胶原蛋白的研究进展及其应用

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1、http://www.paper.edu.cn胶原蛋白的研究进展及其应用林祥明厦门大学生命科学学院，福建厦门（361005）E-mail：lxmwxr@gmail.com摘要：胶原蛋白来源广泛，有许多优良性质且用途广泛。本文概述了胶原蛋白的结构、特性、研究现状及其制备方法，阐述了胶原蛋白及其水解产物在化妆品、医药、功能保健食品等相关领域的应用。关键词：胶原蛋白制备进展应用1.引言胶原蛋白为人体主要的细胞外间质成分之一，是人体蛋白质的一大家族。胶原蛋白分子的异常合成与沉积是纤维化反应的基础。在胚胎发育、组织重建、损伤修复等过程中，生[1]长因子及分化因子对胶原蛋白基因的表达

2、具有重要的调控作用。近年来人们进行了这些因子等对胶原基因转动调控作用的研究，这将有助于阐明胶原蛋白基因表达的调控机制。胶原[2]蛋白基因的表达是其本身的顺式作用、反式作用因子以及诸多调控因子相互作用的结果。到目前为止，已报道的胶原类型大约有19种，对天然胶原的研究有助于进一步理解靶药物和胶原之间结构功能关系。有人用人成纤维II型胶原的三维结构模型来进行合成胶原组织、胶原的结构和功能的研究，利用这一系统进一步研究侧链基团的立体化学和特定分子的相互作用，继而评价胶原相关疾病的临床治疗效应。此外，连接分子末端非螺旋末端肽是胶原分子抗原性的主要来源，而且用胃蛋白酶除去末端肽的缺失

3、胶原是很有应用前景的药物载[3，4]体，特别是用于基因递送。胶原蛋白是构成动物机体的重要功能物质，它具有其他合成高分子材料无法比拟的生物相容性和生物可降解性。胶原蛋白质结构和功能特点的多样性和复杂性，决定了其在许多领域的重要地位，以及良好的应用前景。目前胶原已广泛地应用于食品、化妆品、营养保健品、生物肥料以及医用材料等领域。2.胶原蛋白的概况胶原蛋白是一种白色、不透明、无支链的纤维蛋白质，是由动物细胞合成的一种生物性高分子，广泛存在于动物的骨、腱、肌鞘、韧带、肌膜、软骨和皮肤中，是结缔组织中极[5]其重要的一种蛋白质，占哺乳动物体内蛋白质总量的25%~30%，相当于体重的

4、6%，是人体重要的细胞外基质成份。胶原还可作为组织的支持物，起着支撑器官、保护机体的功能，对细胞、组织乃至器官行使正常功能并对外伤修复有重大影响。胶原蛋白的种类很多，一般皮肤和骨骼中的是Ⅰ型胶原蛋白，软骨中的是Ⅱ型胶原蛋白，胚胎皮肤中的是Ⅲ型胶原蛋白，细胞基底膜中的是Ⅳ型胶原蛋白。通常胶原蛋白由三条多肽链构成三股螺旋结构，氨基酸的主要组成为脯氨酸（Pro）、甘氨酸（Gly）和丙氨酸（Ala）。胶原特有的左旋α链相互缠绕构成胶原的右手复合螺旋结构，这一区段称为螺旋区段，其最-1-http://www.paper.edu.cn[6][7]大特征是氨基酸呈现（Gly-X-Y)n

5、周期性排列。胶原蛋白的氨基酸组成有如下特点：（１）胶原蛋白中缺少Cys和Try；（２）胶原蛋白Gly的含量几乎占1/3；（３）胶原蛋白中存在其它蛋白质中不存在的羟赖氨酸，以及其他蛋白质很少含有的羟脯氨酸，脯氨酸和羟脯氨酸含量是各种蛋白质中最高的；（４）胶原蛋白α-链的Ｎ-端氨基酸是焦谷氨酸，它在一般蛋白质中是少见的。各型胶原可按其功能分为两组：第一组是成纤维胶原。ECM中的纤维主要由它们构成。它们分子中的胶原域是由长而不中断的三股螺旋组成。这组包括I-III,，V和XI型。第二组是非纤维胶原。它们胶原域中的三股螺旋是不连续的，这种中断是由于Gly-X-Y重复三联体不完善所

6、致，即Gly-X-Y为Gly-X-Gly-X-Y或Gly-X-Y-X-Y所取代。这组中的胶原相互变异也很大，称为Fibril-associatedcollagenwithinterruptedtriplehelices(FACIT)，指具有中断三股螺旋而与纤维相连结的胶原。它们自身虽不形成纤维，但在ECM中是与纤维相连结的。这一亚组包括IX,XII和XIV型，后来报道的XVI型和RH型(可能应是XIX型)也可列入此亚组。另一亚组是成片层结构的胶原。其中有IV型(基底膜型)、VII型(Descemet氏膜型)和X型胶原，它们在ECM中装配成片层结构。IV型这一亚组在ECM中

7、由四聚体聚集成串珠样细丝，功能尚[8]未完全清楚。最后一亚组是VI型胶原，在ECM中起锚促连结作用。胶原蛋白质结构和功能上的多样性和复杂性是不同水平造成的。首先起因于基因水平，已知编码胶原蛋白的基因己超过30个，而这些基因经过不同的剪接方式和不同的启动子操作，就会产生更多不同的α多肤链。IV型胶原就已鉴起出6种α链(αl-α6)。其次，胶原蛋白的三股螺旋不仅可从由同型胶原的α链组成同质三聚体或异质三聚体的三股螺旋，而且还可以由不同型胶原的α链来组成，如已发现由J型和X型链杂交组成的混合型三股螺旋，它们之间实际是异构重整的产物。