08-4-胞外基质在线视频

同学好

这一讲我们来谈谈细胞外基质

大家很容易理解

在多细胞生物体

每一个细胞作为细胞社会中的一个成员

彼此相互作用

它需要一个和谐稳定的生活环境

我们前面几讲主要学习了

细胞的表面、细胞的连接

还有黏附分子

依赖这些重要的结构和分子

那么细胞与细胞之间

细胞与它所处的环境之间

就发生着各种各样的细胞社会联系

那么我们由近及远

那么细胞表面邻近的周边环境

是怎么样的呢

都由哪些成分构成呢

这就是我们今天要讨论的主题

就是细胞外基质

简称为 ECM

它是由细胞分泌产生的

多种蛋白质和多糖大分子

构成的精密有序的结构网络

填充在细胞间隙并介导细胞的社会联系

从而构筑起细胞赖以生存的外部微环境

细胞外基质主要是由一些

蛋白质和多糖等生物大分子构成

主要包括

第一类我们称为胶原蛋白

胶原是细胞外最重要的

不溶于水的纤维蛋白

是构成细胞外基质的骨架

胶原的结构单位

是称为原胶原

原胶原肽链它的一级结构

含有称为脯甘氨酸的重复序列

通常是由甘氨酸、脯氨酸

或羟脯氨酸以及羟赖氨酸重复

构成一个长的多肽链

其中羟赖氨酸可发生糖基化的修饰

糖基在胶原中约占总量大约10%

所以胶原也是一种糖蛋白

那么胶原的结构模式

它是由三条α肽链盘绕

形成的一个三股螺旋的纤维结构

长度大约300nm

但是直径只有1.5nm

因此它是一个细长的

像绳子一样的结构

原胶原可以进一步交联成胶原纤维

继而可以形成

直径达到几个微米的胶原纤维

其中原胶原的三股螺旋

是维系胶原稳定和坚韧的重要结构基础

胶原的主要类型有10多种

最主要就称为是I型、II型、III型

和IV型胶原

其中前三种都是纤维状

它广泛分布于各种组织

细胞的胞外基质当中

而IV型胶原则不形成螺旋纤维

而以分子头对头相连接

形成三聚体

就不拧成三股螺旋状

然后这个头对头的三聚体

如果相互交联成网络结构

这四型胶原是各种基膜的重要构成成分

那么第二类细胞机制的重要成分

是弹性蛋白

弹性蛋白是弹性纤维的主要成分

它是由高度疏水的

非糖基化纤维蛋白质构成的

也就是说它也不溶于水

弹性蛋白由两种类型的短肽

交替排列构成

一种是疏水的短肽

从而赋予分子的弹性

还有一个称为交联肽

它负责把相邻的疏水肽有效的连接在一起

弹性蛋白当中疏水性氨基酸的含量

高达95%

而且它也不形成螺旋结构

那么这种丰富的疏水性氨基酸

是弹性蛋白的弹性的一个结构基础

弹性蛋白在皮肤结缔组织当中

特别的丰富

其交联网络是维持组织弹性

和塑形的重要结构基础

随着人们对胞外基质结构的认识

进一步的加深

发现细胞外基质当中还存在大量的

非胶原糖蛋白

它们既可以结合细胞

又可以结合胞外基质中的其它大分子

能够有效地把细胞与胞外基质

黏着成为一体

故又统称为黏着因子

这个黏着因子是存在于细胞外基质的当中

那么黏附分子是锚定在细胞膜上的

已发现黏着因子这类蛋白质

有数十种之多

这里我们简单地介绍两种

称为纤连蛋白和层连蛋白

首先我们看一下纤连蛋白

纤连蛋白在体内分布十分广泛

它既有可溶性形式存在于

血液和体液之中

也有一些不溶性的形式

结合在细胞外基质和细胞的表面

纤连蛋白的基本结构

它是一种大的纤维状糖蛋白

它的亚基分子量可以达到

220到250千道尔顿

就是kDa

含糖量大约在5%到10%

通常形成2聚体或多聚体

那么在纤连蛋白分子当中

它含有数十个保守的

纤连蛋白结构域

像这个胶原结合区域

肝素结合区域

整合素结合区域等等

那么这些结构域可分别

与不同的细胞外基质大分子

或者是细胞表面的特异性受体结构

相互作用相互结合

从而使这个纤连蛋白表现出多功能性

纤连蛋白的基本功能

是由它众多的功能结构域所决定的

主要介导以下生物学作用

首先就是它介导细胞黏着

它是细胞外基质的一个组织者

是交联的结点和相互作用的桥梁

那么第二个功能

它介导细胞的信号转导

纤连蛋白主要介导黏着信号

调控细胞的形状以及迁移运动

还有就是铺展 贴壁铺展

以及它的增殖等行为

比如在胚胎发育

血管的生成

肿瘤细胞的侵袭和转移过程的当中

纤连蛋白都起重要作用

那么纤连蛋白第三方面的功能是

组织修复和凝血作用

在创伤组织当中

纤连蛋白是促进伤口愈合的关键分子

下面我们再看看层连蛋白

层连蛋白主要存在于

这个细胞组织的基膜结构当中

是基膜中特有的非胶原糖蛋白

那么层连蛋白的基本结构

是含有α β γ三个亚基

那么这个三聚体的分子量合计

达到820kDa

它的含糖量比较高

大约在20%到35%

那么层连蛋白的三个亚基

它可以聚合成特定的空间结构

像一个十字形

这个十字架含有3个短臂和1个长臂

在每一个臂上面

都含有多种功能性结构域

那么层连蛋白的基本功能

它是作为基膜的一个重要结构成分

从而在基膜的组装当中

起关键作用

它的主要功能就是在这个细胞表面

形成网格结构

并将这个细胞固着在基膜上

那么下面我们再看一看糖氨聚糖

这种细胞基质的重要成分

它主要在结缔组织当中

充填细胞外基质的大部分空间

都是是由糖氨聚糖来充填的

它是一些亲水性的多糖

主要是糖氨聚糖

那么它的基本结构

是由重复的二糖单位聚合成的

没有分支的直链多糖

因为二糖当中有一个常为氨基糖

因而得名糖氨聚糖

主要的糖氨聚糖包括有像

透明质酸 硫酸软骨素 硫酸皮肤素

还有硫酸角质素以及肝素等等

那么它的基本功能

糖氨聚糖它具有极高的亲水性

从而赋予细胞外基质

抗压的能力

并且为组织提供机械支撑作用

另外 透明质酸具有优良的润滑作用

可以促进细胞的迁移和增殖

但是它阻止细胞的分化

另外像肝素

大家都知道它在抗凝血过程当中

发挥十分关键的作用

那么下面我们再看一看

蛋白质和多糖的复合体

称为蛋白聚糖

简称PG

蛋白聚糖是由糖氨聚糖

跟蛋白质结合形成的

含糖量非常高的糖蛋白

这个蛋白聚糖当中的糖的含量

甚至高达95%以上

它广泛分布于胞外基质和细胞的表面

除透明质酸外的糖氨聚糖

都可以与蛋白质结合形成蛋白聚糖

这个其中的蛋白质

我们把它称为是核心蛋白

蛋白聚糖还可以跟透明质酸

通过非共价的形式聚合

成为蛋白聚糖的多聚体

其分子质量可以高达10的8次方kDa

体积可以超过细菌

那么蛋白聚糖也有很大的亲水性

具有很强的抗压能力

缓冲机械的挤压

减轻冲撞对细胞的损伤

蛋白聚糖形成的水凝胶的胞外基质

允许生物大分子和细胞

可以在其中迁移运动

下面我们就谈一下

胞外基质跟细胞之间的互动

上面我们谈了胞外基质成分

跟细胞之间时时刻刻

都发生着密切的相互作用

那么对细胞的生物学行为

产生重要的影响

主要反映在以下几个方面

像 首先它影响细胞的生存

许多细胞类型的生存具有黏附依赖性

一旦脱离了胞外基质

它就会发生凋亡

第二方面 它决定细胞的形状

胞外基质决定细胞的极性

影响细胞骨架的装配

从而维持细胞的正常形态

第三方面 它还调节细胞的增殖

大多数细胞脱离胞外基质

它就不能增殖了

并且胞外基质的成分

对细胞的增殖具有促进

和抑制的双重效应

第四方面的功能

就胞外基质可以控制细胞的分化

也就是为细胞提供一个微环境

细胞通过与这种特定的微环境相互作用

而启动分化或者是维持未分化的状态

此外胞外基质的分子

还参与细胞的迁移和运动

胞外基质通过影响细胞黏附

和去黏附这个过程

参与对细胞迁移速度和方向的控制

并且常常为细胞的运动

提供一个支撑或“支架”

那么还有就是细胞对胞外基质

也有一定的主导和控制作用

这是相互的

那么细胞对胞外基质的这种作用体现在

两个方面

一个 所有的胞外基质成分

都是由细胞分泌产生的

因此 细胞可以通过控制

胞外基质成分的组成 含量

以及它的存在形式

并控制胞外基质的组装和结构

那么第二个方面

胞外基质成分的降解

是由细胞控制的

主要是通过细胞

来分泌一种特定的蛋白水解酶

来调控胞外基质的降解

那么 在接下来的几讲

我们将进一步从细胞信号转导与控制

这个方面来探讨细胞的社会联系

它的基本模式和分子机制

同学们下次课再见