第5章3細胞外基質

1.細胞外被(cellcoat)第一頁，共三十八頁。1電鏡下的細胞表面第二頁，共三十八頁。2細胞表面結構第三頁，共三十八頁。31.細胞外被(cellcoat)●是細胞外表面覆蓋的一層粘多糖物質的質膜保護層，又稱為多糖包被。往往與膜蛋白或膜脂共價結合。●功能：

Mediatecell-cellandcell-substratuminteractions；Providemechanicalprotectiontocells。糖萼（Glycocalyx)第四頁，共三十八頁。42.

細胞外基質(extracellularmatrix)

指緊臨細胞膜的細胞外空間,是由細胞分泌的蛋白和多糖所構成的網絡結構。●功能：

將細胞粘連在一起構成組織，提供細胞外網架,維持細胞形態；

胞外基質三維結構及成份的變化,改變細胞微環境 從而對細胞形態、細胞的生命活動起重要的調控作用。

胞外基質的信號功能第五頁，共三十八頁。5TypicalExtracellularmatrix膠原纖連蛋白層粘連蛋白聚糖第六頁，共三十八頁。6真核細胞的細胞外結構（extracellularstructures）

生物種類細胞膜外結構結構纖維水化基質組分粘連分子動物細胞植物細胞細胞外基質細胞壁膠原彈性蛋白纖維素蛋白聚糖半纖維素、伸展蛋白纖粘連蛋白層粘連蛋白果膠質第七頁，共三十八頁。73.

細胞外基質的基礎物質◆可分為三大類∶

●結構蛋白

如膠原和彈性蛋白，它們賦予基質一定 的強度和韌性。●蛋白聚糖(proteoglycan)●粘連蛋白(adhesiveproteins)如纖粘連蛋白和層粘連蛋白，它們促使細胞 同基質結合。第八頁，共三十八頁。83.1結構蛋白(一)、膠原(Collagen)◆基本特性：●膠原是細胞外基質中最主要的水不溶性纖維蛋白●膠原是人體內含量最豐富的蛋白質,(約占總蛋白的30%左右)●膠原產生于纖維原細胞.但僅存在于細胞外基質中。●Collagensarefoundthroughouttheanimalkingdomandarenotedfortheirhightensilestrength,thatis,theirresistancetopullingforces.Itisestimatedthatacollagenfiber1mmindiameteriscapableofsuspendingaweightof10kgwithoutbreaking.第九頁，共三十八頁。9◆

常見的膠原類型及其在組織中的分布

已發現的類型有20余種,每一類分布于特定的部位,但在同一細胞外基質中會同時存在兩種以上類型的膠原纖維.Ⅰ～Ⅲ型膠原含量最豐富,形成類似的纖維結構；但并非所有膠原都形成纖維；

●

Ⅰ型膠原纖維束,主要分布于皮膚、肌腱、韌帶及骨中,具有很強的抗張強度;

●

Ⅱ型膠原主要存在于軟骨中;

●

Ⅲ型膠原形成微細的原纖維網,廣泛分布于伸展性的組織,如疏松結締組織;

●

Ⅳ型膠原形成二維網格樣結構,是基膜的主要成分及支架。第十頁，共三十八頁。10◆膠原纖維結構特征第十一頁，共三十八頁。11◆膠原纖維結構特征●

膠原纖維的基本結構單位(膠原分子)是原膠原●原膠原是由三條肽鏈盤繞成的三股螺旋結構(trimers)●在膠原纖維內部,有分子內和分子間的交聯。分子內交聯是指原膠原的三條鏈之間的賴氨酸殘基間的交聯,分子間的交聯是指不同原膠原間的賴氨酸交聯（一分子的N-末端與另一分子的C-末端賴氨酸或羥賴氨酸間）●在膠原纖維內部,原膠原蛋白分子呈1/4交替平行排列,形成周期性橫紋●原膠原肽鏈具有Gly-X-Y重復序列，對膠原纖維的高級結構的形成是重要的，通常：X：PrO，Y：HyproorHylys即肽鏈形成過程中第十二頁，共三十八頁。12Structuralfeatures第十三頁，共三十八頁。13◆膠原的組裝第十四頁，共三十八頁。14膠原的合成、裝配與運輸內質網高爾基體分泌小泡第十五頁，共三十八頁。15◆膠原的合成、裝配與運輸●哺乳動物具有大約20種不同的膠原基因，編碼各種不同組織所需要的膠原●首先是在粗面內質網上合成帶有信號肽的前原膠原(preprocollagan)●膠原纖維的加工組裝始于內質網、在高爾基體中繼續進行,最后完成于細胞外:

●

前原膠原在細胞外由兩種專一性不同的蛋白水解酶作用,分別切去N-末端前肽及C-末端前肽,成為原膠原（procollagen）●原膠原進而聚合裝配成膠原原纖維（collagenfibril）、膠原纖維（collagenfiber）第十六頁，共三十八頁。16◆膠原的作用●

膠原是骨、腱和皮膚組織中的主要蛋白，在胞外基質中含量最高,剛性及抗張力強度最大,膠原起著細胞外基質骨架作用;●

膠原可被膠原酶特異降解，而參入胞外基質信號傳遞的調控網絡中；●

在不同組織中，膠原組裝成不同的纖維形式,以適應特定功能的需要。具剛性、抗張力。第十七頁，共三十八頁。17◆膠原遺傳缺陷某些人具有膠原合成的遺傳缺陷，這樣,他們的膠原纖維就不能正確地裝配，其結果，皮膚和各種其它的結綈組織就會降低它們的強度變得非常的松弛。皮膚過渡松弛癥第十八頁，共三十八頁。18（二）、彈性蛋白(Elastin)●是彈性纖維(elasticfibers)的主要成分。●功能：能夠賦予細胞外基質彈性。●彈性蛋白富含甘氨酸和脯氨酸、賴氨酸。與膠原不同的是，彈性蛋白的脯氨酸、賴氨酸沒有羥基化，所以沒有羥脯（賴）氨酸的存在。高度疏水的非糖基化蛋白第十九頁，共三十八頁。19彈性蛋白的結構無規則卷曲！！通過賴氨酸殘基相互交聯第二十頁，共三十八頁。203.2蛋白聚糖(Proteoglycan,PG)◆蛋白聚糖見于所有結締組織和細胞外基質及許多細胞表面◆結構成分：●

蛋白與多聚糖的復合物

●一個蛋白聚糖由糖胺聚糖（glycosaminoglycans，GAGs)與核心蛋白(coreprotein)的絲氨酸殘基共價連接形成的巨分子.第二十一頁，共三十八頁。21Proteoglycan第二十二頁，共三十八頁。22●細胞外基質中發現的大多數糖胺聚糖都是作為蛋白聚糖的一個成分而存在●每條氨基聚糖鏈由重復的二糖單位構成的長鏈多糖，其結構為-A-B-A-B-A-,A、B代表兩個不同的糖分子.二糖單位之一是氨基己糖(氨基葡萄糖或氨基半乳糖)，故稱為糖胺聚糖●糖胺聚糖包括∶硫酸軟骨素(chondroitinsulfate)

透明質酸(hyaluronicacid)等●透明質酸它在細胞外基質中也可游離存在.含大量的親水基團（羥基，羧基等），可結合大量水●透明質酸分子表面有很多羧基（-COO-）和硫酸鹽基團，因而呈酸性并帶負電荷，可結合陽離子，提高滲透壓；趨向于向外膨脹，因而使細胞、組織具抗壓能力

◆Glycosaminoglycans（GAGs）第二十三頁，共三十八頁。23構成糖胺聚糖的二糖第二十四頁，共三十八頁。24●由于糖胺聚糖表面帶的負電荷，可結合陽離子，提高滲透壓，轉而又可結合大量水分子，使蛋白聚糖形成多孔含水的膠體，填充于細胞外空間，包裹細胞，起到抗壓、保護細胞的作用.

●蛋白聚糖可與細胞外的多種生長因子結合，可視為細胞外的激素富集與儲存庫，因此在完成信號的傳導中起重要作用.◆蛋白聚糖的功能:第二十五頁，共三十八頁。253.3粘連糖蛋白粘連糖蛋白是細胞外基質中的第三類成分，之所以將這些蛋白稱為粘著蛋白，主要是這些蛋白起著將細胞外基質與細胞聯系起來的橋梁作用。是高分子糖蛋白。第二十六頁，共三十八頁。26（一）、層粘連蛋白(laminin,LN)■層粘連蛋白是高分子糖蛋白（820KD）,動物胚胎及成體組織的基膜(basallamina)的主要結構組分之一

基膜：50to200nm厚的膜被，如肌肉、脂肪、上皮細胞等的膜外，由層粘連蛋白+Ⅳ型膠原+巢蛋白+硫酸肝素糖蛋白等組成■由一條重鏈和兩條輕鏈通過二硫鍵相連而形成的十字形分子結構第二十七頁，共三十八頁。27Laminin第二十八頁，共三十八頁。28◆層粘連蛋白的功能●首先作為基膜的主要結構成分對基膜的組裝起關鍵作用。●細胞是通過層粘連蛋白錨定于基膜上。

層粘連蛋白中至少存在兩個不同的受體結合部位：

與Ⅳ型膠原的結合部位；

與細胞質膜上的整合素結合的RGD（Arg-Gly-Asp）序列。●層粘連蛋白在胚胎發育及組織分化中具有重要作用；層粘連蛋白也與腫瘤細胞的轉移有關。第二十九頁，共三十八頁。29（二）、纖粘連蛋白(Fibronectin,FN)纖粘連蛋白是高分子量糖蛋白（220-250KD）●血漿纖粘連蛋白是二聚體,由兩條相似的A鏈及B鏈組成,整個分子呈V形。存在于血液和其它體液中●細胞纖粘連蛋白是多聚體。細胞外基質中●

纖粘連蛋白不同的亞單位為同一基因的表達產物第三十頁，共三十八頁。30整聯蛋白與細胞外受體相連第三十一頁，共三十八頁。31◆FN的結構特點：■每個亞單位由數個結構域構成■有兩個關鍵的結合位點：

●與其他ECM,如collagens和proteoglycans等結合的位點。這些位點將不同的分子連成了穩定的互連網狀結構

●與細胞表面結合的位點。這些位點將細胞與細胞外基質穩定的粘連在一起。該結構域中含RGD三肽序列

纖粘連蛋白的膜蛋白受體為整合素家族成員之一,在其細胞外功能區有與RGD高親和性結合的部位。第三十二頁，共三十八頁。32◆RGD序列●用蛋白酶消化纖粘連蛋白與細胞結合區,發現這一結構域中Arg-Gly-Asp三肽序列負責同細胞表面的結合●Arg-Gly-Asp序列(又稱RGD序列)同樣存在于細胞外基質和血液的其它類型的黏著蛋白序列中。●是細胞識別的最小結構單位第三十三頁，共三十八頁。33◆FN的功能：●

FN最主要的功能是介導細胞的黏著●

促進細胞遷移●

由于FN具有同時與細胞外基質各類成分相結合的特點,并可促進細胞外基質的其它成分的沉積,故認為FN是細胞外基質的組織者。第三十四頁，共三十八頁。34細胞與細胞外基質毛細管彈性纖維肥大細胞膠原纖維上皮細胞基膜巨噬細胞纖維原細胞糖胺聚糖、蛋白聚糖、糖蛋白第三十五頁，共三十八頁。354.PLANTCELLWALLS

◆細胞壁的結構組成◆植物的細胞壁相當于動物細胞的細胞

外基質(!!!)：

●動物細胞的細胞外基質的主要成分是蛋白質分子；●植物的細胞壁主要是多糖，其中最主要的是纖維素。◆植物細胞壁的骨架：纖維素第三十六頁，共三十八頁。36◆細胞壁的結構組成

纖維素分子

纖維素微原纖維（microfibril）,

為細胞壁提供了抗張強度

半纖維素（hemicellulose）:木糖、半乳糖和葡萄糖等組成的高度分支的多糖

介導微原纖維彼此連接或介導微原纖維與其它基質成分（果膠質）連接

果膠質（pectin）：含有大量攜帶負電荷