100BMC短講-
細胞外基質( Extracellular matrix, ECM ) &細胞死亡
Advisor: Hsien-Chang Chang
Speaker: 連啟翔 (D2)
1
date: 100.11.09
細胞外基質(Extracellular matrix, ECM)
細胞
結構性蛋白：膠原蛋白、彈力蛋白、纖維蛋白等
分泌
網狀結構
蛋白醣大分子
玻尿酸
Hyaluronic
acid
膠原蛋白
Collagen
彈力蛋白
Elastin
纖維蛋白
Fibronectin
附著複合物(Focal adhesion
complex)
蛋白醣大分子(Proteoglycans)
2
Two main classes of ECM molecules
• Fibrous proteins: - collagen, elastin, fibronectin, laminin.
• Proteoglycans: - complex proteins and long chains of
repeating disaccharide units called glycosaminoglycans (GAGs)
GAGs,
such as:
Chondroitin Sulfate
Dermatan Sulfate
Heparin
Heparan Sulfate
Hyaluronic Acid
Keratan Sulfate).
Fig. 2. - p.263
3
醣類
一 、成分：
(1)醣類是由碳、氫、氧三種元素所組成。且多數的醣類，
其氫、氧之比例與水一樣，故又稱為碳水化合物。
(2)醣與糖的區別，在於「醣」即泛指所有的碳水化合物，如
肝醣、纖維質、澱粉等；而「糖」是指具有甜味的醣類，
如葡萄糖、麥芽糖等。
二、來源：
醣類主要來自於植物經由「光合作用」，在葉綠體中合成。
三、分類：
醣類根據其水解產物大致可分為四類：
單醣類、雙醣類、寡醣類、多醣類。
4
總整理
分類 種類
構成單位
存在食物
單醣
葡萄糖
果糖
半乳糖
蔗糖(Sucrose)
雙醣 蔗糖
麥芽糖
乳糖
最小單位
葡萄、水果、蜂蜜
水果、蜂蜜
乳糖水解
葡萄糖＋果糖
葡萄糖＋葡萄糖
葡萄糖＋半乳糖
甘蔗、甜菜
麥芽
乳汁
寡醣
蔗糖＋1~3個果糖
香蕉、胡蘿蔔、蘆筍
果寡糖
乳寡糖
可 澱粉
消 糊精
葡萄糖(Glucose)
多醣 化 肝醣
不 纖維
可
麥芽糖(Maltose)
果糖(Fructose)
聚合物
乳糖 (Lactose)
米、麥
澱粉加工
半乳糖 (Galactose)
肝臟
蔬菜
5
Proteoglycan (蛋白聚糖)
定義
一種或多種糖以共價鍵連 一條或多條糖胺聚糖以共
定義
接到肽鍵上的蛋白質
價鍵與核心蛋白形成的化
合物
特點 蛋白質含量較多，糖所占 糖占比例大，約一半以上，
特點
比例變動大，表現為蛋白 具有多糖性質
質的特性
分布
分布 細胞膜、溶酶體、細胞外 軟骨、結締組織、角膜基
液
質、關節潤滑液、黏液、
眼球玻璃體等組織
6
http://www.funhousefilms.com/glycolip.jpg
Glycoprotein (糖蛋白)
http://www.ilo.org/safework_bookshelf/english?image.gif&nd=857170059&src=857400144_files%2Fimage004.gif
Glycoprotein vs. Proteoglycan
Proteoglycans 蛋白聚醣
軟骨素
角質素
☻composition
core protein
Amino sugar
Glycosaminoglycans (GAGs)
Uronic acid
- Unbranches polysaccharides chains
N-acetylglucosamine (乙醯葡萄糖胺)
N-acetylgalactosamine (乙醯半乳糖胺)
Glucuronic acid (葡萄糖醛酸)
iduronic acid (艾杜醣醛酸)
- Repeating disaccharide units
http://bjr.birjournals.org/cgi/content-nw/full/76/911/777/F1
7
☻Types- different Glycosaminoglycans (GAGs)
Chondroitin Sulfate
Keratan Sulfate
Dermatan Sulfate
Hyaluronic Acid
Heparin
8
☻Synthesis
Heparan Sulfate
with a neutral PH
an acid environment
高基氏體
(木糖)
(半乳糖)
(葡萄糖醛酸)
(絲胺酸)
http://www.glycoforum.gr.jp/science/word/proteoglycan/PGA11E.html
9
☻Disease– Mucopolysaccharidoses (黏多醣症)
• genetic disorders (autosomal recessive)
• The inactivity of specific lysozomal enzymes that
normally degrade glycosaminoglycans leads to the
accumulation of proteoglycans within cells.
臨床特徵：
此症患者出生時並無異樣，
但隨著黏多醣日漸堆積，會
逐漸出現各種症狀：
身材矮小長不高、頭顱變大、
濃眉、臉部身體多毛、鼻樑
塌陷、嘴唇厚實。
關節變形僵硬、手臂粗短彎
曲、爪狀手、短下肢、膝內
翻、脊柱變粗。
肝脾腫大、腹部突出、肚臍
疝氣、腹股溝疝氣、角膜混
濁等。
http://www.netterimages.com/image/47151.htm
10
Fibrous proteins - Collagen
- Major proteins of the ECM
- Secreting by connective tissue cells
（major fibroblast）
- Major component of skin and bone
Glycine-X-Y
X-Y: commonly proline or hydroproline
12
The structure of collagen (膠原蛋白)
(a) Collagen fibers as seen SEM.
(b) A collagen fiber contains many
fibrils, each of which is a kindle of
collagen molecules, also called
tropocollagen - Major proteins
of the ECM
(c) Each collagen molecule is a triple
helix consisting of
(d) three entwined a chains
Glycine
P
HYP
13
Collagen Structure (膠原蛋白的結構)
tropocollagen
14
Collagen Structure
15
Some types of collagen and their properties
(軟骨)
16
Fibrous proteins - Elastin
彈力
蛋白
Elastin gives tissues their elasticity
-Highly hydrophobic protein
Hydrophobic peptide
Crosslink peptide
- Rich in proline and glycine
17
Fibrous proteins - Fibronectin
纖維結合素
Arg-Gly-Asp (RGD) sequence：
- Specific for recognition by cell-surface receptor (major integrin)
- In fibronectin and laminin are important
FIG. 3(C) - p.264
18
Fibrous proteins - Laminin
層黏連結蛋白
Each of polypeptide ＞ 1500 a.a
α chain
β chain
γ chain
Fig. 3(D) - p.264
19
A Current Model of the Molecular Structure of a Basal Lamina
20
珍珠素(perlecan)即屬於硫酸肝素蛋白多醣(heparan sulfate proteoglycan, HSPG)的一種
Degrade all kinds of extracellular matrix –
Matrix metalloproteinases (MMPs)
♣ Zinc-dependent endopeptidases
2 Cysteine 半胱胺酸
有四種endopeptidases：絲氨酸(serine)蛋白酶、胱氨酸(cystine)蛋白酶、
天門冬氨酸(aspartyl)蛋白酶，基質金屬蛋白酶，四種都和上述腫瘤發生、傳移
過程有關。MMPs是腫瘤發生過程中四種蛋白質水解酶(proteases)最重要的一種
基質金屬蛋白酶(Matrix metalloproteinases, MMPs) 是可分解細胞外基質
(extracellular matrix, ECM) 蛋白的酵素，不管在正常或有病的細胞中，他們都扮
演重要的角色。蛋白質水解酶(proteases)在許多疾病中扮演重要的角色，細胞外
蛋白質水解酶是腫瘤細胞穿過組織細胞所須的物質，水解ECM蛋白對侵掠性腫
瘤的轉移(metastasis)是必須的; 此外,，支援腫瘤生長的血管增生也借著侵略表皮
細胞來水解ECM蛋白。
♣ Five main regions: ☻ singal peptide ☻ propeptide ☻ catalytic
domain
☻ hinge region ☻ haemopexin domain
http://journals.cambridge.org/fulltext_content/ERM/ERM5_23/S1462399403006628sup017.gif
21
An overview of the extracellular matrix
http://nihroadmap.nih.gov/.../Dustin_ExecSumm2007.asp
22
Kyle R. Legate, Eloi Montañez, Oliver Kudlacek and Reinhard Füssler, ILK, PINCH and parvin:
the tIPP of integrin signalling, Nature Reviews Molecular Cell Biology, 7(2006)20-31.
23
Integrin (整合素)
♦ 跨膜的異二聚體(heterodimers)，以α及β
α-次單元
兩種次單位以非共價鍵的方式所組成
♦ 目前至少有22種不同的I整合素 被發現，
I-區域
約有16種的α次單元及8種β次單元相互配
對組合而成。
七葉β-螺旋體
2+
♦ 與配位體結合要二價離子(Ca )參與
β-次單元
似I-區域
細胞膜
http://www.e-stork.com.tw/picture/20050610_02.jpg
24
http://www.baibio.com/wiki/images/thumb/f/f3/%E6%95%B4%E8%81%94%E8%9B%8B%E7%99%BD.jpg/180px-%E6%95%B4%E8%81%94%E8%9B%8B%E7%99%BD.jpg
25
219.221.200.61/ywwy/zbsw(E)/edetail4.htm
細胞死亡
• 壞死(necrosis):
細胞受到化學因素(如強酸強鹼、有毒物質) 、物理因素
(如熱、輻射)和生物因素(如病原體)等環境因素的傷害，引起細胞死亡的現象。
• 計畫性的細胞死亡(apoptosis):
又稱作程序性細胞死亡，細胞受環
境刺激後，在基因調控之下所產生的自然死亡現象。
26
Necrosis （細胞壞死）
• 初期細胞外形呈不規
則狀，細胞膜的通透
性增加，內質網擴張
和染色質不規則移位，
接著細胞內細胞核腫
脹、溶小體破裂使具
分解作用的酵素流出。
最後細胞膜破裂、細
胞內粒線體漲破和染
色質流失，破壞整個
細胞結構使細胞死亡。
web1.nsc.gov.tw/ctpda.aspx?xItem=11207&ctNode...
27
Apoptosis （細胞計畫性死亡，凋亡）
http://www.microbiologybytes.com/virology/kalmakoff/baculo/pics/Apoptosis.gif
28
細胞凋亡 (apoptosis)
細胞壞死 (necrosis)
起因
生理或病理
病理性變化或劇烈損傷
範圍
單個散細胞
成群細胞
細胞膜
保持完整，一直到形成凋亡小體
破損
染色質
凝聚在核模下成半月狀
呈絮狀
細胞胞器
無明顯變化
腫脹、內質網崩解
細胞體積
固縮變小
腫脹變大
凋亡小體
有，被鄰近細胞或巨噬細胞吞噬
無，細胞自溶，殘餘碎片
被巨噬細胞吞噬
調節過程
受基因調控
被動進行
炎症反應
無，不釋放細胞內容物
有，釋放細胞內容物
29
Thanks for your attention
30