第六章 细胞外基质
掌握细胞外基质的基本概念、存在形式、组成成分及其分子结构特点和功能；
熟悉整联蛋白的结构和功能；了解细胞壁的结构和组成。
细胞外基质(Extracellular Matrix,ECM) ：在个体发育过程中由细胞合成并分泌到细胞外的生物大分子所构成的网络状物质。分布于细胞之间或细胞表面。
存在形式
• 基膜（basal laminae）
• 间质（interstitial substance）
组成成分
• 氨基聚糖和蛋白聚糖
• 纤粘连蛋白与层粘连蛋白
• 胶原
• 弹性蛋白
功能
• 结构
• 调节
一、氨基聚糖和蛋白聚糖
１. 氨基聚糖glycoaminoglycans ，GAG
• 直链多糖，含重复二糖单位
• 氨基己糖：N －乙酰葡萄糖胺 (N-acetylglucosamine)
N－乙酰半乳糖胺 (N-acetylgalactosamine)
• 糖醛酸 (uronic acid)
非硫酸化氨基聚糖：
透明质酸(hyaluronic acid ， HA) 软骨素chondroition ，CH
硫酸化氨基聚糖
硫酸软骨素chondroitin sulfate，CS 硫酸皮质素dermatan sulfate，DS
肝素heparin, heparin sulfate，HS 硫酸角质素keratan sulfate，KS
透明质酸是重要的氨基聚糖
透明质酸功能
• 是增殖细胞和迁移细胞的胞外基质的主要成分，使细胞易于运动、迁移和增殖并阻止细胞分化；
• 是蛋白聚糖的组成成分，在结缔组织(connective tissue)中起强化、弹性和润滑作用，使结缔组织具有抗压能力。
2. 蛋白聚糖proteoglycans ，PG
• 不同种类及数目的氨基聚糖与核心蛋白(core protein)的丝氨酸(serine,Ser)残基共价连接形成的巨分子，含糖高达90～95﹪
• 单体：核心蛋白质与多个氨基聚糖共价结合
• 多聚体：蛋白聚糖单体借连接蛋白与透明质酸非共价结合
• 分布：所有结缔组织和细胞外基质及细胞表面
功 能：渗滤(percolation)作用；细胞间化学信号传递；调节分泌蛋白的活性；细胞表面的辅受体(co-recepter)
二、 胶原（collagen ）
• 三股α肽链超螺旋形成原胶原分子，再排列、聚合 形成 纤维状蛋白多聚体
• 糖侧链很短，不含唾液酸(sialic acid)
• 一级结构具 gly-X-Y重复序列， 35﹪gly ， 21﹪pro
• α肽链多种，胶原分子19种类型
功能
• 胶原是骨、腱和皮肤组织中的主要蛋白，在这些组织的细胞外基质中, 胶原起着细胞外基质骨架作用;
• 胶原基质和提纯的胶原底物具有维持并诱导细胞分化的作用;
• 维持上皮生长(epithelium, epithelia) ，作为细胞间相互作用的支架;
• 作为迁移细胞的附着基质，指导细胞的迁移 (migration)。
胶原酶遗传缺陷
某些人具有胶原酶的遗传缺陷，这样, 他们的胶原纤维就不能正确地装配，结果皮肤和各种其它的结缔组织就会降低，变得非常的松弛。皮肤过渡松弛症
三、 弹性蛋白 elastin
• 弹性纤维(elastic fiber)的主要成分，
• 750个氨基酸(amino acid)残基组成，
• 非糖基化，富含Gly 和Pro ，很少含羟脯氨酸(hydroxyproline)，不含羟赖氨酸(hydroxylysine)，无Gly-X-Y 序列，
• 构象为无规则卷曲，
• 借赖氨酸(lysine,Lys)残基交联成弹性网状结构。
分 布：脉管壁 ；肺；皮肤；肌腱；疏松结 缔组织
四、纤粘连蛋白与
层粘连蛋白
1. 纤粘连蛋白fibronectin ，FN
• 高分子糖蛋白，含糖4.5～9.5﹪，
• 一般两条多肽链由两个二硫键连接起来，
• 亚单位分子量220～250KD ，分子上许多结合位点
• 结构域中RGD （Arg-Gly-Asp ）三肽序列是细胞识别的 最小结构单位
分 类
• 血浆纤粘连蛋白：二聚体(dimer)，以可溶的状态存在于血浆(blood plasma) 和其它体液(body fluid) 中
• 细胞纤粘连蛋白：以多聚体(polymer)为主，沉积于细胞表面、细胞外基质、细胞间隙、基膜和结缔组织中
功 能
• 介导细胞粘着，从而调节细胞形状和细胞骨架组织，促进细胞铺展；
• 胚胎发生过程中，对于许多类型细胞的迁移和分化是必需的；
• 在创伤修复中起重要作用;
• 由于FN 具有同时与细胞外基质各类成分相结合的特点, 并可促进细胞外基质的其它成分的沉积, 故认为FN 是细胞外基质的组织者。
2. 层粘连蛋白laminin ，LN
• 高分子糖蛋白（820KD ）, 含糖13～15﹪
• 不对称十字型，三短臂，一长臂，
• 链内与链间由二硫键交连
• 结构域中RGD （Arg-Gly-Asp ）序列是细胞识别的最小结构单位
分布
• 各种基底膜、胚胎细胞(embryonic cell)及某些癌(cancer)细胞间 ,
• 主要存在于基膜的透明层(lamina lucida)、某些细胞基底的表面。
功能
• 首先作为基膜的主要结构成分对基膜的组装起关键作用；
• 可作为黏着因子介导细胞黏着于胶原, 使之发生铺展；
• 维持细胞、器官（organ) 的形态，调节体内细胞的分化、迁移、增殖；
• 在胚胎发育中、肿瘤细胞的转移中起作用。
细胞外基质与细胞的相互作用
★基膜(Basement membrane )
◆Basement membrane (or basal lamina) is a continuous sheet 40 to 120 nm . ■ Surrounds muscle and fat cells;
■ Underlies the basal surface of epithelial tissues, such as the epidermis of the skin, or the lining of the digestive and respiratory tracts,
■ Underlies the inner endothelial lining of blood vessels.
◆基膜的组成
■层粘连蛋白是基膜的主要成分，也是基膜的组织者；
■巢蛋白(entactin) ■Ⅳ型胶原 ■硫酸肝素糖蛋白。 Ⅳ型胶原是基膜的核心分子，排列成网状；层粘连蛋白同Ⅳ型胶原结合，覆盖在细胞表层。 整联蛋白（integrine ）
• 细胞外基质的主要受体
• 跨膜糖蛋白，二聚体
• α亚单位：分子量140KD ，决定配体识别的特异性，18种
• β亚单位：分子量100KD ，参与RGD 序列的识别，8种
• 不同组合至少构成200种受体
• 与配体结合要依赖于二价阳离子Ca 2+或 Mg 2+ ，细胞质中与骨架成分肌动蛋白连在一起 整联蛋白的功能
• 细胞外基质与细胞骨架连接的桥梁
• 激活细胞反应
• 激活细胞内信号传递级联途径
PLANT CELL WALLS
★植物细胞壁的作用
◆提供机械强度 ◆保护细胞免遭渗透及机械损伤
◆植物细胞壁是一个动态结构，能够进行很多活动
●与细胞壁有关的酶能够作用细胞外的营养，生成能够通过细胞膜进入细胞的小分子化合物。 ●细胞壁也可以作为物质通透的障碍，在代谢和分泌过程中起重要作用。
★细胞壁的结构组成
◆植物的细胞壁相当于动物细胞的细胞外基质(!!!)： ●动物细胞的细胞外基质的主要成分是蛋白质分子； ●植物的细胞壁主要是多糖，其中最主要的是纤维素。 ◆植物细胞壁的骨架：纤维素
细菌细胞壁
思考题
• 何谓细胞外基质？
• 有哪些组成成分？
• 其分子结构特点如何？
•
• 膜整联蛋白有何结构特点和功能
第六章 细胞外基质
掌握细胞外基质的基本概念、存在形式、组成成分及其分子结构特点和功能；
熟悉整联蛋白的结构和功能；了解细胞壁的结构和组成。
细胞外基质(Extracellular Matrix,ECM) ：在个体发育过程中由细胞合成并分泌到细胞外的生物大分子所构成的网络状物质。分布于细胞之间或细胞表面。
存在形式
• 基膜（basal laminae）
• 间质（interstitial substance）
组成成分
• 氨基聚糖和蛋白聚糖
• 纤粘连蛋白与层粘连蛋白
• 胶原
• 弹性蛋白
功能
• 结构
• 调节
一、氨基聚糖和蛋白聚糖
１. 氨基聚糖glycoaminoglycans ，GAG
• 直链多糖，含重复二糖单位
• 氨基己糖：N －乙酰葡萄糖胺 (N-acetylglucosamine)
N－乙酰半乳糖胺 (N-acetylgalactosamine)
• 糖醛酸 (uronic acid)
非硫酸化氨基聚糖：
透明质酸(hyaluronic acid ， HA) 软骨素chondroition ，CH
硫酸化氨基聚糖
硫酸软骨素chondroitin sulfate，CS 硫酸皮质素dermatan sulfate，DS
肝素heparin, heparin sulfate，HS 硫酸角质素keratan sulfate，KS
透明质酸是重要的氨基聚糖
透明质酸功能
• 是增殖细胞和迁移细胞的胞外基质的主要成分，使细胞易于运动、迁移和增殖并阻止细胞分化；
• 是蛋白聚糖的组成成分，在结缔组织(connective tissue)中起强化、弹性和润滑作用，使结缔组织具有抗压能力。
2. 蛋白聚糖proteoglycans ，PG
• 不同种类及数目的氨基聚糖与核心蛋白(core protein)的丝氨酸(serine,Ser)残基共价连接形成的巨分子，含糖高达90～95﹪
• 单体：核心蛋白质与多个氨基聚糖共价结合
• 多聚体：蛋白聚糖单体借连接蛋白与透明质酸非共价结合
• 分布：所有结缔组织和细胞外基质及细胞表面
功 能：渗滤(percolation)作用；细胞间化学信号传递；调节分泌蛋白的活性；细胞表面的辅受体(co-recepter)
二、 胶原（collagen ）
• 三股α肽链超螺旋形成原胶原分子，再排列、聚合 形成 纤维状蛋白多聚体
• 糖侧链很短，不含唾液酸(sialic acid)
• 一级结构具 gly-X-Y重复序列， 35﹪gly ， 21﹪pro
• α肽链多种，胶原分子19种类型
功能
• 胶原是骨、腱和皮肤组织中的主要蛋白，在这些组织的细胞外基质中, 胶原起着细胞外基质骨架作用;
• 胶原基质和提纯的胶原底物具有维持并诱导细胞分化的作用;
• 维持上皮生长(epithelium, epithelia) ，作为细胞间相互作用的支架;
• 作为迁移细胞的附着基质，指导细胞的迁移 (migration)。
胶原酶遗传缺陷
某些人具有胶原酶的遗传缺陷，这样, 他们的胶原纤维就不能正确地装配，结果皮肤和各种其它的结缔组织就会降低，变得非常的松弛。皮肤过渡松弛症
三、 弹性蛋白 elastin
• 弹性纤维(elastic fiber)的主要成分，
• 750个氨基酸(amino acid)残基组成，
• 非糖基化，富含Gly 和Pro ，很少含羟脯氨酸(hydroxyproline)，不含羟赖氨酸(hydroxylysine)，无Gly-X-Y 序列，
• 构象为无规则卷曲，
• 借赖氨酸(lysine,Lys)残基交联成弹性网状结构。
分 布：脉管壁 ；肺；皮肤；肌腱；疏松结 缔组织
四、纤粘连蛋白与
层粘连蛋白
1. 纤粘连蛋白fibronectin ，FN
• 高分子糖蛋白，含糖4.5～9.5﹪，
• 一般两条多肽链由两个二硫键连接起来，
• 亚单位分子量220～250KD ，分子上许多结合位点
• 结构域中RGD （Arg-Gly-Asp ）三肽序列是细胞识别的 最小结构单位
分 类
• 血浆纤粘连蛋白：二聚体(dimer)，以可溶的状态存在于血浆(blood plasma) 和其它体液(body fluid) 中
• 细胞纤粘连蛋白：以多聚体(polymer)为主，沉积于细胞表面、细胞外基质、细胞间隙、基膜和结缔组织中
功 能
• 介导细胞粘着，从而调节细胞形状和细胞骨架组织，促进细胞铺展；
• 胚胎发生过程中，对于许多类型细胞的迁移和分化是必需的；
• 在创伤修复中起重要作用;
• 由于FN 具有同时与细胞外基质各类成分相结合的特点, 并可促进细胞外基质的其它成分的沉积, 故认为FN 是细胞外基质的组织者。
2. 层粘连蛋白laminin ，LN
• 高分子糖蛋白（820KD ）, 含糖13～15﹪
• 不对称十字型，三短臂，一长臂，
• 链内与链间由二硫键交连
• 结构域中RGD （Arg-Gly-Asp ）序列是细胞识别的最小结构单位
分布
• 各种基底膜、胚胎细胞(embryonic cell)及某些癌(cancer)细胞间 ,
• 主要存在于基膜的透明层(lamina lucida)、某些细胞基底的表面。
功能
• 首先作为基膜的主要结构成分对基膜的组装起关键作用；
• 可作为黏着因子介导细胞黏着于胶原, 使之发生铺展；
• 维持细胞、器官（organ) 的形态，调节体内细胞的分化、迁移、增殖；
• 在胚胎发育中、肿瘤细胞的转移中起作用。
细胞外基质与细胞的相互作用
★基膜(Basement membrane )
◆Basement membrane (or basal lamina) is a continuous sheet 40 to 120 nm . ■ Surrounds muscle and fat cells;
■ Underlies the basal surface of epithelial tissues, such as the epidermis of the skin, or the lining of the digestive and respiratory tracts,
■ Underlies the inner endothelial lining of blood vessels.
◆基膜的组成
■层粘连蛋白是基膜的主要成分，也是基膜的组织者；
■巢蛋白(entactin) ■Ⅳ型胶原 ■硫酸肝素糖蛋白。 Ⅳ型胶原是基膜的核心分子，排列成网状；层粘连蛋白同Ⅳ型胶原结合，覆盖在细胞表层。 整联蛋白（integrine ）
• 细胞外基质的主要受体
• 跨膜糖蛋白，二聚体
• α亚单位：分子量140KD ，决定配体识别的特异性，18种
• β亚单位：分子量100KD ，参与RGD 序列的识别，8种
• 不同组合至少构成200种受体
• 与配体结合要依赖于二价阳离子Ca 2+或 Mg 2+ ，细胞质中与骨架成分肌动蛋白连在一起 整联蛋白的功能
• 细胞外基质与细胞骨架连接的桥梁
• 激活细胞反应
• 激活细胞内信号传递级联途径
PLANT CELL WALLS
★植物细胞壁的作用
◆提供机械强度 ◆保护细胞免遭渗透及机械损伤
◆植物细胞壁是一个动态结构，能够进行很多活动
●与细胞壁有关的酶能够作用细胞外的营养，生成能够通过细胞膜进入细胞的小分子化合物。 ●细胞壁也可以作为物质通透的障碍，在代谢和分泌过程中起重要作用。
★细胞壁的结构组成
◆植物的细胞壁相当于动物细胞的细胞外基质(!!!)： ●动物细胞的细胞外基质的主要成分是蛋白质分子； ●植物的细胞壁主要是多糖，其中最主要的是纤维素。 ◆植物细胞壁的骨架：纤维素
细菌细胞壁
思考题
• 何谓细胞外基质？
• 有哪些组成成分？
• 其分子结构特点如何？
•
• 膜整联蛋白有何结构特点和功能