细胞生物学11细胞外基质ECM课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《细胞生物学11细胞外基质ECM课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 细胞生物学 11 细胞 基质 ECM 课件
- 资源描述:
-
1、细胞外基质细胞外基质 Extracellular Matrix,ECM北京大学医学部北京大学医学部基础医学院基础医学院细胞生物学系细胞生物学系主主 要要 内内 容容一、概述一、概述(Overview)二、二、ECM的分子组成、结构的分子组成、结构三、特化的三、特化的ECM基底膜基底膜(基膜基膜)四、细胞与四、细胞与ECM的相互作用的相互作用五、细胞外基质与疾病五、细胞外基质与疾病ECM的基本概念的基本概念:-是存在于细胞外间隙中的,主要由多种是存在于细胞外间隙中的,主要由多种不溶性大不溶性大分子分子构成的结构精细而错综复杂的网架结构;构成的结构精细而错综复杂的网架结构;-其其组成成分主要包括组
2、成成分主要包括:胶原、非胶原糖蛋白、弹:胶原、非胶原糖蛋白、弹性蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖性蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖概述概述(Overview)ECM结构示意图结构示意图ECM的分布:的分布:ECM存在于各种组织存在于各种组织-结缔组织及骨骼中结缔组织及骨骼中ECM含量丰富,且变化多样含量丰富,且变化多样w骨、牙:钙化基质,坚硬如岩石骨、牙:钙化基质,坚硬如岩石w肌腱、韧带:坚韧如绳索,适于承受张力肌腱、韧带:坚韧如绳索,适于承受张力w角膜:透明层,软而透明角膜:透明层,软而透明-脑、上皮和肌肉组织的脑、上皮和肌肉组织的ECM含量很少含量很少w上皮组织和肌肉组织的上皮组织和肌肉组织的ECM特化为
3、基膜特化为基膜(basement membrane,basal lamina)概述概述(Overview)ECM的作用:的作用:-支持、连接、保水和保护作用;支持、连接、保水和保护作用;-调节作用:细胞存活、增殖、分化、迁移、粘调节作用:细胞存活、增殖、分化、迁移、粘附及细胞死亡;附及细胞死亡;-参与组织的创伤修复;参与组织的创伤修复;-参与肿瘤细胞的侵袭与转移;参与肿瘤细胞的侵袭与转移;-参与胶原病、心血管病、骨关节病等的发生参与胶原病、心血管病、骨关节病等的发生概述概述(Overview)(一一)胶原胶原 collagen(二二)非胶原糖蛋白非胶原糖蛋白 non-collagenous g
4、lycoprotein(三三)弹性蛋白弹性蛋白 elastin(四四)氨基聚糖与蛋白聚糖氨基聚糖与蛋白聚糖 glycosaminoglycan,GAG&proteoglycan,PG 第一节、第一节、ECM的分子组成、结构的分子组成、结构1.类型类型(Category)2.分子结构分子结构(Molecular struture)3.胶原的生物合成过程胶原的生物合成过程(Biosynthesis)4.胶原的降解过程胶原的降解过程(Degradation)(一一)胶原胶原(collagen)一般特点一般特点 细胞外基质中的细胞外基质中的骨架结构骨架结构 化学本质为化学本质为糖蛋白糖蛋白,为不溶性纤
5、维形蛋为不溶性纤维形蛋白质白质 是动物体内含量最丰富、分布最广泛的是动物体内含量最丰富、分布最广泛的蛋白质,占人体蛋白质总量的蛋白质,占人体蛋白质总量的25%以上以上(一一)胶原胶原(collagen)一般特点一般特点 遍布于体内除脑组织之外的各种器官和遍布于体内除脑组织之外的各种器官和组织组织 多形成胶原纤维,其含量、类型、排布多形成胶原纤维,其含量、类型、排布方式各不相同方式各不相同(一一)胶原胶原(collagen)1.类型类型(Category)其编码基因和肽链组合的不同,胶原至少可以分为20种类型,主要有四种:I、II、III型胶原 形成原纤维,为细胞间质的主要成分 在组织中含量最丰
6、富,相似的结构形成原纤维-为结缔组织提供抗张强度。1.类型类型(Category)其编码基因和肽链组合的不同,胶原至少其编码基因和肽链组合的不同,胶原至少可以分为可以分为2020种类型,主要有四种:种类型,主要有四种:IV型型胶原胶原 不形成原纤维,而交联成三维网络不形成原纤维,而交联成三维网络 主要存在于各种基膜主要存在于各种基膜 胶原类型胶原类型 组织分布组织分布 类型类型组织分布组织分布 I大多数结缔组织大多数结缔组织(包括骨组包括骨组织织)XI含有含有型胶原的组织型胶原的组织 II软骨软骨、间隙组织盘、玻璃体、间隙组织盘、玻璃体 XII含有含有I型胶原的组织型胶原的组织 III可拉伸性
7、结缔组织可拉伸性结缔组织(皮肤、皮肤、肺、肺、血管系统血管系统)XIII大多数组织大多数组织 IV基底膜基底膜 XIV含有含有I型胶原的组织型胶原的组织 V含有含有I型胶原组织中的次要型胶原组织中的次要组成成分组成成分 XV大多数组织大多数组织 VI大多数结缔组织大多数结缔组织 XVI大多数组织大多数组织 VII表皮、小肠黏膜的锚定原纤表皮、小肠黏膜的锚定原纤维维 XVII皮肤半桥粒皮肤半桥粒 VIII血管内皮和其他组织血管内皮和其他组织 XVIII许多组织许多组织(肝、肾肝、肾)IX含有含有型胶原的组织型胶原的组织 XIX在横纹肌肉瘤中发现在横纹肌肉瘤中发现 X增生软骨增生软骨 XX结构独特
8、,具有多形性,其基本结构结构独特,具有多形性,其基本结构-由三条肽链构成,每条肽链称为由三条肽链构成,每条肽链称为 链;链;-三条肽链形成三股螺旋三条肽链形成三股螺旋(triple-helix)结构;结构;-编码编码 链的基因相同则形成同源三聚体,不同链的基因相同则形成同源三聚体,不同则形成异源三聚体。则形成异源三聚体。2.胶原的分子结构胶原的分子结构300nm长,直径长,直径1.5nm几种常见的胶原分子组成及特点几种常见的胶原分子组成及特点类型类型分子组成分子组成三股螺旋的长度三股螺旋的长度特点特点I 1(I)2 2(I)或或 1(I)3 300nm 67nm横纹横纹较粗大的纤维束较粗大的纤
9、维束II 1(II)3 300nm 67nm横纹横纹较细的条状纤维束较细的条状纤维束III 1(III)3 300nm 67nm横纹横纹较细的纤维束较细的纤维束IV 1(IV)2 2(IV)390nm三维交联网络。三维交联网络。C C端球端球状,不形成纤维束状,不形成纤维束2.胶原的分子结构胶原的分子结构 链链的一级结构特点:的一级结构特点:-每隔两个每隔两个aa残基即固定出现一个残基即固定出现一个Gly残基,形残基,形成一种成一种(Gly-X-Y)n的重复序列的重复序列-X和和Y可以为其他任何可以为其他任何aa,但常为,但常为Pro,少数情,少数情况为况为Lys-Pro,Lys发生羟基化,形
10、成发生羟基化,形成Hypro,Hylys-Hypro或或Hylys的羟基可形成链间氢键,有助的羟基可形成链间氢键,有助于三股超螺旋结构的稳固于三股超螺旋结构的稳固 2.胶原的分子结构胶原的分子结构胶原胶原 链的一级结构特点示意图链的一级结构特点示意图AB 胶原的电镜照片胶原的电镜照片A:I型胶原,具有横纹;型胶原,具有横纹;B:IV胶原,无横纹胶原,无横纹 产生胶原的细胞:以间质型细胞为主,如产生胶原的细胞:以间质型细胞为主,如成纤维细胞、成骨细胞及成软骨细胞等成纤维细胞、成骨细胞及成软骨细胞等胶原生成的全过程包括细胞内与细胞外两胶原生成的全过程包括细胞内与细胞外两个阶段个阶段-细胞内阶段细胞
11、内阶段-细胞外阶段细胞外阶段3.胶原的生物合成过程胶原的生物合成过程胶原的分子结构及生物合成过程示意图胶原的分子结构及生物合成过程示意图S-S为二硫键为二硫键 为半乳糖基为半乳糖基 为葡萄糖基为葡萄糖基 基因基因前体前体RNA mRNA 前前 链链 前前胶原胶原 原胶原原胶原 胶原原纤维胶原原纤维细胞外加工细胞外加工转录转录剪接剪接翻译翻译N端前肽端前肽C端前肽端前肽重复重复Gly-X-Y序列序列组装组装胶原生成的胶原生成的细胞内阶段细胞内阶段主要包括转录、翻译、前主要包括转录、翻译、前 链的修饰及修饰链的修饰及修饰后的聚合后的聚合-翻译是在翻译是在RER进行,合成带有信号肽的进行,合成带有信
12、号肽的 早前胶原早前胶原(preprocollagen)-早前胶原在早前胶原在RER腔中被切去信号肽而成为腔中被切去信号肽而成为前前 链链(pro-chain),前,前 链两端不含有链两端不含有Gly-X-Y序序列,而具有较多的酸性列,而具有较多的酸性aa和芳香族和芳香族aa残基,被残基,被称为称为N端前肽和端前肽和C端前肽端前肽N N端前肽端前肽C C端前肽端前肽重复的重复的Gly-X-Y序列序列前前 链在链在ER和和GC中进行修饰,主要包括中进行修饰,主要包括羟化和糖基化修饰羟化和糖基化修饰-羟化修饰羟化修饰(在在ER中进行中进行)w前前 链中的很多链中的很多Pro和和Lys残基发生羟化残
13、基发生羟化w分别由脯氨酰羟化酶和赖氨酰羟化酶所催化分别由脯氨酰羟化酶和赖氨酰羟化酶所催化w这两种羟化酶的辅因子为抗坏血酸这两种羟化酶的辅因子为抗坏血酸(维生素维生素C)和和-酮戊二酸等酮戊二酸等N N端前肽端前肽C C端前肽端前肽OHOHOHOHOHOHOHOH胶原生成的胶原生成的细胞内阶段细胞内阶段胶原生成的胶原生成的细胞内阶段细胞内阶段-糖基化修饰糖基化修饰(在在ER中进行中进行)w赖氨酰羟化酶催化进行赖氨酰羟化酶催化进行w糖链很短糖链很短w糖基化程度因胶原类型和组织来源而异糖基化程度因胶原类型和组织来源而异w糖基化程度可调控原胶原纤维的直径糖基化程度可调控原胶原纤维的直径N N端前肽端前
14、肽C C端前肽端前肽OHOHOHOHOHOHOHOH前前 链的链的C端前肽借二硫键形成链间交联,端前肽借二硫键形成链间交联,使三条使三条 链链“对齐对齐”排列,因而从排列,因而从CN端端聚合形成三股螺旋结构聚合形成三股螺旋结构胶原生成的胶原生成的细胞内阶段细胞内阶段N-前肽和前肽和C-前肽的作用前肽的作用-增强水溶性,便于运输,使前胶原从细胞内转增强水溶性,便于运输,使前胶原从细胞内转运至细胞外;运至细胞外;-对对ECM的生成具有反馈调节作用。的生成具有反馈调节作用。带有前肽的三股螺旋胶原分子称为带有前肽的三股螺旋胶原分子称为前胶原前胶原(procollagen)前胶原是原胶原的前体和分泌形式
15、,是以前胶原是原胶原的前体和分泌形式,是以囊泡的形式分泌到细胞外囊泡的形式分泌到细胞外胶原生成的胶原生成的细胞内阶段细胞内阶段胶原生成的胶原生成的细胞外阶段细胞外阶段前胶原分子在细胞外由两种特异性不同的前胶原分子在细胞外由两种特异性不同的蛋白水解酶分别切去蛋白水解酶分别切去N端前肽及端前肽及C端前肽端前肽,形成不溶性的形成不溶性的原胶原(原胶原(tropocollagen)胞内胞内(水溶性水溶性)胞外胞外(水不溶水不溶)前胶原氨肽酶前胶原氨肽酶前胶原羧肽酶前胶原羧肽酶 原原胶原是胶原纤维胶原是胶原纤维的基本结构单位的基本结构单位-三条三条 链盘绕而成三股螺旋结构称为原胶原链盘绕而成三股螺旋结构
16、称为原胶原(tropocollagen),直径约直径约1.5nm1.5nm、长度约、长度约300nm300nm。-原胶原疏水性极强,形成以后即成为不溶性的原胶原疏水性极强,形成以后即成为不溶性的纤维分子纤维分子300nm长,直径长,直径1.5nm原胶原在细胞外进一步组装成原胶原在细胞外进一步组装成原纤维原纤维(collagen fibril)原胶原分子呈原胶原分子呈1/4 交替有序的排列,前后首交替有序的排列,前后首尾相隔尾相隔35nm的距离自我聚合,侧向共价交的距离自我聚合,侧向共价交联形成明暗相间、直径联形成明暗相间、直径10300nm、长至、长至数微米、有周期性横纹的胶原原纤维数微米、有
17、周期性横纹的胶原原纤维原纤维原纤维胶原生成的胶原生成的细胞外阶段细胞外阶段原纤维的明暗相间横纹的形成原纤维的明暗相间横纹的形成胶原生成的胶原生成的细胞外阶段细胞外阶段胶原原纤维共价交联,形成不溶性的巨大胶原原纤维共价交联,形成不溶性的巨大胶原纤维胶原纤维(collagen fiber)。胶原纤维胶原纤维胶原纤维胶原纤维-I型胶原纤维的抗张力强度超过钢材型胶原纤维的抗张力强度超过钢材-交联键越多则抗张力强度越大。跟腱是体内最交联键越多则抗张力强度越大。跟腱是体内最强的腱,交联度最高强的腱,交联度最高-随年龄增长,交联键日益增多,胶原纤维亦越随年龄增长,交联键日益增多,胶原纤维亦越发紧密,从而导致
18、皮肤、血管及各种组织变得发紧密,从而导致皮肤、血管及各种组织变得僵硬,成为僵硬,成为老化老化的一个重要方面的一个重要方面-如果交联受到抑制,则胶原纤维的抗张强度大如果交联受到抑制,则胶原纤维的抗张强度大大降低,皮肤、肌腱及血管变脆,易于撕裂。大降低,皮肤、肌腱及血管变脆,易于撕裂。Collagen fibers as seen by SEM胶原纤维胶原纤维胶原原纤维胶原原纤维原胶原原胶原三股三股 肽链肽链型胶原分子形成的网状结构示意图型胶原分子形成的网状结构示意图 7SCCCCCNCNN1个个型胶原分子型胶原分子4个个型胶原分子型胶原分子N端的共价交联端的共价交联 2个个型胶原分子型胶原分子C
19、端的聚合端的聚合NC7SCNN7S其它胶原的结构其它胶原的结构胶原合成的过程胶原合成的过程胶原的降解速率比一般蛋白质慢胶原的降解速率比一般蛋白质慢-骨胶原分子可维持骨胶原分子可维持1010年不发生降解,肌腱胶原年不发生降解,肌腱胶原的转换率最慢;的转换率最慢;-在某些特殊生理、病理情况下,胶原的转换率在某些特殊生理、病理情况下,胶原的转换率加快加快4.胶原的降解过程胶原的降解过程参与胶原分解的酶类主要有:参与胶原分解的酶类主要有:-胶原酶,主要作用于胶原酶,主要作用于I I、型胶原;型胶原;-明胶酶,作用于明胶酶,作用于、V V、型胶原;肿瘤型胶原;肿瘤细胞能产生明胶酶,特异性地作用于细胞能产
20、生明胶酶,特异性地作用于型胶原,型胶原,破坏基膜,为侵袭、转移开辟道路。破坏基膜,为侵袭、转移开辟道路。4.胶原的降解过程胶原的降解过程胶原的降解过程胶原的降解过程-三股超螺旋部分:先被胶原酶作用,打开超螺三股超螺旋部分:先被胶原酶作用,打开超螺旋后,才能进一步被蛋白水解酶降解。旋后,才能进一步被蛋白水解酶降解。-非螺旋非螺旋/弱螺旋部分:可直接被蛋白水解酶降弱螺旋部分:可直接被蛋白水解酶降解。解。4.胶原的降解过程胶原的降解过程胶原的降解过程胶原的降解过程-胶原酶通常无活性,经蛋白酶胶原酶通常无活性,经蛋白酶(纤溶酶和血管纤溶酶和血管舒缓素舒缓素)作用后转变为有活性的胶原酶作用后转变为有活性
21、的胶原酶-前胶原水解下来的前肽又对胶原酶起抑制作用前胶原水解下来的前肽又对胶原酶起抑制作用-胶原酶的活化与抑制,可以调节胶原的转换率,胶原酶的活化与抑制,可以调节胶原的转换率,从而在一些生理和病理过程中发挥重要作用从而在一些生理和病理过程中发挥重要作用4.胶原的降解过程胶原的降解过程由多个结构域构成的多功能的大分子;由多个结构域构成的多功能的大分子;既可与细胞结合,又可与既可与细胞结合,又可与ECM中其它大分中其它大分子结合,介导细胞与子结合,介导细胞与ECM的粘着的粘着是必要的结构成分,而且也是实现细胞外是必要的结构成分,而且也是实现细胞外基质生物学作用的重要成分基质生物学作用的重要成分数十
展开阅读全文