解读胶原
胶原蛋白概况
胶原蛋白(Collagen)是动物体内含量最多，分布最广的蛋白质，又简称胶原，是由三条肽链拧成的螺旋形纤维状蛋白质。胶原蛋白是动物结缔组织重要的蛋白质，结缔组织除了含有大量的水分以外，胶原蛋白占了约20～30％，因为有高含量的胶原蛋白，结缔组织具有了一定的结构与机械力学性质，如张力强度、拉力、弹力等以达到支撑、保护的功能。
 人体成分中有16％左右是蛋白质，胶原蛋白占体内蛋白质总量的30～40％，故成年人体内约有3Kg左右胶原蛋白，主要存在于皮肤肌肉、骨骼、牙齿、内脏（如胃、肠、心肺、血管与食道）与眼睛等处。
胶原生化特性
胶原蛋白是一组由多种糖蛋白分子组成的大家族，品种繁多。 到目前为止，至少发现了30多余种胶原蛋白链的编码基因。这些不同的胶原蛋白链，以不同的方式组合，可以至少形成16种以上的胶原蛋白分子。因此，胶原蛋白的结构非常复杂。迄今为止，已被发现的胶原蛋白共有19种，分别以Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型、……等表示，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型三种胶原蛋白最多，约占胶原蛋白总数的80－90%。
各种不同类型的胶原蛋白分子具有特有的左旋α-链，相互缠绕构成右手复合螺旋结构。这一区段称为螺旋区段，该区段的最大特征是氨基酸呈现(Gly-X-Y)n
周期性排列。胶原蛋白大多是由3条α链绞合而成，形似棒状。其中，3条α链可以相同（均相三聚体）或不同（异相三聚体），α链的大小一般在600－1000个氨基酸间变化。
胶原蛋白是一种糖蛋白，分子含糖及大量甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸，不含胱氨酸和色氨酸。胶原蛋白的氨基酸组成极为特别，其中甘氨酸(Gly)占30%，脯氨酸(Pro)和羟脯氨酸(Hyp)共占约25%。人体可以合成胶原蛋白中的甘氨酸和脯氨酸等，但羟脯氨酸是人体自身无法合成的。由此可见，补充胶原蛋白对人体健康是非常必要的。
人体中胶原的存在形态
胶原蛋白由纤维细胞合成，存在于人体结缔组织，骨骼及软骨中，主要有四种形态：
1.胶原蛋白I型：主要存在于成人皮肤和骨组织
2.胶原蛋白II型：主要存在于软骨组织
3.胶原蛋白III型：主要存在于婴幼儿皮肤或血管内膜，肠胃
4.胶原蛋白IV型：主要存在于各组织器官的基底膜，胎盘，晶状体
随着年龄的增长胶原蛋白的结构也在发生变化，新生成的胶原蛋白接近于IV型，是螺旋型，具有可溶性，后来逐渐转变成互相交织的不可溶胶原蛋白，与此同时，所强盛的纤维细胞的合成能力下降，再加上环境污染，紫外线照射，精神紧张等各种原因，结果使皮肤显得干燥，变薄，失去弹性，脸上的皱纹也逐渐增多，这就是为什么皮肤老化会失去青春光彩的原因。
人体胶原蛋白分类：
类型Type |
链组成ChainComposition |
分布Distribution |
Ⅰ |
[a1(Ⅰ)]2a2(I) |
皮肤、骨、肌腱、血管、角膜 |
Ⅱ |
[a1(Ⅱ)]3 |
软骨、椎间盘 |
Ⅲ |
[al(Ⅲ)]3 |
血管、新生儿皮肤 |
胶原蛋白是一种糖蛋白(glycoprotein)，分子与糖相结合，脊椎动物中的胶原蛋白约含六碳糖（hexoses）0.5～1.3%，如葡萄糖、半乳糖等，而非脊椎动物胶原蛋白则含糖类3～4％。
胶原蛋白的氨基酸组成有如下特征：
①甘氨酸（glycine）约25～30％，每隔两个其他氨基酸残基(X，Y)即有一个甘氨酸，其肽链可用(甘－X－Y)n表示。
②胶原中脯氨酸(Proline)约12％，羟脯氨酸(hydroxyproline,Hyp)约10%，一般动物性蛋白质中羟脯氨酸含量极少，另外丙氨酸（alanine）有11％，羟赖氨酸（hydroxylysine）约0.5％。
③胶原中缺乏色氨酸，所以它在营养上为不完全蛋白质。
在胶原纤维中，胶原蛋白分子单位称为原胶原(tropocollagen)。每个原胶原分子由三条α－肽链组成，α－肽链自身为α螺旋结构，三条α－肽链则以平行、右手螺旋形式缠绕成"草绳状"三股螺旋结构(图13－6)。肽链中每三个氨基酸残基中就有一个要经过此三股螺旋中央区，而此处空间十分狭窄，只有甘氨酸适合于此位置，由此可解释其氨基酸组成中每隔两个氨基酸残基出现一个甘氨酸的特点。而且三条α－肽链是交错排列的，因而使三条α－肽链中的Gly、X、Y残基位于同一水平上，借Gly中的N－H基与相邻链X残基上羟基形成牢固的氢键，以稳定其分子结构。
原胶原分子平行排列成束，通过共价交联，可形成稳定的胶原微纤维(microfibvil)，进一步行聚集成束，形成胶原纤维。胶原分子通过分子内或分子间的交联成为不溶性的纤维。因胶原分子氨基酸组成中缺乏半胱氨酸，不可能象角蛋白那样以二硫键相联，而是通过组氨酸与赖氨酸间的共价交联，一般发生在胶原分子的C－或N末端之间。
胶原纤维在不同组织中的排列方式与其功能相关。如在肌腱、皮肤及软骨，要分别在一维、二维和三维方向承受张力，因而其胶原纤维排列分别为平行束状，多角的纤维片层及不规则排列等方式：
胶原纤维在不同组织中的排：
组 织 |
排 列 |
肌腱 |
平行束 |
皮肤 |
多角的纤维片层 |
软骨 |
无规则排列 |
角膜 |
交叉排布的光滑片层使光的散射最小化 |
胶原蛋白生物特性
胶原蛋白目前的生产都由动物的皮筋等部位抽取，一般而言新鲜畜皮依其种类、品种、性别、年龄、饲养方法及部位等其化学组成而有所差异。毛多之皮角蛋白(Keratin)的含量多，而脂肪成分多之皮，脂肪比率当然大。以牛皮而言，其网状层比率多，胶原纤维最发达，银面平滑而美。了解胶原蛋白与皮革制造的关连，有助于生产胶原蛋白的产品品质，也能与明胶(gelatin)之制造有所区隔。与肉邻接部位的肉面纤维与银面平行走向，制成革时多被剥除或是削除。革之制造过程中胶原蛋白以外的物质，宜尽量去除，使革之成分主要为胶原蛋白。
胶原蛋白与许多人类疾病相关。如骨形成不全(osteogenesis imperfecta)或称脆骨病(brittle bone
diesease)，即是由于胶原蛋白生物合成或转录后的修饰作用障碍所致。现已清楚是由于I型胶原突变所致，据突变发生的位置及性质不同，发病的严重性亦不同。此外，有些胶原性疾病涉及多种胶原合成紊乱或合成过程中酶(如赖氨酸羟化酶，赖氨酸氧化酶)活性的异常。如EhlersDanlos综合症即有10种以上不同胶原的缺陷，其症状主要为关节过度伸张，皮肤弹性增高、脆弱，血管脆弱及外伤后皮下粘蛋白或皮下脂肪小结形成等，又被称为"印第安橡皮人"(Indiarubber
man)。如果人体胶原蛋白的生物合成异常或者胶原蛋白因其它原因起异常变化，即有可能导致胶原病。在临床医学上如类风湿性关节炎、肝硬化、动脉硬化、红班狼疮、破皮病、牛皮癣、白癜风、细胞联结障碍、毛细血管脆性增加、创伤难愈合、牙齿出血肿胀导致坏血病等，都与胶原代谢异常有关。
结缔组织是人体中分布最为广泛的一种组织，包括骨、牙、软骨、肌腱、韧带、皮肤角质及血管等。其组成特点是细胞少而间质多，其细胞间质一般由基质(groundsubstance)和纤维(fiber)两部分组成。基质为无定形的胶态物质，主要成分为蛋白多糖(Proteoglycan)。纤维包括胶原纤维、弹性纤维和网状纤维，分别由胶原蛋白、弹性蛋白及网状蛋白构成。
各种结缔组织的生化功能和大分子结构
| 组织 |
机械性能 |
蛋白质 |
碳水化物 |
| 骨质 |
负荷重量 |
Ⅰ型胶原蛋白 |
硫酸软骨素 |
| 抗压、维持外形 |
|
透明质酸 |
| |
|
硫酸角质素 |
| 肋软骨 |
抗压、减少摩擦 |
Ⅱ型胶原蛋白 |
硫酸软骨素 |
| 弹性好 |
|
硫酸角质素 |
| 肌腱 |
抗张强度大 |
Ⅰ型胶原蛋白 |
硫酸皮肤素 |
| 弹性（延性）小 |
|
硫酸软骨素 |
| 大血管 |
延性强 |
弹性蛋白 |
硫酸软骨素 |
| 抗裂性强 |
Ⅲ型和Ⅰ型胶原蛋白 |
透明质酸、硫酸皮肤素不相识硫酸乙酰肝素 |
| |
|
肝素 |
| 关节液 |
润滑防震 |
Ⅱ型胶原蛋白 |
透明质酸 |
| 皮肤 |
有中度延性和变形性而 |
Ⅰ型（80％）与Ⅲ型胶原蛋白 |
透明质酸 |
| 具韧性 |
角蛋白 |
硫酸乙酰肝素 |
| 基底膜 |
变形性良好、分隔作用 |
Ⅵ型和Ⅴ型蛋胶原蛋白、昆布 |
|
| 选择性渗透 |
氨酸粘连蛋白 |
|
| 角膜 |
透明、坚固 |
Ⅰ型与Ⅱ型胶原蛋白 |
硫酸角质素 |
| |
|
软骨素（硫酸软骨素） |
| 
ARTHRED活性小分子胶原蛋白(多肽)
