膠原蛋白是什么？如何合成？膠原蛋白的生物學解釋

2021-09-10 10:07:50 作者：C-C 6462

1 膠原蛋白是什么

膠原是細胞外基質的主要組成成分，是人體中含量最多的蛋白質，廣泛分布于人體結締組織中，如皮膚、軟骨和骨、肌腱、韌帶、角膜、器官被膜、硬腦膜等，一個成年人體內約有3kg膠原蛋白，正常人約有90%的膠原存在于皮膚和骨頭中。不同類型和不同部位的膠原在組織支撐、細胞間信號傳遞等方面發揮著重要功能。

2 膠原蛋白的類型

目前共有約29種膠原蛋白已被證實存在于脊椎動物中，按照結構是否為纖維狀可分為纖維狀和非纖維狀兩大類。

纖維狀膠原蛋白主要承擔細胞支架的功能，固定細胞位置、發揮錨定作用，也為組織提供拉伸強度和剛度，主要的代表類型有I、II、III、V、XI型膠原蛋白；

非纖維膠原可進一步細分為基底膜膠原蛋白(基底膜為連接表皮和真皮的重要結構)、短鏈膠原、FACIT(Fibril-associated Collagens with Interrupted Triple helices，具有間斷三螺旋的原纖維相關膠原蛋白)、跨膜膠原蛋白等，各自承擔不同的功能。

眾多類型中，I、II、III、IV、V、XI膠原蛋白較為常見。

I型膠原在所有膠原中含量最高，約占膠原總量的80%-90%，主要分布在皮膚、肌腱等組織，主要承擔細胞支架的功能；

Ⅱ型膠原蛋白由軟骨細胞產生;

III型膠原蛋白在新生兒皮膚中含量較高，主要有修復功能;IV型膠原蛋白為基底膜的主要成分;

V型膠原蛋白分布在細胞周圍以及Ⅰ型膠原的周圍，廣泛分布于結締組織中，可能在基膜和結締組織間起橋梁作用;

XI膠原是軟骨的微量成分，在軟骨膠原纖維的形成和軟骨基質的組成中起著重要作用，且常與Ⅱ型膠原共存。

3 膠原蛋白形成過程

膠原蛋白的形成經歷復雜的生物學反應。膠原蛋白遵循生物蛋白4個層次定義：

1)以(Gly-X-Y)為特征的氨基酸，即每三個氨基酸有一個甘氨酸(Glycine);X和Y代表其他氨基酸，最常見的為脯氨酸(Proline)和羥脯氨酸(Hydroxyproline，該氨基酸為膠原蛋白特有);

2)氨基酸重復序列(Gly-X-Y)n組成多肽鏈;

3)三條多肽鏈以卷曲的螺旋方式聚集，經過蛋白酶裂解后形成三螺旋結構的原膠原蛋白(tropocollagen/TC)——膠原蛋白的基本組織單位(大部分原膠原蛋白分子量約為30w道爾頓)，且其溶解度比前兩個層次大幅度降低，該步驟還去除了非螺旋結構的端肽;

4)各TC分子彼此平行，并通過分子間交聯(crosslink)形成原纖維(fibrils)(TC分子末端的殘基可促進相鄰TC共價交聯，促進原纖維結構的穩定性)。原纖維結合在一起即形成了具備一定抗張程度(tensile strength)的膠原纖維(collagen fibers)，合成過程中涉及到數百個酶促反應以及折疊、溶解、分類和運輸等步驟。

簡化看，膠原纖維的合成主要經歷氨基酸→多肽鏈→原膠原蛋白(三螺旋單體)→原纖維→膠原纖維4個步驟。