蛋白聚糖和细胞外基质
细胞生物学——名词解释
1)细胞内膜系统：是指细胞内在结构、功能及发生上相关的，由膜围绕的细胞器或细胞结构，主要包括，内质网、高尔基体、溶酶体等。
2)生物膜系统：只要是指单位膜构成的细胞质膜和由单位膜围成的各种细胞器，如线粒体、叶绿体、高尔基体、溶酶体等。
3)细胞识别：细胞通过表面受体与胞外信号分子（配体）选择性相互作用导致胞内一系列生理变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程，是细胞通讯的重要环节。
4)细胞生物学：是研究细胞基本生命活动规律的科学，它在不同层次（显微、亚显微与分子水平）上研究细胞的结构、发育与调控，以及细胞间关系和在整个生命体中的作用。
5)受体：是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子，当与配体结合后，通过信号转到作用将胞外信号转换为胞内化学或物理的信号，以启动一系列过程，最最终表现为生物学效应。
6)分子开关：是使细胞内一系列信号传递的级联反应，能在正、负反馈两个方面得到精确控制的分子机制的蛋白质分子。
7)细胞凋亡：又叫程序性细胞死亡，是细胞主动发生的自然死亡过程，是一个主动的由基因决定的结束生命的过程，可以发生在生物体的生长发育直至死亡的整个生命过程及某些病理过程中。
8)细胞骨架：指真核细胞中的蛋白纤维网架体系，细胞骨架概念有狭义和广义之分，狭义的细胞骨架概念是指细胞质骨架，包括微丝、微管和中间纤维；广义的细胞骨架包括细胞核骨架、细胞质骨架、细胞膜骨架和细胞外基质。
9)细胞骨架系统：是由一系列特异的结构蛋白质装配而成的胞内网架系统，广泛分布于细胞结构的各个部分，在维持细胞形态与内部结构的合理排布中起支架作用。
10)蛋白质分选：新生肽由其合成部位正确地运转到其行使功能部位的过程，包括细胞质基质中合成多肽的分选途径和粗面内质网上合成多肽的分选途径。
（合成的蛋白质只有转运至细胞的正确部位，并装配成结构与功能的复合体才能参与细胞的生命活动，这一过程称为蛋白质分选）11)核小体：染色体的基本结构单元，是由组蛋白和200个碱基对的DNA双螺旋组成的球形小体。
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
细胞外基质材料的制备与组织工程应用研究
细胞外基质材料的制备与组织工程应用研究细胞外基质（Extracellular Matrix，ECM）是一种位于细胞周围的复杂三维结构，它由多种不同的生物大分子组成，如胶原蛋白、弹性蛋白和蛋白聚糖等。
ECM在细胞生物学和组织学中起着重要的作用，对于维持组织结构和机能具有至关重要的影响。
基于对ECM的研究，科学家们尝试制备ECM材料并应用于组织工程等领域，以期能够促进组织再生和治疗疾病。
ECM的制备方法有很多种，其中一种常用的方法是从组织中提取。
通过脱细胞技术，可以将组织中的细胞和细胞器除去，留下ECM的结构框架和成分。
这种方法可以保持ECM的天然特性，并且较为简单。
制备出来的ECM材料可以用于体外培养细胞，模拟细胞在体内的生长环境，为细胞提供支持和指导。
此外，这种ECM材料还可以用于修复组织缺损、增强组织融合等。
除了从组织中提取ECM，科学家们还可以通过基因工程的方法制备特定成分的ECM材料。
例如，利用基因重组技术，可以大量表达特定的ECM成分，如胶原蛋白或弹性蛋白。
这种方法可以精确控制ECM材料的成分和结构，并使其具有特定的生物功能。
通过调控ECM材料中成分的比例和排列方式，可以实现对细胞行为的调控和引导，从而促进组织再生和治疗。
ECM材料在组织工程中有着广泛的应用。
例如，在骨组织工程中，科学家们可以利用ECM材料来构建人工骨骼。
他们首先通过脱细胞技术制备出ECM骨骼框架，然后再将干细胞种植到ECM材料上，通过体外培养和植入体内，可以使干细胞分化为骨细胞，从而实现骨组织的再生和修复。
这种方法在医学中有着重要的应用前景，可以用于治疗骨折、骨缺损等各种骨相关疾病。
此外，ECM材料还可以应用于心血管组织工程。
例如，科学家们可以利用ECM材料构建人工心脏血管，用于治疗心脏病患者的血管病变。
他们通过脱细胞技术制备出血管的ECM框架，然后再将患者自身的干细胞种植到ECM材料上，通过体外培养和植入体内，可以使干细胞分化为内皮细胞和平滑肌细胞，从而实现血管的再生和修复。
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
第十九章：糖蛋白
2 .N-连接寡糖结构 N－连接寡糖可分为三型；
①高甘露糖型
②复杂型
③杂合型：这三型 N-连接寡糖都有一个五糖核心，高甘露糖型在核
心五糖上连接了 2－9 个甘露糖，复杂型在核心五糖上可连接入 3、4
或 5 个分支糖链，宛如天线状，天线末端常连有 N-乙酰神经氨酸。
杂合型则共有二者的结构。
（二）O-连接糖蛋白
胶原蛋白由 3 条肽链以α 右手螺旋形成棒状结构。
富含甘氨酸（占 1/3）和脯氨酸（占 1/4），特含有羟赖氨酸和羟脯氨
酸，缺色氨酸和半胱氨酸，甚少酪氨酸。
三.纤连蛋白
定义
5 分钟
广泛存在于细胞外基质、基底膜和各种体液中的一种多功能糖蛋
白。多为二聚体形式，也有多聚体形式。
分布
细胞外基质、基底膜和各种体液。
教学内容 第十九章 糖蛋白、蛋白聚糖和细胞外基质
时间
大多数真核细胞都能合成一定类型的糖蛋白和蛋白聚糖,它们分 布于细胞表面、细胞内分泌颗粒和细胞核内，也可被分泌出细胞，构 成细胞外基质成分。糖蛋白和蛋白聚糖都由共价键相连接的蛋白质和 糖两部分组成。糖蛋白分子中的蛋白质重量百分比大于糖，而蛋白聚 10 分钟 糖中多糖链所占重量在一半以上，甚至高达 95%，两者的糖链结构也 不同。因此糖蛋白和蛋白聚糖在合成途径和功能上存在显著差异。
岩藻糖、N-乙酰葡萄糖胺等单糖。
二、糖蛋白寡糖链的功能
20 分钟
许多执行不同功能的蛋白质都是糖蛋白，糖蛋白中的寡糖链不但
能影响蛋白部分的构象、聚合、溶解及降解还参与糖蛋白的不能取代的。
（一）寡糖链对新生肽链的影响
1.不少糖蛋白的 N-连接寡糖链参与新生肽链的折叠并维持蛋白
共价连接到核心蛋白的多肽链上。
细胞生物学 13.细胞外基质
成纤维细胞
透明质酸 蛋白聚糖
肥大细胞
结 缔 组 织
概述 (Overview)
ECM的功能
调节细胞的多种生命活动
增殖 分化 迁移 存活及死亡
整合素受体 纤粘连蛋白
微丝
第一节 ECM的主要成分
一、糖胺聚糖与蛋白聚糖 二、胶原 三、弹性蛋白
四、纤连蛋白、层粘连蛋白
五、基膜
一、糖胺聚糖与蛋白聚糖
主要分布于皮肤、角膜、骨、肌腱、韧带等 为结缔组织提供抗张强度
原胶原 原纤维 胶原纤维 三股 肽链
Collagen fibers as seen by SEM
2. 胶原的分类
成网胶原，
胶原一级结构中的 Gly-X-Y 重复序列被一些非重 复序列所间隔，并形成散在的球状结构区域，因 而导致三股螺旋结构中断和折转，形成网状结构 包括Ⅳ和VII型胶原 是基膜大分子网络的主要组成成分
成网胶原的结构
C C C 7S N N N N C 7S N 7S N来自CCC
C 2个Ⅳ型胶原分子 C端的聚合
1个Ⅳ型胶原分子
4个Ⅳ型胶原分子N端的共价交联
Ⅳ型胶原分子形成的网状结构示意图
2. 胶原的分类
原纤维相关胶原
具有间断三股螺旋并与原纤维相关的胶原 (FACIT) 包括IX和Ⅻ型胶原 结合在胶原原纤维的表面，与 ECM 中的其他 成分相互作用，辅助原纤维性胶原的装配
膝关节
概述 (Overview)
ECM的功能
为组织的构建提供支撑框架
上皮组织和肌肉组织中ECM特化为基膜
肌肉 基膜
上皮 腔面
结缔组织
基膜
结缔组织 基膜 肌细胞 质膜
医学细胞生物学复习题答案
医学细胞生物学复习题答案1、外在膜蛋白：又称外周蛋白，占膜蛋白总量的20%~30%，完全位于脂双层之外，分布在胞质侧或胞外侧，一般通过非共价键附着在脂类分子头部极性区或跨膜蛋白亲水区的一侧，间接与膜结合。
其为水溶性蛋白，与膜结合较弱，一般用温和的方法如改变溶液的离子强度或pH，即可将它们从膜上别离下来，而不需破坏膜的根本结构。
〔P68〕2、主动运输：是载体蛋白介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由低浓度一侧向高浓度一侧进行的跨膜运输方式，要消耗能量。
(P81)3、膜泡运输：大分子和颗粒物质运输时并不直接穿过细胞膜，都是由膜包围形成膜泡，通过一些列膜囊泡的形成和融合来完成的转运过程。
〔P85〕4、胞吞作用：又称内吞作用或入胞作用，它是质膜内陷，包围细胞外物质形成胞吞泡，脱离质膜进入细胞内的转运过程。
根据胞吞物质的大小、状态及特异程度不同，可将胞吞作用分为三种类型：吞噬作用、吞饮作用及受体介导的内吞作用。
〔P85〕5、细胞外基质：是由细胞分泌到细胞外空间，由细胞分泌蛋白〔胶原和弹性蛋白、纤连蛋白、层粘连蛋白〕和多糖〔氨基聚糖、蛋白聚糖〕构成的精密有序的网络结构〔主要由凝胶样基质、纤维网架构成〕。
静态的发挥支持、连接、保水、保护等物理作用，动态的对细胞行为产生全方位的影响。
〔P241〕6、RGD序列：是指纤连蛋白和其他某些细胞外基质中所含有的可被细胞外表某些整联蛋白所识别的Arg-Gly-Asp三肽序列。
〔P251〕7、有丝分裂器：在中期细胞中，由染色体、星体、中心粒及纺锤体所组成的结构。
〔P282〕8.联会复合体：在联会的同源染色体之间，沿纵轴方向形成的一种特殊的结构称联会复合体。
主要成分为蛋白质，还有DNA、RNA等。
〔P285〕9.、细胞周期：细胞从上次分裂结束到下次分裂结束所经历的规律性变化称为细胞周期。
〔P279〕 10.、细胞分化：由单个受精卵产生的细胞，在形态结构、生化组成和功能等方面均具有明显的差异，将个体发育中形成这种稳定性差异的过程称为细胞分化。
名词解释 蛋白聚糖
名词解释蛋白聚糖
蛋白聚糖是一种生物大分子化合物，由蛋白质和多糖分子组成。
蛋白聚糖在生物体内起着重要的结构和功能作用。
蛋白质部分赋予
其特定的生物活性，而多糖部分则赋予其稳定性和可溶性。
蛋白聚
糖广泛存在于动植物组织中，包括细胞外基质、细胞膜、骨骼、软骨、皮肤和血管壁等。
它们在细胞间质和细胞外基质中起着支持和
结构维持的作用，也参与细胞间的信号传导和调控。
从化学结构上看，蛋白聚糖是由蛋白质和多糖分子通过共价键
结合而成。
蛋白质部分可以是各种不同的蛋白质，而多糖部分通常
是多糖链，如葡聚糖、软骨素等。
这种复合物的形成赋予了蛋白聚
糖独特的生物学功能和特性。
在生物体内，蛋白聚糖具有多种重要的生理功能。
它们可以提
供细胞外基质的支持和结构，维持组织的形态和机械强度。
此外，
蛋白聚糖还参与细胞间的信号传导，调节细胞增殖、分化和迁移等
生物学过程。
在动植物的生长发育过程中，蛋白聚糖也扮演着重要
的角色。
总的来说，蛋白聚糖是一类重要的生物大分子化合物，由蛋白
质和多糖分子组成，具有结构支持、信号传导和调节生物学过程等多种重要生理功能。
它们在生物体内广泛存在，并对细胞和组织的结构和功能发挥着重要作用。
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硫酸皮肤素(DS) IdoUA, GalNAc,
硫酸角质素 (KS)I/II Gal, GlcNAc
肝素 (Hp)
IdoUA，GlcN
硫酸类肝素（HS） GlcUA，GlcN
无
C4, C6 C2, C4，C6
C6 C2, C6 , C2-N C2, C6 , C2-N
关节滑液,玻璃体，结缔组织 骨，软骨，角膜 皮肤，血管 角膜，结缔组织 肥大细胞
连接方式：
N-连接方式
N-连接聚糖
O-连接方式
O-连接聚糖
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4
（一）N-连接糖蛋白
寡糖中的N-乙酰葡萄糖胺与多肽链中天冬酰胺残 基的酰胺氮连接,形成N-连接糖蛋白 1.糖基化位点
只有特定的氨基酸序列，即Asn-X-Ser/Thr 3 个氨基酸残基组成的序列子才有可能连接寡糖， 这一序列子称为糖基化位点。
皮肤，成纤维细胞，血管
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二、核心蛋白
1.定义
与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质。
• 核心蛋白均含有相应的糖胺聚糖取代结构 域,一些蛋白聚糖通过这一结构锚定在细胞 表面或细胞外基质的大分子中。
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2. 蛋白聚糖聚合物
透明质酸 连接蛋白
硫酸角质素 硫酸软骨素 核心蛋白
糖蛋白亚基
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5
2.N-连接聚糖结构
高甘露糖型
复杂型
都有一个五糖核心结构
杂合型
Man Man
Man GlcNAc
GlcNAc
Asn
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6
核心结构
高甘露糖型
复杂型
N-连接糖链结构
杂合型
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3.N－连接寡糖的合成
合成场所在粗面内质网和高尔基体 中,与蛋白质合成同时进行。
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ห้องสมุดไป่ตู้
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概述
定义
一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白 形成的化合物。
特点
糖占比例大,约一半以上，具有多糖性质。
分布
分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节
滑液、粘液、眼玻璃体等组织。
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蛋白聚糖的结构
组成
核心蛋白
葡萄糖胺
糖胺 糖胺聚糖
半乳糖胺 葡萄糖醛酸
糖醛酸 艾杜糖醛酸
一般少于蛋白质,少数可较多
糖链组成： 主要为糖醛酸、糖氨 Glc、Gal、Man、Fuc、GalNAc、GlcNAc、 SA，末端常为 SA、Fuc，
糖基排列： 二糖分子连成长链
大多为分支寡糖链
与肽链连 一般为O-糖苷键连接 O-糖苷键或N-糖苷键连接 接方式： 有时可游离存在
骨骺软骨蛋白聚糖聚合物
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三、蛋白聚糖的生物合成
•在内质网上合成核心蛋白多肽链,同时在高 尔基体内进行糖链延长或加工。
•多糖链的形成是由单糖逐个加上去的,糖醛 酸由UDPGA提供;单糖要由UDP活化；硫酸由 PAPS提供；糖胺氨基来自于Gln。
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四、蛋白聚糖的功能
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2
概念
糖蛋白 蛋白聚糖
均由蛋白质和糖共价组成,但 结构和功能存在显著差异
糖脂
细胞外基质:由胶原蛋白、透明质酸、蛋白 聚糖和糖蛋白组成。
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3
第一节 糖蛋白
组成糖蛋白分子中糖链的单糖有7种:
葡萄糖、半乳糖、甘露糖、N-乙酰半 乳糖胺、 N-乙酰葡糖胺、岩藻糖和N-乙酰 神经氨酸。
9
（二）O-连接糖蛋白
定义 糖链的N-乙酰半乳糖胺与多肽链的丝氨酸 或苏氨酸的羟基连接,形成O-糖苷键，糖链 为O-连接糖链，也称O-连接聚糖。
连接点的结构 GalNAcα-O-Ser／Thr
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10
IgA分子的O-连接糖链有6种
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11
O－连接聚糖的合成
合成在多肽链合成后进行的,且
以长萜醇为糖链载体，先将 UDPGlcNAc分子中的GlcNAc转移至长萜 醇，后再逐个加上糖基，至形成14个糖 基的长萜醇焦磷酸寡糖结构，作为一个 整体转移至天冬氨酸的酰胺氮上。
寡糖链依次在内质网和高尔基体中 进行加工，形成成熟的各种N－连接寡 糖。
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8
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长萜醇-P-P寡糖的合成
2.糖蛋白在细胞-细胞外基质分子识别和 黏附中的作用
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14
第二节 蛋白聚糖
是一类非常复杂的大分子糖复合物,主要由 糖胺聚糖共价连接于核心蛋白所组成
糖胺聚糖必含有糖胺，由二糖单位重复连 接而成，不分支
二糖单位中一个是糖胺，另一个是糖醛酸
除糖胺聚糖外，蛋白聚糖还含有N－连接寡 糖链或O－连接寡糖链
第十九章
糖蛋白、蛋白聚糖 和细胞外基质
Glycoprotein, Proteoglycan and
Extracellular Matrix
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1
糖生物学（glycobiology）
糖生物学是研究糖的分子结构、合成及 生物功能的新兴学科。
核酸和蛋白质的研究成就,极大地推动 了糖生物学的快速发展。
没有糖链载体。
在GalNAc转移酶作用下，将
UDPGalNAc中的GalNAc基转移至多肽
链的丝氨酸（或苏氨酸）的羟基上，
形成O－连接，然后逐个加上糖基，
每一种糖基都有其相应的专一性转
移酶。
整个过程在内质网开始，高尔
基2体021/2内/6 完成。
12
二、糖蛋白的功能 （一）糖链对糖蛋白理化性质、空间结构和
生物活性的影响
1.对糖蛋白新生肽链的影响:参与新生肽链 的折叠并维持蛋白质的正确的空间构象; 影响亚基聚合;糖蛋白在细胞内的分栋和 投送。
2.对糖蛋白的生物活性的影响:保护糖蛋白 不受蛋白酶的水解,延长其半衰期。
3.参与分子的识别作用
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13
（二）糖蛋白在分子识别和黏附中的作用
1.糖蛋白在细胞-细胞分子识别和黏附 中的作用
1. 构成细胞外基质
在基质中蛋白聚糖和弹性蛋白、胶原蛋白以 特殊方式连接,构成基质的特殊结构。这与细胞的 粘附、迁移、增殖和分化等有关。
2. 其它功能
抗凝血（肝素） 参与细胞识别与分化（细胞表面的硫酸素） 维持软骨机械性能（硫酸软骨素）等
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蛋白多糖与糖蛋白的区别
蛋白多糖
糖蛋白
糖链含量: 较蛋白质部分多
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一、重要的糖胺聚糖
糖胺聚糖由二糖单位重复连接而成,不分支。
体内重要的糖胺聚糖（6种）:
硫酸软骨素类 硫酸皮肤素 硫酸角质素 透明质酸 肝素和硫酸类肝素
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糖胺聚糖的结构和分布特点
糖胺聚糖
二糖单位
硫酸化位置
组织分布
透明质酸 (HA)
GlcUA, GlcNAc
硫酸软骨素(CS) GlcUA, GalNAc