促进神经元轴突的

22、生长。3.层粘连蛋白与疾病1.异常合成或降解可致多种疾病；2.一些疾病与层粘连蛋白的自身免疫反应有关；3.有促进肿瘤细胞生长和转移的作用。第40页/共49页第39页/共49页40第二节 细胞外基质的特化结构基底膜基底膜（basal lamina）是细胞外基质的特化结构，存在于多种组织。一、基底膜的分布分布于上皮细胞、内皮细胞的基底部；肌细胞、脂肪细胞、雪旺细胞（Schwann cell,SC）周围。基底膜的分布与层粘连蛋白的分布一致。第41页/共49页第40页/共49页41二、基底膜的成分1.型胶原：胶原分子以球形头部相对形成二聚体，二聚体尾部共价交联形成片层网络结构。2.层粘连蛋白：十字形结

23、构的长短臂臂端相连装配成网状结构，通过内联蛋白与型胶原网络相连。第42页/共49页第41页/共49页423.内联蛋白：连接型胶原网络和层粘连蛋白网络。4.渗滤素：基底膜中含量最丰富的蛋白聚糖，可与胶原、层粘连蛋白结合，共同构成网络结构。第43页/共49页第42页/共49页43第44页/共49页第43页/共49页44三、基底膜的生物学功能1.支撑上皮细胞，连接上皮组织与结缔组织2.有高度物质通透选择性，是上皮组织与结缔组织之间的物质通透屏障。第45页/共49页第44页/共49页45第三节 细胞外基质与细胞间的相互作用细胞与细胞外基质共同构成组织，二者相互依存细胞外基质由相应的组织细胞合成分泌，基

24、质成分受细胞基因选择性表达控制；细胞通过合成酶控制或影响细胞外基质成分的降解细胞外基质对细胞有支持、保护、营养的作用；还与细胞增殖、分化、代谢、黏着、迁移等活动密切相关第46页/共49页第45页/共49页46膜整联蛋白与细胞外基质成分的关系示意图胶原纤维膜整联蛋白纤粘连蛋白层粘连蛋白蛋白聚糖质膜脂双层是细胞外基质中蛋白聚糖、胶原、纤粘连蛋白、层粘连蛋白等是细胞外基质中蛋白聚糖、胶原、纤粘连蛋白、层粘连蛋白等成分的受体，与细胞外基质的关系是受体与配体的关系；成分的受体，与细胞外基质的关系是受体与配体的关系；第47页/共49页第46页/共49页47细细胞胞外外基基质质氨基聚糖与氨基聚糖与蛋白聚糖蛋

25、白聚糖胶原与弹性胶原与弹性蛋白蛋白粘着糖蛋白粘着糖蛋白氨基聚糖氨基聚糖蛋白聚糖蛋白聚糖胶胶 原原弹性蛋白弹性蛋白纤粘连蛋白纤粘连蛋白层粘连蛋白层粘连蛋白膜整联蛋白：将细胞与细胞外基质构成有机整体；进行膜整联蛋白：将细胞与细胞外基质构成有机整体；进行信号传递。信号传递。使组织有弹性和抗压性使组织有弹性和抗压性;抗凝血作用抗凝血作用;选择通透性选择通透性;传递细胞信号传递细胞信号;有助于钙盐沉积和骨的钙有助于钙盐沉积和骨的钙化。化。构成弹性纤维构成弹性纤维;与胶原交织维持组织的韧与胶原交织维持组织的韧性性;防止组织撕裂和过度伸展防止组织撕裂和过度伸展固定细胞于基质或支持固定细胞于基质或支持表面表面

26、;参与细胞分化和迁移参与细胞分化和迁移;促进凝血及创伤修复促进凝血及创伤修复构成基膜构成基膜;固定细胞于基膜上固定细胞于基膜上;促进神经元轴突的生长促进神经元轴突的生长抗牵拉损伤作用抗牵拉损伤作用;抗骨折作用抗骨折作用;保护细胞维持组织器官保护细胞维持组织器官完整性完整性第48页/共49页第47页/共49页48复习思考题1.说明细胞外基质的化学成分及其主要功能。2.简述氨基聚糖和蛋白聚糖的分子结构特点及其在细胞外基质中的作用。3.胶原分子组成和结构有何特点？4.说明纤粘连蛋白与层粘连蛋白的结构与功能。5.如何理解细胞与细胞外基质在结构与功能方面的关系？第49页/共49页第48页/共49页49感谢您的观看！第49页/共49页