膠原蛋白的結(jié)構(gòu)與特性

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1、膠原蛋白的結(jié)構(gòu)與特性膠原蛋白的結(jié)構(gòu)類似繩索，由無數(shù)根膠原纖維束所組合而成。膠原蛋白最基本的單位為原膠原，是由三條多勝肽（polypeptides）鏈所組成的，而此三條多勝肽鏈則以平行及鏈間的氫鍵緊密地結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的三股螺旋結(jié)構(gòu)。由多個(gè)原膠原聚集成膠原分子，而平行排列的膠原分子形成束形的膠原蛋白微纖維，膠原蛋白微纖維再糾集成較大的纖維束。由于每一條多勝肽鏈（稱為alpha鏈）的組成相似，但不一定完全相同，所組成的膠原蛋白形式也不相同，有由三條完全相同的alpha鏈所組成的（如第二型），也有由完全不相同的al

2、pha鏈所組成的（如第四型）。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)的動(dòng)物膠原蛋白可分成21種型式，依著組織的不同而有不同的膠原蛋白，其中以第一型膠原蛋白的含量最多，約占全部膠原蛋白含量的90％，也是用途最廣的膠原蛋白。膠原蛋白的分子量約為283,000道爾頓（daltons），長(zhǎng)約280奈米，直徑1.5奈米，具有特別的機(jī)械性質(zhì)，例如具有方向性的膠原蛋白纖維抗拉強(qiáng)度可高達(dá)5~10公斤/毫米平方（kg/mm2），因此提供結(jié)締組織所需的張力、拉力強(qiáng)度等。在生化性質(zhì)方面，它可促使血小板凝集而催化血塊的形成，另外膠原蛋白的功用包括可控制分子

3、通透、促進(jìn)傷口愈合與組織修復(fù)、調(diào)控細(xì)胞與組織的生理功能等。單個(gè)的Ⅰ型膠原分子分子量約285kD，寬14A，長(zhǎng)約3000A。由三條多肽鏈組成。哺乳動(dòng)物個(gè)體中有30種不同的多肽鏈構(gòu)成16種不同的膠原，其中最常見的列于表13－3中。類型鏈組成分布TypeChainCompositionDistributionⅠ[a1(Ⅰ)]2a2(I)皮膚、骨、肌腱、血管、角膜Ⅱ[a1(Ⅱ)]3軟骨、椎間盤Ⅲ[al(Ⅲ)]3血管、新生兒皮膚表13－3　膠原的主要類型膠原蛋白的氨基酸組成有如下特征：①甘氨酸幾乎占總氨基酸殘基的三分之一，

4、即每隔兩個(gè)其他氨基酸殘基(X，Y)即有一個(gè)甘氨酸，故其肽鏈可用(甘－X－Y)n來表示。②含有較多在其他蛋白質(zhì)中少見的羧脯氨酸和羧賴氨酸殘基，也有較多脯氨酸(pro)和賴氨酸。如脯氨酸(Pro)和4—羥脯氨酸(4—hydroxyproline,Hyp)含量高達(dá)15～30%。同時(shí)還含有少量3—羥脯氨酸(3hydroxyproline)和5—羥賴氨酸(5—hydroxylysine,Hyl)。羥脯氨酸殘基可通過形成分子內(nèi)氫鍵穩(wěn)定膠原蛋白分子。例如，正常膠原在39℃變性，而在缺乏脯氨酸羥化酶條件下合成的膠原在24℃變性成

5、為白明膠(gelatin)。而羥賴氨酸上可結(jié)合半乳糖－葡萄糖苷，與特定組織功能相關(guān)。如在基底膜膠原(Ⅳ型)中含hyl較多，含糖也較多，可能與基底膜的濾過功能有關(guān)。③膠原中缺乏色氨酸，所以它在營(yíng)養(yǎng)上為不完全蛋白質(zhì)?！　≡谀z原纖維中，膠原蛋白分子單位稱為原膠原(tropocollagen)。每個(gè)原膠原分子由三條α－肽鏈組成，α－肽鏈自身為α螺旋結(jié)構(gòu)，三條α－肽鏈則以平行、右手螺旋形式纏繞成“草繩狀”三股螺旋結(jié)構(gòu)(圖13－6)。肽鏈中每三個(gè)氨基酸殘基中就有一個(gè)要經(jīng)過此三股螺旋中央?yún)^(qū)，而此處空間十分狹窄，只有甘氨酸適合于

6、此位置，由此可解釋其氨基酸組成中每隔兩個(gè)氨基酸殘基出現(xiàn)一個(gè)甘氨酸的特點(diǎn)。而且三條α－肽鏈?zhǔn)墙诲e(cuò)排列的，因而使三條α－肽鏈中的Gly、X、Y殘基位于同一水平上，借Gly中的N－H基與相鄰鏈X殘基上羥基形成牢固的氫鍵(圖13－7)，以穩(wěn)定其分子結(jié)構(gòu)?！　≡z原分子平行排列成束，通過共價(jià)交聯(lián)，可形成穩(wěn)定的膠原微纖維(microfibvil)，進(jìn)一步行聚集成束，形成膠原纖維。膠原分子通過分子內(nèi)或分子間的交聯(lián)成為不溶性的纖維。因膠原分子氨基酸組成中缺乏半胱氨酸，不可能象角蛋白那樣以二硫鍵相聯(lián)，而是通過組氨酸與賴氨酸間的共價(jià)

7、交聯(lián)，一般發(fā)生在膠原分子的C－或N末端之間。膠原纖維在不同組織中的排列方式與其功能相關(guān)。如在肌腱、皮膚及軟骨，要分別在一維、二維和三維方向承受張力，因而其膠原纖維排列分別為平行束狀，多角的纖維片層及不規(guī)則排列等方式。(表13－4)表13－4　膠原纖維在不同組織中的排列組織排列肌腱平行束皮膚多角的纖維片層軟骨無規(guī)則排列角膜交叉排布的光滑片層使光的散身最小化膠原蛋白簡(jiǎn)介、組成及結(jié)構(gòu)?(添加日期：2008-2-29:09)????膠原蛋白是一種生物性高分子物質(zhì)，在動(dòng)物細(xì)胞中扮演結(jié)合組織的角色。為生物科技產(chǎn)業(yè)最具關(guān)鍵性

8、的原材料之一，也是需求量十分龐大的最佳生醫(yī)材料。其應(yīng)用領(lǐng)域包括生醫(yī)材料、化妝品、食品工業(yè)、研究用途等。膠原蛋白的組成?????膠原蛋白富含除色氨酸和半胱氨酸外的18種氨基酸，其中維持人體生長(zhǎng)所必需的氨基酸有7種。膠原蛋白中的甘氨酸占30％．脯氨酸和羥脯氨酸共占約25％，是各種蛋白質(zhì)中含量最高的，丙氨酸、谷氨酸的含量也比較高．同時(shí)還含有在一般蛋白中少見的羥脯氨酸和焦谷氨酸和