细胞外基质
细胞生物学第四章细胞外基质
细胞生物学第四章细胞外基质
胶原分子按相邻分子相交错四分之一长度、前 后分子首尾相隔35nm的距离自我装配，成为明暗 相间、直径约10nm～30nm的胶原原纤维。 若干胶原原纤维再经糖蛋白粘合成为粗细不等 的胶原纤维。
细胞生物学第四章细胞外基质
胶原分子
细胞生物学第四章细胞外基质
胶原的结构（左模式图，右电镜照片）
第四章 细胞外基质
（extracellular matrix，ECM）
细胞生物学第四章细胞外基质
细胞外基质（extracellular matrix，ECM）： 细胞外间隙中充满由多种不溶性大分子精密组装起 来的错综复杂的网络结构，即细胞外基质，它是多 细胞生物有机体的固有成分。 细胞外基质的成分主 要包括胶原、非胶原糖蛋白、弹性蛋白以及氨基聚 糖和蛋白聚糖。细胞外基质不仅对组织起支持、保 护、营养作用，而且还与细胞的增殖、分化、代谢、 识别、迁移、死亡等基本生命活动密切相关。
α β
γ
细胞生物学第四章细胞外基质
三条短臂：各由3条肽链的N-端序列构成， 每一短臂包括2个球区及2个短杆区；
长臂：由3条肽链的近C-端序列共同构成杆 区；而末端的分叶状大球区仅由α链C-端序列卷 曲而成，是与硫酸肝素结合的部位。
LN分子中至少存在8个与细胞结合的位点。
细胞生物学第四章细胞外基质
㈡层粘连蛋白 （laminin，LN）
1．分子结构特点 LN是糖链结构最复杂的高分子糖蛋白（含糖 量15%～28%），具有50条左右N连接的寡糖，分 子质量巨大，约850 kDa。 LN由一条重链（α链）和两条轻链（β、γ链） 构成，三条肽链借二硫键交联成不对称的十字形分 子。
细胞生物学第四章细胞外基质
细胞外基质(医学)
ECM主要由成纤维细胞、间质细胞、上皮细胞等合成分泌的一类分布和聚集在细胞表面、细胞间质的大分子 物质，包括胶原蛋白、弹力蛋白、黏附性糖蛋白等。胶原蛋白是ECM的主要成分，赋予组织抗拉强度；弹力 蛋白则赋予组织弹性；黏附性糖蛋白则参与细胞与ECM的黏着和信号转导。
细胞外基质的功能
01
02
03
维持组织完整性
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THANKS
ECM通过提供物理支持 及调节细胞活动，维持组 织结构的完整性和稳定性 。
调节细胞活动
ECM通过与细胞表面受 体的相互作用，参与细胞 信号转导，影响细胞的增 殖、分化、迁移等。
组织修复与再生
在组织损伤时，ECM通 过调节炎症反应、促进细 胞增殖和分化，参与组织 修复与再生过程。
细胞外基质与疾病的关系
发现新的药物靶点
细胞外基质作为药物靶点具有广阔的应用前 景，研究其与疾病发生发展的关系，有助于 发现新的药物作用靶点。
细胞外基质与肿瘤转移
细胞外基质与炎症
研究细胞外基质在肿瘤转移过程中的作用， 有助于寻找预防和治疗肿瘤的新途径。
深入探讨细胞外基质与炎症反应的关系，有 助于揭示炎症相关疾病的发病机制。
转移过程的影响
肿瘤细胞通过分泌特定的细胞外基质降解酶，如MMPs，不仅能降解细胞外基质，还能促 进新生血管的形成，为肿瘤转移提供必要的条件。
心血管疾病
1 2 3
心血管疾病与细胞外基质的关系
细胞外基质中的胶原蛋白、纤维粘连蛋白和层 粘连蛋白等成分在心血管疾病的发生和发展过 程中发挥着重要的作用。
心血管疾病的风险因素
器官再生
通过模拟细胞外基质的特定成分和结构，可以再生出具有特定 功能的器官。
癌症治疗
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 。
细胞外基质名词解释
细胞外基质名词解释
细胞外基质是构成细胞膜以外的一个可流动的液体基质，它是介于血液和细胞间的细胞特有的微环境，负责受体-激素系统，抗原-
抗体反应以及免疫等多种重要的细胞的物质交换，以保证细胞的生命活动状态。
它是一种复杂的和活跃的物质，是细胞与细胞之间以及细胞与细胞外物质相互作用的重要载体，是一种动态的液体基质，它不断地调节细胞的状态，对细胞的正常生理和代谢过程起着重要的作用。
细胞外基质是一种复杂的混合物，主要由多种成份组成，包括：多种结构蛋白、糖类、转运体、抑制因子、信号转导蛋白、受体和激素。
它们中的每一个都能通过细胞外基质的复杂的交互反应，促进细胞的发育和成熟，影响细胞的表达状态和生长特性。
此外，细胞外基质还提供有机物的支持，如水分和离子，以及能够调节细胞活动的内生因子，它保持细胞的生物学活动，具有稳定和保护细胞的作用。
细胞外基质可以调节细胞的生存状态，对细胞的各种形态功能和代谢状态以及自我保护功能起着至关重要的作用。
当细胞没有受到基质的供应时，细胞膜结构可能会受到威胁，细胞的活动也会受到影响，因此，维持细胞外基质的动态平衡是很重要的。
细胞外基质的动态平衡可以通过代谢活性来调节，即对细胞外基质组分的调节，以及对外界环境光、气候、水和其他因子的影响。
除此之外，细胞外基质还可以帮助细胞维持稳定的膜电位，促进胞内和胞外离子的交换。
总之，细胞外基质是细胞的重要组成部分，它通过调节细胞的环
境，促进细胞的发育，细胞的增殖和细胞的代谢，对人体的正常生长和发育起着重要的作用。
细胞外基质
细胞外基质（Extracellular Matrix，ECM）是由成纤维细胞、间质细胞、上皮细胞等体内各类组织和细胞合成和分泌的一类散布和聚集在细胞表面和细胞间质的大分子物质所组成的复杂网络结构，故称细胞外基质（间质），是细胞和组织赖以生存、活动和调剂的外环境。
要紧作用：一方面为细胞和组织提供支持、联结、固定、保水、缓冲等物理性的爱惜作用，另一方面又是细胞与外环境进行物质互换、信息传递和聚集的中介。
它可通过各类信号传递系统，调剂细胞生长、增殖、迁移、分化、粘附、代谢、损伤修复、组织重构等各类生理功能。
被称为是人体细胞和组织内稳态的要紧调剂者（The Central Regulator of Cell and Tissue Homeostasis）。
细胞外基质的成份十分复杂，除各型胶原之外，还有各类粘连蛋白（FN）、层连蛋白（LN）、氨基聚糖（GAG）、蛋白聚糖（PG）、弹性蛋白（Elastin）、内动素（Cytotatin）、血栓结合素（Thrombospondin）、整合素（Integrin）、玻连蛋白（Vitronetin VN）、连结蛋白（Connexins）、钙粘素（Cadherins）、选择素（Selectin）、粘附素（细胞粘合素）、细胞粘合素（Cytotatin）等几十个类别。
每一种类别又有几种至十几种亚型。
细胞不同产生和分泌的细胞外基质成份亦不同；组织不同所含的细胞外基质的成份和比例亦不同；即便同一种细胞，同一种组织，在不同的生理、病理和反映条件下，细胞外基质的成份、结构和构型亦不同；结构和构型不同，细胞外基质的功能和作用亦不同。
随着基因和蛋白质组生物学的研究进展，新的细胞外基质分子还在不断诞生，其类型、构型、构像还有更多发觉，其功能亦在不断的扩展，组成了一个十分复杂的细胞外基质的网络家族和体系。
细胞外基质尽管来源、成份、分型和功能不同，各司其责，但在结构和功能上，它们又排列有序、疏密相间、彼此联结、彼此协同，在细胞间质、组织间隙和器官内，形成各类复杂的相对固定的形式和分层网状结构，形成许多不同的功能结构区域，如在血管，能够形成内膜表面的粘附爱惜层、内膜基层、基底膜层、内弹力层、外弹力层、血管中层和外层系膜结缔组织等等。
细胞外基质
羟赖氨酸 ；低糖
类 由二糖单位（D-葡萄糖醛酸和N-乙酰-葡萄糖胺）重复聚合而成。
[α1(Ⅲ)] 2α2（Ⅳ）
Ⅳ [α1(Ⅲ)] 基底层 原胶原共价交联后成为具有抗张强度的不溶性胶原。
③粘着成份，如纤连蛋白和层粘连蛋白等。
α—链中保留前肽； 基膜
2α2（Ⅳ） [α1（Ⅰ）] 2α2（Ⅰ）
2、弹性纤维
弹性纤维主要存在于脉管壁及肺，亦少 量存在于皮肤、肌腱及疏松结缔组织中。
弹性纤维与胶原纤维共同存在，分别赋 予组织以弹性及抗张性。
弹性蛋白(elastin)是弹性纤维的主要成分。
弹性蛋白
是一种非糖基化的蛋白质，包含830个氨基酸 残基，富含脯氨酸和甘氨酸，但很少羟化。肽 链中不含胶原特有的 Gly-X-Y重复顺序，形成 不规则螺旋结构，并互相交错成网络。
第六节 细胞外基质
组成细胞外基质成份种类 繁多、结构复杂，一般 可分为三类：
①氨基聚糖和蛋白聚糖； ②纤维蛋白，主要包括胶
原和弹性蛋白； ③粘着成份，如纤连蛋白
和层粘连蛋白等。 不同组织的细胞外基质成
份的结构存在着差异
一、氨基聚糖和蛋白聚糖
氨基聚糖（glycosaminoglycan, GAG） 是由重复的二糖单位聚合成的无分支长 链多糖，因二糖单位中一个常为氨基糖 （N-乙酰氨基葡萄糖或N-乙酰氨基半乳 糖）而得名。
眼睛玻璃体
几种主要胶原及其特征
②纤维蛋白，主要包括胶原和弹性蛋白；
Ⅲ [α1 原纤维 皮肤、血管 、 高羟脯氨酸 ；低 氨基聚糖（glycosaminoglycan, GAG）是由重复的二糖单位聚合成的无分支长链多糖，因二糖单位中一个常为氨基糖（N-乙酰氨基葡萄
细胞外基质名词解释
细胞外基质名词解释细胞外基质（extracellularmatrix，ECM）是构成细胞外环境的特殊结构，它也是细胞增殖、迁移和形态改变的基础。
它既可以作为一种独立的结构，可以支持细胞的生长和分化，也可以作为细胞外活动的调节器，参与细胞外信号传导和活性物质的调节转运等。
细胞外基质的种类比较多，主要有水凝胶类、矿物质类和蛋白质类三大类。
水凝胶类细胞外基质主要是由糖聚糖和多聚糖构成，其中糖聚糖以多糖分子链、支链和定位结合而形成三维结构网络。
糖聚糖在细胞外环境中有着重要的作用，它可以支撑细胞的内墙，提供细胞内高度可控的空间环境，促进细胞的增殖分化；另外，它还可以结合细胞外的特殊蛋白，抑制细胞的迁移，是细胞的稳定界面。
矿物质是另一类细胞外基质，主要有磷酸钙、碳酸钙和硅酸盐。
其中磷酸钙和碳酸钙具有很强的钙离子结合能力，可以控制多种无机物质的吸收和释放，硅酸盐是细胞外环境中的流体结构成分，它可以抵抗压力，支撑细胞多孔网络结构。
蛋白质是细胞外基质中最为重要的组分，它构成细胞外基质的支链和骨架，是细胞的重要组成部分。
一般来说，蛋白质细胞外基质主要分为胶原蛋白、凝血酶原及附着素三大类。
胶原蛋白具有优质的粘度和弹性，具有良好的抗拉应力，能有效抵抗压力，并可以作为细胞移动的滑轨，促进细胞的迁移与增殖。
凝血酶原则是由大量的凝血酶原分子组成，可以参与细胞外信号传导，促进细胞的活性物质的释放和调节转运。
附着素是一类特殊的细胞外基质蛋白，具有高度特异性的附着力，可以紧密结合细胞表面，阻止细胞的漂移，控制细胞的形态和迁移。
细胞外基质是细胞环境的基础，其各种组分的功能是互补的、共生的，不仅能为细胞提供良好的生长环境，也能调节细胞的活动，保持其正常的形态，并参与细胞外信号传导。
细胞外基质与细胞的关系既有相互制约又有促进作用，对细胞的增殖、迁移和发育具有重要的影响，是细胞生长发育中不可或缺的一部分。
总之，细胞外基质是形成细胞外环境的最重要组成部分，它可以作为细胞增殖、发育和迁移的基础，也是细胞外活动的调节器，抑制细胞的迁移，支撑细胞墙，参与细胞外信号传导和活性物质的调节转运。
细胞外基质名词解释
细胞外基质名词解释细胞外基质是除细胞膜外，由细胞间的细胞浆周围和充填了细胞间的空腔的物质组成的一种体系。
它在细胞有机组织的结构和功能的维持以及细胞间的联系和互作中发挥着重要作用。
细胞外基质主要分为蛋白质细胞外基质、多糖细胞外基质和氨基酸细胞外基质三类。
蛋白质细胞外基质是生物细胞外基质的主要组分。
它们既包括水溶性的谷氨酰胺蛋白、酶、转运蛋白，也包括胞外凝集素、受体等结合膜蛋白。
它们在细胞的生长和分化、传导信息、受体识别和降解物质等方面发挥着重要作用。
多糖细胞外基质主要包括糖原、核酸酶、膜糖蛋白、聚糖和其他假糖原等。
它们负责细胞间信号转导、受体识别和细胞附着，以及蛋白质稳定度和抗氧化、细胞内应激反应等。
氨基酸细胞外基质主要有谷氨酸、天冬氨酸和苏氨酸等，它们主要负责调节细胞的活动、影响细胞的膜脂结构以及调节细胞的表观遗传学特性等。
细胞外基质的结构与功能的高度统一是细胞的生长和发育以及调节细胞表观遗传学特性的重要因素。
细胞外基质作为细胞有机结构和功能系统的维系物质，可以永久或临时改变细胞有机结构和功能，这是细胞自我调节和适应环境变化的重要原理。
细胞外基质还可以被药物和农药等外界刺激物质所影响，从而发生改变，而这种改变可能引起细胞的损伤，甚至使细胞死亡。
因此，研究药物对细胞外基质的作用机理，对于阐明药物的治疗作用具有重要意义。
细胞外基质是细胞结构和功能的重要组成部分，因此，研究细胞外基质的结构和功能，对于更好地了解细胞的特性、探究细胞的生命过程、控制细胞的发育和形态，以及发掘潜在的治疗药物等，具有十分重要的意义。
综上所述，细胞外基质是一种重要的分子机制，它可以调节细胞的表观遗传学特性，调节细胞的生长和发育，它也可以受药物的刺激而改变，为细胞的自我调节和适应外界变化提供基础，为研究细胞的结构和功能以及发现潜在治疗药物提供了重要参考。
细胞生物学细胞外基质
–纤维蛋白
–结构作用：–胶原和弹性蛋白 –(collagen and elastin)
–黏合作用：–纤黏连蛋白和层黏连蛋白
(fibronectin and laminin)
细胞外基质的主要组成成分
♣ 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。
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。
– 胶原的功能 与相关疾病
² 协助完成细胞生长、粘附、运动、增殖、分化
² 粘连、支持、保护细胞连聚为组织、器官，如:
细胞外基质的主要组成成分 纤粘连蛋白
细胞外基质的主要组成成分 氨基聚糖
– 透明质酸（hyaluronic acid、hyanuroanate, HA） 结缔组 织、皮肤、软骨、滑液、玻璃体 ²5000-10000个二糖重复单位排列构成
²二糖为 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
²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
♣ 胶原与弹性蛋白 • 胶原 （collagen）是细胞外基质中的骨架结构 – 占哺乳动物总蛋白量的1/4，含量最丰富 – 可由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞及某些上皮 细胞合成并分泌到细胞外
胶原 (横切面 电镜)
成纤维细胞
Human collagen fibers
细胞外基质的主要组成成分 胶原
– 胶原分子结构 为三股螺旋（triple helix）3条α多 肽链盘绕而成，长300nm，直径1.5nm
细胞外基质的概念
细胞外基质的概念
细胞外基质，也称为基质，是指细胞外空间中由分泌的分子物质、纤维蛋白和细胞骨架支架组成的非细胞成分。
细胞外基质是细胞周围的基础结构，对于细胞形态、生长和分化以及组织和器官形成等过程都起到了重要作用。
细胞外基质的成分包括纤维蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白以及许多其他的分子。
这些分子通常是由细胞分泌到外部，并通过细胞表面或互相之间的相互作用形成一个三维网状结构，成为细胞所处的环境。
细胞外基质在细胞生物学中有多种功能。
它能够提供细胞所需的物理支持，帮助细胞形成形态和结构。
此外，细胞外基质还能够为细胞提供信号和反应许多信号分子，以调节细胞增殖、分化和生存。
对细胞外基质的研究有助于理解细胞外基质对细胞功能的影响，对组织修复和生物材料设计等方面也有重要的应用价值。
而针对不同组织中细胞外基质成分和其调控机制的不同性，设计合适的细胞外基质材料，通过注入细胞外基质成分培育出自然的人造骨骼和软组织等等能对人类健康和医学事业带来深远的影响.。
13 细胞外基质
细胞外基质定义多细胞生物体中细胞外由分泌蛋白和多糖构成细胞外基质（ECM）。
ECM在结缔组织中最为丰富，主要由成纤维细胞分泌，形成复杂的网络结构，占据结缔组织的大部分胞外空间。
细胞外基质与细胞外被的区别细胞外基质：是通过与细胞质膜中的细胞外基质受体结合，同细胞建立了相互关系。
实际上细胞外基质是细胞的分泌物在细胞附近构成的精密结构。
细胞外被：是细胞质膜外表面覆盖的一层黏多糖物质，是细胞质膜的正常结构组分，保护细胞膜，并在细胞识别中起重要作用。
细胞外基质的化学组分结构蛋白（胶原和弹性蛋白）：强度和韧性糖胺聚糖和蛋白聚糖：抗压粘连蛋白（纤连蛋白和层连蛋白）：粘连一、结构蛋白（胶原和弹性蛋白）（一）胶原蛋白（collagen）性质胶原是动物体内含量最丰富的蛋白各型胶原都是由三条相同或不同的肽链形成三股螺旋胶原分子是三条α肽链盘绕成三股超螺旋结构胶原的合成与装配1. 前α链在内质网核糖体合成，含有内质网信号肽以及N端和C端前肽序列。
进入内质网腔后信号肽被切除，脯氨酸和赖氨酸被羟基化，有些羟赖氨酸还被糖基化。
2. 3条前α链在内质网腔内装配形成3股螺旋的前胶原分子，通过高尔基体分泌到胞外。
3. 在蛋白酶作用下切去N端和C端前肽，成为胶原分子。
4. 胶原分子以1/4交替平行排列的方式自装配成胶原原纤维，胶原原纤维进一步聚合成胶原纤维。
影响胶原装配的因素：①羟基化：与三股螺旋的稳定有关。
②前肽：有助于形成3股螺旋结构，而且阻止了细胞内形成胶原原纤维。
③分子间及分子内共价键：胶原分子间及分子内赖氨酸残基之间可形成共价键，增加胶原纤维的强度。
胶原的功能胶原在胞外基质中含量最高，刚性及抗张力强度最大，构成细胞外基质的骨架结构。
− 单位横截面的I型胶原的抗张能力比铁还强。
• 在不同组织中（如骨、角膜、肌腱），胶原组装成不同的纤维形式，以适应特定功能的需要。
（二）弹性蛋白（elastin）分布及性质弹性纤维主要存在于脉管壁及肺，也少量存在于皮肤、肌腱及疏松结缔组织中，是有弹性能回缩的纤维。
细胞外基质
细胞外基质
细胞外基质(extracellular matrixc,ECM),是由动物细胞合成并分泌到胞外、分布在细胞表面或细胞之间的大分子, 主要是一些多糖和蛋白, 或蛋白聚糖。
这些物质构成复杂的网架结构，支持并连接组织结构、调节组织的发生和细胞的生理活动。
细胞外基质是动物组织的一部分, 不属于任何细胞。
它决定结缔组织的特性，对于一些动物组织的细胞具有重要作用。
定义1：存在于组织中，由细胞合成并分泌至胞外的成分，包括纤维性成分(胶原蛋白、弹性蛋白和网织蛋白)、连接蛋白(纤维粘连蛋白、层粘连蛋白)和空间充填分子(主要为糖胺聚糖)等，其对细胞增殖和分化发挥重要调控作用。
定义2：与细胞表面基底膜缔合的存在于细胞外空间的筛网状物质，由蛋白质和多糖等大分子构成。
可促进细胞增殖，并为细胞提供支持结构。
定义3：由细胞分泌到细胞外间充质中的蛋白质和多糖类大分子物质。
构成复杂的网架，连接组织结构、调节组织的发育和细胞生理活动。
定义4：由细胞产生并分泌到细胞外周质中的物质，主要包括纤维成分(如胶原和弹性蛋白)、连接蛋白(如纤连蛋白等)和填充分子(通常是糖胺聚糖)等。
细胞外基质的特性常决定组织的特性。
细胞生物学细胞外基质
马方综合征
四、氨基聚糖和蛋白聚糖
是一些高分子量的含糖化合物，形成细胞外 基质高度亲水性的凝胶。
每型胶原由3条相同或不同的α链构成。 目前已鉴定出20多种不同的α链，每种α链可 分为若干亚型，如α1(Ⅰ)、α1(Ⅱ)、α1(Ⅲ)、α1(Ⅳ)等。 每种α链各由一种基因编码。 各种α链以不同方式组合成不同类型胶原。 ㈢胶原的合成与降解（自学）
这是1890年拍摄 的“弹性皮肤人”照 片，是由于胶原装配 不正确引起的遗传综 合征。
第一节 细胞外基质的蛋白质种类、 结构和功能
第二节 细胞外基质的生物学作用 第三节 细胞外基质的受体 第四节 细胞外基质与医学
第一节 细胞外基质的蛋白质种类、 结构和功能
➢ 胶原 ➢ 非胶原糖蛋白 ➢ 弹性蛋白 ➢ 氨基聚糖和蛋白聚糖
细胞外基质成分
一、 胶原（collagen）
是胶原蛋白的简称，约占人体蛋白质总量的 30%以上。
三、弹性蛋白 （elastin）
1．结构 是高度疏水的非糖基化蛋白，约含830个氨 基酸残基。 由两种类型的短肽交替排列构成：
① 一种是疏水短肽，提供给分子以弹性 。
② 另一种为富集丙氨酸及赖氨酸残基的α螺 旋，并在相邻分子间形成交联。
氨基酸组成：相似于胶原，也富含甘氨酸及 脯氨酸，但很少含羟脯氨酸，不含羟赖氨酸。
其基因一旦发生突变，就可能引发一种被称 之为马方综合征（Marfan syndrome）的遗传性疾 病。［蜘蛛足样指（趾）症］
马方综合征：
临床症状：患者表现为全身管状骨较长，体 形瘦削；四肢远端细长，呈蜘蛛样指、趾；头颅 前后径长，形成长方头、狭长脸；双眼上方框上 嵴明显突起，两侧晶状体易位等。
同时，40%~60%的患者可伴有先天性心血管 畸形，其中以主动脉瘤最为多见。
细胞外基质——精选推荐
第十章细胞外基质一、名词解释1、cadherin 钙粘素2、cell adhesion 细胞粘着3、cell coat 细胞外被4、cell cortex 细胞皮层5、cell surface 细胞表面6、extracellular matrix 细胞外基质7、collagen 胶原8、elastin 弹性蛋白9、extensin 伸展蛋白10、fibronectin,FN 纤粘连蛋白11、glycocalyx 糖萼12、glycosaminoglycan 糖胺聚糖13、laminin(LN) 层粘连蛋白14、plant cell wall 植物细胞壁15、proteoglycan 蛋白聚糖二、是非判断1、糖蛋白和糖脂上的糖基既可位于质膜的内表面，也可位于质膜的外表面。
2、纤连蛋白促进血液凝固。
3、弹性蛋白与胶原极为相似，其氨基酸组成中都含有Gly-x-y重复序列。
4、细胞外基质主要用于维持组织结构，对细胞功能的影响不大。
5、胶原在内质网中是可溶的，在细胞外基质中是不可溶的。
6、透明质酸和蛋白聚糖在细胞迁移和转化中起主要作用。
7、透明质酸使组织具有抗张能力，而胶原纤维使组织具有抗压能力。
8、透明质酸是一种重要的氨基聚糖，是增殖细胞和迁移细胞外基质的主要成分。
9、由于蛋白聚糖坚硬的刚性结构，它可以承受大的压力。
10、蛋白聚糖是细胞外激素储存库。
11、层粘连蛋白受体是由α、β和γ三条链构成。
12、在电子显微镜下观察到的层粘连蛋白是一个对称的十字形结构。
13、层粘连蛋白呈无规则卷曲状态。
14、基膜是一层特化的胞外基质层，上皮细胞附着其上。
15、纤连蛋白以不溶的方式存在于血浆，以可溶的方式存在于细胞外基质。
16、纤连蛋白和弹性蛋白都介导细胞连接。
三、填空1、就溶解性来说，质膜上的外周蛋白是 ，而整合蛋白是 。
2、在脊椎动物中，纤连蛋白以可溶的形式存在于 ，以不溶的形式存在于 。
3、纤连蛋白与细胞结合的结构域具有特征性的三肽结构，简称RGD序列，代表的三个氨基酸是 。
细胞的细胞外基质
细胞的细胞外基质细胞是构成生物体的基本单位，除了细胞本身的细胞质，还存在着细胞外基质。
细胞外基质是一种复杂的结构，由许多不同成分组成。
本文将介绍细胞外基质的定义、成分及其在生物体中的重要功能。
一、细胞外基质的定义细胞外基质是指细胞外的一种胶状物质，包围在细胞周围，并与细胞直接接触。
它起到细胞支撑、细胞间通信和细胞附着等重要作用。
细胞外基质的主要成分为纤维蛋白和胶原蛋白。
二、细胞外基质的成分1. 纤维蛋白：纤维蛋白是细胞外基质中的主要成分之一，主要由胶原聚合而成。
它具有良好的弹性和抗拉性，能够提供细胞支撑和保护作用。
纤维蛋白还能够帮助细胞附着并参与组织修复过程。
2. 胶原蛋白：胶原蛋白是一种结构丰富的蛋白质，其分子具有长链结构。
胶原蛋白是细胞外基质中最丰富的一种蛋白质，它具有细胞附着的能力，可以帮助细胞粘附在周围的基质上。
3. 糖类和多糖类物质：细胞外基质中还含有多种糖类和多糖类物质，如葡萄糖、核酸和糖蛋白等。
糖类和多糖类物质具有保湿和润滑的作用，能够维持细胞外基质的稳定性。
同时，它们还能够参与细胞信号传导和细胞间通讯。
三、细胞外基质的功能1. 细胞支撑：细胞外基质能够提供细胞的结构支持，帮助细胞保持形状的稳定性。
纤维蛋白和胶原蛋白的存在使得细胞外基质具备了一定的刚性和弹性，有效支撑和保护细胞。
2. 细胞间通讯：细胞外基质中的糖类和多糖类物质能够参与细胞间的信号传导和通讯。
这些物质能够调节细胞的生长、分化和迁移等过程，维持组织和器官的正常功能。
3. 细胞附着：细胞外基质中的纤维蛋白和胶原蛋白能够帮助细胞附着在周围的基质上。
细胞附着是细胞生存和繁殖的基础，它使得细胞能够保持在正确的位置，并参与组织修复和器官再生的过程。
4. 组织修复：细胞外基质对于组织修复起到重要的作用。
当组织受到损伤时，细胞外基质能够为损伤区域提供支持和结构，促进细胞的迁移和增殖，帮助组织恢复正常功能。
细胞外基质是细胞活动中不可或缺的一部分，它通过提供支持、参与信号传导和调节细胞间通讯等方式，保持了生物体的结构稳定和正常功能。
细胞外基质
细胞外基质细胞外基质（extracellular matrix，ECM）是由大分子构成的错综复杂的网络。
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。
细胞外基质的成分构成细胞外基质的大分子种类繁多，可大致归纳为四大类：胶原、非胶原糖蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖、以及弹性蛋白（图10-1，2）。
上皮组织、肌组织及脑与脊髓中的ECM含量较少，而结缔组织中ECM含量较高。
细胞外基质的组分及组装形式由所产生的细胞决定，并与组织的特殊功能需要相适应。
例如，角膜的细胞外基质为透明柔软的片层，肌腱的则坚韧如绳索。
细胞外基质不仅静态的发挥支持、连接、保水、保护等物理作用，而且动态的对细胞产生全方位影响。
图10-1 细胞外基质的成分图10-2 上皮组织的细胞外基质一、胶原（collagen）胶原是动物体内含量最丰富的蛋白质，约占人体蛋白质总量的30％以上。
它遍布于体内各种器官和组织，是细胞外基质中的框架结构，可由成纤维细胞（图10-3）、软骨细胞、成骨细胞及某些上皮细胞合成并分泌到细胞外。
图10-3 成纤维细胞周围的胶原纤维目前已发现的胶原至少有19种（表10-1），由不同的结构基因编码，具有不同的化学结构及免疫学特性。
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ及Ⅺ型胶原为有横纹的纤维形胶原。
各型胶原都是由三条相同或不同的肽链形成三股螺旋，含有三种结构：螺旋区，非螺旋区及球形结构域。
其中Ⅰ型胶原的结构最为典型。
表10-1 胶原的类型图10-4 胶原的结构（左模式图，右电镜照片）Ⅰ型胶原的原纤维平行排列成较粗大的束，成为光镜下可见的胶原纤维，抗张强度超过钢筋。
其三股螺旋由二条α1（Ⅰ）链及一条α2（Ⅰ）链构成。
每条α链约含1050个氨基酸残基，由重复的Gly-X-Y序列构成。
X常为Pro（脯氨酸），Y常为羟脯氨酸或羟赖氨酸残基。
重复的Gly-X-Y序列使α链卷曲为左手螺旋，每圈含3个氨基酸残基。
细胞外基质概念
细胞外基质概念
1、细胞外基质是什么
细胞外基质（ECM），又称细胞间基质，是指在细胞之外所形成的一种特殊的细胞外环境，由蛋白质、碳水化合物和其他结构组成。
细胞外基质在细胞的生长、分化和细胞层之间的迁移中发挥着重要作用，对于形成细胞间交流和调节具有重要的功能。
细胞外基质的发生和消退受多种分子信号的控制，是细胞的特性发现和调节的重要枢纽，是细胞间相互作用的基础。
2、细胞外基质的作用
细胞外基质具有众多重要的生物学功能：
（1）参与细胞的生长、分化和增殖。
（2）提供细胞的支撑和抗拉强度，参与组织形成的过程。
（3）参与细胞以及细胞层之间的迁移。
（4）影响细胞的衰老过程，参与免疫应答以及机体抗病毒的能力。
（5）参与细胞和分子之间的相互作用，调节细胞的活动频率。
3、细胞外基质的组成
细胞外基质由蛋白质、碳水化合物以及非碳水化合物等结构组成。
其中，蛋白质是基质的主要组成部分，主要包括胶原蛋白、纤维素、钙粒蛋白以及其他蛋白质等。
碳水化合物构成较少，主要包括多糖、糖蛋白和糖酰胺等。
非碳水化合物有磷酸脂和其他类似物质。
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能力有关。
3、FN的功能
• (1)血浆中FN与血小板聚集、正常凝血块形 成和组织损伤的修复有关 • (2)FN与感染性炎症的发生、炎性细胞在 组织内浸润有关 • (3)FN还与细胞的形态、增殖、个体发育
及生殖有关
• (4)FN与肿瘤细胞的浸润和转移有关
(二)、层粘连蛋白（Laminin,LN）
• （2）Ehlers-Danlos综合征：胶原合成、
构建↓→ 皮肤、关节、结肠、大动脉等异 常。 • （3）骨形成不全：胶原合成↓→Ⅰ、Ⅲ 胶原合成↓
• （4）纤维化、钙化、骨化异常：
2、后天性疾病
• （1）坏血病、胶原病：胶原代谢异常。 • （2）糖尿病肾病：Ⅳ胶原和FN↑ • （3）脂性肾病：蛋白多糖↓ • （4）Alport综合征:Ln和Ⅳ胶原分布异常
胞LN受体↑→易浸润转移.
五、纤维性蛋白
• （一）胶原蛋白（collagen） • 1、胶原蛋白：由原胶原构成，由纤维母 细胞分泌
• 2、原胶原：由三条肽链形成三股螺旋方
式构成
• 3、胶原微纤维：由若干具有三股螺旋结 构的原胶原通过侧向排列，聚成直径为 50-200nm纤维 • 4、胶原纤维：胶原微纤维再进一步侧向
N-糖链.
3、LN的功能：
• 一般认为LN主要与细胞表面整合蛋白结
合而产生生理作用 • (1)介导上皮细胞、内皮细胞粘着于基底 膜，从而影响细胞的生长、分化和运动.
• (2)LN能促进上皮细胞增殖、抑制纤维
母细胞增殖作用. • (3)LN与某些疾病，如糖尿病、肾病、 类风湿、感染等有关. • (4)LN与肿瘤的浸润、转移有关，瘤细
列中。
4、糖蛋白寡糖链的功能：
• (1)N-连接寡糖链参与新生肽链的折叠， 并维持蛋白质正确的空间构象。 • (2)某些寡糖链可影响糖蛋白在细胞内的 分拣和投送。
• (3)寡糖链可保护肽链，延长半衰期。
• (4)某些酶的活性依赖其寡糖链。
• (5)寡糖链有分子识别作用：
• • • • ①IgG中Fc段寡糖链与Fc受体 ②Intergrin与其配体 ③A与B型血仅差GalNAC或Gal ④细菌表面各种selectin识别细胞表面 寡糖而侵袭细胞
种类 间质胶原酶 间质溶素 明胶酶 弹性蛋白酶
主要底物
纤维性胶原 基质金属蛋 FN、LN、蛋白多糖 白酶(MMPs) 明胶、IV、V型胶原
弹性蛋白
组织蛋白酶 尿激酶型纤溶酶原 活化因子 (UPA) 肝素酶(Heparanase)
组织蛋白 IV型胶原
硫酸肝素蛋白聚糖
八、ECM与肿瘤的浸润和转移
• 1、肿瘤的局部浸润过程
• 1、LN:由多结构域构成的糖蛋白，存在 于基底膜的细胞侧，与IV型胶原紧密结 合，也称为IV型胶原基质，由上皮细胞 和内皮细胞分泌而来.
2、LN的结构：
• 由三条多肽链(A、B1和B2)通过二硫链连 接而成。含糖量达12%-15%，LN分子中 有68个潜在糖基化位点，其中40个为实 际糖基化位点，绝大部分糖链为复杂型
2、糖链中的单糖：(7种)
单糖 (1)葡萄糖(Glc) (2)半乳糖(Gal) (3)甘露糖(Mah) (4)N-乙酰半乳糖胺 (GalNAC) (5)N-乙酰葡糖胺 (GlcNAC) (6)岩藻糖(Fuc) (7)N-乙酰神经氨酸 (NeuAC) 与其结合的lectin ConA、LCA、PEA RCA、PNA ConA、LCA、PEA SBA、DBA、PNA
• （2）微原纤维（microfibril）：350kD
糖蛋白细纤维（Fibrillin）交织成网状，
围绕着核心蛋白。起支架作用。
2、弹性纤维的作用
• 主要分布于皮肤、血管、肺等组织中， 维持组织的弹性。
（三）基底膜（basement membrane,BM）
• 1、基底膜：位于上皮基底面与结缔组织 之间，包绕肌细胞、脂肪细胞、神经纤 维和毛细血管周围的ECM. • 2、结构：（三层） • 透明层 ，位于细胞接触面。 • 致密层，主要结构，Ⅳ型胶原。 • 网状层，与结缔组织相接部位。
异性抗原。
四、ECM中粘附糖蛋白
• (一)、纤连蛋白（Fibronectin,FN） • 1、纤连蛋白(FN)：是一个多功能糖蛋白，
广泛分布于ECM、基底膜和体液中，可
由纤维母细胞、内皮细胞、上皮细胞等
分泌.
2、FN的结构：
• Ⅰ级结构由三种不同类型的内在序列
同源结构重复出现而构成。含糖量在5% －20%内，主要为N-糖链，每个分子FN 中可有8-10条糖链。FN的糖基化与其溶 解度、抵抗蛋白酶的作用和与胶原结合
5、糖蛋白与疾病
• （1）恶性肿瘤：瘤细胞和基底膜Fn↓与 恶性程度有关，可鉴别胸腹水良恶性肿 瘤。 • （2）修复、分化：肉芽组织增生，软骨
细胞分化中Fn↑.
• （3）糖尿病肾病：肾小球基底膜和间质 细胞中Fn↑ • （4）硬皮病和SLE：皮肤乳头层Fn↑并 崩解。
• （5）自身免疫性疾病：糖蛋白为组织特
排列形成胶原纤维。在此过程中产生了
承受巨大外力的能力
5、胶原蛋白的种类及组织分布(表20-1)
6、胶原蛋白的功能
• (1)支持作用 • (2)构成基底膜，起滤过作用
（二）弹性蛋白（elastin）
• 1、弹性纤维组成： • （1）弹性蛋白：核心蛋白，70kD,规则
卷曲状，具有强弹性。
3、成分：
4、功能：
• （1）支持作用 • （2）选择性滤器作用 • （3）决定细胞表面蛋白质分布和细胞极
性
• （4）影响细胞代谢、分化和移动。
（四）纤维性蛋白与疾病
• 1、遗传性结缔组织病： • （1）Marfan综合征：FBN1突变 →Fibrillin-1↓→ 骨骼、心血管、眼等异
常。
• （5）Goodpasture综合征：Ⅳ胶原为交叉
抗原。
六、整合蛋白(Integrin)
• 1、整合蛋白：是细胞间、细胞与ECM 间相互粘附的膜受体家族,为糖蛋白类， 与特异性配体形成配体－整合蛋白－细 胞骨架跨膜信息系，影响胚胎发育、伤 口愈合、血液凝固、免疫识别及肿瘤浸 润及转移等过程。属于细胞粘附分子中 的一个家族。
N-乙酰半乳糖胺 +葡糖酸 葡糖胺+艾杜糖醛酸 关节滑液、玻璃体、 结缔组织 肥大细胞，抗凝作用 细胞膜成分， 突出于细胞外
5种糖胺聚糖二糖单位，模式图
4、核心蛋白：
• 与糖胺聚糖共价结合的蛋白质，
• 均有相应的糖胺聚糖取ห้องสมุดไป่ตู้结构域， • 通过其特定结构域把蛋白聚糖锚定在细
胞表面或细胞外基质的大分子中。
（1）肿瘤细胞间粘附力减弱
（2）肿瘤细胞与基底膜紧密附着
（3）ECM降解
（4）肿瘤细胞移出
细胞外基质(Extracellular Matrix ECM)与疾病
一、概述
• 概念：由细胞外空间存在的无定形胶体 物及被埋在其中的各类纤维性蛋白构成 (包括血浆成分构成的组织液)。
• 组成： • 胶体成分： • 蛋白聚糖：糖胺聚糖，O-或N-连接寡糖链 • 糖 蛋 白：单糖或寡糖与蛋白连接 • 粘附糖蛋白: • 纤连蛋白(Fibronection, FN) • 层粘蛋白(Laminim, LN) • 玻璃粘连蛋白（vitronectin） • 纤维成分：胶原纤维(Collagen) • 弹性蛋白(Elastin) • 组 织 液：血浆成分(水、O2、CO2、营养素、 • 代谢产物)
DSA、WGA
UEA-1 LFA、LPA、WGA
3、连接方式：
• 由单糖构成的各种各样的寡糖可经两种 方式与蛋白连接。 • (1)N-连接寡糖：N-连接糖蛋白：
GlcNAC与天冬酰胺残基的酰胺氡连接
(Asn-X-Ser/Thr)
• (2)O-连接寡糖：
• O-连接糖蛋白：GalNAC与Ser或Thr残 基的羟基相连. • 糖基化位点：存在于糖蛋白分子表面Ser 和Thr集中且周围常有脯氨酸(Pro)的序
• 功能：
• • • • • • 1.支持、营养组织细胞 2.影响新生肽链的加工、运输、糖蛋白 的生物半衰期 3.参与糖蛋白的分子识别和生物活性 4.参与细胞粘附、迁移、增殖和分化 5.与肿瘤细胞的浸润转移有关，与某些疾病有关
二、蛋白聚糖(proteoglycans)
• 1、蛋白聚糖：主要由一种或多种糖胺聚 • 糖共价连接于核心蛋白组成
5、蛋白聚糖功能：
• (1)构成细胞外间质的基质。 • (2)软骨中大量硫酸软骨素、维持软骨的机 械性能。
• (3)角膜中硫酸角质素和硫酸皮肤素，使角
膜透明。
• (4)硫酸肝素调节神经发育、细胞识别和分
化。
• (5)透明质酸与细胞表面受体结合，影响
细胞的粘附、迁移、增殖、分化。 • (6)肝素能使凝血酶原失活，起抗凝作用。 • (7)基质内蛋白聚糖形成凝胶，阻止细菌 扩散。
2、整合蛋白的结构：
• 由分子量较大的α亚基与分子量较小的β 亚基通过二硫键形成异聚体糖蛋白，不
同的分子中均含有特殊的RGD(Arg-GlyAsp)三肽结构。
3、整合蛋白种类及相应配体：
亚 基 名 称 LFA-1 Mac-1 P150、95 VLA-1 VLA-2 相应配体 ICAM-1,2 FX, FB, C3bi ? LN,CO LN,CO αLβ2 αMβ2 αXβ2 α1β2 α2β2
• 2、糖胺聚糖：由二糖单位(1个是糖胺，
•
另1个是糖醛酸)重复连接而成，不分支
3、重要的糖胺聚糖(6种)
种 类 二 糖 单 位 分 布 硫酸软骨素 N-乙酰半乳糖胺+葡糖酸 软骨、结缔组织 N-乙酰半乳糖胺 +艾杜糖醛酸
硫酸皮肤素
硫酸角质素 透明质酸 肝素 硫酸肝素