细胞生物学 第十一章 细胞外基质及其与细胞
细胞生物学第11章-细胞通讯与信号转导
（3）不同的细胞通过各自的受体，对胞外信号应答， 产生相同的效应。如：肝细胞肾上腺素受体和胰 高血糖素受体结合各自的配体激活以后，都能促 进血糖的升高。
（4）一种细胞具有一套多种类型的受体，应答多种 不同的胞外信号，从而启动细胞的不同生物学效 应。
（３）自分泌（autocrine）：
细胞对自身分泌物产生反应，常见于病理 条件下。如：肿瘤细胞合成释放生长因子刺 激自身。
（4）化学突触传递神经信号：
神经细胞兴奋后，动作电位的传递，引起突 触前突起终末分泌化学信号，扩散至突触后细 胞，实现电信号和化学信号之间的转换。
2 通过细胞的直接接触（contactdependent signaling）：即细胞间接 触性依赖的通讯
（3）气体信号分子： 第一个发现的气体信号分子是NO，可以进入细胞直 接激活效应酶，参与体内众多的生理和病理过程。
2. 受体（receptor）
是一种能够识别和选择性结合某种配体的大分子, 通过和配体的结合，经信号转导作用，最终表现为生 物学效应。
▪ 受体的结构特点：
多为糖蛋白，至少包含配体结合区和效应区2个 功能区域，分别具有结合特异性和效应特异性。
▪ 特异性 ▪ 放大作用 ▪ 信号终止或下调特征 ▪ 整合作用
第二节
细胞内受体介导的信号传递
一、细胞内受体与基因表达
细胞内受体活化的机制：
激活前：受体和抑制性蛋白结合成复合物 激活后：如果甾类激素和受体结合，导致抑制
性蛋白从复合物上解离下来，使受体暴露出 DNA结合位点，激素－受体复合物与基因调 控区（激素应答元件，hormone response element, HRE）结合，影响基因的转录。
细胞生物学第十一章细胞连接与细胞粘附分子
细胞生物学第十一章细胞连接与细胞粘 附分子
三、化学突触 synapse
• 存在于可兴奋细胞间，通过释放神经递质传 导兴奋。
• 由突触前膜、突触后膜、突触间隙组成。 • 突触前神经元突起末梢膨大，称突触小体。 • 突触小体内有突触小泡，内含神经递质。
细胞生物学第十一章细胞连接与细胞粘 附分子
二、锚定连接
• （一）粘着带与粘着斑 • 粘着带（adhesion belt） ：
– 呈带状环绕细胞，位于紧密连接下方。 – 相邻细胞间的粘合分子为E-钙粘素。 – 连接的细胞骨架成分为actin。
细胞生物学第十一章细胞连接与细胞粘 附分子
Adhesion belt or
Adherens junction
• 半桥粒（hemidesmosome）：位于上皮细胞基面 与基膜之间，连接蛋白为整合素。连接的细胞内 骨架成分为角蛋白。
细胞生物学第十一章细胞连接与细胞粘 附分子
Structure of the Skin
细胞生物学第十一章细胞连接与细胞粘 附分子
三、通讯连接
• （一）间隙连接 gap junction • 连接处有2~4nm的缝隙。 • 基本单位称连接子，由6个相同或相似的跨
细胞生物学第十一章细胞连接与细胞粘 附分子
一、封闭连接
• （一）紧密连接 • 存在于脊椎动物的上皮细胞间。 • 连接区域CAM构成焊接线，也称嵴线。相
邻质膜紧密结合，没有缝隙。 • 主要作用：封闭相邻细胞间的接缝，防止
溶液渗入，构成脑血屏障和睾血屏障。
细胞生物学第十一章细胞连接与细胞粘 附分子
Tight Junction between two type I pneumocytes
11细胞外基质
A Proteoglycan Complex
蛋白聚糖
蛋白聚糖多聚体
氨基聚糖
蛋白聚糖
软骨中蛋白聚糖电镜图片
2.蛋白聚糖在内质网中合成并装配 • 核心蛋白在内质网相连核糖体中合成 • 核心蛋白质的Ser残基在内质网中装配上 GAG链。 • 首先合成由四糖组成的连接桥（Xyl-GalGal-GlcUA）连接到Ser残基上，然后在糖 基转移酶的作用下延长糖链。 • 硫酸化、异构化修饰 • 除HA及肝素外，其他GAG均不游离存在。
• 交联：由侧向相邻的lys或hyl残基氧化后所 产生的两个醛基间进行缩合而成。交联后
后形成不溶性纤维，原胶原呈阶梯状排列，
电镜下可见间隔67nm的横纹。
– 新生儿的胶原交联程度低而易于抽提。 – 年龄增加，胶原交联程度高，皮肤血管组织僵 硬老化。
Structures of the collagen
Collagen fibrils around a fibroblast
1.胶原分子结构 胶原是三条α多肽链形成的 三股螺旋，长300nm,直径 1.5nm,富含Gly,Pro和Lys 胶原的每条链由重复的GlyX-Y序列构成。（X=pro， Y=hyp或hyl） Gly-X-Y序列使α链卷曲为 左手螺旋。三股链再绕成右 手超螺旋。
2．蛋白聚糖 (proteoglycan)
1.结构： 由氨基聚糖（除HA）与核心蛋白(core protein)的 丝氨酸残基共价连接形成的巨分子。 若干蛋白聚糖单体借连接蛋白以非共价键与透明质 酸结合形成多聚体巨分子。 显著特点是多态性：不同的核心蛋白, 不同的氨基 聚糖； 软骨中的蛋白聚糖是最大巨分子之一, 赋予软骨以 凝胶样特性和抗变形能力； 蛋白聚糖可视为细胞外的激素富集与储存库，可与 多种生长因子结合，完成信号的传导。
医学细胞生物学最新版1绪论
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第一章 绪论
（二）分子生物学的研究进展促进了细胞生物 学的形成与发展
自20世纪50年代始，分子生物学进入一个快速的发展 时期：
DNA重组技术、DNA序列分析技术等不断地渗透 到细胞学各领域，使细胞的形态结构和生理功能 研究深入到分子水平。
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第一章 绪论
（一）电子显微镜的应用使细胞学研究深入到 亚显微水平
20世纪70年代，随着超高压电子显微镜的出现，相 继发现了细胞质（cytoplasm）中纵横交错的网状细 胞骨架结构和细胞核基质内的网状核骨架结构。
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第一章 绪论
（一）电子显微镜的应用使细胞学研究深入到 亚显微水平
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第一章 绪论
（二）分子生物学的研究进展促进了细胞生物 学的形成与发展
随着2003年人类基因组计划（ human genome project，HGP）的完成，逐渐发展起来的基因组学 和蛋白质组学，以及新近于真核细胞内发现的控制 基因信息流通的非编码RNA（noncoding RNA）和 不依赖DNA序列的表观遗传（epigenetics)等新兴领 域生命信息和新技术体系的引入，预示着细胞生物 学又将进入一个新的快速发展时期。
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第一章 绪论
一、细胞的发现与细胞学说的创立
（二）细胞学说（cell theory）的创立
2. 细胞学说建立的意义 对生命科学的许多领域的研究和发展起到了积极的推 动作用。恩格斯评价细胞学说为19世纪自然科学的三 大发现之一。
细胞生物学细胞基质与功能
细胞基质与功能细胞外基质细胞是生物体的基本结构单位，然而在多细胞生物体中，细胞大都以组织的形式存在，组织中除了细胞成分外，尚存在有非细胞性的细胞间物质。
在动物组织中，这种细胞间物质是由一些蛋白质和多糖大分子构成结构网络，这些存在于细胞间的大分子结构称为细胞外基质。
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，它通过与细胞质膜中的细胞外几种受体结合，同细胞建立相互关系。
它对细胞的分化、增殖、形状、迁移和功能活动都由重要的影响。
细胞外基质主要由凝胶基质和纤维网架构成凝胶基质为多糖，包括氨基聚糖和蛋白聚糖纤维网架为纤维蛋白。
纤维蛋白非两种，一是起结构作用的，如胶原蛋白、弹性蛋白一是起黏合作用的，如纤连蛋白和层连蛋白。
基质中的多糖凝胶使细胞外基质具有抵抗压力的作用，细胞外基质凝胶中的纤维呈网状结构，因而各种养料、代谢产物和激素等物质可穿越网孔迅速扩散，便与在血液和组织之间进行交换。
细胞外基质是指分布于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白质和多糖所构成的网络结构，细胞外机制不仅为组织的构建提供了框架，还对其接触的细胞命运及其它功能产生重要的调控作用。
细胞外机制具有以下功能：1.细胞外基质将细胞粘连在一起构成组织；动物组织的构建既是多细胞相互作用的结果，也是细胞与细胞外基质相互作用的结果2.提供细胞外网架，在组织中或组织之间起支持作用3.细胞外基质的三维结构即成分是动态变化的没通过细胞微环境的改变对细胞形态、生长、分裂、分化和凋亡起到控制作用。
糖胺聚糖（GAG）糖胺聚糖是重复二糖单位构成的长链多糖，不分支。
二糖单位为氨基糖（N-乙酰葡糖胺或N-乙酰版乳酸）和糖醛酸（即葡萄糖醛酸）。
氨基糖大多硫酸化。
过去糖胺聚糖也称为粘多糖。
根据糖残基性质、连接方式和硫酸基的数量和存在部位。
可将糖胺聚糖分为4类：1.透明质酸 2.硫酸软骨素和硫酸皮肤素 3.硫酸类肝素和肝素 4.硫酸角质素糖胺聚糖的特性与功能意义：糖胺聚糖多糖连不能曲折，形不成球状构象，呈充分展开构象，且糖胺聚糖呈高度亲水性。
细胞生物学课程第11章(细胞外基质)
1.分子结构
• • 纤粘连蛋白分子的不同肽链结构亚单位具有极为相似的氨基酸序列，每一肽链亚单位构成多个具 有特定功能的球形结构域。 不同的球形结构域可分别与不同的生物大分子或细胞表面受体结合，是一种多功能分子。
2.RGD序列
• RGD（Arg-Gly-Asp）序列，整合素识别与结合的部位。 • 化学合成的RGD三肽可抑制细胞在纤粘连蛋白基质上粘附。
1.分子结构
• 一条重链（α ）和二条轻链（β 、 γ ）二硫键交联而成的异三聚体， 外形呈十字形，三条短臂各由三条 肽链N端序列构成。 多个结构域可和多种物质结合
•
2.功能
基底膜的主要组分，在基底 膜的基本框架的构建和组装 中起了关键作用。 有RGD序列，使细胞黏附在 基底膜上，促进细胞的生长 并使细胞铺展而保持一定的 形态。 通过与细胞间的相互作用， 可直接或间接控制细胞的活 动。
胶原有刺激上皮细胞增殖的作用，是细胞贴附的重要基质成分。 胶原可诱导细胞分化，如干细胞在不同类型胶原诱导下可向不 同的细胞进行分化。
哺乳动物发育的不同阶段表达不同的胶原
胎儿皮肤中含有大量III型胶原，成人皮肤中被I型胶原所代替
5.胶原与疾病
• 坏血病：
• 皮肤过度松弛症 (Ehlers-Danlos): 胶原纤维不能正常装配，皮肤和其他结缔 组织降低强度而变得非常松弛。
一方面细胞通过控制基质成分的合成和降解决定 细胞外基质的组成； 另一方面细胞外基质影响细胞的各种生命活动。
细胞对细胞外基质的影响
（一）细胞外基质是由其所在组织细胞分泌的
各种组织的细胞外基质的成分、含量和存在形式不同，都是由该组织 的细胞合成与分泌的。 同一个体的不同组织，不同的发育阶段，所产生的细胞外基质也有所 不同。
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》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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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。
⑤胶原纤维：胶原原纤维聚集成束形成胶原纤维。