1、2011-12-13 1 第13章 细胞社会的联系： 细胞连接、 细胞粘着、 基 和细胞外 基质 1 细胞连接 细胞外的世界：单细胞生物外部环境。多细胞生物细胞、胞外基质或外 部环境。 在多细胞生物体内，没有一个细胞是孤立的。细胞之间通过通讯、细胞联接、细 胞与胞外基质的相互作用等，细胞与细胞之间建立结构、物质和信息联系。细胞 处于一个细胞社会中，为细胞社会的一分子。 细胞联接（cell junction）指在细胞质膜的特化区域，通过膜蛋白、细胞支 架蛋白或者胞外基质形成的细胞与细胞之间 细胞与胞外基质之间的连接机构 架蛋白或者胞外基质形成的细胞与细胞之间、细胞与胞外基质之间的连接机构。 是多
2、细胞生物体相邻细胞之间协同作用的重要组织方式。 细胞连接类型 封闭连接（occluding junction）封闭细胞之间的空隙。 锚定连接（anchoring junction）把细胞锚定再其他细胞或胞外基质上，分 散作用力。 通讯联接（communicating junction）联通细胞之间的信号通路。 1.1 封闭连接:又称紧密连接 紧密连接：主要存在于上皮细胞、血管内皮细胞（如形成血脑屏 障）之间。大小分子均不能通过封闭连接，但免疫细胞通过分泌 物打开连接可通过。 功能： 1）封闭细胞间隙，形成渗透屏障；2）限制膜蛋白流动， 维持细胞极性。 通过膜整合封闭蛋白、claudin 等形成
3、焊接线（嵴线），嵴线通过 外周蛋白连接到微丝上。 小肠上皮细胞的紧密连接嵴线：紧密连接位于上皮细胞的上端 紧密连接的模式图 封闭连接封闭细胞间隙，限制膜蛋白流动，维持细胞 极性，这些功能是细胞选择性吸收的基础 紧密连接对细胞外物质跨细胞层起封闭作用：对加入的示踪电子致密 分子的阻挡，B左，从腔端加入；B右，从下端加入失踪分子。 1.2 锚定连接 锚定连接也叫斑块连接。由两大类蛋白组成： 细胞内锚定蛋白和跨膜粘连蛋白。 通过钙粘蛋白、整联蛋白、细胞骨架体系以及细胞外基质 的相互作用, 将相邻两细胞或细胞与细胞外基质连接在一起。 根据跨膜蛋白是与微丝相连还是与中间纤维相连 锚定连接 根据跨膜蛋白是
4、与微丝相连还是与中间纤维相连,锚定连接 有两类不同的形式： 与中间纤维相连的锚定连接：包括桥粒和半桥粒； 与肌动蛋白纤维相连的锚定连接：包括粘着带与粘着斑。2011-12-13 2 与中间丝相连的锚定连接：桥粒、 半桥粒。 与肌动蛋白丝相连的锚定连接： 黏合带、黏着斑。 连接蛋白：膜整合蛋白钙黏蛋白 或整联蛋白，连接胞内锚定蛋白 和胞外基质蛋白或其他细胞的粘 连蛋白。外周蛋白细胞内锚蛋白 连接粘连蛋白和细胞骨架（中间 丝或微丝）。 锚定细胞 分散作用力 在需承 锚定细胞，分散作用力，在需承 受机械力的组织中锚定连接丰富。 粘合带位于紧密连接下方 上皮 细 胞 锚 定 连接 ：细 胞骨 架纤维
5、使 细胞 连为一 体 。 锚定连接连接模式：细胞骨架纤维微丝或中 间丝结合蛋白连接蛋白细胞或胞外基质 桥粒和半桥粒 桥粒：连接两个细胞。 跨膜粘连蛋白：钙黏蛋白（桥 粒芯蛋白，桥粒芯胶黏蛋白）。 胞内锚蛋白：桥粒斑珠蛋白， 桥粒斑蛋白。 半桥粒：连接细胞与胞外基质。 桥粒位于粘 合带 下方 跨膜粘连蛋白：整联蛋白，整 联蛋白连接到胞外层粘连蛋白 上。层粘连蛋白主要存在于基 膜中。 桥粒显著特征是胞内锚蛋白形 成盘状致密斑。 半桥 粒连接上 皮 细 胞基 面和基膜 桥粒：A，小鼠肠上皮细胞中桥粒；B，发育中 蝾螈细胞中桥粒。 桥粒模式图。 桥粒和半桥粒在小肠上皮细胞中的分布：上皮 细胞角蛋白纤维
6、（中间丝的一种）通过桥粒 （细胞间）、半桥粒（细胞基膜间）间接连成 一体。 黏合带与黏合斑 黏合带：细胞与细胞之间锚定，常位于上皮细胞紧密连接下方。 跨膜粘连蛋白：钙黏蛋白。 细胞内锚蛋白：微丝结合蛋白，如连环蛋白（连接钙黏蛋白和微丝）、 纽蛋白（连接钙黏蛋白或踝蛋白和微丝） 、辅肌动蛋白（连接不 同的微丝束）等。 平行排列的微丝束结合肌球蛋白可产生运动。在动物胚胎发育过程中 使锚结起来的上皮层发生弯曲形成神经管等结构。 使锚结起来的上皮层发生弯曲形成神经管等结构。 黏合斑：细胞与胞外基质之间的锚定。 跨膜粘连蛋白：整联蛋白。结合的胞外基质主要是胶原和纤连蛋白。 胞内锚蛋白：踝蛋白（连接整联蛋
7、白和微丝）、纽蛋白、辅肌动 蛋白、filamin （细丝蛋白，连接整合蛋白和微丝）等。 黏合斑在肌肉，肌键及细胞贴壁生长中常见。可维持细胞张力，传递 生长信号。 小肠 上 皮 细胞 黏合带 与 微 丝 相连 黏着 斑复 合体 . (Figure by MIT OCW.) 免疫荧光显示成纤维细胞微丝（绿）和黏着斑（红）。 By Christoph Moehl2011-12-13 3 粘合带结构模型：钙黏蛋 白连接 一种软体动物上皮细胞间 的间壁连接（septate junctions）：间壁连接 是存在于无脊椎动物上皮 细胞的锚定连接。连接蛋 白呈梯子状排列，形状非 常规则，连接的细胞内骨 架成
8、分为肌动蛋白纤维。 1.3 通讯连接 1）动物细胞：间隙连接和化学突触。 间隙连接（gap junction）：分布在除骨骼肌和血细胞外所有的组织细胞上。 连接子（connexon）：6个相同（相似）的跨膜蛋白排列成环形。中间形成约 1.5nm的亲水通道。相邻细胞的连接子对接形成间隙连接结构。 连接子蛋白有多种，具有较高的同源性。多数细胞可表达一种或几种连接子 蛋白。 可通过分子量小于1000的极性分子，蛋白、核酸、多糖等大分子不能通过， 一种特殊的细胞连接方式，它除了有机械的细胞连接作用之外， 还具有传递信 息功能。 不同类型的连接子往往对物质通透具有偏好性，而且受pH值和Ca2+浓度、胞
9、外化学信号、两侧电压梯度、蛋白激酶等因素的调节，不同组织细胞间的连 接子甚至没有通透性。 间隙连接在组织细胞代谢耦联，信号分子耦联，神经细胞电突触传递神经冲 动信息（大多电突触是双向传递的，也有单向传递的电突触） ，心肌平滑肌 细胞间电耦联协调收缩运动，卵泡及早期胚胎发育过程中有重要作用。 化学突触：可兴奋细胞之间的连接。电信号（动作电位）和化学信号（神经 递质）转换的区域。 培养 的成 纤 维 细胞 间隙连 接 电镜照 片 ： B ，冷 冻 断 裂 。 根据不同Ca 2+ ,H + 浓度下连接子电镜图假想的连接子 开闭变化模型：通过连接子但白扭动开关通道。 连接 子 ： 左， 连接 子电 镜
10、照 片 ；右， 间 隙连 接模型 荧光分子注射法检测间隙连接通过亲 水性分子大小 化学 突触 的结 构模 型 化学突触的结构（具有小囊泡的一侧为突触前膜） 化学 突触 的结 构模 型 化学 突触 的结 构模 型 2）植物细胞：胞间连丝。 胞间连丝：细胞分裂时形成的或后期胞壁融通形 成的原生质丝，可能具有选择通透性。小分子物 质及蛋白、核酸、病毒、细胞器等都可通过。光 面内质网常位于连丝中心成链样管，它和质膜之 间的环孔两端较窄，可能有调节通透的作用。胞 间连丝随细胞发育通透性可能改变。 病毒可分泌运动蛋白扩大胞间连丝孔径，使病毒 可以通过胞间连丝进入其他细胞。 胞间连丝结构模型：植物中细胞通过
11、胞间连丝组成共质体 一种水 蕨 的胞间连丝 几类细胞连接的比较 细胞骨架在细胞黏着中起重要作用.2011-12-13 4 细胞连接间的比较 封闭连接 紧密连接 上皮组织 锚定连接 连接肌动蛋白 粘着带 上皮组织 粘着斑 体外培养细胞 锚定连接 连接中间纤维 桥粒 心肌 表皮组织 半桥粒 上皮细胞基部 通讯连接 间隙连结 大多数动物细胞中 化学突触 神经细胞间和神经肌肉间 胞间连丝 植物细胞间 2 细胞黏着及其分子基础 所谓的细胞粘着是指在细胞识别的基础上，细 胞发生聚集或形成细胞团与组织的过程 。 参与细胞粘着的分子，叫粘着分子。 粘着方式：同亲型粘着、异亲型粘着和衔接分子 依赖性结合三种。
12、细胞黏着分子 细胞黏着具有组织特异 性。 细胞间或细胞与基质间 识别、黏着，依赖黏着 分子间或黏着分子与基 质间的识别和黏着。 黏着分子均为整合膜蛋 白。 黏着分子三种黏着方式： 同亲型结合、异亲型结 合、衔接分子依赖性结 合。 黏着分子种类：钙黏蛋 白（同亲型），选择素 （异亲型），免疫球蛋 白类（同亲或异亲型）， 整联蛋白（异亲型）。 在组织形成的两个最基本的途径：1，细 胞分裂后通过细胞间或细胞与基膜等的黏 着在分裂处与其他细胞形成组织。如多种 上皮细胞。2，细胞通过迁移进入其他区 域分裂分化为相应组织。如胚胎发育中神 经嵴细胞迁移到外周分化形成外周神经节 中神经元和髓鞘细胞。两种形式均
13、离不开 细胞黏着。 细胞粘附分子的作用方式：其中衔 接分子依赖性结合较少见。 通过标记检测细胞黏着特性：相同器官组织的细 胞可以互相识别并粘着在一起。同型组织细胞之 间的黏着甚至超越种的界限。retina视网膜， aggregate团。 2.1 钙黏蛋白（cadherin）同亲型钙依赖性黏着糖蛋白 不同细胞、细胞不同生长阶段钙黏蛋白种类和数量可能不同。 E钙黏蛋白是哺乳动物胚胎发育过程中第一个表达的钙黏蛋白。 结构：钙粘素分子结构同源性很高，其胞外部分形成5或6个结构域，其 中4个同源，均含Ca 2 结合部位。往往形成二聚体或多聚体，钙离子结 合越多刚性越强。 名称 主要分布组织 哺乳动物细胞
14、表面的主要钙粘蛋白分子 名称 主要分布组织 E-钙粘蛋白 着床前的胚胎、上皮细胞（在带状粘合处特别集中） P-钙粘蛋白 胎盘滋养层细胞、心、肺、小肠 N-钙粘蛋白 胚胎中胚层、神经外胚层、神经系统（脑、神经节）、心、肺 原钙黏蛋白 中枢神经系统神经元 R-钙粘蛋白 视网膜神经细胞、神经胶质细胞 VE-钙粘蛋白 内皮细胞 desmoglein 桥粒 desmocollin 桥粒 钙粘蛋白的作用： 1）介导细胞连接：在成年脊椎动 物，E-钙粘蛋白是保持上皮细胞 相互粘合的主要细胞黏着分子， 是粘合带的主要构成成分。桥粒 中的钙粘素就是desmoglein及 desmocollin。 2）参与细胞分
15、化：钙粘蛋白对于 胚胎细胞的早期分化及成体组织 （尤其是上皮及神经组织）的构 筑有重要作用。在发育过程中通 过调控钙粘蛋白表达的种类与数 量可决定胚胎细胞间的相互作用 量可决定胚胎细胞间的相互作用 （粘合、分离、迁移、再粘合）， 从而通过细胞的微环境，影响细 胞的分化，参与器官形成过程。 3）抑制细胞迁移：很多种癌组织 中细胞表面的E钙粘蛋白减少或消 失，以致癌细胞易从瘤块脱落， 成为侵袭与转移的前提。因而有 人将E钙粘素视为转移抑制分子。 钙粘素结构模型2011-12-13 5 在神经系统发育过程中E 钙黏蛋白和N 钙 黏蛋白的 分 布： Immuno-fluorescence microg
16、raphs of a cross-section of a chick embryo showing the developing neural tube labeled with antibodies against E-cadherin (A) and N-cadherin (B). Note that the overlying （外 围覆盖 ） ectoderm （外 胚层） cells express only E-cadherin, while the cells in the neural tube have lost E-cadherin and have acquired N
17、-cadherin. (Kohei Hatta and Masatoshi Takeichi.) 神经管发育三个阶段上皮细胞表达钙黏蛋白的种类： (a) E-cadherin is expressed in the very early stages. (b) During the development of the neural plate there is loss of E-cadherin expression and an increase in expression of N- cadherin. (c) During the development of the notocho
18、rd （脊索）and condensation（凝聚） of somites（体节） there is increased expression of N- E- and P-cadherin. Notochord脊索。Neural crest 神经嵴。www.rcsed.ac.uk 2.2 选择素（selectin） 是异亲型依赖钙离子糖蛋白。 选择素的胞外区由三个结构 域构成：N端的C型凝集素结 构域是结合和识别其他细胞 表面糖配体的区域，EGF样 结构域，重复次数不同的补 体结合蛋白结构域。 E - 选择素及P-选择素所识别 与结合的糖配体为唾液酸化 及岩藻糖化的N乙酰氨基乳 糖结构（s
19、LeX及sLeA）。 sLeA结构存在于髓系白细胞 表面（其中包括L选择素）分 子中。 选择素结构模型 P - 选择素贮存于血小板的颗粒及内皮细胞的Weibel-Palade小体。炎症时 活化的内皮细胞表面首先出现P选择素，随后出现E选择素。它们对于召集 白细胞到达炎症部位具有重要作用。 E - 选择素存在于活化的血管内皮细胞表面。炎症组织释放的白细胞介素I （IL-1）及肿瘤坏死因子（TNF）等细胞因子可活化脉管内皮细胞，刺激E 选择素的合成。 L - 选择素广泛存在于各种白细胞的表面，参与炎症部位白细胞的出脉管过 程,淋巴细胞归巢与L选择素有关。白细胞表面L选择素分子上的sLeA与活 化的
20、内皮细胞表面的P选择素及E选择素之间的识别与结合，可召集血液中 快速流动的白细胞在炎症部位的脉管内皮上减速滚动，最后穿过血管进入 炎症部位。 白细胞在选择素和整联蛋白作用下沿血管内皮滚动、黏着和穿过内皮 炎症部位内皮细胞选择素识别及瞬时结合白细胞表面糖链： (A) The lectin domain （凝集素结构域） of P- selectin（P-选择素） binds to the specific oligosaccharide（低聚糖） shown in (B), which is present on both cell- surface glycoprotein（糖蛋白） and
21、glycolipid（糖脂） molecules. The lectin domain of the selectins is homologous（同源） to lectin domains found on many other carbohydrate-binding proteins in animals; because the binding to their specific sugar ligand（配体） requires extracellular Ca 2+ , they are called C-type lectins（C型 凝集素）. A three-dimensi
22、onal structure of one of these lectin domains, determined by x-ray crystallography, is shown in (C); its bound sugar is colored blue. Gal = 半乳糖; GlcNAc = N-乙酰氨基葡萄糖; Fuc = 岩藻糖; NANA = 唾液酸. 2.3 免疫球蛋白超家族 免疫球蛋白超家族（Ig-SF）包括分子结构中含有免疫球蛋白（Ig）样结 构域的所有分子，一般不依赖于Ca 2 。免疫球蛋白样结构域系指借二硫 键维系的两组反向平行折叠结构。除免疫球蛋白外，还包括T细
23、胞受体， B细胞受体，主要组织相容性抗原及细胞粘附分子（Ig-CAM）等。 I g - S F 细胞粘附分子有的属于同亲性细胞粘附分子，如各种神经细胞粘附 分子（N-CAM）及血小板-内皮细胞粘附分子（Pe-CAM）；有的属于亲 异性粘附分子，如细胞间粘附分子（I-CAM）及血管细胞粘附分子（V- 异性粘附分子，如细胞间粘附分子（ C ）及 管细胞粘附分子（ CAM）等。I-CAM及V-CAM的配体都是整联蛋白。 N - C A M 有20余种异型分子，由同一基因编码，转录物不同剪切及糖基化 不同形成。它们在神经发育及神经细胞间相互作用上有重要作用。 I - C A M 及V-CAM在活化的血
24、管内皮细胞表达。炎症时，活化的内皮细胞表 面的I-CAM可与白细胞表面的 L 2 及巨噬细胞表面的 M 2 相结合；V-CAM 则可与白细胞的 4 1 整联蛋白相结合。它们继上述选择素介导的白细胞与 内皮细胞的粘合作用之后使在内皮上滚动的白细胞固着于炎症部位的脉管 内皮，并发生铺展，进而分泌水解酶而穿出脉管壁。 Ig-SF的结构模型2011-12-13 6 2.4 整联蛋白（整合素） 整联蛋白（integrin）大多为亲异性细胞粘附 分子，依赖Ca 2 或Mg 2+ 。介导细胞间及细胞 与细胞外基质间的相互作用。普遍存在于脊椎 动物细胞表面。 整联蛋白是由 和两个糖基化亚单位形成的 异二聚体。
25、迄今已发现24种亚单位和9种亚 单位。亚单位的N端有结合二价阳离子的结构 域。大多数整联蛋白 亚基可与肌动蛋白结合 蛋白等结合，与细胞骨架相连。多数整联蛋白 胞外段有识别结合胞外基质RGD(Arg-Gly-Asp) 胞外段有识别结合胞外基质RGD(Arg Gly Asp) 序列的结构域，通过此结构域与基质相连。 含 1 亚单位的整合素主要介导细胞与细胞外基 质成分之间的粘附。含 2 亚单位的整合素主要 存在于各种白细胞表面，介导细胞间的相互作 用。 3 亚单位的整合素主要存在于血小板表面， 介导血小板的聚集，并参与血栓形成。 6 4 以 层粘连蛋白为配体，参与形成半桥粒。 整联蛋白结构模型 血
26、小板与白细胞表面整联蛋白常需 信号的激活，如血液凝固中血小板 整联蛋白激活和炎症信号激活白细 胞整联蛋白。整联蛋白还可以向细 胞内传递黏着信号使细胞得以正常 生长。 半桥粒处的 6 4 整合素 整联蛋白的活性受一些因素的调节：A，细胞外激活因子激活整联 蛋白（如白细胞黏着于内皮细胞）；B，细胞内整联蛋白尾部酪氨 酸磷酸化使微丝结合能力减弱，也减小连接细胞外基质的能力。 整联蛋白结构及结合模式 2.5 透明质酸粘素 透明质酸粘素（hyaladherin）包括可结合透明质酸糖链的一类分 子，具有相似的氨基酸序列和空间构象。CD44族是其中的一个 成员，分子量范围为85 KD250KD，介导细胞与细
27、胞间及细胞与 细胞外基质间的相互作用，同样是由胞外，跨膜及胞质三个部分 构成的糖蛋白，糖链为硫酸软骨素及硫酸乙酰肝素。CD44肽链 的N端可结合透明质酸 故CD44也被视为透明质酸的受体 的N端可结合透明质酸，故CD44也被视为透明质酸的受体。 CD44的功能包括：与 透明质酸、纤粘连蛋白及胶原结合，介 导细胞与细胞外基质之间的粘附；参与细胞对透明质酸的摄取 及降解；参与淋巴细胞归巢；参与T细胞的活化；促进细 胞迁移。 CD44在很多种肿瘤细胞的表达比相应正常组织为高，并与肿瘤 细胞的成瘤性、侵袭性及淋巴结转移性有关。 3 细胞外基质(extracellular matrix ，ECM) 多细
28、胞生物细胞并不都是紧密排列的，有些组织细 胞外存在空间，这些空间由细胞分泌的蛋白和多糖 组成的网架填充，细胞连接到这些被称为胞外基质 的网架上。 构成胞外基质的大分子种类繁多，可大致归纳为四 大类：胶原，粘连糖蛋白，蛋白聚糖，弹性蛋白。 结缔组织中胞外基质含量较高。 细胞外基质的组分及组装形式由所产生的细胞决定， 并与组织的特殊功能需要相适应。 细胞被充满细胞外基质的空间所包 围：小鸡胚胎翅芽，细胞尚未分化 成型 上皮 细 胞 层 下 的结 缔 组织 ： It consists largely of extracellular matrix that is secreted by the fi
29、broblasts. 细胞外基质的成分 上皮组织下的细胞外基质：dermis 真皮cornified角质化reticular网状 3.1 胶原（collagen） 胶原是动物体内含量最丰富的蛋白质，约占人体蛋白质总量的25以上。 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。 目前已发现的胶原至少有26种，为胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白。 功能：在胞外基质中含量最高，刚性和抗张力强度大，构成细胞外基质骨 架。赋予结缔组织韧性和抗张性。 酶和酸去除糖蛋白、糖胺聚糖和蛋白聚糖后 大鼠角膜扫描电镜图：胶原包围的成纤维细 胞。 鸡胚胎皮肤结缔组织中成纤维细胞（内质网丰富，
30、分泌胶原等 蛋白）被交叉分布的成束胶原包围。 C. Ploetz et al. 2011-12-13 7 胶原分子结构 各型胶原都是由三条相同或不同的肽链形成三股螺旋（原胶原） 为基本单位构成的。其中型胶原含量最丰富，分布最广泛。 原胶原平行排列成较粗大的束，成为光镜下可见的胶原纤维，抗 张强度超过钢筋。 原胶原三股螺旋由相同或不同的肽链链构成。 每条链由重复的Gly-X-Y序列构成。X常为Pro（脯氨酸），Y常 为羟脯氨酸或羟赖氨酸残基。重复的Gly-X-Y序列使链卷曲为左 手螺旋，三股这样的螺旋再相互盘绕成右手超螺旋，即原胶原。 原胶原分子间通过侧向共价交联，相互呈阶梯式有序排列聚合成 直
31、径50200nm、长150nm至数微米的胶原纤维，在电镜下可见 直径50 200nm、长150nm至数微米的胶原纤维，在电镜下可见 间隔67nm的横纹。原胶原间的交联键是由侧向相邻的赖氨酸或羟 赖氨酸残基被细胞外的赖氨酸氧化酶氧化后所产生的两个醛基间 进行缩合而形成的。 原胶原共价交联后成为具有抗张强度的不溶性胶原。胚胎及新生 儿的胶原因缺乏分子间的交联而易于抽提。随年龄增长，交联日 益增多，皮肤、血管及各种组织变得僵硬，成为老化的一个重要 特征。 胶原的结构（左模式图，右电镜照 片）： Gly-X-Y序列， X ， Y 任意氨 基酸，但 X 常为Pro ， Y常为羟脯氨 酸或羟赖氨酸.甘氨酸
32、位于三螺旋的中 央。 胶原 的 类 型 及 分 布 赖氨酸和脯氨酸羟基化结构 胶原蛋白的合成与加工修饰 人 1 （）链的基因含51个外显子，因而基因转录后的拼接十分 复杂。翻译出的肽链称为前链，其两端各具有一段不含Gly-X-Y 序列的前肽。三条前链的C端前肽借二硫键形成链间交联，使三 条前链“对齐”排列。然后从C端向N端形成三股螺旋结构。前 肽部分则呈非螺旋卷曲。带有前肽的三股螺旋胶原分子称为前胶 原（procollagen）。前胶原分泌到细胞外后前肽被蛋白酶切除。 胶原变性后不能自然复性重新形成三股螺旋结构，原因是成熟胶 胶原变 能复新成螺 旋 原是 成胶 原分子的肽链不含前肽，故而不能再
33、进行“对齐”排列。 前链在粗面内质网上合成，在内质网中形成三股螺旋之前于脯 氨酸及赖氨酸残基上进行羟基化修饰，羟基化反应是在与膜结合 的羟基化酶的催化下进行的。维生素C是羟基化酶所必需的辅助 因子。维生素C缺乏导致胶原的羟化反应不能充分进行，不能形 成正常的前胶原，结果非羟化的前链在细胞内被降解。因而， 膳食中缺乏维生素C可导致血管、肌腱、皮肤变脆，易出血，称 为坏血病。 胶原合成及加工和修饰。 原胶原间和内部共价连接：赖氨酸氧化酶（细胞外）氧化赖氨酸或羟赖氨酸残基形成醛，醛 基间或醛基与赖氨酸或羟赖氨酸残基自发共价连接，连接多发生在非螺旋区的头和尾部。 胶原横纹形成（负染） 胶原横纹 胶原的
34、组织 不同的组织拥有特定的胶原种类，和胶原排列、连接方式等，以 适应特定的功能。胶原的组织方式与分泌胶原的细胞和胶原的种 类有关。 蝌蚪皮肤胶原纤维类似胶合板样排 列。在成熟的骨中及角膜中也有类 似的结构。 组织中胶原种类的不同影响胶原空间排布：胶原间 的相互连接，IX胶原连接到II型胶原组成的纤维上2011-12-13 8 培养中的鸡胚（4天）心脏组织块之间形成直线型胶原连接纤维：可能是两个组织块 的成纤维细胞拉动胶原培养铺层中的胶原纤维形成。(D. Stopak and A.K. Harris。 3.2 弹性蛋白（elastin） 结构：弹性蛋白是高度疏水的非糖基化蛋白。由二种类型短肽段
35、交替排列构成。一种是疏水短肽赋予分子以弹性；另一种短肽为 富丙氨酸及赖氨酸残基的螺旋，负责在相邻分子间形成交联。 弹性蛋白的氨基酸组成似胶原，也富于甘氨酸及脯氨酸，但很少 含羟脯氨酸，不含羟赖氨酸，没有胶原特有的Gly-X-Y序列，故不 形成规则的三股螺旋结构 弹性蛋白分子间的交联比胶原更复杂 形成规则的三股螺旋结构。弹性蛋白分子间的交联比胶原更复杂。 通过赖氨酸残基参与的交联形成富于弹性的网状结构，原胶原连 接的赖氨酸氧化酶也参与弹性蛋白的交联。 功能：弹性蛋白组成的纤维网络赋予组织以弹性，存在与拉伸能 力强的组织中(如脉管壁、肺部组织，少量存在于皮肤、肌键、疏 松结缔组织）。 弹性蛋白结构
36、模型 狗的主动脉管外纵行排列的弹性纤维网 (K.S. Haas et al.) 3.3 糖胺聚糖与蛋白聚糖 3.3.1 糖胺聚糖（glycosaminoglycan，GAG） 结构：GAG是由重复二糖单位构成的无分枝长链多糖。其二糖单位通 常由氨基已糖（氨基葡萄糖或氨基半乳糖）和糖醛酸组成，但硫酸角 质素中糖醛酸由半乳糖代替。 种类：糖胺聚糖依组成糖基、连接方式、硫酸化程度及位置的不同可 分为六种，即：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、 肝素、硫酸角质素。 功能：除透明质酸及肝素外，其他几种糖胺聚糖均不游离存在，而与 核心蛋白质共价结合构成蛋白聚糖。含负电荷较多，在基质中形成胶
37、核心蛋白质共价结合构成蛋白聚糖。含负电荷较多，在基质中形成胶 体，产生彭压，赋予组织抗压能力，并使细胞易于运动和迁移。透明 质酸在关节中其润滑作用。 氨基聚糖 二糖单位 硫酸基 分布组织 透明质酸 葡萄糖醛酸，N-乙酰葡萄糖 0 结缔组织、皮肤、软骨、玻璃体、滑液 硫酸软骨素 葡萄糖醛酸，N-乙酰半乳糖 0.2-2.3 软骨、角膜、骨、皮肤、动脉 硫酸皮肤素 葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸，N-乙酰葡萄糖 1.0-2.0 皮肤、血管、心、心瓣膜 硫酸乙酰肝素 葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸，N-乙酰葡萄糖 0.2-3.0 肺、动脉、细胞表面 肝素 葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸，N-乙酰葡萄糖 2.0-3.0 肺、肝
38、、皮肤、肥大细胞 硫酸角质素 半乳糖，N-乙酰葡萄糖 0.9-1.8 软骨、角膜、椎间盘 主要糖胺聚糖分子结构及分布 透明质酸（hyaluronic acid,HA）是唯一不发生硫酸化的氨基聚糖，其糖链特 别长。糖胺聚糖一般由不到300个单糖基组成，而HA可含10万个糖基。在溶 液中HA分子呈无规则卷曲状态。如果强行伸长，其分子长度可达20 m。HA 整个分子全部由葡萄糖醛酸及乙酰氨基葡萄糖二糖单位重复排列构成。由于 HA分子表面有大量带负电荷的亲水性基团，可结合大量水分子，因而即使浓 度很低也能形成粘稠的胶体，占据很大的空间，产生膨压。 细胞表面的HA受体为CD44及其同源分子，所有能结合H
39、A的分子都具相似的 结构域。 H A 虽不与蛋白质共价结合，但可与许多种蛋白聚糖的核心蛋白质及连接蛋白 参成 质借非共价键结合而参加蛋白聚糖多聚体的构成，在软骨基质中尤其如此。 硫酸皮肤素 iduronic acid，艾杜糖醛酸。 硫酸集团和羧基使其带大量负电荷。 左，蛋白聚糖；中，蛋白聚糖多聚体；右，氨基。chondroitin sulfate硫酸软骨素，keratan sulfate硫酸角质素。2011-12-13 9 3.3.2 蛋白聚糖（proteoglycan） 结构：蛋白聚糖是糖胺聚糖（除透明质酸外）与核心蛋白的共价结合物。内 质网上合成的核心蛋白质的丝氨酸残基可在高尔基体中装配上
40、糖胺聚糖链。 核心蛋白糖基化过程：通过逐个转移糖基首先合成由四糖组成的连接桥（Xyl 木糖-Gal-Gal-GlcUA），然后再延长糖链，并对所合成的重复二糖单位进行 硫酸化等修饰。一个核心蛋白质分子上可以连接1至100个以上GAG链。与一个 核心蛋白质分子相连的GAG链可以是同种或不同种的。 蛋白聚糖多聚体：许多蛋白聚糖单体常借助连接蛋白以非共价键与透明质酸 蛋白聚糖多聚体：许多蛋白聚糖单体常借助连接蛋白以非共价键与透明质酸 形成多聚体。核心蛋白质的N端序列与CD44分子结合透明质酸的结构域具有同 源性，故亦属透明质酸粘素家族。多聚体的分子量可达108KD以上，体积可超 过细菌。如构成软骨的
41、Aggrecan，其GAG主要是硫酸软骨素，但还有硫酸角质 素。 功能：蛋白聚糖以单分子或多聚体行使其功能，软骨中蛋白聚糖多聚体赋予 其凝胶样特性和抗变形能力，其含量不足或代谢障碍可引起长骨发育不良， 四肢短小。蛋白聚糖可与多种生长因子结合，有利于细胞表面受体结合这些 激素。 蛋白聚糖结构。 Xylose，木糖。 胎牛软骨中的一种蛋白聚 糖多聚体 大鼠软骨胞外基质中蛋白聚糖形成纤维网络，胶原嵌入其中，网络中染色深的为核心蛋白。染色浅的 为糖胺聚糖。低温快速冷冻固定，冷冻置换染色。 (E.B. Hunziker et al.) 3.4 纤粘连蛋白和层粘连蛋白 纤粘连蛋白和层粘连蛋白是细胞外介导胞
42、外基质间及胞外基质间 与细胞间连接的两种糖蛋白，蛋白结构中有多个结合不同胞外基 质的结构域，并有RGD序列，是细胞膜上整联蛋白结合位点。 3.4.1 纤粘连蛋白（fibronectin，FN） 纤粘连蛋白是一种大型的糖蛋白，分子含糖4.59.5，纤粘连 蛋白可将细胞连接到细胞外基质上。纤粘连蛋白以可溶形式存在 于血浆及各种体液中（血浆纤粘连蛋白）；以不溶形式存在于细 胞外基质及细胞表面（细胞纤粘连蛋白） 。 纤 纤粘连蛋白将细胞连接到细胞外基质上 纤 粘连 蛋 白 的 结构 模 型 结构：各种纤粘连蛋白均由相似的亚单位组成。由二条相似的肽链在 C端借二硫键联成的V字形二聚体。细胞纤粘连蛋白为多
43、聚体。在人 体中目前已鉴定的纤粘连蛋白亚单位就有20种以上。它们都是由同一 基因编码的产物。转录后由于拼接上的不同而形成多种异型分子。每 条纤粘连蛋白肽链约含2450个氨基酸残基，整个肽链由三种类型（、 、）的模块重复排列构成。具有57个有特定功能的结构域，由 对蛋白酶敏感的肽段连接。这些结构域中有些能与其它胞外基质结合， 使细胞外基质形成网络；有些能与细胞表面的受体结合，使细胞附着 在胞外基质上。 纤粘连蛋白肽链中的 些短肽序列可被细胞表面的各种纤粘连蛋白受 纤粘连蛋白肽链中的一些短肽序列可被细胞表面的各种纤粘连蛋白受 体识别与结合。如，在肽链中央的与细胞相结合的模块中存在RGD （Arg-
44、Gly-Asp）序列，为与细胞表面整联蛋白识别与结合的部位。 化学合成的RGD三肽可抑制细胞在纤粘连蛋白基质上粘附。 细胞纤粘连蛋白通过细胞表面受体指导，使分子间通过二硫键相互交 联，组装成纤维。这种纤维只存在于某些细胞（如成纤维细胞）表面。 功能：使部分胞外基质（胶原、糖胺聚糖、蛋白聚糖等）成网，锚定 细胞于胞外基质上，促使细胞迁移，凝血（结合血纤维蛋白）及创伤 修复。 3.4.2 层粘连蛋白（laminin，LN） 结构：层粘连蛋白分子由一条重链 （）和二条轻链（、）借二硫键 交联而成，外形呈十字形。层粘连蛋 白分子中至少存在8个与细胞结合的 位点。如在长臂上有IKVAV五肽序列 可与神经
45、细胞结合，并促进神经生长。 链上的RGD序列可与整联蛋白结合。 现已发现7种层粘连蛋白分子，8种 亚单位（ ）分 亚单位（ 1 , 2 , 3 , 1 , 2 , 3 , 1 , 2 ）分 别由8个结构基因编码。 层粘连蛋白是含糖量很高（占15-28 ）的糖蛋白，具有50条左右N连接 的糖链。层粘连蛋白的多种受体是识 别与结合其糖链结构的。 功能：层粘连蛋白主要分布于胚胎和 基膜中。连接胞外基质组成基膜并使 细胞连接在基质上。 层粘连蛋白的结构模型： heparan乙酰肝素， neurite神经轴突，entactin巢蛋白。2011-12-13 10 几种主要细胞外基质大分子比较。蛋白（绿），
46、多糖（红）。Tenascin，生键蛋白，一种特殊的纤 粘连蛋白；fibrillar collagen，纤维状胶原； hyaluronan透明质酸；decorin，饰胶蛋白聚糖 ，可与胶 原、纤连蛋白结合维持胶原立体结构，调控胶原直径；perlecan，基膜蛋白聚糖；aggrecan, 蛋白聚糖。 胞外基质在组织中传递方向、极性及 次序信息，在细胞有序组成组织过程 中起重要作用。orient确定方向， vicinity邻近，propagate传递。 3.5 基膜 基膜是上皮细胞下方一层柔软的特化的细胞外基质，也存在于肌 肉、脂肪、血管内皮细胞和许旺细胞（schwann cell，一种外围 神经元
47、髓鞘外神经胶质细胞）周围。 结构：基膜中除层粘连蛋白和型胶原外，还具有巢蛋白 （entactin）、基膜蛋白聚糖 （perlecan）、饰胶蛋白聚糖 （decorin）等多种蛋白，其中层粘连蛋白与巢蛋白形成1:1紧密 结合的复合物，并通过巢蛋白与型胶原结合。 功能：基膜起支撑、保护、过滤（肾中）和隔离不同组织细胞作 用 ，还具有决定细胞的极性，影响细胞的代谢、存活、迁移、增 殖和分化功能 殖和分化功能。 基膜三种组织方式 ：1，围在特定细胞周围（如肌细胞）；2，位于上皮层细胞之下；3，介于两层细胞之 间（如在肾小球中） 鸡 胚 角膜 中的基膜 ： E ，上 皮细 胞 ， 多数 已 被 除去 ；
48、 BL ，基膜 ； C ，基膜 下结 缔 组织 胶原纤 维 网 ，与 基膜 下 表 面相 互 连 接 。 （ Robert Trelstad.) 基 接 基 膜分 子 结 构模型 ： B 中箭 头表 示 两者 可 直 接 连接 。 (P.D. Yurchenco and J.C. Schittny) IV 型胶原组装成的多层网络是基膜的 支架。 (Based on P.D. Yurchenco et al) 肾小 球微 细结 构 图 : 肾小 球 为 血 液 过滤 器 ， 肾小 球毛 细血 管 壁 构成 过滤 膜 ， 从内 到外有 三层 结 构 ：内层为内 皮 细胞层 ， 中层为 肾 小 球基膜 ， 外 层 为 上皮 细 胞 层 ， 上皮 细 胞 又 称 足细胞。（ a 基膜 ， b 上皮 细胞 ， c 内皮 细胞 d 系膜） 基膜等胞外基质在阻止细胞任意迁移、隔离细胞中起重要 作用：癌细胞的迁移扩散依赖其细胞表面受体结合的自身 合成的有活性的蛋白酶，此酶水解基膜等基质蛋白使癌细 胞得以穿过基膜进入血液中。癌细胞被编码非活性蛋白酶 的DNA转染，非活性蛋白酶大量表达竞争性结合细胞表面 受体，癌细胞虽合成有活性蛋白酶并可致瘤，但失去迁移 能力。 ， 神经肌肉间的连接基膜指导受损的肌细胞神经递 质受体和受损的神经突触在原受损位置集结或连 接。 3.6
