氨基聚糖与蛋白聚糖描述

细胞外基质及相关遗传病概述何林1 王峡2雷宇华1＊（1河北医科大学基础医学院石家庄050017；2石家庄市第二中学050000）摘要细胞外基质主要包括胶原、弹性蛋白、非胶原糖蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖四大类型，在各种组织细胞中广泛分布。

细胞外基质对细胞结构的维持以及细胞的分化、迁徙和增殖等有重要的调节作用。

许多疾病的发生发展与细胞外基质的异常密切相关，本文对细胞外基质的组成和功能以及与细胞外基质相关的遗传病进行概述。

关键词细胞外基质遗传病除细胞外，构成机体组织与器官的成分中还有一些非细胞性的成分，即细胞外基质（extracellular matric, ECM）。

细胞外基质广泛分布于构成组织的细胞之间，正是通过细胞外基质细胞才得以行使多种功能，两者相互依存，共同构成了完整的组织与器官。

在医学上细胞外基质与细胞同样具有重要的意义，其结构与功能异常与许多疾病的发生发展密切相关。

近年来对细胞外基质的研究备受重视，已成为细胞生物学领域的研究热点。

本文就细胞外基质及其异常引起的遗传性疾病进行概述。

1 细胞外基质的组成与功能细胞外基质是由细胞分泌到细胞外空间的由蛋白质和多糖纤维构成的胶体结构体系。

构成细胞外基质的大分子种类繁多，根据化学组成可将其分为四大类，即胶原蛋白、弹性蛋白、非胶原糖蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖。

胶原是人体内含量最丰富的纤维蛋白，其分子是由三条α螺旋肽链构成的三螺旋结构，是细胞外基质的框架结构。

不同组织中的胶原蛋白种类互不相同：如皮肤组织中的胶原蛋白以Ⅰ型胶原蛋白为主，主要参与皮肤的损伤后修复；软骨组织则以Ⅱ型胶原蛋白分布为主。

弹性蛋白是由750～830个氨基酸残基构成的具有高度疏水性的非糖基化纤维蛋白。

它作为细胞外基质中的重要组分，以两种短肽相互交联构成了疏松极富弹性的网状结构。

弹性蛋白纤维和胶原蛋白纤维相互交织，赋予组织一定弹性和高度韧性。

氨基聚糖又称黏多糖，是指由重复的氨基己糖和糖醛酸二糖为单位排列聚合形成的直链多糖，可赋予组织良好的润滑作用和抗压能力。

氨基聚糖和蛋白聚糖的作用和最新研究进展一、氨基聚糖和蛋白聚糖的基本概念。

（1）、氨基聚糖（GAG）的定义。

GAG是由重复二糖单位构成的无分枝长链多糖。

其二糖单位通常是由氨基己糖（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。

过去称为酸性粘多糖。

氨基聚糖依组成糖基、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。

（2）、蛋白聚糖（PG）的定义。

PG是一类特殊的糖蛋白，由一条或多条糖胺聚糖和一个核心蛋白共价链接而成。

蛋白聚糖除含糖胺聚糖链外，尚有一些N—或（和）O—链接的寡糖链。

其是存在于细胞外基质和细胞表面的一种含有不同基团的生物大分子结构成分。

是由多种糖胺聚糖分别和蛋白质通过共价键结合形成的复合物。

在蛋白聚糖分子中，与糖胺聚糖结合的蛋白质，称为核心蛋白。

而糖胺聚糖是由氨基己糖和糖醛酸的二糖单位重复链接而成的多聚阴离子高分子聚糖。

根据其二糖单位的组成，糖苷键的位置和及含有的乙酸基和硫酸基的位置和数目的不同，可将糖胺聚糖分为四大类：即透明质酸、硫酸软骨素等。

不同的糖胺聚糖分别与蛋白质结合形成相应的蛋白聚糖。

二、氨基聚糖和蛋白聚糖的分子组成与各自特性。

（1）、氨基聚糖的种类及特性。

①、结构特点：其呈强负电性。

因为其糖残基上带有羧基。

②、种类：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。

氨基聚糖一般由不到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20μm。

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，属于hyaladherin族。

细胞生物学期末复习论述题及答案六、论述题1、什么叫细胞生物学？试论述细胞生物学研究的主要内容。

答:细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学,它是在三个水平(显微、亚显微与分子水平)上，以研究细胞的结构与功能、细胞增殖、细胞分化、细胞衰老开发商地亡、细胞信号传递、真核细胞基因表达与调控、细胞起源与进化等为主要内容的一门科学。

细胞生物学的主要研究内容主要包括两个大方面：细胞结构与功能、细胞重要生命活动。

涵盖九个方面的内容：⑴细胞核、染色体以及基因表达的研究；⑵生物膜与细胞器的研究；⑶细胞骨架体系的研究；⑷细胞增殖及其调控；⑸细胞分化及其调控；⑹细胞的衰老与凋亡；⑺细胞的起源与进化；⑻细胞工程；⑼细胞信号转导。

2、试论述当前细胞生物学研究最集中的领域。

答：当前细胞生物学研究主要集中在以下四个领域：⑴细胞信号转导；⑵细胞增殖调控；⑶细胞衰老、凋亡及其调控；⑷基因组与后基因组学研究。

人类亟待通过以上四个方面的研究，阐明当今主要威胁人类的四大疾病：癌症、心血管疾病、艾滋病和肝炎等传染病的发病机制，并采取有效措施达到治疗的目的。

1、如何理解“细胞是生命活动的基本单位”。

答：①细胞是构成有机体的基本单位。

一切有机体均由细胞构成，只有病毒是非细胞形态的生命体。

②细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位③细胞是有机体生长与发育的基础④细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性⑤细胞是生命起源和进化的基本单位。

⑥没有细胞就没有完整的生命2、试论述原核细胞与真核细胞最根本的区别。

答：原核细胞与真核细胞最根本的区别在于：①生物膜系统的分化与演变：真核细胞以生物膜分化为基础，分化为结构更精细、功能更专一的基本单位——细胞器，使细胞内部结构与职能的分工是真核细胞区别于原核细胞的重要标志；②遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化：由于真核细胞结构与功能的复杂化，遗传信息量相应扩增，即编码结构蛋白与功能蛋白的基因数首先大大增多；遗传信息重复序列与染色体多倍性的出现是真核细胞区别于原核细胞的一个重大标志。

细胞外基质细胞外基质（extracellular matrix，ECM）是由大分子构成的错综复杂的网络。

为细胞的生存及活动提供适宜的场所，并通过信号转导系统影响细胞的形状、代谢、功能、迁移、增殖和分化。

细胞外基质的成分构成细胞外基质的大分子种类繁多，可大致归纳为四大类：胶原、非胶原糖蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖、以及弹性蛋白（图10-1，2）。

上皮组织、肌组织及脑与脊髓中的ECM含量较少，而结缔组织中ECM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。

例如，角膜的细胞外基质为透明柔软的片层，肌腱的则坚韧如绳索。

细胞外基质不仅静态的发挥支持、连接、保水、保护等物理作用，而且动态的对细胞产生全方位影响。

图10-1 细胞外基质的成分图10-2 上皮组织的细胞外基质一、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30％以上。

它遍布于体内各种器官和组织，是细胞外基质中的框架结构，可由成纤维细胞（图10-3）、软骨细胞、成骨细胞及某些上皮细胞合成并分泌到细胞外。

图10-3 成纤维细胞周围的胶原纤维目前已发现的胶原至少有19种（表10-1），由不同的结构基因编码，具有不同的化学结构及免疫学特性。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ及Ⅺ型胶原为有横纹的纤维形胶原。

各型胶原都是由三条相同或不同的肽链形成三股螺旋，含有三种结构：螺旋区，非螺旋区及球形结构域。

其中Ⅰ型胶原的结构最为典型。

表10-1 胶原的类型图10-4 胶原的结构（左模式图，右电镜照片）Ⅰ型胶原的原纤维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。

其三股螺旋由二条α1（Ⅰ）链及一条α2（Ⅰ）链构成。

每条α链约含1050个氨基酸残基，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α链卷曲为左手螺旋，每圈含3个氨基酸残基。

大学课程《细胞生物学》试题及答案一、名词解释1、生物膜：把细胞所有膜相结构称为生物膜。

2、脂质体：是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的而制备的人工膜。

3、双型性分子（兼性分子）：像磷子分子即含亲水性的头部、又含疏水性的尾部，这样的分子叫双性分子。

4、内在蛋白：分布于磷脂双分子层之间，以疏水氨基酸与磷脂分子的疏水尾部结合，结合力较强。

只有用去垢剂处理，使膜崩解后，才能将它们分离出来。

5、外周蛋白：为水溶性蛋白,靠离子键或其它弱键与膜表面的蛋白质分子或脂分子极性头部非共价结合，易分离。

6、细胞外被：细胞外被(cell coat)：又称糖萼，细胞膜外表面覆盖的一层粘多糖物质，实际上是细胞表面与质膜中的蛋白或脂类分子共价结合的寡糖链，是膜正常的结构组分，对膜蛋白起保护作用，在细胞识别中起重要作用。

7、细胞连接：细胞连接是多细胞有机体中相邻细胞之间通过细胞膜相互联系、协同作用的重要组织方式，在结构上常包括质膜下、质膜及质膜外细胞间几个部分，对于维持组织的完整性非常重要，有的还具有细胞通讯作用。

8、紧密连接：紧密连接是封闭连接的主要形式，普遍存在于脊椎动物体表及体内各种腔道和腺体上皮细胞之间。

是指相邻细胞质膜直接紧密地连接在一起，能阻止溶液中的分子特别是大分子沿着细胞间的缝隙渗入体内，维持细胞一个稳定的内环境。

9、桥粒：又称点状桥粒，位于粘合带下方。

是细胞间形成的钮扣式的连接结构，跨膜蛋白（钙粘素）通过附着蛋白（致密斑）与中间纤维相联系，提供细胞内中间纤维的锚定位点。

中间纤维横贯细胞，形成网状结构，同时还通过桥粒与相邻细胞连成一体，形成整体网络，起支持和抵抗外界压力与张力的作用。

10、膜骨架：细胞质膜下与膜蛋白相连的、由纤维蛋白组成的网架结构，它参与细胞质膜形状的维持，协助质膜完成多种生理功能。

11、血影：红细胞经低渗处理后，质膜破裂，释放出血红蛋白和其他胞内可溶性蛋白后剩下的结构，是研究质膜的结构及其与膜骨架的关系的理想材料。

细胞外基质及其与细胞的相互作用一、概述细胞外基质指分布于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构，构成支持细胞的框架，负责组织的构建；对细胞形态、生长、分裂、分化和凋亡起重要的调控作用。

是由一些不溶性大分子构成的、结构精细而错综复杂的网络结构；为细胞的生存及活动提供适宜的场所，并通过信号转导系统影响细胞的形状、代谢、功能、迁移、增殖和分化。

二、细胞外基质的主要组成成分（一）氨基聚糖和蛋白聚糖是一些高分子的含糖化合物。

构成细胞外高度亲水的凝胶，赋予组织良好的弹性和抗压性。

1. 氨基聚糖（GAG ）是由重复的二糖单位构成的直链多糖。

又称粘多糖。

二糖单位之一是氨基己糖（N -乙酰氨基葡萄糖或N -乙酰氨基半乳糖）。

二糖单位另一个糖残基多为糖醛酸（葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸），糖残基带有羧基，呈强负电性。

据糖残基的性质、连接方式、硫酸化数量和存在的部位，可分为六种：（1）透明质酸（HA ）存在于结缔组织、皮肤、软骨、滑液、玻璃体。

5000-10000个二糖重复单位排列构成。

二糖为N -乙酰氨基葡萄糖-葡萄糖醛酸，是唯一不含硫酰酸基团的氨基聚糖其糖醛酸的羧基带有大量负电荷，其相斥作用使整个分子伸展膨胀，占据很大的空间；在有限的空间可产生膨压，赋予组织良好的弹性和抗压性。

其表面有大量亲水基团，可结合大量水分子，形成凝胶。

在组织创伤、早期胚胎中尤为丰富，促进细胞迁移和增殖。

胚胎发育早期的空间填充物，用于定形，如心脏形成。

作为关节液的重要成分，有润滑作用。

（2）硫酸软骨素（CS ）存在于软骨、角膜、骨、皮肤、动脉。

（3）硫酸皮肤素（DS ）存在于皮肤、血管、心、心瓣膜。

（4）硫酸乙酰肝素（HS ）存在于肺、动脉、细胞表面。

（5）肝素存在于肺、肝、皮肤、肥大细胞。

（6）硫酸角质素（KS ）存在于软骨、角膜、椎间盘。

多糖 纤维蛋白结合作用：胶原和弹性蛋白黏合作用：纤黏连蛋白和层黏连蛋白（非胶原性黏合蛋白） 纤维网架 氨基聚糖和蛋白聚糖凝胶样基质2. 蛋白聚糖（PG）是由氨基聚糖（除透明质酸外）与核心蛋白共价形成的高分子复合物，不同于一般糖蛋白。

蛋⽩聚糖⼀類普遍存在於各種動物組織中的由聚糖及蛋⽩質構成的共價結合物。

⼜稱蛋⽩多糖。

是構成細胞外基質的重要成分﹐與動脈粥樣硬化的成因及腫瘤的發⽣及轉移密切相關。

基質中也含少量糖蛋⽩。

蛋⽩聚糖和糖蛋⽩均屬糖複合物﹐但糖含量﹑組成及組織化學染⾊均不相同。

蛋⽩聚糖含糖量達98％以上﹐故化學性質更象糖。

其聚糖主要由⼆糖單位重複排列構成。

其⼆糖單位⼀般由氨基⼰糖(亦稱⼰糖胺)和糖醛酸組成。

由於此類聚糖含⼤量氨基糖﹐故名氨基聚糖或糖胺聚糖(GAG)﹐⼜稱黏多糖﹑酸性黏多糖﹐其糖鏈為無分⽀的多糖直鏈﹐與糖蛋⽩的分⽀寡糖鏈不同。

蛋⽩聚糖的蛋⽩質部分為單鏈多﹐稱為核⼼蛋⽩質。

⼀個核⼼蛋⽩質分⼦可共價結合多⾄數百條的氨基聚糖。

不同的蛋⽩聚糖具有不同的核⼼蛋⽩質及不同種類和數量的氨基聚糖。

⼀種蛋⽩聚糖常含有數種不同的氨基聚糖。

聚糖鏈與鏈以糖鏈相連﹐成為蛋⽩聚糖單體。

若⼲蛋⽩聚糖單體⼜藉⾮共價鍵與透明質酸結合﹐形成分⼦量巨⼤的多聚體。

蛋⽩聚糖單體及聚合體的模式結構⾒圖。

蛋⽩聚糖單體及聚合體模式圖動物的各種組織中都有蛋⽩聚糖存在﹐⽽以結締組織中居多。

蛋⽩聚糖作為細胞外基質的成分早已為⼈們所熟悉﹔某些蛋⽩聚糖﹐如硫酸⼄醯肝素蛋⽩聚糖﹐存在於幾乎所有動物細胞的質膜中﹔有的蛋⽩聚糖還存在於細胞核中﹐可能與染⾊質結構有關。

除透明質酸外﹐各種氨基聚糖的單糖基常發⽣不同程度的硫酸化。

這些硫酸基及糖醛酸的羧基在⽣理性pH條件下解離﹐使氨基聚糖成為多陰離⼦。

其溶液具有酸性﹑⾼度親⽔性以及黏彈性(因多陰離⼦的靜電排斥作⽤使其分⼦結構呈⾼度伸展狀)﹐所以關節腔內以及腔道器官黏膜表⾯的蛋⽩聚糖﹐有潤滑及保護作⽤。

氨基聚糖有親⽔性﹐故使其分⼦周圍結合⼤量⽔分⼦﹐這種⾼度親⽔的伸展的⼤分⼦所包含的溶劑量可達其本⾝乾重的50倍或更多﹐不但佔據很⼤的體積﹐⽽且可以緩衝機械⼒﹐減輕衝撞造成的損傷﹐並使組織具有抗壓性。

在外界壓⼒的作⽤下﹐氨基聚糖分⼦體積縮⼩﹐其中的多陰離⼦相互靠近﹐同種電荷間的排斥⼒產⽣膨脹壓﹐以抗壓縮﹔壓⼒去除後⼜反彈回覆原有的體積。

红色的字为老师上课讲的,而里面原来没有的;这些红字或有▲标记的,除了有说明是简答题或论述题的,其它基本都是选择题的内容.里面可能还有漏掉的,请知道的同学帮忙补一下,再跟我说一下.大家一起…加油啊一、细胞膜、连接、细胞外基质、细胞骨架(一) 细胞膜的化学组成和分子结构1.细胞膜的化学组成细胞膜主要由脂类和蛋白质组成，在质膜外表面(即非细胞质侧)常有糖类附着，形成糖脂或糖蛋白。

(1)膜脂脂为双分子层,构成膜的基本骨架，具有屏障作用，使大多数水溶性物质不能自由通过，只允许亲脂性物质通过。

膜脂包含磷脂、胆固醇和糖脂三种类型。

磷脂：约占膜脂的50%以上，包括甘油磷脂和鞘磷脂▲胆固醇分子的作用：调节膜的流动性，加强膜的稳定性(胆固醇缺失,红细胞溶血)糖脂位于细胞外表面，参与细胞识别和信号转导。

(2)膜蛋白▲细胞膜的各种生理功能主要由膜蛋白完成。

根据膜蛋白与膜脂结合的形式不同分为跨膜蛋白、膜周蛋白、脂锚定蛋白。

(膜周蛋白:与细胞膜的连接都是弱相互作用力,包括包括氢键,盐键(离子键),疏水键,范德华力)(3)膜糖以低聚糖或多聚糖的形式共价结合于膜蛋白（糖蛋白），或者以低聚糖链的形式共价结合于脂类(糖脂)。

位于细胞非细胞质侧。

▲具有稳定糖蛋白的结构、和固定、参与细胞识别、粘着和迁移等作用。

(膜糖间接参与细胞信号传导)2．细胞膜的特性(1)细胞膜的流动性(流动性:卵磷脂>鞘磷脂;胆固醇含量升高,膜的流动性下降;磷脂的不饱和度越低,流动性越低)主要是指膜脂和膜蛋白处于不断的运动状态，从而为膜行使正常的生理功能提供保证。

膜脂分子的运动形式：A.侧向扩散 B.翻转运动 C.旋转运动 D.弯曲运动膜蛋白的运动形式：A.侧向扩散 B.旋转运动▲膜脂，即磷脂、胆固醇和糖脂，的种类和含量是决定膜流动性的主要因素。

(2)细胞膜的不对称性指细胞质膜膜蛋白、膜脂和膜糖分布的不对称性。

膜脂分布的不对称性主要是各种脂类成分含量比例上的不同。