_细胞外基质与其与细胞相互作用
细胞生物学胞外基质
织及培养的细胞
XI [1(XI)]2[2(XI)] 300nm的细小原纤维 软骨，周期性结合于II
[3(XI)]
型胶原表面
A
B
胶原的电镜照片 A: I型胶原，具有横纹；B：IV胶原，无横纹
3. 胶原的结构(structure)
➢ 胶原分子的基本结构是由三条多肽链紧绕而成的
三股超螺旋结构，这3条肽链可以形成三股螺旋 (triple-helix)结构；一般长300nm，直径1.5nm。
➢ 胶原的降解速率比一般蛋白质慢
骨胶原分子可维持10年不发生降解，肌腱胶原的转换 最慢
但在某些特殊生理、病理情况下，胶原的转换加快。
➢ 参与胶原分解的酶类主要有：
胶原酶，主要作用于I、Ⅱ、Ⅲ型胶原； 明胶酶，作用于Ⅳ、V、Ⅶ、Ⅺ型胶原；肿瘤细胞能
产生明胶酶，特异性地作用于Ⅳ型胶原，破坏基膜， 为侵袭、转移开辟道路。 基质裂解素，作用于Ⅲ、IV、Ⅸ、X型胶原。
• 例如Ⅳ型胶原
➢具有间断三股螺旋并与原纤维相关的胶原 (FACIT)：只结合在原纤维表面上，包括IX、 XII和XIV型胶原。
• 参与调节和控制原纤维的形状，使之适应各种 不同组织的功能需要。
4. 胶原的生物合成过程(Biosynthesis)
➢ 迄今为止，已发现20多种不同的多肽链，不 同的多肽链由不同的结构基因编码；它们均 具有相似的结构；
原纤维
原纤维在电镜下可见相隔67nm的横纹。
➢胶原原纤维共价交联后成为具有很强抗张强
度的不溶性的巨大胶原纤维
胶原纤维
❖随年龄的增长交联键日益增多，胶原纤维亦越
紧密，从而导致皮肤、血管及各种组织变得僵硬， 成为老化的一个重要方面。胚胎及新生儿的胶原 因缺乏分子间的交联而易从组织中抽提 。
细胞生物学 第十一章 细胞外基质及其与细胞
第十一章细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质（ECM）：是由细胞分泌到细胞外空间，由蛋白和多糖构成的精密有序的网络结构。
不仅对组织细胞起支持、保护、营养作用，而且还与细胞的增殖、分化、代谢、识别、黏着、迁移等基本生命活动密切相关。
糖胺聚糖（AGA）：是细胞外基质的主要成分，是由重复的二糖单位构成的直链多糖，过去称为黏多糖，其二糖单位之一是氨基己糖（N-乙酰氨基葡萄糖或N-乙酰氨基半乳糖），故又称氨基聚糖，另一个糖残基多为糖醛酸（葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸）糖胺聚糖可分为六种：透明质酸HA、硫酸软骨素CS、硫酸皮肤素DS、硫酸乙酰肝素HS、肝素、硫酸角质素KS蛋白聚糖（PG）：是由糖胺聚糖（除透明质酸外）与核心蛋白共价结合形成的高分子量复合物，是一种含糖量极高的糖蛋白。
黏多糖累积病：由于基因突变引起先天性缺乏降解糖胺聚糖的酶（如糖苷酶或硫酸酯酶）可导致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，造成黏多糖累积病如Hunter综合征。
胶原（collagen）：是细胞外基质中的骨架结构，动物体内高度特化的纤维蛋白家族，是人体内含量最丰富的蛋白质，遍布于体内各种器官和组织，在结缔组织中特别丰富，可由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞以及某些上皮细胞合成并分泌到细胞外。
原胶原：典型的胶原分子呈纤维状，是由3条α多肽链盘绕而成的3股螺旋结构，称原胶原。
胶原合成与组装始于内质网，在高尔基体修饰，最后在细胞外组装成胶原纤维①前α链：在糙面内质网附着核糖体上合成，不仅含有内质网信号肽，而且在其N端和C端各含有一段不含Gly-X-Y序列的前肽。
②前胶原：胶原合成过程中带有前肽的3股螺旋胶原分子称为前胶原，其两端的前肽部分保持非螺旋卷曲。
③原胶原分子：在细胞外，前胶原在前胶原N-蛋白酶和前胶原C-蛋白酶的作用下，分别水解去除两端的前肽，在两端各保留一段非螺旋的端肽区形成原胶原分子。
④胶原原纤维：原胶原分子在细胞外基质中相互呈阶梯式有序排列并发生侧向交联，自组装成胶原原纤维。
细胞间的相互作用
细胞间的相互作用细胞是生物体的基本单位，相互之间的相互作用是维持生命活动的重要因素。
细胞间的相互作用可以通过细胞间的相互通讯、相互识别和相互影响等方式进行。
这些相互作用对于维持生物体的稳态、组织的正常功能以及协调整个生物体的生理活动起着至关重要的作用。
细胞间的相互作用可以通过细胞间的黏附来实现。
黏附分为细胞间黏附和细胞与基质黏附两种类型。
细胞间黏附是指细胞与细胞之间通过黏附蛋白相互连接，形成细胞间连接，如紧密连接、连接和缝隙连接等。
细胞与基质黏附是指细胞通过细胞外基质中的黏附分子与基质相互连接，如整合素与胶原蛋白的黏附。
这些黏附作用不仅能够保持细胞之间的结构完整性，还能够通过信号传递调控细胞的生理功能。
细胞间的相互作用还可以通过细胞间的相互识别来实现。
细胞间的相互识别主要是通过细胞表面的受体和配体相互作用来实现的。
当细胞表面的受体与配体结合时，会触发一系列的信号传导，从而实现细胞间的相互通讯和相互影响。
这种相互识别可以是细胞间的识别，也可以是细胞与基质之间的识别。
细胞间的相互识别对于细胞的定位、定向迁移和细胞功能的调控起着重要作用。
细胞间的相互作用还可以通过细胞间的信号传导来实现。
细胞间的信号传导是通过细胞表面的受体和细胞内的信号分子相互作用来实现的。
当细胞表面的受体与信号分子结合时，会触发一系列的信号传导途径，从而影响细胞内的生理功能。
细胞间的信号传导可以通过细胞间的直接接触来实现，也可以通过细胞间的细胞外信号分子来实现。
这种信号传导可以调节细胞的增殖、分化和凋亡等生理过程。
细胞间的相互作用在生物体中起着关键的作用。
细胞间的相互作用不仅能够维持组织结构的完整性，还能够调节细胞的生理功能。
细胞间的相互作用能够通过细胞间的黏附、相互识别和信号传导等方式实现。
这些相互作用对于维持生物体的稳态、组织的正常功能以及协调整个生物体的生理活动起着至关重要的作用。
因此，深入研究细胞间的相互作用对于理解生命现象和疾病的发生发展具有重要的意义。
细胞外基质
弹性蛋白（elastin）
两种不同类型短 肽交替排列而成 构象呈无规则卷 曲状态 通过Lys残基相 互交连成网状 结构。
弹性蛋白的特点
750830个氨基酸组成的疏水纤维蛋白
富含甘氨酸、脯氨酸，无Gly-X-Y重复序列 不发生糖基化，很少羟化 半衰期74年，生命初期合成
6岁
90 岁
交联与衰老
微原纤维（microfibrils）
马方综合症
海曼，195cm 1955-1986
武强，212cm 1986-2009
胶原纤维束 肽链
原胶原分子是由三条α肽
链盘绕成的三股螺旋结构
Gly-x-y重复序列 Gly：甘氨酸
x：脯氨酸 y：羟脯氨酸或羟赖氨酸
胶原的类型
类型 分子式 超微结构 化学特征 分 布 来 源
Ⅰ
67nm横纹 [1（Ⅰ）]2 2(Ⅰ) 纤维 [1(Ⅱ)]3 67nm横纹 纤维
低羟赖氨 皮肤、肌键、 酸 、低糖 骨、韧带、 成纤维细胞 类 眼角膜 高羟赖氨 酸 、高糖 类 高羟脯氨 酸、 低羟赖氨 酸、低糖 类 很高的羟 赖氨酸、 高糖类 软骨、椎间 成软骨细胞 盘 、 脊索、 成纤维细胞 眼玻璃体
细胞外基质及其与细胞的 相互作用
细胞外基质
细胞外基质的主要组分
基膜
细胞外基质与细胞的相互作用
第一节 细胞外基质的主要组分
细胞外基质分类
多糖和糖蛋白 氨基聚糖 蛋白聚糖 胶原 弹性蛋白 粘着糖蛋白 纤粘连蛋白
凝胶样基质
结构蛋白
细胞生物学第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用
细胞外基质的主要组成成分
• 2.胶原的类型
• α链是原胶原的基本亚单位，目前已发现42种不同的α链，27 种胶原；不同的α链以不同方式组合成不同类型的胶原。
每型胶原由3条相同或不同的α链构成： • I型胶原是异源三聚体：[α1(I)]2[α2(I)]，分布于肌腱、皮肤、
骨、韧带，形成较粗的纤维束，具有很强的抗张强度。 • II型胶原是同源三聚体：[α1(II)]3，存在于软骨中。 • III型胶原是同源三聚体：[α1(III)]3，存在于皮肤、肌肉、结缔
IV型胶原：三股肽链不含规 则的(Gly-x-y)三肽重复序 列不形成α螺旋结构。
前胶原分子的前肽不被切除 C-端“头对头”形成二聚体 几个二聚体再交联形成网络
结构，构成基膜的骨架。
硫酸基
分布组织
0
结缔组织、皮肤、软
骨、玻璃体、滑液
0.2-2.3 软骨、角膜、骨、皮 肤、动脉
1.0-2.0 皮肤、血管、心、心 瓣膜
0.2-3.0 肺、动脉、细胞表面
2.0-3.0 肺、肝、皮肤、肥大 细胞
0.9-1.8 软骨、角膜、椎间盘
细胞外基质的主要组成成分
透明质酸——是糖胺聚糖中结构最简单的一种
二糖单位{
糖醛酸（葡萄糖醛酸 / 艾杜糖醛酸）
• 因糖残基 上有 羧基，故糖胺聚糖 呈强负电性。
透明质酸
硫酸软骨素、硫酸皮肤素
肝素、硫酸乙酰肝素
硫酸角质素
细胞外基质的主要组成成分
氨基聚糖
二糖单位
透明质酸 hyaluronic acid，HA
葡萄糖醛酸 N-乙酰葡萄
硫酸软骨素
葡萄糖醛酸
chondroitin sulfate, CS N-乙酰半乳糖
第11篇 细胞外基质及其及细胞的相互作用
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。
32
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。
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。
蛋 透明质酸（中轴）
白 聚
连接蛋白
2.合成 （1）核心蛋白合成（
糖 多 聚
蛋白聚
核心蛋白（单链 多肽）
结合核糖体） （2）核心蛋白 + 糖链
体 糖单体 氨基聚糖（相同 → 蛋白聚糖单体(内质
或不同）
网腔)
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
21
（1） 胶原在细胞内的合成 mRNA
在rER附着核糖体中合成多肽， 并进入ER腔
多肽链
在ER腔中, 切去信号肽; 脯氨 酸羟基化,赖氨酸羟基化和糖 基化; 肽链两端加上前肽序列
前链
在ER腔中, 3条链之间相互 交联形成前胶原分子
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。
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（二）层粘连蛋白 层粘连蛋白（laminin, LN）是胚胎发育过程各种组织基膜
上皮细胞 内皮细胞
医学细胞生物学之细胞外基质及其与细胞的相互作用
一.细胞外基质的定义细胞外基质是指分布于细胞外空间的蛋白质和多糖纤维等交错形成的网络胶状结构体系，或简言之为细胞成分之外的组织成分的总称。
二.细胞外基质的生物学作用细胞外基质不仅将细胞整合在一起并决立其物理性质，而且对细胞的存活、形态、功能、增殖、分化、迁務及死亡等各种生物学行为加以调节。
细胞与细胞外基质是相辅相成、互相联系的。
一方面，细胞外基质的结构和功能的异常可作为细胞组织病理改变的重要生理指标；另一方而，结构和功能异常的细胞外基质也会作用于周囤的细胞及组织器官，进而促使和导致相关病理改变的发生。
三.细胞外基质的主要组分可分为三类：①氨基聚糖与蛋白聚糖-凝胶样基质；②胶原和弹性蛋白等-纤维网架，结构蛋白：③非胶原性黏合蛋白，包括纤连蛋白和层粘连蛋白-粘附成分1.氨基聚糖和蛋白聚糖1)氨基聚糖(1)结构：重复的二糖单位聚合而成的无分支直链多糖(2)分类:氨基聚糖的分子特性及分布(3)重要特征：2.与蛋白质链不同，该碳水化合物链不会折叠成致密结构，因此氨基聚糖在基质中占据很大的空间2.氨基聚糖带负电荷，具有强烈的亲水性和吸附阳离子能力。
氨基聚糖可与水分子结合形成凝胶，结果产生膨胀压可抵抗外界压力。
☆透明质酸：结构：最简单，无硫酸基团，含有大量亲水性的负电荷基团C00-,全部是由单纯的匍萄糖醛基和乙酰氨基匍萄糖二糖结构单位重复排列聚合而成。
形态：呈无规则卷曲状功能：赋予组织弹性、抗压性，并具有润滑剂的作用，促进细胞迁移、增殖降解：透明质酸酶2）蛋白聚糖结构：是由一条称之为核心蛋白质的多肽链与硫酸氨基聚糖共价结合的髙分子量复合物，是一种含糖量极高的糖蛋白。
核心蛋白为单链多肽，在同一个核心蛋白上可同时结合一个到上百个同一种类或不同种类的氨基聚糖链，形成大小不等的蛋白聚糖单体，若干个蛋白聚糖单体又能通过连接蛋白与透明质酸以非共价键结合形成蛋白聚糖多聚体。
2.胶原和弹性蛋口1）胶原胶原是细胞外基质中的一个纤维蛋白家族，是动物体内含量最多的蛋白质。
细胞外基质及其与细胞的相互作用
1.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
2.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 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 4.了解细胞外基质与一些相关疾病的关系
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
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胶原在不同组织中的含量
组 织
脱钙骨 跟 腱 皮 肤 角 膜 软 骨 韧 带 主动脉 肺 肝
胶原的含量（克 / 100 克干重）
88.0 ~24 10 4
15
16
1.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 使肽链彼此交联，稳定结构。
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）
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
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。
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） 蛋 白 连接蛋白 聚 糖 核心蛋白（单链 多 聚 蛋白聚 多肽） 体 糖单体 氨基聚糖（相同 或不同）
细胞外基质与细胞相互作用的分子机制研究
细胞外基质与细胞相互作用的分子机制研究细胞外基质（ECM），是指包括胶原、纤维蛋白、肝素硫酸、水杨酸乙酯、降临素等一系列蛋白质和多糖在内的一种生物外界组织，可分为纤维类ECM和胶原类ECM。
在人体中，ECM在细胞形态、生长、迁移以及功能转化等过程中扮演着十分重要的角色。
而ECM与细胞间的相互作用，主要是通过一个由多个分子组成的结构体系，即细胞外基质-细胞膜-细胞骨架系统的相互作用。
这个系统的组成以及各成分之间的相互作用关系，是目前细胞生物学领域深入研究的方向之一。
1. 细胞膜与ECM的界面相互作用细胞膜位于细胞内外环境的交界处，是细胞外基质与细胞内部信号传递之间的“桥梁”。
细胞膜的主要成分是磷脂双层，以及嵌在其中的蛋白质等分子。
在ECM 与细胞膜之间，存在许多分子，起到了调节细胞形态和功能的作用。
其中，整合素是一类位于细胞膜上的蛋白质分子，在细胞与ECM之间发挥作用。
整合素分子分为α和β两个亚基，组成αβ二聚体。
在ECM与细胞发生相互作用的过程中，αβ二聚体可结合到特定的ECM蛋白上，并通过与细胞膜内部的细胞骨架系统耦合，调节细胞的外形。
此外，整合素还能够与其它膜绑定分子如脂肪酸，以及细胞内部信号分子等结合，形成复杂的信息传递网络。
2. ECM与细胞骨架的相互作用细胞内部的骨架系统，由三种不同的类别支撑着细胞的形态和结构，分别是微纤丝、中间纤维和微管，它们通过不同的方式参与信号传递、运输及细胞间的相互作用等过程中发挥着重要作用。
ECM是由一系列蛋白质和多糖组成的复杂结构，在细胞迁移、生长、分化及形态维持等过程中发挥着显著作用。
ECM与细胞骨架之间的相互作用，是ECM参与这些过程中，细胞骨架动态变化的重要机制之一。
细胞骨架的动态变化与ECM 的力学特性、形态及趋化物质的存在有密切联系。
在ECM-细胞膜-细胞骨架整合系统之间，微纤丝主要起着支撑细胞形态的作用。
ECM蛋白所处的环境可以通过改变微纤丝活性、网络结构的形成或稳定性等方式，调节细胞的外形，决定细胞的方向性运动和趋化。
细胞外基质及其与细胞的相互作用
2.蛋白聚糖的合成和装配
核心蛋白肽链合成部位：粗面内质网的核糖体 氨基聚糖糖链的装配部位：高尔基复合体
但是，并非所有的蛋白聚糖都是细胞外基质的 成分。有些蛋白聚糖也是细胞膜的整合成分。
二、胶原与弹性蛋白
（一）胶原 (collagen)
是细胞外基质的骨架结构。是体内含量最多 (30%)的蛋白。在不同的组织中胶原的含量差别很 大。
（一）氨基聚糖 (glycosaminoglycan, GAG)：
组成：由重复的二糖单位聚合而成的长直链多糖。
二 氨基己糖 (N-乙酰氨基葡萄糖 / 乙酰氨基半乳糖 ) 糖 单 位 糖醛酸 (葡萄糖醛酸/艾杜糖醛酸)
一、氨基聚糖和蛋白聚糖
（一）氨基聚糖 (glycosaminoglycan, GAG)：
功能：（1）具有赋予组织良好的弹力和抗张力作用，并具有润滑剂的作用；
（2）在早期胚胎和创伤组织中，促进细胞增殖、迁移，阻止细胞分 化，对创伤的愈合有特殊作用。
（二）蛋白聚糖 ( proteoglycan, PG)
1.组成：
单体：由氨基聚糖（除透明质酸外）和核心蛋白共价 结合形成的高分子复合物。
多聚体：若干个蛋白 聚糖单体的核心蛋白 通过非共价键与透明 质酸紧密结合成的 。
原胶原
原胶原的三 股螺旋
1.原胶原分子的结构
（1）由三条α多肽链形成三股螺旋； （2）氨基酸规律排列形成三肽重复序
列（Gly-X-Y）； X= Pro,Y= Hypro或(Hylys) （3）每条肽链中，Gly含量占1/3，Pro 和Lys常被羟基化形成的Hypro和 hylys ；某些hylys选择性糖基化。
基 底 膜 结 构 示 意 图
第二节 基底膜与整联蛋白
医学细胞生物学之细胞外基质及其与细胞的相互作用
一．细胞外基质的定义细胞外基质是指分布于细胞外空间的蛋白质和多糖纤维等交错形成的网络胶状结构体系，或简言之为细胞成分之外的组织成分的总称。
二．细胞外基质的生物学作用细胞外基质不仅将细胞整合在一起并决定其物理性质，而且对细胞的存活、形态、功能、增殖、分化、迁移及死亡等各种生物学行为加以调节。
细胞与细胞外基质是相辅相成、互相联系的。
一方面，细胞外基质的结构和功能的异常可作为细胞组织病理改变的重要生理指标；另一方面，结构和功能异常的细胞外基质也会作用于周围的细胞及组织器官，进而促使和导致相关病理改变的发生。
三．细胞外基质的主要组分可分为三类：①氨基聚糖与蛋白聚糖--凝胶样基质；②胶原和弹性蛋白等--纤维网架, 结构蛋白；③非胶原性黏合蛋白，包括纤连蛋白和层粘连蛋白--粘附成分1.氨基聚糖和蛋白聚糖1）氨基聚糖(1)结构：重复的二糖单位聚合而成的无分支直链多糖(2)分类：(3)重要特征：1.与蛋白质链不同，该碳水化合物链不会折叠成致密结构，因此氨基聚糖在基质中占据很大的空间2.氨基聚糖带负电荷，具有强烈的亲水性和吸附阳离子能力。
氨基聚糖可与水分子结合形成凝胶，结果产生膨胀压可抵抗外界压力。
透明质酸：结构：最简单，无硫酸基团，含有大量亲水性的负电荷基团COO-，全部是由单纯的葡萄糖醛基和乙酰氨基葡萄糖二糖结构单位重复排列聚合而成。
形态：呈无规则卷曲状功能：赋予组织弹性、抗压性，并具有润滑剂的作用，促进细胞迁移、增殖降解：透明质酸酶2）蛋白聚糖结构：是由一条称之为核心蛋白质的多肽链与硫酸氨基聚糖共价结合的高分子量复合物，是一种含糖量极高的糖蛋白。
核心蛋白为单链多肽，在同一个核心蛋白上可同时结合一个到上百个同一种类或不同种类的氨基聚糖链，形成大小不等的蛋白聚糖单体，若干个蛋白聚糖单体又能通过连接蛋白与透明质酸以非共价键结合形成蛋白聚糖多聚体。
2.胶原和弹性蛋白1）胶原胶原是细胞外基质中的一个纤维蛋白家族，是动物体内含量最多的蛋白质。
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一、概述细胞外基质指分布于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构，构成支持细胞的框架，负责组织的构建；对细胞形态、生长、分裂、分化和凋亡起重要的调控作用。
是由一些不溶性大分子构成的、结构精细而错综复杂的网络结构；为细胞的生存及活动提供适宜的场所，并通过信号转导系统影响细胞的形状、代谢、功能、迁移、增殖和分化。
二、细胞外基质的主要组成成分（一）氨基聚糖和蛋白聚糖是一些高分子的含糖化合物。
构成细胞外高度亲水的凝胶，赋予组织良好的弹性和抗压性。
1. 氨基聚糖（GAG ）是由重复的二糖单位构成的直链多糖。
又称粘多糖。
二糖单位之一是氨基己糖（N -乙酰氨基葡萄糖或N -乙酰氨基半乳糖）。
二糖单位另一个糖残基多为糖醛酸（葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸），糖残基带有羧基，呈强负电性。
据糖残基的性质、连接方式、硫酸化数量和存在的部位，可分为六种：（1）透明质酸（HA ）存在于结缔组织、皮肤、软骨、滑液、玻璃体。
5000-10000个二糖重复单位排列构成。
二糖为N -乙酰氨基葡萄糖-葡萄糖醛酸，是唯一不含硫酰酸基团的氨基聚糖其糖醛酸的羧基带有大量负电荷，其相斥作用使整个分子伸展膨胀，占据很大的空间；在有限的空间可产生膨压，赋予组织良好的弹性和抗压性。
其表面有大量亲水基团，可结合大量水分子，形成凝胶。
在组织创伤、早期胚胎中尤为丰富，促进细胞迁移和增殖。
胚胎发育早期的空间填充物，用于定形，如心脏形成。
作为关节液的重要成分，有润滑作用。
（2）硫酸软骨素（CS ）存在于软骨、角膜、骨、皮肤、动脉。
（3）硫酸皮肤素（DS ）存在于皮肤、血管、心、心瓣膜。
（4）硫酸乙酰肝素（HS ）存在于肺、动脉、细胞表面。
（5）肝素存在于肺、肝、皮肤、肥大细胞。
（6）硫酸角质素（KS ）存在于软骨、角膜、椎间盘。
多糖 纤维蛋白结合作用：胶原和弹性蛋白黏合作用：纤黏连蛋白和层黏连蛋白（非胶原性黏合蛋白） 纤维网架 氨基聚糖和蛋白聚糖凝胶样基质2. 蛋白聚糖（PG）是由氨基聚糖（除透明质酸外）与核心蛋白共价形成的高分子复合物，不同于一般糖蛋白。
5.第五章 细胞外基质及其与细胞的相互作用
第五章细胞外基质及其与细胞的相互作用概述⏹细胞外间隙充满由多种大分子组成的ECM⏹ECM在不同的组织中的量和性质不同：血液的ECM：液态骨的ECM：固态固有结缔组织：胶态基膜：特化的ECM⏹ECM在不同的发育时间不同⏹ECM在不同的病理情况下不同⏹ECM参与细胞的存活、形态、迁移、代谢、功能、增殖、分化和死亡⏹ECM动态参与细胞的生物学功能⏹ECM通过受体和信号转导系统，调节基因的表达或蛋白质的活性，发挥其生物学效应⏹ECM的异常导致疾病：膜性肾病、肝硬化、肿瘤转移等第一节细胞外基质是由不溶性大分子构成的精密结构⏹构成细胞外基质的大分子：胶原非胶原糖蛋白氨基聚糖与蛋白聚糖弹性蛋白一、胶原是细胞外基质中的骨架结构20种胶原I、II、III、V、XI：Fibril I：皮肤II：软骨III：血管胶原与ECM联系，构成结构与功能的统一体胶原的基本结构：三条肽链（α链）形成的三股螺旋结构临床意义：1.维生素C缺乏使前胶原羟化不足，不能形成稳定的三股螺旋，易在细胞内降解，导致血管脆性增加，易出血。
2.皮肤老化：随年龄增加，原胶原交联增加，胶原纤维紧密导致皮肤僵硬、老化。
3.胶原的降解产物，对血管生成（angiogenesis）有抑制作用，对肿瘤生长和转移有意义。
如：XVIII胶原的降解产物endostatin可抑制肿瘤的生长XV胶原的降解产物restin可抑制VEGF诱导的血管生成4.胶原基因突变导致胶原异常：I型胶原异常导致骨脆弱、骨折II型胶原异常导致使软骨发育异常，导致骨关节病。
III型胶原异常导致Ehlers-Danlos综合征：皮肤、血管脆弱。
二、非胶原糖蛋白是细胞外基质中的重要功能性成分1.广泛存在于动物组织中的纤粘连蛋白2.层粘连蛋白为基膜的主要功能成分Laminin, LN Laminin 1 --11是出现最早的细胞外基质成分正常成人肝基质无LN, 再生肝肝癌LN增多3.氨基聚糖及蛋白聚糖⏹1)氨基聚糖是由重复二糖单位构成的直链多糖透明质酸是唯一不发生硫酸化的氨基聚糖透明质酸在胚胎组织和愈合中的组织增多——有利细胞迁移。
生物学中的细胞外基质与细胞相互作用
生物学中的细胞外基质与细胞相互作用在人类的身体内，数不清的细胞不断地进行交互和协作，从而保持身体的正常运转。
这些细胞不仅只是互相沟通，还需要与周围的环境相互作用。
这个环境被称为细胞外基质或者基质。
细胞与细胞外基质之间的相互作用在生物学中得到了广泛的研究与探讨。
本文将探讨细胞外基质的作用以及它与细胞之间的相互作用。
一、细胞外基质的作用1. 提供支撑我们的身体可以保持形状，主要是因为细胞外基质提供了支撑作用。
细胞外基质构成了很多种类的纤维状蛋白质，如胶原纤维，弹性纤维，网状纤维等等。
这些纤维状蛋白质可以与其他分子相互作用，形成一个庞大的支架，从而维持了细胞外基质的结构。
2. 保护和分隔细胞外基质还有着保护和分隔的作用。
在某些情况下，免疫系统会攻击我们自己的组织，形成自体免疫病。
而对于我们的身体而言，细胞外基质能够充当护盾来防止我们自己的免疫系统攻击自己的组织。
另一方面，细胞外基质还可以将各种不同类型的组织分割开来，防止细胞之间的杂乱无章的繁殖。
3. 调节信号传递细胞与身体周围的环境通过细胞外基质进行信号传递。
许多细胞与细胞之间的信号在细胞外基质中进行调节，从而实现协调性。
细胞外基质能够发挥这样的作用，是因为它可以捕捉和释放许多不同的信号分子，从而实现细胞之间的通信和协作。
二、细胞和细胞外基质的相互作用细胞和细胞外基质之间的相互作用是动态的。
因为细胞不断地分泌，摆脱，修复细胞外基质，从而影响了细胞与细胞外基质之间的相互作用。
1. 细胞粘附细胞在细胞外基质上与其他细胞之间粘附的秘密在于细胞可行的运动。
细胞外基质可以促进细胞的粘附和移动，这是由一些与细胞表面结合的分子所决定的。
例如，在细胞表面上存在多种受体和配体对，它们可以相互结合，从而实现细胞的粘附。
这种相互作用是非常重要的，因为细胞必须借助细胞外基质获得支撑和定向移动。
2. 信号传递细胞外基质不仅通过物理和化学信号直接影响细胞，还可以影响细胞内的信号传输，从而影响细胞的行为和功能。
细胞膜与细胞外基质的相互作用
细胞膜与细胞外基质的相互作用细胞膜是细胞的重要组成部分，它与细胞外基质之间存在着密切的相互作用关系。
这种相互作用不仅在维持细胞的结构完整性和功能正常发挥上起着重要作用，同时也参与了细胞的信号传导、物质运输和细胞间通讯等一系列生物过程。
本文将从细胞膜与细胞外基质的结构特点、相互作用机制以及生物学功能几个方面进行探讨。
一、细胞膜与细胞外基质的结构特点细胞膜是由脂质双层组成的，其中嵌入着各种不同的蛋白质。
细胞膜的主要成分是磷脂，它具有两种不同的极性：一个极性亲水头部，一个非极性疏水尾部。
这种特殊的结构使得细胞膜能够在水中形成封闭的双层结构，同时还能保持细胞内外环境的稳定。
细胞外基质是细胞膜外部的一层复杂的结构，由各种不同的分子组成，包括蛋白质、多糖类物质等。
细胞外基质可以分为细胞外基质颗粒和细胞外基质纤维两种类型。
颗粒是一种极小的颗粒状结构，主要由酶、生长因子和细胞外信号蛋白质等组成。
纤维则是由纤维蛋白组成的，具有一定的机械强度和稳定性。
二、细胞膜与细胞外基质的相互作用机制细胞膜与细胞外基质的相互作用主要通过细胞膜上的蛋白质实现。
其中，整合素是最为重要的一类蛋白质，它能够连接细胞膜与细胞外基质纤维，起到细胞附着和信号传导的作用。
通过整合素与细胞外基质纤维的结合，细胞膜与细胞外基质紧密相连，有助于维持细胞的结构稳定性，并提供细胞运动的支持。
此外，细胞膜上还存在着一些细胞外基质受体，如胞外基质受体和整合素受体等。
这些受体能够感知细胞外基质的物理和化学信号，并将这些信号传递到细胞内部，触发一系列的细胞反应。
这一过程被称为细胞外基质信号通路，是细胞与外界环境相互交流的重要方式。
三、细胞膜与细胞外基质的生物学功能细胞膜与细胞外基质的相互作用在生物学中发挥着重要的功能。
首先，细胞膜与细胞外基质通过整合素的介导，能够调控细胞的迁移和侵袭。
这对于胚胎发育、癌细胞转移等生理和病理过程具有重要意义。
其次，细胞膜与细胞外基质之间的相互作用可以调节细胞的增殖和分化，影响细胞的命运决定。
细胞外基质和基质细胞相互作用的研究
细胞外基质和基质细胞相互作用的研究基质是指所有生物体内除细胞外的物质。
在这些物质中，最重要的就是细胞外基质，它是一种类似胶的物质，由水和各种蛋白质构成。
细胞外基质在细胞功能、组织结构和发育中起着重要的作用。
细胞外基质与细胞的相互作用是一个重要的研究领域，包括细胞与基质分子的相互作用、细胞对不同基质成分的选择性附着、细胞分化和外形变化等。
下面，我将分别从这几个角度来探讨细胞外基质和基质细胞相互作用的研究。
1. 细胞与基质分子的相互作用细胞与基质分子的相互作用主要是通过胞外基质的受体和粘附分子来实现的。
这些分子在胞外基质分子上或细胞膜上表达，它们促进细胞与胞外基质的相互作用，调节细胞分化、增殖、迁移以及细胞间互动等重要生物学过程。
以整合素为例，其是细胞与胞外基质相互作用的重要受体。
整合素家族有很多成员，它们与胶原蛋白、纤维连接蛋白、透明质酸等基质分子结合，进而调节细胞的附着、增殖、迁移等生物学过程。
此外，有研究表明，多种胞外基质分子如透明质酸、纤维连结蛋白等都与其它受体结合，发挥生物学调节作用。
2. 细胞对不同基质成分的选择性附着细胞在胞外基质中的选择性附着是由胞外基质蛋白和胞内蛋白以及细胞膜receptor 表达情况的共同调节作用，它们对细胞在基质中的定位和作用安排具有重要的作用。
有研究表明，胞外基质分子的结合能力和细胞膜上受体的配体选择性是细胞对不同基质成分选择性附着的关键因素。
基质分子结合能力强时，在细胞表面形成大量和长时间的链状分子，形成加强附着力的框架。
而表达不同受体的细胞对不同基质分子的选择性附着和附着力不同。
3. 细胞分化和外形变化细胞分化和外形变化是细胞生存、生长和发育中重要的生物学过程，胞外基质在这些过程中也发挥着极其重要的作用。
以小鼠胚胎上皮为例，研究发现，当细胞分化时，基质分子的配合物改变，胞外基质肌动蛋白纤维网络也发生变化，使得胚胎细胞控制并调整自身吸收和排泄粘附物减弱，胚胎细胞便可摆脱原定位并继续发育。
细胞的细胞分泌与细胞外基质
细胞的细胞分泌与细胞外基质细胞是构成生物体的基本单位，细胞内外的相互作用与通讯对于细胞的生存和功能发挥至关重要。
在细胞内，细胞分泌是一种重要的细胞活动，它涉及到物质的合成、储存和释放，以及与细胞外基质的相互作用。
本文将探讨细胞的细胞分泌与细胞外基质之间的关系，并解释其在细胞生物学中的重要性。
一、细胞分泌的概念与类型细胞分泌是指细胞在生命过程中合成新的物质，并将其释放到细胞外的过程。
这些分泌物质包括蛋白质、多肽激素、酶、生物活性分子等。
细胞分泌可分为三种类型：类囊体内分泌、类囊体外分泌和非类囊体内分泌。
1. 类囊体内分泌：细胞通过高度有序的分泌途径将物质包裹在内含体内，并通过胞吞噬作用将内含体与溶酶体等融合，使物质释放到胞质，最终进入细胞外。
2. 类囊体外分泌：物质通过高度有序的分泌途径从细胞內胞直接释放到细胞外。
3. 非类囊体内分泌：物质通过细胞內多肽合成系统合成并直接释放到细胞外。
细胞分泌的类型多样，但它们都在细胞内合成，通过不同的分泌途径到达细胞外。
二、细胞外基质的组成与功能细胞外基质是细胞分泌物质的主要承载介质，由多种成分组成，包括胶原蛋白、蛋白多糖、细胞外蛋白等。
细胞外基质在生物体中广泛存在，主要分布在间质组织和组织间隙中，具有以下功能：1. 提供结构支持：细胞外基质通过胶原蛋白和纤维蛋白连接细胞，形成支撑结构，维持细胞形态和组织结构的稳定性。
2. 传递信号：细胞外基质中的生物活性分子，如细胞因子、生长因子等，可以与细胞表面受体结合，传递信号刺激细胞增殖、分化和迁移等生物学过程。
3. 调节细胞活动：细胞外基质通过与细胞膜结合，参与调节胞内信号传导、酶活性和基因表达等，影响细胞的功能和行为。
4. 营养和代谢支持：细胞外基质中的物质可以提供细胞的营养需求，如葡萄糖、氨基酸等，同时也可与代谢产物进行交换，维持细胞内外的物质平衡。
三、细胞分泌与细胞外基质的相互作用细胞分泌物质与细胞外基质之间存在着密切的相互作用。
《医学细胞生物学》细胞外基质及其与细胞的相互关系
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2、细胞外基质成分的降解是在细胞的控制下进行的 细胞外基质成分的降解是由细胞分泌的蛋白水解 酶催化的。细胞外基质成分在细胞分泌的基质金属蛋 白酶和丝氨酸蛋白酶家族联合作用下被降解；细胞还 可分泌基质金属蛋白酶和丝氨酸蛋白酶的抑制剂控制 蛋白酶的作用程度和范围。
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纤连蛋白的功能
1、介导细胞与细胞外基质间的黏着：黏着斑
2、纤连蛋白与细胞迁移 3、纤连蛋白在组织创伤修复中的作用
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层粘连蛋白
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层粘连蛋白是胚胎发育过程中出现最早的细 胞外基质成分。 在成体，它主要存在于上皮下和内皮下紧靠 细胞基底部，还存在于肌细胞和脂肪细胞周围。
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氨基聚糖与蛋白聚糖的功能
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、角膜中蛋白聚糖具有透光性 4、氨基聚糖有抗凝血作用 5、细胞表面的蛋白聚糖有传递信息作用 6、氨基聚糖和蛋白聚糖与组织老化有关
二、胶原与弹性蛋白 胶原是动物体内 高度特化的纤维蛋白 家族，是人体内含量 最丰富的蛋白质。胶 原可由成纤维细胞、 软骨细胞、成骨细胞 以及某些上皮细胞合 成并分泌到细胞外。
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蛋白聚糖聚合体
软骨中的蛋白 聚糖复合体是已知 的最巨大分子之一。 它的氨基聚糖为硫 酸软骨素和硫酸角 质素。
核心蛋白
连接蛋白 透明质酸
硫酸角质素
硫酸软骨素
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蛋白聚糖的合成和装配
蛋白聚糖的核心蛋白肽链在粗面内质网核糖 体上合成，随后进入内质网腔装配上直链多糖。 在装配时，一个转移的连接四糖首先结合到核心 蛋白的丝氨酸残基上，在丝氨酸所处的肽链部位 具有专一的构象，可被识别。然后在糖基转移酶 的作用下，一个个糖基一次加接上去，形成了氨 基聚糖糖链。
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原胶原共价交联后成为具有抗张强度的不溶性胶原。 胚胎及新生儿的胶原因缺乏分子间的交联而易于 抽提。 随年龄增长，交联日益增多，组织僵硬老化。
类型： 已知至少19种胶原，由不同的结构基因编码。 I、II、III、V、XI型胶原为有横纹的纤维形结 构。 功能：参与形成结缔组织，如骨、韧带、基膜、 皮肤。
链基本由Gly-X-Y规律的三肽重复序列构成 • 2.多种a链，以不同方式组成多种胶原 • 3.前体肽链——去信号肽——两端加前肽——
羟化修饰——C端交联为前胶原——分泌到胞 外——切除前肽——自我装配为胶原原纤维— —胶原纤维
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• 二、胶原与弹性蛋白 • （一）胶原是细胞外基质中的骨架结构 • 人体内含量最丰富的蛋白质 • 1.分子结构：三条a-多肽链盘绕而成，多肽
第一节 细胞外基质的主要组成成分
结构作用
黏着作用
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• 一、氨基聚糖与蛋白聚糖
• （一）氨基聚糖是由重复的二糖单位构成的直链多糖
氨基聚糖 重复二糖单位
每个二糖单位所含硫酸基 组织分布
透明质酸
硫酸软骨素
硫酸皮肤素
硫酸乙酰肝 素 肝素
硫酸角质素
葡萄糖醛酸-N-乙酰氨基 葡萄糖
肺、肝、皮肤、肥大 细胞 软骨、角膜、椎间盘
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• （二）蛋白聚糖是由氨基聚糖和核心蛋白 共价结合形成的高分子量复合物
• 1.分子结构
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• 2.在内质网中合成并装配 • 1)内质网腔内装配多糖，由专一的连接四
糖结合到丝氨酸残基，再依次加接
• 一、细胞外基质对细胞生物学行为的影响 • 1.影响细胞形态结构 • 2.影响细胞生存死亡 • 3.影响细胞增殖分化 • 4.影响细胞迁移 • 二、细胞对细胞外基质的影响 • 1.细胞分泌细胞外基质 • 2.细胞控制细胞外基质成分的降解
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• （二）弹性蛋白是构成细胞 外基质中弹性纤维的主要成 分
• 构成细胞外基质中弹性纤维 网络的主要成分
• 高度疏水的非糖基化纤维蛋 白，很少羟化
• 呈无规则卷曲 • 由疏水性短肽和富含A,K残基
的a螺旋短肽交替排列构成 • 与由糖蛋白构成的微原纤维
一起构成弹性纤维
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• 3.层粘连蛋白与疾病
第二节 基底膜
• 一、基底膜的分布 • 细胞外基质特化形成的柔软、坚韧的网膜
结构 • 上皮细胞和内皮细胞的基底部 • 肌细胞、脂肪细胞、雪旺氏细胞周围
第二节 基底膜
• 二、基底膜的组成成分 • 1.IV型胶原——构成基本二维网络 • 2.层粘连蛋白——组装为二维网络 • 3.内联蛋白——连接IV型胶原网络和层粘
• 三、细胞外基质中的非胶原性黏合蛋白
• （一）纤连蛋白ห้องสมุดไป่ตู้• 1.分子结构：高分子糖蛋白，包含多个结构域
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• 2.纤连蛋白的功能： • 介导细胞与细胞外基质间的黏着,进而调节
细胞的形状和细胞骨架的组织，促进细胞 铺展 • 纤连蛋白与细胞的迁移 • 纤连蛋白在组织创伤修复中的作用,纤连蛋 白促进巨噬细胞和其它免疫细胞迁移到受 损部位
连蛋白网络，还协助其他成分的结合 • 4.渗滤素——蛋白聚糖，在肾小球基底膜
中有筛滤作用
第二节 基底膜
第二节 基底膜
• 三、基底膜的生物学功能 • 支撑——上皮细胞 • 连接——上皮组织与结缔组织 • 屏障——选择性通透分子和细胞 • 影响细胞形态、极性、代谢、存活、增殖
分化、迁移等
第三节 细胞外基质与细胞间的相互作用
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• （四）氨基聚糖和蛋白聚糖与疾病 • 1.降解异常——异常堆积——粘多糖累积
病 • 2.含量比例异常——脂类沉积——动脉粥
样硬化 • 3.分泌总量增多，硫酸化水平降低——促
进肿瘤细胞迁移增殖——肿瘤增殖、侵袭、 转移等
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• 二、胶原与弹性蛋白 • （一）胶原是细胞外基质中的骨架结构 • 人体内含量最丰富的蛋白质 • 1.分子结构：三条a-多肽链盘绕而成，多肽
• 2)氨基酸序列和糖链具有多态性
• 3)有些蛋白聚糖也是质膜的整合成分(连接 素)
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• (三)氨基聚糖与蛋白聚糖的功能 • 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.角膜中蛋白聚糖具有透光性 • 4.氨基聚糖有抗凝血作用 • 5.细胞表面的蛋白聚糖有传递信息作用 • 6.氨基聚糖和蛋白聚糖与组织老化有关
合成：由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、上皮 细胞分泌。 在RER上合成，形成三股螺旋之前于Pro及Lys残基上进 行羟基化修饰。
羟化反应的催化剂为脯氨酰4羟化酶和脯氨酰3羟化 酶。 维生素C是这两种酶所必需的辅助因子，VC缺乏导 致坏血病。
交联：交联键是由侧向相邻的赖氨酸或羟赖氨酸 残基氧化后所产生的两个醛基间进行缩合而形成的。
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• （二）层粘连蛋白是胚胎发育过程中最早 出现的细胞外基质成分
• 1.分子结构 • abg三条多肽链组成的异三聚体 • 含有多个结构域 • 一个长臂，三个短臂的不对称
十字形
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• 2.层粘连蛋白的功能 • 基底膜的主要组成成分 • 细胞识别，黏附，迁移，分化相关 • 发育早期保持细胞极性 • 促进神经元轴突的生长
葡萄糖醛酸-N-乙酰氨基 半乳糖
葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸 -N-乙酰氨基半乳糖
葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸 -N-乙酰氨基葡萄糖
葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸 -N-乙酰氨基葡萄糖
半乳糖-N-乙酰氨基葡萄 糖
0 0.2~2.3 1.0~2.0 0.2~3.0 2.0~3.0 0.9~1.8
结缔组织、皮肤、软 骨、滑液、玻璃体 软骨、角膜、骨、皮 肤、动脉 皮肤、血管、心、心 瓣膜 肺、动脉、细胞表面
链基本由Gly-X-Y(X=pro，Y=hyp或hyl)规律的 三肽重复序列构成 • 2.多种a链，以不同方式组成多种胶原 • 3.前体肽链——去信号肽——两端加前肽—— 羟化修饰——C端交联为前胶原——分泌到胞 外——切除前肽——自我装配为胶原原纤维— —胶原纤维
第一节 细胞外基质的主要组成成分