細胞外基質(zhì)的生物學功能

1、細胞信號轉(zhuǎn)導,Cellular Signal Transduction,參考書目,細胞生物學細胞生物學在線教程 www.cella.cn/book/細胞信號轉(zhuǎn)導（第三版），孫大業(yè)，科學出版社,第一章,細胞連接與細胞外基質(zhì)cell junction and extracellular matrix,,,【目的要求】1．掌握細胞連接的概念和種類；細胞外基質(zhì)的概念及種類。2．熟悉各種細胞連接的結(jié)構(gòu)特點。3．了解各種

2、細胞連接存在的部位及功能；細胞外基質(zhì)的生物學功能。,,【教學內(nèi)容】一、細胞連接的類型和特點（一）封閉連接（二）錨定連接1．黏著帶與黏著斑　　2．橋粒與半橋粒（三）通訊連接1．間隙連接　　2．化學突觸二、細胞外基質(zhì)概述1．細胞外基質(zhì)概念　　2．細胞外基質(zhì)種類　　3．細胞外基質(zhì)的生物學功能,一、細胞連接的類型和特點,細胞是機體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。機體行使的每一項功能都是多個細胞之間甚至多種細胞之間協(xié)同作用的結(jié)果。細胞

3、間聯(lián)系的基本形式,接觸型,非接觸型,,細胞連接的概念：　　　在相鄰細胞表面形成的連接結(jié)構(gòu)，以加強細胞的機械聯(lián)系和組織的牢固性，同時協(xié)助細胞間的代謝活動，這些結(jié)構(gòu)稱為細胞（間）連接。,,,細胞連接的種類,細胞連接的概況：,,（一）封閉連接（occluding junction）,即緊密連接（tight junction），又稱閉鎖小帶（zonula occludens）。存在部位：各種上皮細胞管腔面細胞間隙頂端。分布：消化道上皮、膀

4、胱上皮、腦毛細血管內(nèi)皮以及睪丸支持細胞之間等。,緊密連接的電鏡圖 ：,,,結(jié)構(gòu)特點及形成：　　相鄰細胞膜形成2~4個點狀融合，形成一條封閉帶，融合處細胞間隙消失?！　∠噜徏毎煽缒みB接糖蛋白組成對合的封閉鏈稱嵴線，嵴線相互交聯(lián)封閉了細胞之間的空隙。,,,緊密連接的模式圖,,功能：　　封閉上皮細胞的間隙，防止可溶性物質(zhì)的反滲，保證機體內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定 ?！　「糸_細胞膜兩端不同功能的轉(zhuǎn)運蛋白，保證物質(zhì)運轉(zhuǎn)的方向性。　　 機械性細胞

5、連接。,（二）錨定連接 (anchoring junction),1. 黏著帶與黏著斑（1）黏著帶(adhesion belt)，又稱中間連接(intermediate junction)。存在部位：呈帶狀環(huán)繞細胞頂部，位于上皮細胞的緊密連接下方 。分布：在上皮細胞間和心肌細胞間多見。,黏著帶的電鏡圖 ：,,,結(jié)構(gòu)特點及形成：　　相鄰細胞間有約15~20nm的間隙，間隙中有一種稱鈣黏素（cadherin）的跨膜連接糖蛋白，與質(zhì)

6、膜內(nèi)側(cè)的幾種附著蛋白結(jié)合?！　∠噜徏毎械募拥鞍捉z束通過鈣黏素和附著蛋白編織成了一個廣泛的網(wǎng)絡，把相鄰細胞聯(lián)合在一起。,黏著帶的模式圖,,,功能：　　有黏著作用；　　保持細胞形狀；　　傳遞細胞收縮力。,,（2）黏著斑（adhesion plaque） 　　　位于細胞與細胞外基質(zhì)間，通過整合素（integrin）把細胞中的肌動蛋白束和基質(zhì)連接起來?！　　∷c黏著斑的區(qū)別：　?、偈丘ぶ呓Y(jié)構(gòu)的一半；　?、诖┠みB接蛋白為整合

7、素。,,,,2. 橋粒與半橋粒（1）橋粒（desmosome） 　存在部位：在上皮細胞黏著帶的下方間隙頂端。分布：易受摩擦的組織中，如皮膚、口腔、食管等處的復層鱗狀上皮細胞之間和心肌中 。,橋粒的電鏡圖 ：,,,結(jié)構(gòu)特點及形成：　　相鄰細胞間有30nm的間隙，形成一種紐扣狀的結(jié)構(gòu)?！　∠噜徏毎械闹虚g纖維通過細胞質(zhì)斑和膜間隙內(nèi)的鈣粘素構(gòu)成了穿胞細胞骨架網(wǎng)絡 。,橋粒的模式圖,,,功能：　　橋粒是最牢固的一種細胞連接，起固定

8、和支持作用。,,（2）半橋粒（hemidesmosome） 　　在結(jié)構(gòu)上類似橋粒，位于上皮細胞基面與基膜之間?！　∷c橋粒的區(qū)別：　?、偈菢蛄＝Y(jié)構(gòu)的一半；　?、诖┠みB接蛋白為整合素；　?、奂毎麅?nèi)的附著蛋白為角蛋白。,,,（三）通訊連接　　?。╟ommunicating junction）,1. 間隙連接（gap junction） 分布：除骨骼肌細胞及循環(huán)血細胞外的細胞之間。,間隙連接的電鏡圖,,,結(jié)構(gòu)特點及形成：　　

9、在連接處相鄰細胞間有2～4nm的縫隙，在間隙與兩層質(zhì)膜中有大量蛋白質(zhì)顆粒，是構(gòu)成間隙連接的基本單位，稱連接子（connexon），由6個相同或相似的跨膜蛋白亞單位環(huán)繞而成，直徑8nm，中心形成一個直徑約1.5nm的孔道。,間隙連接的模式圖,,,功能：　1. 代謝偶聯(lián)：小分子代謝物和信號分子可通過連接子的通道，由一個細胞進入相鄰的另一個細胞?！?. 電偶聯(lián)：無須依賴神經(jīng)遞質(zhì)或信息物質(zhì)即可將一些細胞的電興奮活動傳遞到相鄰的細胞。

10、　3. 參與細胞分化：胚胎發(fā)育的早期，細胞間通過間隙連接相互協(xié)調(diào)發(fā)育和分化。,,2. 化學突觸（synapse） 存在部位：可興奮細胞間 。作用：通過釋放神經(jīng)遞質(zhì)來傳導興奮。 組成：　　突觸前膜(presynaptic membrane)　　突觸后膜(postsynaptic membrane)　　突觸間隙(synaptic cleft),化學突觸的電鏡圖,,,結(jié)構(gòu)特點及形成：　　突觸小體內(nèi)有許多囊泡，稱突觸小泡(s

11、ynaptic vesicle)，內(nèi)含神經(jīng)遞質(zhì)。當神經(jīng)沖動傳到突觸前膜，突觸小泡釋放神經(jīng)遞質(zhì)，為突觸后膜的受體接受（配體門通道），引起突觸后膜離子通透性改變，膜去極化或超極化。,化學突觸的模式圖,,二、細胞外基質(zhì),(一）細胞外基質(zhì)概述,,1. 概念　　　細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）是指由細胞分泌的，位于上皮或內(nèi)皮細胞下層和結(jié)締組織細胞周圍，為組織、器官提供力學支持和物理強度，并對細胞的黏附、遷移、增殖

12、和分化等活動以及胚胎發(fā)生等產(chǎn)生影響的物質(zhì)。,,細胞外基質(zhì),,上皮組織的細胞外基質(zhì)：,,2. 細胞外基質(zhì)種類（1）膠原（collagen）　　　是由多種糖蛋白分子組成的家族。,,（2）蛋白多糖（proteoglycan）　　　由一個核心蛋白分子與多個糖氨多糖側(cè)鏈結(jié)合而成的大分子復合物。通過其分子篩形成基質(zhì)防御屏障。,,,,,1）硫酸軟骨素（chondroitin sulfate，CS）　　　由葡萄糖醛酸與N-乙酰半乳糖胺通過?-1

13、,3連接構(gòu)成基本的重復單位。第4或6位硫酸化。,,,,,,,,2）硫酸皮膚素（dermatan sulfate）　　含有一個或多個艾杜糖酸殘基的硫酸軟骨素鏈。,,3）硫酸乙酰肝素（heparan sulfate，HS）　　　由葡萄糖醛酸與N-乙酰葡糖胺通過?-1,4連接，兩個殘基可在O-或N-位點上發(fā)生廣泛的硫酸化修飾。,,4）硫酸角質(zhì)素（keratan sulfate）　　　半乳糖與N-乙酰葡糖胺通過?-1,4連接，每個殘基的第

14、6位上發(fā)生硫酸化修飾。,,,5）透明質(zhì)酸（hyaluronan，HA）　　　數(shù)量不定的多聚體葡糖酸與N-乙酰葡糖胺通過?-1,3連接構(gòu)成。,,,,（3）糖蛋白（glycoprotein）　　　黏附性糖蛋白：與細胞的黏附及遷移有關?！　　」窍嚓P基質(zhì)糖蛋白：調(diào)節(jié)離子濃度。　　　彈性蛋白相關糖蛋白：在彈性蛋白的沉積過程中具有重要影響。,,3. 細胞外基質(zhì)的生物學功能　?。?）機械支持功能　　細胞外基質(zhì)是構(gòu)成基膜和結(jié)締組織及各種器官

15、被膜的主要成分，具有維持機體結(jié)構(gòu)的完整性和為機體提供支架結(jié)構(gòu)的作用。,,（2）參與細胞黏附與遷移　　細胞外基質(zhì)分子中的細胞黏附位點與細胞膜上的相應的受體特異性結(jié)合，觸發(fā)跨膜信號轉(zhuǎn)導，對細胞的基因表達及細胞表型和功能產(chǎn)生影響。,,,整合素,,（3）參與細胞增殖與分化　　某些類型的細胞外基質(zhì)如成纖維細胞生長因子具有促有絲分裂原的功能，通過促進層粘連蛋白的合成與釋放，進一步刺激神經(jīng)細胞的增殖與分化。,,(二）膠原（collagen）　1

16、. 膠原的分子生物學,,,,2. 膠原生物合成的特殊性　翻譯后加工和修飾：　　Pro、Lys－－羥基化　　羥賴氨酸－－糖基化　　Tyr－－硫酸化　　二硫鍵的形成　　鏈間組合等,,3. 膠原的生物學功能　　主要是支持和抗拉力。,,(三）纖連蛋白（fibronectin，F(xiàn)N）　1. 纖連蛋白的分子生物學,,,,2. 纖連蛋白的生物學功能?。?）參與細胞的黏附與遷移　　　細胞的黏附與遷移是細胞與細胞外基質(zhì)進行特異性識別、

17、結(jié)合與作用的結(jié)果，這在胚胎發(fā)育、組織形成、損傷修復和腫瘤細胞的浸潤中起重要作用。,,,,（2）纖連蛋白與心血管系統(tǒng)　　　FN在心血管系統(tǒng)的正常發(fā)育、正常生理機能的維持中起重要作用，并且與心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展之間也有極為密切的聯(lián)系。,,（3）纖連蛋白與結(jié)締組織衰老性疾病　　　結(jié)締組織衰老性疾病以動脈粥樣硬化、骨質(zhì)疏松以及骨關節(jié)炎等最為常見。這些結(jié)締組織的變化主要影響蛋白多糖和膠原網(wǎng)絡，F(xiàn)N的質(zhì)和量的改變也與之有關。,,（4）纖連蛋白

18、與腫瘤轉(zhuǎn)移,,(四）層粘連蛋白（laminin ，LN ）1.層粘連蛋白的分子生物學,,2. 層粘連蛋白的生物學功能基底膜的主要組成成分；細胞黏附功能；促進大多數(shù)類型細胞的生長；在形態(tài)學發(fā)生中有重要作用；對腫瘤的生長與轉(zhuǎn)移有促進作用。,,(五）彈性蛋白（elastin）1. 彈性蛋白的分子生物學,,,,2. 彈性蛋白的生物學功能形成彈性纖維。借助其彈性回縮作用，在維持呼吸和血壓，保持持續(xù)的血液灌注以及皮膚的彈性等方面有重

19、要意義；促進細胞黏附。,,(六）親玻粘連蛋白（vitronectin）1.親玻粘連蛋白的分子生物學,,2.親玻粘連蛋白的生物學功能通過與膜上相應的受體結(jié)合，在細胞黏附、細胞遷移、補體結(jié)合、凝血鏈式反應、纖維溶解反應、止血、腫瘤轉(zhuǎn)移、神經(jīng)元軸突生長等過程中都具有十分重要的作用。,,(七）粘結(jié)蛋白（entactin）1. 粘結(jié)蛋白的分子生物學,,2. 粘結(jié)蛋白的生物學功能主要與基底膜各種蛋白分子結(jié)合，在基底膜的形成過程中具有十分重

20、要的作用；對細胞功能進行調(diào)節(jié)，在血管形成、損傷的修復、肝纖維化的發(fā)生、細胞的黏附及遷移以及腫瘤細胞的外向侵襲等過程中有重要意義。,,,,(八）串珠聚糖蛋白（perlecan）1.串珠聚糖蛋白的分子生物學,,2.串珠聚糖蛋白的生物學功能與基膜中的膠原和層粘連蛋白作用，構(gòu)成基膜的基本結(jié)構(gòu)；因其帶負電荷，使基膜具有電荷選擇性超濾功能；介導細胞間的黏附，參與細胞之間的相互作用。,,(九）凝血酶應答蛋白（thrombospondin，T

21、SP）　　是指血小板?顆粒受到凝血酶刺激后釋放的一種細胞外基質(zhì)蛋白。,,1.凝血酶應答蛋白的分子生物學,,2. 凝血酶應答蛋白的生物學意義介導細胞的黏附、擴散與遷移；抑制體內(nèi)新血管形成；對細胞內(nèi)骨架重排有一定作用；在止血過程中具有十分重要的作用；參與損傷修復。,,(十）馮·威勒布蘭德因子（von　Willebrand factor，vWF）1. 馮·威勒布蘭德因子的分子生物學,,,,2. 馮·

22、威勒布蘭德因子的生物學功能在血管損傷處誘導血小板黏附和血栓形成，同時與凝血因子Ⅷ前體結(jié)合成Ⅷ- vWF復合物，誘發(fā)止血過程；與腫瘤細胞的黏附以及腫瘤的轉(zhuǎn)移過程關系密切。,,(十一）骨鈣蛋白、骨連蛋白與骨橋蛋白1. 骨鈣蛋白（osteocalcin）,,,,骨鈣蛋白的作用：在骨形成過程中，對骨的礦化有負調(diào)節(jié)作用；促進骨的吸收。,,2. 骨連蛋白（osteonectin）　又稱BM40或43kD蛋白，是一種膠原結(jié)合型糖蛋白。,,