细胞生物学——细胞外基质

细胞外基质的思维导图。包含细胞表面极其特化结构、质膜的分子结构、质膜的化学成分、质膜与细胞的物质运输等。

细胞外基质

• 组成成分
  • 胶状多糖
    • 糖胺聚糖
      • 由重复的双糖单位构成的无分支长链多糖，双糖包括氨基己糖和糖醛酸，糖基常被硫酸化
      • 透明质酸
        • 不发生硫酸化修饰
        • 溶液中，分子呈无规卷曲状态
        • ⒈分子表面的糖醛酸羧基结合阳离子，使结缔组织具有抗压和抗冲击能力 ⒉体液中，起润滑作用，减少摩擦，保护关节面 ⒊皮肤受紫外线照射受损后，帮助皮肤修复 ⒋帮助细胞运动与前移
      • 肝素
        • 体内的一种天然抗凝血物质
        • 常用作抗凝剂
      • 除透明质酸和肝素外，其他几种糖胺聚糖均不游离存在，而与核心蛋白共价结合构成蛋白聚糖
    • 蛋白聚糖
      • 是糖胺聚糖（除透明质酸外）与核心蛋白的丝氨酸残基共价结合而成的巨分子
      • 存在于所有结缔组织细胞外基质及许多细胞表面
  • 纤维蛋白
    • 胶原蛋白
      • 是动物组织中一类重要的结构性蛋白，是由动物的成纤维细胞合成的生物高分子，是一种白色、无支链、不透明的纤维型蛋白质。为疏水性纤维性蛋白，属于硬蛋白类。
      • 广泛存在于动物肌腱、韧带、软骨、皮肤及其它结缔组织中，是哺乳动物体内分布最广、含量最丰富的蛋白质
      • 主要构成细胞外基质的结构框架，起支撑器官、保护机体的功能，是组成细胞间质最重要的功能蛋白
      • 按功能：纤维胶原、成网状结构胶原、成串珠丝胶原等 按组织分布：纤维状胶原、软骨质胶原、玻璃状胶原、弹性胶原等 按组织源性：皮胶原、骨胶原、鳞胶原、肌腱胶原等
      • 基本结构是胶原分子 一级结构：甘氨酸起始的三肽重复序列 二级结构：由三条左手螺旋的α肽链以平行、右旋形式缠绕形成绳 索状右手超螺旋结构 三级结构：分子内和分子间存在多种交联 四级结构：原胶原分子依照一定规则平行排列成束
      • 主要由间质细胞产生 包括细胞内和细胞外两个阶段 胞内：合成于内质网，在高尔基复合体内加工，合成绳索状的前胶原分子，分泌出胞 胞外：去掉前肽，自我装配成明暗相间的胶原原纤维，再经糖蛋白黏合成粗细不等的胶原纤维
      • 降解速度一般较慢，可被胶原酶特异性降解
    • 非胶原蛋白
      • 纤连蛋白
        • 发现最早的非胶原蛋白
        • 广泛存在于动物组织和组织液中
        • 由2条近乎等大肽链组成的二聚体，两条肽链在C端以二硫键交联
        • 不同种纤连蛋白均为同一基因所编码，只是转录后的hnRNA剪接上有所差异，因而产生不同的mRNA，进一步翻译出不同的蛋白质
        • 进化过程中高度保守，因而不同来源的纤连蛋白可以相互替代使用
        • 按部位不同分类
          • 血浆纤连蛋白
            • 由两条相似的肽链在C端以二硫键交联形成的V字形二聚体
            • 主要来源于肝实质细胞，少量来源于血管内皮细胞，还以可溶形式存在于血浆及各种体液中
          • 细胞纤连蛋白
            • 借助链间的二硫键交联成纤维束
            • 根据位置不同分类
              • 表面纤连蛋白
                • 难溶于水
                • 主要由间质细胞分泌产生
                • 分布于细胞外基质中
              • 基质纤连蛋白
                • 一种不溶于水的纤连蛋白原纤维
                • 常聚集在细胞外基质中或沉积在细胞表面
                • 是构建间充质的主要纤连蛋白
          • 胎儿型纤连蛋白
        • 纤连蛋白结构域中Arg-Gly-Asp三肽序列是细胞外基质蛋白的特有序列，也是细胞识别的最小结构单位
        • 介导细胞黏连、帮助细胞运动与迁移、创伤修复，有利于血液凝固和创伤面修复
      • 层粘连蛋白
        • 是一种与细胞黏附密切相关的蛋白质
        • 广泛存在于哺乳动物胚胎及成体组织基膜中
        • 由1条重链和2条轻链构成，3条肽链借二硫键交联成不对称的十字形分子
        • ⒈基膜的重要成分 ⒉使细胞附于基膜上，并促进细胞生长 ⒊在胚胎发育早期保持细胞黏连、细胞极性和细胞分化 ⒋有助于神经元在体外存活，并在缺乏神经生长因子时促进中枢及周围各种神经元轴突的生长
    • 弹性蛋白
      • 是高度疏水的非糖基化蛋白
      • 呈无规卷曲，不发生糖基化修饰
      • 由疏水短肽和富含丙氨酸和赖氨酸残基的α螺旋交替排列构成，并在相邻分子间形成交联
      • ⒈参与形成弹性纤维 ⒉使组织具有弹性和回缩能力，保证组织器官的弹性功能 ⒊维持皮肤韧性，防止组织和皮肤撕裂及过度伸展
• 细胞外基质与医学
  • 胶原与医学
    • 因胶原含量、结构或类型异常而导致的疾病统称为胶原病
      • 婴儿坏血病
      • 遗传性胶原病
        • 成骨发育不全综合征
        • 皮肤弹力过度症
      • 胶原与纤维化
  • 非胶原蛋白与医学
    • 纤连蛋白与医学
      • 肾小球肾炎
      • 类风湿关节炎
      • 急性淋巴母细胞白血病
      • 恶性肿瘤
    • 层粘连蛋白与医学
      • 链球菌感染的肾小球肾炎
      • 锥虫病
      • 扩张性心肌病与心肌炎
  • 弹性蛋白与医学
    • 马方综合征
    • 先天性挛缩性蜘蛛样趾
    • 威廉斯综合征
  • 糖胺聚糖和蛋白聚糖与医学
    • 肿瘤
    • 动脉粥样硬化
    • 神经系统疾病
• 功能
  • 物理作用
    • 决定组织的牵张强度与弹性
    • 天然屏障作用
    • 生长因子的贮存库
  • 生物学功能
    • 决定细胞的形态结构
    • 影响细胞的存活与凋亡
    • 调节细胞增殖
    • 控制细胞分化
    • 参与细胞迁移
    • 调节细胞运动
      • 趋化作用
      • 促进细胞游走
      • 促进细胞铺展
    • 调节细胞代谢
  • 其他生物学功能
    • 加速血液凝固，促进创伤修复
    • 免疫学功能
    • 细胞信号转导作用
      • 与细胞外基质有关的细胞表面特异性受体
        • 整合素家族受体
        • 非整合素家族的受体
      • 调节细胞受体表达
• 基膜
  • 是上皮细胞基底面与深部结缔组织之间共同形成的薄膜
  • 由于基膜较薄，在HE染色切片上一般不易分辨；较厚的基膜用过碘酸-希夫染色呈粉红色，用镀银染色呈黑色
  • 由不同蛋白纤维组成的网状结构
    • 层粘连蛋白
      • 胚胎发育过程中最先合成的基膜成分
      • 具有与其他蛋白复合物结合的特殊位点
    • Ⅳ型胶原
      • 是基膜的网状钢架
      • 与慢性肝炎、肝硬化和肝癌疾病有关
      • 两者结合，形成分隔的交联网状结构
    • 巢蛋白
      • 分子呈哑铃状
    • 串珠蛋白聚糖
      • 基膜中最丰富的蛋白聚糖之一
  • 电镜下，分为三层 一、透明板，靠近上皮基底面，电子密度低的薄层 二、致密板，是电子密度高的均质层，由细丝状物质和无定形基质组成，由上皮细胞分泌产生 三、网板、由网状纤维和基质组成，由结缔组织的成纤维黏连细胞分泌产生，有的基膜无此层
  • ⒈连接上皮组织和结缔组织，对上皮组织起结构支撑作用 ⒉隔离细胞和结缔组织，是上皮细胞和内皮细胞的铺垫 ⒊是一种半透膜，具有选择性屏障作用 ⒋调节分子和细胞的运动，决定细胞的极性，影响细胞代谢、存活、迁移、增殖和分化
• 定义
  • 是由细胞分泌到细胞外空间，由蛋白和多糖等大分子组成的精密有序的网络结构