糖蛋白、蛋白聚糖和细胞外基质(1)

11.4 细胞外基质同学好！大家很容易理解，在多细胞生物体内，每一个细胞作为细胞社会中的一个成员，彼此相互作用，需要一个和谐稳定的生活环境。

我们前几讲一起学习了细胞表面、细胞连接和黏附分子，依赖这些重要的结构和分子，细胞与细胞，细胞与环境之间发生着各种各样的细胞社会联系。

那么由近及远，细胞表面邻近的周边环境怎么样？都由哪些成分构成呢？这就是我们今天要讨论的主题：细胞外基质(extracellular matrix, 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社会联系，构筑起细胞赖以生存的外部微环境。

一、细胞外基质的主要成分细胞外基质主要是由一些蛋白质和多糖构成。

包括：（一）胶原蛋白(collagen)胶原是细胞外最重要的水不溶性纤维蛋白，是构成细胞外基质的骨架。

1、结构单位：胶原蛋白的基本结构单位是原胶原，原胶原肽链的一级结构具有(Gly-X-Y)n重复序列，其中X常为脯氨酸，Y常为羟脯氨酸或羟赖氨酸，羟赖氨酸可发生糖基化修饰，糖在胶原中约占10%。

2、结构模式：原胶原是由三条α肽链盘绕而成的三股螺旋纤维结构，长约300nm，直径仅为1.5nm左右，原胶原进一步交联成原纤维，继而可形成直径达数微米的胶原纤维，形同绳索，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。

3、主要类型：目前已发现胶原为类型有10多种，最主要有是I、II、III、IV 型胶原。

其中前三种为纤维状，广泛分布于各种组织的细胞外基质中。

IV型胶原则不形成螺旋纤维，而以分子头对头相接的方式形成三聚体，再相互交联成网络层结构，是各种基膜的重要构造。

胶原与多种疾病的发生和病理过程有关。

例如：过去远洋航海船员因维生素C缺乏引起的坏血病，就与胶原异常有关。

现已证明，当机体缺乏维生素C时，原胶原中的脯氨酸、赖氨酸不能有效羟基化，难以形成稳定的螺旋结构，导致组织中胶原减少，严重时引起血管脆弱，表现渗血出血倾向，称为坏血病。

糖蛋白(glycoprotein)一、什么是糖蛋白?●是以蛋白质为主,在蛋白质多肽链骨架上共价连接着寡糖链形成的生物大分子。

●它的分布很广血浆蛋白质(plasma proteins)细胞膜上许多蛋白质(proteins of cellular membranes)一些激素、酶(hormones, enzymes)二. 分类与结构:1. 在糖蛋白中出现的八种单糖Glc, Gal, Man, NeuAc,Fuc, GalNAc , GlcNAc, Xyl糖蛋白中糖的组成⏹糖蛋白多肽链常携带许多短的杂糖链。

它们通常包括N-乙酰己糖胺和己糖(常是半乳糖和／或甘露糖)。

⏹该链末端成员常常是唾液酸(sialic acid)或L-岩藻糖(L-fucose)。

⏹这种寡糖链常分支，很少含多于15个单体的，一般含2—10个单体⏹糖链数目也变化很大。

2. 分类与结构根据多肽链与寡糖链连接方式的不同,主要分为三类。

(1) O-连接糖基或糖链(O-linked)●以丝氨酸、苏氨酸和羟赖氨酸的羟基为连接点，形成-0-糖苷键型；●糖蛋白中包含的O_Linked类型GalNAc- Ser(Thr)Gal-Gal-Xyl-SerGal-Hydroxy-LysineGlcNAc- Ser(Thr)(2) N-连接糖基或糖链(N-linked)●结构特点:以天冬酰胺的酰胺基、N-末端氨基酸的氨基以及赖氨酸或精氨酸的氨基与GlcNAc脱水，形成-N-糖苷键型●糖蛋白中包含的N_Linked类型复杂型complex杂合型hybrid高甘露糖型high-mannoseA.每种类型都具有一个五糖核心B.它们具有不同的分支，这些寡糖链分支常常被称为天线C.血液循环中和膜上的糖蛋白常常是N糖苷连接(3) 糖基磷脂酰肌醇连接(GPI-linked)GPI-Linked为粘合脚状结构.●大多数GPI structures核心是Ethanolamine-phospho→3man →GlcNH2 →phosphatidylinositol三、生物合成1. O-linked糖蛋白的生物合成●合成部位:内质网和高尔基器●O-Glycosylation 是在翻译后进行加工●核苷酸糖作为糖的供体UDP-Glc, UDP-Gal, GDP-Man,CMP-NeuAc, GDP-Fuc, UDP-GalNAcUDP- GlcNAc, UDP-Xyl催化的酶为糖蛋白糖基转移酶,该酶位于高尔基器的膜上2. N-linked糖蛋白的生物合成●合成部位:内质网和高尔基器●N-glycosylation 的过程分为两步A. 装配和转移寡糖链-焦磷酸-长帖醇(1) 长帖醇磷酸化为长帖醇磷酸Dol + ATP →Dol-p + ADPdolichol kinase(2) 合成GlcNAc-焦磷酸长帖醇,它作为其它糖的接受体Dol-p + UDP-GlcNAC →GlcNAC-P-P-Dol + UMPGlcNAC-P transferasein the membranes of the endoplasmic reticulum(3) 装配其它的单糖(4) 转移寡糖链-焦磷酸-长帖醇到蛋白质Oligosaccharide:protein transferaseB. 寡糖链的加工●N-linked 合成特点糖基和蛋白质是共翻译的过程▲先合成Dol-P-P寡糖,其作为载体参与合成在内质网中Dol-P-P寡糖链在寡糖-蛋白质转移酶的作用下转移到蛋白质的Asn,以N-linked 方式相连在α-糖苷酶、甘露糖苷酶作用下加工可以形成high-mannose▲若在加工过程中，逐步连接上另外一些糖可以形成复杂型▲在内质网和高尔基器▲加工修饰过程中单糖由核苷酸糖提供，在特异的转移酶催化下进行▲可以被衣霉素抑制四、糖蛋白与疾病的关系1、I-cell disease在N-Linked的糖蛋白合成过程中含有另外一条途径UDP-GlcNAc + Man-Protein →GlcNAc-1-P-6- Man-Protein + UMPGlcNAcPhosphotransferaseGlcNAc-1-P-6- Man-Protein →P-6- Man-Protein + GlcNAcPhosphodiesterase在高尔基器膜上具有Man 6-P受体,与一些酶中Man 6-P残基结合,把它们分拣到溶酶体中Background: I-cell disease is an inherited lysosomal storage disorder. It first was described in 1967 by Leroy and DeMars when they reported a patient with clinical and radiographic featuressimilar to Hurler syndrome (mucopolysaccharidoses 1H [MPS 1H]). One unique feature of this disease was the presence of intracytoplasmic inclusions in the fibroblasts of patients.These cells were termed inclusion cells, or I-cells; thus, the disease was designated I-cell disease. Frequency:I-cell disease is a rare disorder that has no ethnic predilection. Very little population data are available, but a recent study from the Netherlands reported a frequency of approximately 1 in 640,000 live births.Mortality/Morbidity: Death from pneumonia or congestive heart failure usually occurs within the first decade of life2.paroxysmal nocturnal hemoglobinuria阵发性睡眠性血红蛋白尿症3. genetic deficiencies of glycoprotein lysosomal hydrolases cause diseases●degradation of the oligosaccaride chains of glycoproteins involves a battery of lysosomal hydrolases●genetically determined defects result in abnormal degradation of glycoproteins mannosidosis,fucosidosis,sialidosis, aspartylglycosaminuriaISMRD:INTRENATIONAL ADVOCA TE FOR GL YCOPROTEIN STORAGE DISEASES细胞外基质1. 组成Structural proteins:胶原蛋白（collagen）,弹性蛋白（elastin）and 维纤维蛋白（fibrillin）specialized proteins:纤连蛋白、层连蛋白和蛋白聚糖2. Collagen（胶原）(1) 分类大约有19种不同类型的胶原(2) 三股螺旋结构氨基酸顺序-Gly-X-Y- Gly-X-Y- Gly-X-Y-链盘曲为左手螺旋，每个螺旋包含三个氨基酸残基三股这样的链进一步盘曲为右手的超螺旋结构，构成一个直径为1.4nm、长为300nm棒状分子三股超螺旋结构棒状分子四分之一交错排列成原纤维(4) A number of genetic diseases result from abnormalities in the synthesis of collagen Mutations in collage genes and in genes encoding some of the enzyme involved in these posttranslational modifications●Ehlers-Danlos syndrome(埃当二氏综合症）Ehlers-Danlos syndromes is a group of disorders which share common features including easy bruising, joint hypermobility (loose joints), skin that stretches easily (skin hyperelasticity or laxity), and tissue fragility. At least 10 types have been recognizedtype Ⅳis most serious because of its tendency for spontaneous rupture of arteries or the bowel that can lead to death, reflecting abnormalities in typeⅢcollagen●Alport syndromethe presenting sign is hematuria ,and patients may eventually develop end-stage renal disease.A number of genetic disorders affect the structure of typeⅣcollagen fibers, the major collagen found in the basement membranes of the renal glomeruliX-linked autosomal dominant●epidermolysis bullosa 大疱性表皮松懈症The skin breaks and blisters as a result of minor trauma. The dystrophic form is due to mutations in COL7A1,affecting the structure oftype Ⅶcollagen●scurvy 坏血病Its major signs are bleeding gums, subcutaneous hemorhages, and poor wound healing.It is due to a deficiency of ascorbic acid and is not a genetic disease.3. Elastin(弹性蛋白）结构4. Fibronectin(纤连蛋白）(1) structure是一种糖蛋白包含两个相同的亚基，通过C末端的两个二硫键连接起来包含有三种重复的模序，构成具有一定功能的结构域这些结构域含有肝素结合域、纤维蛋白结合域、胶原蛋白结合域、DNA结合域和细胞结合域包含一个Arg-Gly-Asp(RGD)序列，该序列与膜上受体结合(2) functions纤连蛋白与受体相连可以联系细胞外与细胞内，影响细胞的行为这种相互作用同时在细胞附着在细胞外基质中起到作用这种相互作用也为细胞迁移提供细胞结合的位点5. Laminin（层连蛋白）●包含三种不同长度的多肽链●它们连接起来形成被延长的十字型●包含有Ⅳ型胶原、肝素和细胞表面整合素结合的位点●是基膜的主要结构成分，可介导细胞粘着于胶原，进而铺展，并促进细胞生长蛋白聚糖一. 什么是蛋白聚糖?●是由糖胺聚糖和蛋白质共价连接组成的一类巨型分子●其糖含量高达95％以上●是无定型基质的重要组成成分.二. 结构1. 核心蛋白2. 糖胺聚糖透明质酸(hyaluronic acid)软骨素4-或6-硫酸(chondroitin 4-or 6-sulfate)硫酸皮肤素(dermatan sulfate)硫酸角质素(keratan suIfate)肝素(heparin)3. 糖胺聚糖与蛋白的连接三、生物合成A. 核心蛋白连接寡糖链的桥●An O-glycosidic bond between xylose and SerGal-Gal-Xyl-Ser trisaccharide●An O-glycosidic bond forms between GalNAc and Ser●An N-glycosylamine bond forms between GlcNAc and AsnB. 链的延长●在糖胺聚糖的合成过程以核苷酸糖作为单糖的供体●该反应由高度特异性的糖苷转移酶催化，此酶位于高尔基器中C. 链的终止●硫酸化●GAGs 链从膜上移开，合成终止进一步的修饰●硫酸化作用Sulfotranferases , PAPS●把GlcUA异构为IdUAepimerase(5) Deficiencies of enzymes that degrade GAGs result in mucopolysaccharides Degradation of GAGs is carried by a battery of lysosomal hydrolasesThese included certain endoglycosidases, various exoglycosidases, and sulfatases Deficiencies of enzymes that degrade GAGs result in mucopolysaccharides。

糖蛋白、蛋白聚糖和细胞外基质一、选择题〔一〕 A 型题1 ．组成糖蛋白分子中聚糖的单糖不包括A ．葡萄糖B ．半乳糖C ．甘露糖D ．岩藻糖E ．果糖2 ．糖蛋白糖链合成场所为A ．细胞膜B ．细胞核C ．细胞浆D ．高尔基体与内质网E ．溶酶体3 ． N- 连接糖基化位点特定序列不行能是A ． Asn-GLY-Ser/ThrB ． Asn-Ala-Ser/ThrC ． Asn-Val-Ser/ThrD ． Asn-Leu-Ser/ThrE ． Asn-Pro-Ser/Thr4 ．不带有硫酸的糖胺聚糖是A ．硫酸软骨素B ．肝素C ．硫酸角质素D ．硫酸皮肤素E ．透亮质酸5 ．胶原中最多的氨基酸是A ． SerB ． ThrC ． TyrD ． GlyE ． Val6 ．细胞外基质中不含以下哪种蛋白A ．胶原蛋白B ．纤维蛋白C ．蛋白聚糖D ．纤连蛋白E ．清蛋白7 ．以下关于糖蛋白表达错误的选项是A ．糖链所占分子的重量百分比一般在 2%—10%B ．组成糖蛋白分子中聚糖的单糖有 7 种C ．合成糖蛋白糖链必需有长萜醇参与D ． N- 连接糖蛋白与 O- 连接糖蛋白合成的场所均是内质网和高尔基体E ．糖链为分支糖链8 ．以下关于蛋白聚糖的表达，错误的选项是A ．蛋白聚糖由糖胺聚糖与核心蛋白共价连接B ．蛋白聚糖分子中蛋白百分比小于聚糖C ．蛋白聚糖分子中也含有 N- 或 O- 连接聚糖D ．聚糖为直链型不分支E ．先合成二糖单位，再延长糖链9 ． N- 连接聚糖合成时所需糖基供体为A ． UDP 或 GDP 衍生物B ． UDP 或 CDP 衍生物C ． ADP 或 GDP 衍生物D ． TDP 或 GDP 衍生物E ． ADP 或 TDP 衍生物10．胶原分子构造的表达错误的选项是A ．结缔组织的主要蛋白质成分B ．由 3 条右手α螺旋肽链合成C ．分子组成中甘氨酸占 1 ／ 3D ．三股螺旋的形成与脯氨酸和羟脯氨酸有关E ．胶原中重复消灭的模序有 Gly-Pro- X11．以下有关纤连蛋白〔 Fn 〕的表达，错误的选项是A ．血浆中 Fn 主要来自肝细胞B ． Fn 为二聚体C ． Fn 的一级构造由三种不同内在序列同源构造重复消灭而构成D ． Fn 主要为 N- 连接糖蛋白E ． Fn 对细胞的作用通过与胶原结合来完成12．以下关于层粘连蛋白〔 Ln 〕的表达错误的选项是A ． Ln 是由三条多肽链通过盐键连接而成的B ． Ln 是一种糖蛋白C ．具有Ⅳ 型胶原结合的区域D ．含有能与细胞外表受体结合的 RGD 模序E ．主要存在于各组织的基底层〔二〕 B 型题A ．长萜醇B ．糖醛酸C ．三股螺旋D ．核心蛋白E ．甘露糖1 ．糖胺聚糖含有2 ．蛋白聚糖含有3 ．胶原蛋白含有4 ．糖蛋白中聚糖的单糖有A ．五糖核心B ．核心蛋白C ．核心二糖D ．由葡萄糖和半乳糖构成的二糖单位E ．甘油醛5 ． N- 连接寡糖有6 ． O- 连接寡糖有A ．三股螺旋B ．双螺旋C ．二条多肽链D ．三条多肽链E ．一条多肽链7 ．胶原蛋白含有8 ．层粘连蛋白含有9 ．纤连蛋白含有〔三〕 X 型题1 ．胶原分子构造特点有A ．含有三股右手螺旋B ．甘氨酸占 1/3 、脯氨酸占 1/ 4C ．无色氨酸D ．半衰期短E ．胶原中重复消灭的模序有 Gly-Pro- X2 ．以下属于糖蛋白的有A ．血型抗原B ．凝血酶原C ．胶原蛋白D ．纤连蛋白E ．层粘连蛋白3 ．表达糖胺聚糖正确的选项是A ．包括透亮质酸、肝素、硫酸软骨素B ．由二糖单位重复连接而成C ．与核心蛋白共价结合D ．含有糖醛酸E ．可分支二、是非题1．糖蛋白的聚糖主要有 N- 连接和 O- 连接型方式。