胶原蛋白是什么？如何合成？胶原蛋白的生物学解释

2021-09-10 10:07:50 作者：C-C 4877

1 胶原蛋白是什么

胶原是细胞外基质的主要组成成分，是人体中含量最多的蛋白质，广泛分布于人体结缔组织中，如皮肤、软骨和骨、肌腱、韧带、角膜、器官被膜、硬脑膜等，一个成年人体内约有3kg胶原蛋白，正常人约有90%的胶原存在于皮肤和骨头中。不同类型和不同部位的胶原在组织支撑、细胞间信号传递等方面发挥着重要功能。

2 胶原蛋白的类型

目前共有约29种胶原蛋白已被证实存在于脊椎动物中，按照结构是否为纤维状可分为纤维状和非纤维状两大类。

纤维状胶原蛋白主要承担细胞支架的功能，固定细胞位置、发挥锚定作用，也为组织提供拉伸强度和刚度，主要的代表类型有I、II、III、V、XI型胶原蛋白；

非纤维胶原可进一步细分为基底膜胶原蛋白(基底膜为连接表皮和真皮的重要结构)、短链胶原、FACIT(Fibril-associated Collagens with Interrupted Triple helices，具有间断三螺旋的原纤维相关胶原蛋白)、跨膜胶原蛋白等，各自承担不同的功能。

众多类型中，I、II、III、IV、V、XI胶原蛋白较为常见。

I型胶原在所有胶原中含量最高，约占胶原总量的80%-90%，主要分布在皮肤、肌腱等组织，主要承担细胞支架的功能；

Ⅱ型胶原蛋白由软骨细胞产生;

III型胶原蛋白在新生儿皮肤中含量较高，主要有修复功能;IV型胶原蛋白为基底膜的主要成分;

V型胶原蛋白分布在细胞周围以及Ⅰ型胶原的周围，广泛分布于结缔组织中，可能在基膜和结缔组织间起桥梁作用;

XI胶原是软骨的微量成分，在软骨胶原纤维的形成和软骨基质的组成中起着重要作用，且常与Ⅱ型胶原共存。

3 胶原蛋白形成过程

胶原蛋白的形成经历复杂的生物学反应。胶原蛋白遵循生物蛋白4个层次定义：

1)以(Gly-X-Y)为特征的氨基酸，即每三个氨基酸有一个甘氨酸(Glycine);X和Y代表其他氨基酸，最常见的为脯氨酸(Proline)和羟脯氨酸(Hydroxyproline，该氨基酸为胶原蛋白特有);

2)氨基酸重复序列(Gly-X-Y)n组成多肽链;

3)三条多肽链以卷曲的螺旋方式聚集，经过蛋白酶裂解后形成三螺旋结构的原胶原蛋白(tropocollagen/TC)——胶原蛋白的基本组织单位(大部分原胶原蛋白分子量约为30w道尔顿)，且其溶解度比前两个层次大幅度降低，该步骤还去除了非螺旋结构的端肽;

4)各TC分子彼此平行，并通过分子间交联(crosslink)形成原纤维(fibrils)(TC分子末端的残基可促进相邻TC共价交联，促进原纤维结构的稳定性)。原纤维结合在一起即形成了具备一定抗张程度(tensile strength)的胶原纤维(collagen fibers)，合成过程中涉及到数百个酶促反应以及折叠、溶解、分类和运输等步骤。

简化看，胶原纤维的合成主要经历氨基酸→多肽链→原胶原蛋白(三螺旋单体)→原纤维→胶原纤维4个步骤。