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細胞外基質 ( Extracellular matrix, ECM ) & 細胞死亡

Advisor: Hsien-Chang Chang Speaker: 連啟翔 (D2) date: 100.11.09

100BMC 短講 -

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彈力蛋白Elastin

纖維蛋白Fibronecti

n

膠原蛋白Collagen

玻尿酸Hyaluronic

acid

蛋白醣大分子(Proteoglycans)

附著複合物 (Focal adhesion complex)

細胞分泌 結構性蛋白：膠原蛋白、彈力蛋白、纖維蛋白等

蛋白醣大分子 網狀結構

細胞外基質 (Extracellular matrix, ECM) 細胞外基質 (Extracellular matrix, ECM)

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• 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).

Two main classes of ECM moleculesTwo main classes of ECM molecules

Fig. 2. - p.263

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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。

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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

最小單位 葡萄、水果、蜂蜜水果、蜂蜜乳糖水解

雙醣 蔗糖麥芽糖乳糖

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 果寡糖乳寡糖

蔗糖＋ 1~3 個果糖 香蕉、胡蘿蔔、蘆筍

多醣

可消化

澱粉

聚合物

米、麥澱粉加工肝臟

糊精肝醣

不可

纖維 蔬菜

葡萄糖 (Glucose) 半乳糖 (Galactose) 果糖 (Fructose)

蔗糖 (Sucrose) 乳糖 (Lactose) 麥芽糖 (Maltose)

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Glycoprotein vs. Proteoglycan

定義

特點

分布

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Proteoglycans

☻compositioncore protein

Glycosaminoglycans (GAGs)

Amino sugar

Uronic acid

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 )

http://bjr.birjournals.org/cgi/content-nw/full/76/911/777/F1

- Unbranches polysaccharides chains

- Repeating disaccharide units

軟骨素

角質素

蛋白聚醣

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☻Types- different Glycosaminoglycans (GAGs)

Chondroitin Sulfate

Dermatan Sulfate

Heparin

Hyaluronic Acid

Keratan Sulfate

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☻Synthesis

http://www.glycoforum.gr.jp/science/word/proteoglycan/PGA11E.html

with a neutral PH

an acid environment

Heparan Sulfate

( 葡萄糖醛酸 )( 半乳糖 )( 木糖 )

( 絲胺酸 )

高基氏體

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☻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.

http://www.netterimages.com/image/47151.htm

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。

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- Major proteins of the ECM

- Secreting by connective tissue cells （ major fibroblast ）

- Major component of skin and boneGlycine-X-Y

X-Y: commonly proline or hydroproline

Fibrous proteins - Collagen

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The structure of collagen ( 膠原蛋白 ) 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

HYPPGlycine

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Collagen Structure ( 膠原蛋白的結構 )

tropocollagen

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Collagen Structure

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Some types of collagen and their properties Some types of collagen and their properties

( 軟骨 )

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Elastin gives tissues their elasticity

-Highly hydrophobic protein

- Rich in proline and glycine

Fibrous proteins - Elastin

Hydrophobic peptideCrosslink peptide

彈力蛋白

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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

Fibrous proteins - Fibronectin

纖維結合素

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Each of polypeptide ＞ 1500 a.a

Fig. 3(D) - p.264

Fibrous proteins - Laminin

α chain

β chain

γ chain

層黏連結蛋白

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A Current Model of the Molecular Structure of a Basal Lamina

珍珠素 (perlecan) 即屬於硫酸肝素蛋白多醣 (heparan sulfate proteoglycan, HSPG) 的一種

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Degrade all kinds of extracellular matrix – Matrix metalloproteinases (MMPs) Degrade all kinds of extracellular matrix – Matrix metalloproteinases (MMPs) ♣ Zinc-dependent endopeptidases

♣ Five main regions: ☻ singal peptide ☻ propeptide ☻ catalytic

domain ☻ hinge region ☻ haemopexin domain

http://journals.cambridge.org/fulltext_content/ERM/ERM5_23/S1462399403006628sup017.gif

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。

2 Cysteine 半胱胺酸

22http://nihroadmap.nih.gov/.../Dustin_ExecSumm2007.asp

An overview of the extracellular matrix

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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.

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Integrin ( 整合素 )♦ 跨膜的異二聚體 (heterodimers) ，以 α

及 β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，約有 16 種的 α 次單元及 8 種 β 次單元相互配對組合而成。

♦ 與配位體結合要二價離子 (Ca2+ )參與

I- 區域 似 I- 區域

七葉 β- 螺旋體

細胞膜

α- 次單元 β- 次單元

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

http://www.e-stork.com.tw/picture/20050610_02.jpg

25219.221.200.61/ywwy/zbsw(E)/edetail4.htm

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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。

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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...

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Apoptosis （細胞計畫性死亡，凋亡）

http://www.microbiologybytes.com/virology/kalmakoff/baculo/pics/Apoptosis.gif

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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

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