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第七章细胞外基质和细胞外被分析.ppt 37页
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第七章　细胞外基质第一节氨基聚糖和蛋白聚糖第二节胶原与弹性蛋白第三节非胶原性黏合蛋白细胞外基质(extracellularmatrix)：分布于细胞外空间，由蛋白质和多糖所构成的纤维网络凝胶结构。对细胞具有支持、连接、保护、营养作用，提供细胞各种生命活动的微环境等。细胞外被（cellcoat):又称糖锷，是胞膜外表面覆盖的一层粘多糖物质，是糖与膜蛋白或膜脂共价形成糖蛋白或糖脂，属于细胞膜的结构组分。概述膀胱上皮细胞表面的糖被细胞外被示意图胞外基质的组分：1.氨基聚糖和蛋白聚糖——凝胶样基质2.胶原和弹性蛋白——纤维网架3.非胶原糖蛋白（纤连蛋白和层粘连蛋白）——粘着成分胞外基质第一节氨基聚糖和蛋白聚糖一、氨基聚糖（glycosaminoglycan,GAG）重复的二糖单位构成的直链多糖。氨基聚糖分为六种类型：1.透明质酸（HA）2.硫酸软骨素（CS）3.硫酸皮肤素（DS）4.硫酸角质素（KS）5.硫酸乙酰肝素（HS）6.肝素（heparin）氨基聚糖模式图（A)、蛋白聚糖（B）、一些氨基聚糖分子式（C），软骨蛋白聚糖的电镜照片（D）结构特点：最简单，相对分子量大，含大量亲水基团、带负电荷，可结合大量水分子使基质膨胀。功能特点：赋予组织弹性、抗压性，促进细胞迁移、增殖、创伤修复愈合、阻止细胞分化。多余的透明质酸被透明质酸酶降解。透明质酸（hyaluronicacid，HA）二、蛋白聚糖(proteoglycan,PG）结构组成：蛋白聚糖结构示意图氨基聚糖与蛋白聚糖的功能氨基聚糖带有大量负电荷及具有极强亲水性，使胞外基质形成多孔的胶冻状，具有：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.允许细胞在其间迁移等第二节胶原与弹性蛋白一、胶原（collagen）胞外基质中，高度特化、水不溶性的纤维蛋白家族。体内含量最多的蛋白(约占总蛋白的30%)。不同组织胶原含量差别很大。结缔组织特别丰富。胶原在不同组织中的含量（一）胶原（collagen）的结构1.原胶原，胶原纤维的基本结构单位，由三条?-螺旋肽链盘绕成的3股螺旋结构。长300nm,直径15nm。每条肽链约含100个氨基酸残基。一级结构具有三肽重复序列：Gly-X-YX=Pro、Y=Hypro或(Hylys)胶原纤维及原胶原2.胶原纤维（collagenfibril）不同的原胶原首尾相隔35nm,相邻分子相错1/4长度阶梯式有序排列，侧向间共价结合，彼此交联聚合形成的细纤维束。胶原的分子结构原胶原的分子间和分子内交联胶原原纤维胶原纤维束赖氨酸残基横联共价结合3.胶原纤维束（二）胶原的类型I型:皮肤、肌腱、韧带、骨中II型：软骨III型:血管壁、疏松结缔组织中IV型：基底膜（三）胶原的合成装配与降解来源：成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、上皮细胞等合成：细胞内（细胞核-内质网-高尔基体-分泌小泡）装配：细胞外降解：细胞外?链基因?细胞核?hnRNA?mRNA。粗面内质网-核糖体?前体肽链内质网腔：切去信号肽?前体链两端有前肽?前?链。内质网/高尔基体内：羟基化、糖基化、三股?螺旋C端前肽以二硫键连接形成前胶原分子。胞外基质：切去前肽?原胶原分子?自我装配?胶原原纤维?胶原纤维（四）胶原的功能含量最高，刚性和抗张力最大，构成胞外基质的骨架结构。肌腱中平行成束排列，连接肌肉和骨骼，具韧性、抗张性。在成熟的骨骼、角膜中，形成有序的胶合板样结构，使组织牢固、不易变形的特性。胶原经细胞表面受体介导与细胞骨架相互作用。非糖基化疏水纤维蛋白，富含甘氨酸、脯氨酸，很少羟化。呈无规则卷曲状态，相互交联形成胞外基质中的弹性网络。具高度弹性及回缩力，在皮肤结缔组织中特别丰富，使皮肤有高度弹性。二、弹性蛋白（elastin）弹性蛋白结构第三节非胶原性黏合蛋白胞外基质中一类多功能大分子。共同特点：可与细胞结合，也可与胞外基质中其他大分子结合，使细胞与胞外基质粘着，是胞外基质的组织者。（一）纤粘连蛋白(fibronectin,FN)1.纤粘连蛋白：纤维状糖蛋白，亚单位约2500个氨基酸残基，羧基末端二硫键交联成二聚体，呈V字型。纤粘连蛋白的功能1.血浆纤粘连蛋白参与血凝、创伤愈合，增强吞噬细胞的功能。2.介导细胞与细胞外基质之间粘着。3.维持细胞形态，调控增殖，迁移，分化等。基底膜主要结构成分，细胞通常通过层粘连蛋白锚定于基底膜上。(二)层粘连蛋白(laminin)1.构成基底膜主要成分。2.保持细胞间粘连，细胞的极性及细胞的分化。3.调节细胞的迁移，与肿瘤细胞的转移有关。层粘连蛋白功能：膜整联蛋白(integrin)跨膜糖蛋白，外连细胞外基质或细胞，胞内连细胞骨架。配体：FN、LN、胶原等。结构：α亚基β亚基细胞外基质细胞外基质的生物学功能1．影响细胞的存活、死亡。2．决定细胞的形状：不同细胞具有不同的
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细胞外基质中含量最高，刚性及抗张力强度最大的成分是：
A．胶原蛋白
B．氨基聚糖和蛋白聚糖
C．弹性蛋白
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提问人：匿名网友
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细胞外基质中含量最高，刚性及抗张力强度最大的成分是：&&A．胶原蛋白&&B．氨基聚糖和蛋白聚糖&&C．弹性蛋白&&D．层粘连蛋白和纤连蛋白
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3秒自动关闭窗口第四章聚糖的结构与功能-生物化学
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第四章聚糖的结构与功能
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。 & 第一节糖蛋白 一、糖蛋白的结构 组成糖蛋白分子中糖的单糖有7种：葡萄糖、半乳糖、甘露糖、N一乙酰半乳糖胺、N一乙酰葡糖胺、岩藻糖和N一乙酰神经氨酸。由这些单糖构成各种各样的寡糖可经两种方式与蛋白部分连接即N-连接寡糖和 O一连接寡糖，因此糖蛋白也相应分成N-连接糖蛋白和O-连接糖蛋白
（－）N-连接糖蛋白 1.糖基化位点：寡糖中的N-乙酰葡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。但是并非糖蛋白分子中所有天冬酰胺残基都可连接寡糖。只有特定的氨基酸序列，即Asn-X-Ser/Thr（其中x可以是脯氨酸以外的任何氨基酸）3个氨基酸残基组成的序列子才有可能，这一序列于被称为糖基化位点。l个糖蛋白子可存在若干个Asn-X-Ser/Thr序列子,这些序列子只能视为潜在糖基化位点。能否连接上寡糖还取决于周围的立体结构。 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 & &1. O-连接寡糖结构：寡糖中的N-乙酰半乳糖胺与多肽键的丝氨酸或苏氨酸残基的羟基连接形成O一连接糖蛋白。它的糖基化位点的确切序列子还不清楚，但通常存在于糖蛋白分子表面丝氨酸和苏氨酸比较集中且周围常有脯氨酸的序列中。O-连接寡糖常由N-乙酰半乳糖胺与半乳糖构成核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再连接上岩藻糖、N-乙酰葡萄糖胺等单糖。 二、糖蛋白寡糖链的功能 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相互识别和结合等，这些作用是蛋白质和核酸不能取代的。& （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质正确的空间构象。如用核酸点突变的方法，去除某一病毒G蛋白的2个糖基化位点后，此G蛋白就不能形成正确的链内二硫键而错配成链间二硫键，空间构象也发生改变。运铁蛋白受体有3个N-连接寡糖链，分别位于Asn251， Asn317和Ans727。已发现Ans727连接有高甘露糖型寡糖链，与肽键的折叠和运输密切相关，Asn251连接有三天线复杂型寡糖链，此寡糖链对于形成正常二聚体起重要作用。可见寡糖链能影响亚基聚合。 2.很多糖蛋白的寡糖链可影响糖蛋白在细胞内的分拣和投送。溶酶体酶合成后被运输至溶酶体内就是一个典型的例子。溶酶体酶在内质网合成后，其寡糖链末端的甘露糖在高尔基体内被磷酸化成6-磷酸甘露糖，然后与存在于溶酶体膜上的6-磷酸甘露糖受体识别并结合，定向转移至溶酶体内。若寡糖链末端甘露糖不被磷酸化，那么溶酶体酶只能分泌至血浆，而溶酶体内几乎没有酶，导致疾病产生。 （二）寡糖链对糖蛋白生物活性的影响 一般来说，去除寡糖链的糖蛋白，容易受蛋白酶水解，说明寡糖链可保护肽链，延长半衰期。不少酶属于糖蛋白，若去除寡糖链，并不影响酶的活性，但也有些酶的活性依赖其寡糖链，如β-羟β-甲戊二酰辅酶A还原酶去糖链后其活性降低90％以上，脂蛋白脂酶N-连接寡糖的核心五糖为酶活性所必需。 免疫球蛋白G也是N-连接糖蛋白，其糖链主要存在于Fc段,IgG的寡糖链与IgG结合于单核细胞或巨噬细胞上的Fc受体，对补体C1q的结合和激活以及诱导细胞毒等过程有关。若IgG去除糖链，其绞链区的空间构象进到破坏，上述与Fc受体和补作的结合功能就丢失。& （三）寡糖链的分子识别作用& 寡糖链中单糖间的连接方式有l & & 2，1 & & &3，1 & & 4，l & 6几种，又有α和β之分，这种结构的多样性是寡糖链起到分子识别作用的基础。如猪卵细胞透明带中分子量为5.5万的ZP-3蛋白，含有O-连接寡糖能识别精子并与之结合。受体与配体识别和结合也需寡糖链的参与。红细胞的血型物质含糖达80％-90%。ABO系统中血型物质A和B均是在血型物质O的糖链非还原端各加GalNAC或Gal仅一个糖基之差，使红细胞能分别识别不同的抗体，产生不同的血型可见糖链功能之奇妙。细菌表面存在各种凝集素样蛋白，可识别人体细胞表面的寡糖链结构，而侵袭细胞。
第二节蛋白聚糖 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。一种蛋白聚糖可含有一种或多种糖胺聚糖。糖胺聚糖是因为其中必含有糖胺而得名，可以是葡萄糖胺或半乳糖胺。糖胺聚糖是由二糖单位重复连接而成，不分支。二糖单位中除了一个是糖胺外，另1个是糖醛酸可以是葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸。除糖胺聚糖外，蛋白聚糖还含有一些N-或O-连接寡糖链。& 一、重要的糖胺聚糖 体内重要的糖胺聚糖有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。除透明质酸外其他的糖胺聚糖都带有硫酸。 硫酸软骨素的二糖单位由N-乙酰半乳糖胺和葡糖醛酸组成。硫酸角质素的二糖单位由半乳糖和N-乙酰葡糖胺组成。它所形成的蛋白聚糖可分布于角膜中，也可与硫酸软骨素共同组成蛋白聚糖聚合物分布于软骨和结缔组织。硫酸皮肤素分布广泛，其二糖单位与硫酸软骨素很相似，仅一部分萄糖醛酸为艾杜醛酸所取代，所以硫酸皮肤素含有两种葡糖醛酸。葡糖醛酸转变为艾杜糖醛酸是在糖链合成后进行，由差问异构酶催化。肝素的二糖单位为葡糖胺和艾杜糖醛酸，。肝素所连的核心蛋白几乎仅由丝氨酸和甘氨酸组成。肝素分布于肥大细胞内，有抗凝作用。硫酸类肝素是细胞膜成分，突出于细胞外。透明质酸的二糖单位为葡糖醛酸和N-乙酰萄糖胺。1个透明质酸分子可由50000个二糖单位组成，但它所连的蛋白部分很小。透明质酸分布于关节滑液、眼的玻璃体及疏松的结缔组织中。 二、核心蛋白 与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质称为核心蛋白。核心蛋白均含有相应的糖胺聚糖取代结构域，一些蛋白聚糖通过核心蛋白特殊结构域锚定在细胞表面或细胞外基质的大分子中。核心蛋白最小的蛋白聚糖称为丝甘蛋白聚糖，含有肝素，主要存在于造血细胞和肥大细胞的贮存颗粒中，是一种典型的细胞内蛋白聚糖。& 在溶液内蛋白聚糖象瓶刷：中心是核心蛋白，由于糖胺聚糖上羧基或硫酸根均带有负电荷，彼此相斥，糖胺聚糖链呈直线状，如鬃毛共价连接到核心蛋白的多肽链上。 蛋白聚糖聚合物是细胞外基质的重要成分之一,由透明质酸长糖链两侧经连接蛋白而结合许多蛋白聚糖而成。 三、蛋白聚糖的功能 1.蛋白聚糖最主要的功能是构成细胞间的基质 &，在基质中蛋白聚糖与弹性蛋白和胶原蛋白以特殊的方式相连而赋予基质以特殊的结构。基质中含有大量透明质酸，可与细胞表面的透明质酸受体结合，影响细胞与细胞的粘附、细胞迁移、增殖和分化等。 2.由于蛋白聚糖中的糖胺聚糖是多阴离子化合物，结合Na+、K+，从而吸收水分子，糖的羟基也是亲水的，所以基质内的蛋白聚糖可以吸引、保留水而形成凝胶，①容许小分子化合物自由扩散而阻止细菌通过，起保护作用。②在结缔组织中能起机械性保护作用对于维持组织正常形态及抗局部压力也起着重要作用。 3.硫酸肝素蛋白聚糖主要分布在细胞膜表面，也是细胞膜的成分，在细胞与细胞，细胞与环境识别中起重要作用。 4.有些细胞还存在丝甘蛋白聚糖，它的主要功能是与带正电荷的蛋白酶、羧肽酶及组胺等相互作用，参与这些生物活性分子的贮存和释放。 5. 蛋白聚糖的特殊作用：肝素是重要的抗凝剂，能使凝血酶原失活，抑制血小板聚集而起抗凝作用。肝素能促进毛细血管壁的脂蛋白脂肪酶释放人血，后者能水解血浆脂蛋白中的脂肪，促进血浆脂质的清除。在软骨中硫酸软骨素含量丰富，维持软骨的机械性能。角膜的胶原纤维间充满硫酸角质素和硫酸皮肤素，使角膜透明。 & 第三节细胞外基质（ECM） 一.细胞外基质的概念、构成、分布 细胞外基质是由细胞分泌到细胞外空间的分泌蛋白和多糖构成的精密有序的网络结构。它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、迁移等基本生命活动密切相关。& 细胞外基质由胶原蛋白、纤连蛋白、层连蛋白等糖蛋白，及蛋白聚糖和透明质酸等多种组分构成。 各种组织的细胞间隙中。 二.胶原 1. 定义 由结缔组织细胞——成纤维细胞所分泌的结缔组织胶原蛋白和某些上皮细胞分泌的某些类型的胶原蛋白。 2. 分布 骨、皮肤、血管壁、肌腱、韧带、肌肉、软骨、角膜等。 3. 功能 起着支架、维持组织构型、机体运动等多项作用。 4. 胶原的结构特点 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 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。& 功能 参与信息传递、凝血、组织损伤的修复等生理活动。还与细胞的形态、增殖、分化以及个体的发育、生殖密切相关。 四.层粘连蛋白（Ln） 定义& 由三条多肽链组成的多结构域构成的 &糖蛋白。& 分布& 主要存在于基底膜中。& 功能& 主要介导上皮细胞及内皮细胞糖粘附于基底膜，从而影响细胞的生长、分化和运动。& & Ln可能与某些疾病（糖尿病、类风湿性关节炎等）有关,和肿瘤细胞的浸润、转移有重要关系。 结构 由3个不同的亚基（α,β,γ）通过二硫键连接形成长约70nm的十字型结构。&
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
& & & & 10分钟 & & & & 20分钟 & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & 20分钟 & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & 5分钟 & & 10分钟 & & & & & & & & & & & & & & 5分钟 & & & & & & & & & & 10分钟 & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & 5分钟 & & & & & & & 5分钟 & & & & & & & & & & & 5分钟 & & & & & & & 5分钟 & & & & & & & & & & & & &
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