2015细胞外基质讲解.pptx
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1、第十一章第十一章 细胞外基质及其与细胞的相细胞外基质及其与细胞的相互作用互作用Extracellular Matrix and MatrixCell Interaction 细胞外基质成分及其细胞表面受体示意图细胞外基质成分及其细胞表面受体示意图Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退退 出出首首 页页第十一章第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质细胞外基质凝胶样基质凝胶样基质纤维网架纤维网架糖胺聚糖和蛋白聚糖糖胺聚糖和蛋白聚糖胶原和弹性蛋白:结构作用胶原和弹性蛋白:结构作用纤连蛋白和层粘连蛋白
2、:黏着作用纤连蛋白和层粘连蛋白:黏着作用成分:成分:含量:含量:结缔组织中细胞外基质含量最大。结缔组织中细胞外基质含量最大。Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退退 出出首首 页页第十一章第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质(细胞外基质(extracellular matrix,ECM):):是由细胞分是由细胞分泌到细胞外空间,由泌到细胞外空间,由蛋白和多糖蛋白和多糖构成的精密有序的网络结构。构成的精密有序的网络结构。细胞外基质概述细胞外基质概述第一节第一节 细胞外基质的主要组成成分细胞外基
3、质的主要组成成分 一、一、糖胺聚糖与蛋白聚糖糖胺聚糖与蛋白聚糖二、二、胶原和弹性蛋白胶原和弹性蛋白纤连蛋白纤连蛋白层粘连蛋白层粘连蛋白三、非胶原糖蛋白三、非胶原糖蛋白第十一章第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质及其与细胞的相互作用Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退退 出出首首 页页(一一)糖胺聚糖糖胺聚糖(glycosaminoglycan,GAG)糖胺聚糖是由糖胺聚糖是由重复的二糖单位重复的二糖单位构成的构成的直链多糖直链多糖;一、糖胺聚糖与蛋白聚糖一、糖胺聚糖与蛋白聚糖Extracellular Matrix a
4、nd Matrix-Cell Interaction退退 出出首首 页页第十一章第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质及其与细胞的相互作用硫酸皮肤素硫酸皮肤素GAG链的二糖重复序列链的二糖重复序列二糖单位:二糖单位:氨基糖氨基糖(N乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖或或N乙酰氨基半乳糖乙酰氨基半乳糖);糖醛酸糖醛酸(葡萄糖醛酸或艾杜葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸糖醛酸);因糖残基上通常带有硫酸基因糖残基上通常带有硫酸基团或羧基,故糖胺聚糖带有团或羧基,故糖胺聚糖带有大量大量负电荷负电荷。其根据糖残基的性质、连接方式、硫酸化数量和存在的部位,其根据糖残基的性质、连接方式、硫酸化数量和存在的部位,糖
5、胺聚糖糖胺聚糖可分为六种:可分为六种:硫酸乙酰肝素(硫酸乙酰肝素(heparan sulfate,HS)肝素(肝素(heparin)硫酸角质素(硫酸角质素(keratan sulfate,KS)透明质酸(透明质酸(hyaluronic acid,HA)硫酸软骨素(硫酸软骨素(chondroitin sulfate,CS)硫酸皮肤素(硫酸皮肤素(dermatan sulfate,DS)Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退退 出出首首 页页(一一)糖胺聚糖糖胺聚糖(glycosaminoglycan,GAG)第十一章第十一章 细胞外基质
6、及其与细胞的相互作用细胞外基质及其与细胞的相互作用糖胺聚糖的分子特性及组织分布糖胺聚糖的分子特性及组织分布糖胺聚糖糖胺聚糖重复二糖单位重复二糖单位组织分布组织分布透明质酸透明质酸D葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸N乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖结缔组织、皮肤、软结缔组织、皮肤、软骨、滑液、玻璃体骨、滑液、玻璃体硫酸软骨素硫酸软骨素D葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸N乙酰氨基半乳糖乙酰氨基半乳糖软骨、角膜、骨、皮软骨、角膜、骨、皮肤、动脉肤、动脉硫酸皮肤素硫酸皮肤素L葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸*N乙酰氨基半乳糖乙酰氨基半乳糖皮肤、血管、心瓣膜、皮肤、血管、心瓣膜、韧带韧带硫酸乙酰肝硫酸乙酰肝素素D葡萄糖
7、醛酸或艾杜糖醛酸葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸*N乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖肺、动脉、细胞表面肺、动脉、细胞表面肝素肝素D葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸*N乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖肺、肝、皮肤、肥大肺、肝、皮肤、肥大细胞细胞硫酸角质素硫酸角质素D半乳糖半乳糖N乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖软骨、角膜、椎间盘软骨、角膜、椎间盘注:注:*艾杜糖醛酸是由差向异构酶催化糖链中的艾杜糖醛酸是由差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葡萄糖醛酸进行差向异构化而生成的Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退退 出出首首 页
8、页第十一章第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质及其与细胞的相互作用(二二)蛋白聚糖(蛋白聚糖(proteoglycan,PG)1.蛋白聚糖的分子结构蛋白聚糖的分子结构 蛋白聚糖是由糖胺聚糖蛋白聚糖是由糖胺聚糖(除透明质酸外除透明质酸外)与与核心蛋白核心蛋白(core protein)共价结合形成的高分子量复合物。共价结合形成的高分子量复合物。核心蛋白(单链多肽)核心蛋白(单链多肽)糖胺聚糖糖胺聚糖 蛋白聚糖单体蛋白聚糖单体透明质酸透明质酸连接蛋白连接蛋白蛋白聚糖多聚体蛋白聚糖多聚体Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退退
9、 出出首首 页页第十一章第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质及其与细胞的相互作用 A.细胞外基质中蛋白聚糖多聚体细胞外基质中蛋白聚糖多聚体 B.软骨中的蛋白聚糖电镜照片软骨中的蛋白聚糖电镜照片Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退退 出出首首 页页第十一章第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质及其与细胞的相互作用 2.蛋白聚糖的合成与装配蛋白聚糖的合成与装配核心蛋白肽链在核心蛋白肽链在糙面内质网糙面内质网核糖体上合成;核糖体上合成;多糖侧链在多糖侧链在高尔基复合体高尔基复合体中被装配到核心蛋白上。中被装配到核
10、心蛋白上。装配:首先是一个专一的连接四糖(装配:首先是一个专一的连接四糖(XylGalGalGlcUA)结合到核心蛋白的丝氨)结合到核心蛋白的丝氨酸残基,在糖基转移酶(酸残基,在糖基转移酶(glycosyltransferases)的作用下,糖基依次加接上去,形)的作用下,糖基依次加接上去,形成糖胺聚糖糖链。成糖胺聚糖糖链。蛋白聚糖的一个显著特点蛋白聚糖的一个显著特点是其是其多态性多态性,可以含有不同氨基酸序列的核心蛋白,以及,可以含有不同氨基酸序列的核心蛋白,以及长度和成分不同的多糖链。长度和成分不同的多糖链。Extracellular Matrix and Matrix-Cell Inte
11、raction退退 出出首首 页页第十一章第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质及其与细胞的相互作用蛋白聚糖中的蛋白聚糖中的GAG链与核心蛋白的连接方式链与核心蛋白的连接方式 几种常见的蛋白聚糖几种常见的蛋白聚糖蛋白聚糖名称蛋白聚糖名称核心蛋白核心蛋白分子量分子量GAG链类型链类型GAG链链数目数目分分 布布功功 能能聚集素聚集素(aggrecan)210 000硫酸软骨素硫酸软骨素+硫酸硫酸角质素角质素130软骨软骨机械支持;与透机械支持;与透明质酸形成大的明质酸形成大的聚合体聚合体乙聚糖乙聚糖(betaglycan)36 000硫酸软骨素硫酸软骨素/硫酸硫酸皮肤素皮肤素1细胞表
12、面和胞细胞表面和胞外基质外基质结合结合TGF装饰素装饰素(decorin)40 000硫酸软骨素硫酸软骨素/硫酸硫酸皮肤素皮肤素1结缔组织结缔组织与与I型胶原原纤型胶原原纤维和维和TGF结合结合渗滤素渗滤素(perlecan)600 000硫酸类肝素硫酸类肝素215基底膜基底膜在基底膜中起过在基底膜中起过滤和结构作用滤和结构作用丝甘素丝甘素(serglycin)20 000硫酸软骨素硫酸软骨素/硫酸硫酸皮肤素皮肤素1015血白细胞中的血白细胞中的分泌泡分泌泡协助包装和贮存协助包装和贮存分泌分子分泌分子黏结蛋白聚糖黏结蛋白聚糖1(syndecan1)32 000硫酸软骨素硫酸软骨素+硫酸硫酸类肝
13、素类肝素13成纤维细胞和成纤维细胞和上皮细胞表面上皮细胞表面细胞粘合;结合细胞粘合;结合FGFExtracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退退 出出首首 页页第十一章第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质及其与细胞的相互作用(三三)糖胺聚糖糖胺聚糖与蛋白聚糖的功能与蛋白聚糖的功能1.使组织具有弹性和抗压性使组织具有弹性和抗压性,维持组织的形态,防止机械损伤;,维持组织的形态,防止机械损伤;2.对物质转运有选择渗透性对物质转运有选择渗透性,糖基的高度亲水性和负电性,构成,糖基的高度亲水性和负电性,构成高度水化孔胶样物,具有分子筛作用
14、,各种成分可选择性渗透;高度水化孔胶样物,具有分子筛作用,各种成分可选择性渗透;3.角膜中蛋白聚糖具有角膜中蛋白聚糖具有透光性透光性;4.糖胺聚糖有糖胺聚糖有抗凝血作用抗凝血作用;5.细胞表面的蛋白聚糖有细胞表面的蛋白聚糖有传递信息传递信息作用,作用,黏结蛋白聚糖黏结蛋白聚糖 的的胞外区胞外区与信号分子结合,将细胞外信号传递到细胞与信号分子结合,将细胞外信号传递到细胞 内,引起细胞内生物学效应;内,引起细胞内生物学效应;6.糖胺聚糖糖胺聚糖和蛋白聚糖和蛋白聚糖与组织老化有关与组织老化有关,糖胺聚糖糖胺聚糖和蛋和蛋 白聚糖的种类和数量随年龄而变动,与发育过程中组白聚糖的种类和数量随年龄而变动,与
15、发育过程中组 织功能相适应。织功能相适应。Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退退 出出首首 页页第十一章第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质及其与细胞的相互作用(四四)糖胺聚糖和糖胺聚糖和蛋白聚糖与疾病蛋白聚糖与疾病糖胺聚糖或蛋白聚糖及其降解中间产物在体内一定糖胺聚糖或蛋白聚糖及其降解中间产物在体内一定部位堆积,造成部位堆积,造成粘多糖累积病粘多糖累积病。糖胺聚糖的变化和蛋白聚糖分子的异常表达对糖胺聚糖的变化和蛋白聚糖分子的异常表达对肿瘤肿瘤的发生、发展及转移有着重要意义。的发生、发展及转移有着重要意义。Extrace
16、llular Matrix and Matrix-Cell Interaction退退 出出首首 页页第十一章第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质及其与细胞的相互作用面容丑陋,船型头,头大,浓眉大眼,前额和双颧突出,毛发多而发际低,鼻梁低平,鼻孔大,下颌较小,唇厚;骨骼畸形,身材矮小,成人身高常低于120cm,脊柱后凸或侧凸,常见膝外翻、爪状手;智力低下;眼部病变;常见肝脾肿大、耳聋、心瓣膜损伤、动脉硬化等。二二、胶原与弹性蛋白胶原与弹性蛋白(一一)胶原(胶原(collagen)含量:含量:人体内含量最丰富的蛋白质,约人体内含量最丰富的蛋白质,约占人体蛋白质总量的占人体蛋白质总量
17、的 25%30。分布:分布:存在于体内各种器官和组织,尤其在存在于体内各种器官和组织,尤其在结缔组织中特别结缔组织中特别 丰富丰富,是细胞外基质的框架结构。,是细胞外基质的框架结构。来源:来源:由由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞以及某些上皮细成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞以及某些上皮细 胞合成胞合成并分泌到细胞外。并分泌到细胞外。Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退退 出出首首 页页第十一章第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质及其与细胞的相互作用1.胶原的分子结构胶原的分子结构 典型的胶原分子呈纤维状,是由典型的胶原分
18、子呈纤维状,是由3条相同或者不同的条相同或者不同的多肽链盘绕而多肽链盘绕而 成的成的三股螺旋(三股螺旋(triple helix)结构)结构;肽链中的氨基酸组成规律的肽链中的氨基酸组成规律的三肽重复顺序(三肽重复顺序(GlyX Y),),其中其中 X常为常为Pro,Y常为常为Hypro或或Hylys。Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退退 出出首首 页页二二、胶原与弹性蛋白胶原与弹性蛋白第十一章第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质及其与细胞的相互作用甘氨酸甘氨酸Gly脯氨酸脯氨酸Pro羟化羟化赖氨酸赖氨酸Lys羟化、选
19、择性糖基化羟化、选择性糖基化肽链相互交联,形成稳定的螺旋结构 胶原主要类型及其特性胶原主要类型及其特性类型分子式聚合形式组织分布突变表型1(I)22(I)纤维皮肤,肌腱,骨,韧带、角膜等严重的骨缺陷和断裂1(II)3纤维软骨,脊索,玻璃体等软骨缺陷、矮小症状1(III)3纤维皮肤,血管、体内器官 皮肤易破、关节松软、血管易破1()22()纤维(结合型胶原)与型胶原共分布皮肤易破、关节松软、血管易破1()2()3()纤维(结合型胶原)与型胶原共分布近视、失明1()2()3()与型胶原侧面结合软骨骨关节炎1(IV)22(IV)片层状(形成网络)基膜血管球形肾炎、耳聋1()3锚定纤维复层鳞状上皮下方
20、皮肤起疱1()3非纤维状半桥粒皮肤起疱1()3非纤维状血管基膜近视、视网膜脱离、脑积水注:分子式一栏中罗马数字代表胶原类型,注:分子式一栏中罗马数字代表胶原类型,1,2,3分别代表肽链类型,中括号外的数字代表肽链数目。分别代表肽链类型,中括号外的数字代表肽链数目。Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退退 出出首首 页页第十一章第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质及其与细胞的相互作用内质网合成内质网合成前前链链;前前链羟化;链羟化;前前链糖基化;链糖基化;三条前三条前链形成三股螺旋结链形成三股螺旋结构构前胶原;前胶原;转运
21、至高尔基体加工修饰;转运至高尔基体加工修饰;形成分泌小泡,分泌到细胞形成分泌小泡,分泌到细胞外;外;切除前肽序列,形成切除前肽序列,形成胶原分胶原分子;子;进一步装配成进一步装配成胶原原纤维;胶原原纤维;胶原原纤维聚集成胶原原纤维聚集成胶原纤维。胶原纤维。胶原的合成与装配胶原的合成与装配 3.胶原的合成装配与降解胶原的合成装配与降解Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退退 出出首首 页页第十一章第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质及其与细胞的相互作用始于内质网,始于内质网,高尔基体中高尔基体中进行修饰,进行修饰,细胞外组
22、装成胶原纤维。细胞外组装成胶原纤维。胶原分子可被胶原分子可被胶原酶(胶原酶(collagenase)降解)降解,胶原酶的活,胶原酶的活化与抑制对于调节胶原的转换率具有重要作用。化与抑制对于调节胶原的转换率具有重要作用。创伤组织、癌变组织中胶原酶活性显著增高。创伤组织、癌变组织中胶原酶活性显著增高。胶原的降解胶原的降解Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退退 出出首首 页页第十一章第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质及其与细胞的相互作用4.胶原的功能胶原的功能 胶原在不同组织中行使不同的功能胶原在不同组织中行使不同的功能哺
23、乳动物皮肤中的胶原哺乳动物皮肤中的胶原编织成网编织成网,具有,具有抗衡来自不同方向的抗衡来自不同方向的张力的作张力的作用。用。肌腱中的胶原纤维沿着肌腱的长轴肌腱中的胶原纤维沿着肌腱的长轴平行排列平行排列,使肌腱具有很强的,使肌腱具有很强的韧性韧性,能够承受巨大的拉力。能够承受巨大的拉力。在骨、角膜和横膈肌腱中,胶原纤维形成在骨、角膜和横膈肌腱中,胶原纤维形成胶合板样多片层胶合板样多片层结构,使角结构,使角膜既膜既透明又具有一定强度透明又具有一定强度。IV型胶原以型胶原以三维网络三维网络形式构成各种上皮细胞形式构成各种上皮细胞基底膜的网架结构基底膜的网架结构。Extracellular Matr
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