细胞外基质及其与细胞相互作用.pptx
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1、1 1教学目的与要求教学目的与要求1.掌握细胞外基质与细胞之间的关系,理解细胞掌握细胞外基质与细胞之间的关系,理解细胞外基质对多细胞生物组织构建的意义外基质对多细胞生物组织构建的意义2.掌握细胞外基质成分中氨基聚糖与蛋白聚糖,掌握细胞外基质成分中氨基聚糖与蛋白聚糖,胶原蛋白与弹性蛋白,纤粘连蛋白与层粘连蛋胶原蛋白与弹性蛋白,纤粘连蛋白与层粘连蛋白等生物大分子的结构、性质和功能白等生物大分子的结构、性质和功能3.熟悉基底膜的组成成分和生物学功能熟悉基底膜的组成成分和生物学功能4.了解细胞外基质与一些相关疾病的关系了解细胞外基质与一些相关疾病的关系第1页/共49页2 2概述概述1.细胞外基质与细胞
2、的关系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)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)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、)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)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。就像水对鱼、土壤对植物的作用。第2页/共49页3 3 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
3、外基质定义 :第3页/共49页4 4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5 52.细胞外基质中的大分子细胞外基质中的大分子(1)凝胶样基质成分:氨基聚糖与蛋白聚糖)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)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)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。胞外基质成分由该组织的细胞合成和分泌。第5页/共49页6 6第一节第一节 细胞外基质的主要成分细胞外基质的主要成分一、氨基聚糖与蛋白聚糖
4、(凝胶样基质成分)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)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)三、纤粘连蛋白与层粘连蛋白(粘着成分)第6页/共49页7 7一、氨基聚糖与蛋白聚糖一、氨基聚糖与蛋白聚糖(一)氨基聚糖(一)氨基聚糖1.结构:重复的二糖单位构成的直链多糖结构:重复的二糖单位构成的直链多糖(详见表详见表11-1)。二糖单位:二糖单位:己糖醛酸:葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸己糖醛酸:葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸氨基己糖:氨基己糖:N-乙酰氨基葡萄糖或乙酰氨基葡萄糖或N-乙酰氨基半乳糖乙酰氨基半乳糖不同的二糖单位和透明质
5、酸链的二糖单位重复序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8 82.种类:根据糖基性质、连接方式、硫酸化程种类:根据糖基性质、连接方式、硫酸化程度和分布部位分为六种:度和分布部位分为六种:(1)透明质酸()透明质酸(hyaluronic acid,HA)(2)肝素()肝素(heparin)(3)硫酸乙酰肝素)硫酸乙酰肝素(heparan sulfate,HS)(4)硫酸软骨素()硫酸软骨素(chondroitin sulfate,CS)(5)硫酸皮肤素()硫酸皮肤素(dermatan sulfate,DS)(6)硫酸角质素()硫酸角质素(keratan sulfate,
6、KS)除透明质酸外,其它氨基聚糖都被硫酸化。除透明质酸外,其它氨基聚糖都被硫酸化。第8页/共49页9 9表表11-1 氨基聚糖的分子特性及组织分布氨基聚糖的分子特性及组织分布注:*L-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。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 sulf
7、ate 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,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1010(二)蛋白聚糖(二)蛋白聚糖(proteoglycan,PG)1.结构:由氨基聚糖结构:由氨基聚糖(除透明质酸外除透明质酸
8、外)与核心蛋与核心蛋白白(core-protein)共价结合的高分子复合物。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11113.氨基聚糖和蛋白聚糖的理化特性氨基聚糖和蛋白聚糖的理化特性(1)在生理)在生理pH值下带有密集的负电荷;值下带有密集的负电荷;(2)电荷
9、互斥使分子呈高度伸展状态,形成多)电荷互斥使分子呈高度伸展状态,形成多孔亲水凝胶;孔亲水凝胶;(3)电负性吸引)电负性吸引Na+,Na+结合水,产生膨胀结合水,产生膨胀压。压。(4)具有多态性,核心蛋白的氨基酸序列可以具有多态性,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。不同,多糖链的长度和成分可以不同。第11页/共49页1212(三)氨基聚糖与蛋白聚糖的功能(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;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(基膜尤为典型);对物质转运有选择通透性(基膜尤为典型);3.肝素具有抗凝血作用;
10、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;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骨组织中的氨基聚糖有助于钙盐沉积和骨的钙化钙化6.氨基聚糖和蛋白聚糖与组织老化有关。(玻氨基聚糖和蛋白聚糖与组织老化有关。(玻尿酸)尿酸)第12页/共49页1313(四)氨基聚糖和蛋白聚糖与疾病(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。瘤发
11、生、发展及转移有重要作用。第13页/共49页1414二、胶原与弹性蛋白二、胶原与弹性蛋白(一)胶原(一)胶原(collagen)含量:含量:人体含量最丰富的蛋白质,占人体蛋白人体含量最丰富的蛋白质,占人体蛋白总量的总量的2530%。为不溶性纤维蛋白,在人体为不溶性纤维蛋白,在人体衰老过程中,组织中胶原蛋白的含量逐渐降衰老过程中,组织中胶原蛋白的含量逐渐降低。低。分布:分布:分布于各种组织,尤其在结缔组织中特分布于各种组织,尤其在结缔组织中特别丰富,是细胞外基质的网状结构。别丰富,是细胞外基质的网状结构。来源:来源:由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞及由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞及某些上皮细胞
12、合成并分泌。某些上皮细胞合成并分泌。第14页/共49页1515胶原在不同组织中的含量胶原在不同组织中的含量胶原在不同组织中的含量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1616第16页/共49页17171.胶原的分子结构胶原的分子结构(1)每个胶原分子是由)每个胶原分子是由3条条 肽肽链链(20多种多种)绕成的同源或异绕成的同源或异源源三股螺旋结构三股螺旋结构;(2)富含)富含Gly-Pro-Hypro/Hylys三肽重复顺序;三肽重复顺序;(3)氨基酸的羟基化
13、与糖基化)氨基酸的羟基化与糖基化使肽链彼此交联,稳定结构。使肽链彼此交联,稳定结构。第17页/共49页18182.胶原的主要类型胶原的主要类型20多种多种 链构成已知的链构成已知的19种胶原。常见的是种胶原。常见的是、型。型。表表11-2 几种胶原的分子组成、组织分布及来源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
14、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()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1919表表8-3续续 几种胶原的分子组成、组织分布和来源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
15、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,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20203.胶原的合成、装配与降解胶原的合成、装配与降解合成胶原的细胞类型:合成胶原的细胞类型:成纤维细胞,成骨细胞,成软骨细胞,成成纤维细胞,成骨细胞,成软骨细胞,成肌细胞;肌细胞;各类上皮细胞,
16、内皮细胞,脂肪细胞,雪各类上皮细胞,内皮细胞,脂肪细胞,雪旺氏细胞,牙本质细胞旺氏细胞,牙本质细胞第20页/共49页2121(1)胶原在细胞内的合成胶原在细胞内的合成mRNA多肽链多肽链 前前 链链 前胶原分子前胶原分子(细胞内)前胶原分子前胶原分子(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
17、细胞外基质中 第21页/共49页2222(2 2)胶原在细胞外的装配)胶原在细胞外的装配前胶原分子前胶原分子(细胞外)(细胞外)胶原分子胶原分子(1.5300 nm)胶原原纤维胶原原纤维(有明暗相间的横纹)(有明暗相间的横纹)胶原纤维胶原纤维(直径数(直径数m,光镜下可见光镜下可见)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2323vAssembly of collagen fibers begins in the ER
18、 and is completed outside the cellvAbnormalities in collagens can cause serious disorders.第23页/共49页2424(3)胶原的降解胶原的降解胶原由胶原酶降解,更新十分缓慢。胶原由胶原酶降解,更新十分缓慢。胶原酶活性的影响因素:胶原酶活性的影响因素:活化因素:创伤、癌变、蛋白酶、纤溶酶活化因素:创伤、癌变、蛋白酶、纤溶酶等等抑制因素:结缔组织合成的胶原酶抑制剂、抑制因素:结缔组织合成的胶原酶抑制剂、雌二醇、孕酮雌二醇、孕酮第24页/共49页25254.胶原的主要功能胶原的主要功能(1)抗牵拉损伤作用:皮肤
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