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膠原蛋白(也稱膠原)是蛋白質(zhì)中的一種，英文名“collagen”，由希臘文演化而來是一種多糖蛋白，呈白色，含有少量的半乳糖和葡萄糖是細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的主要成分，分子量為300ku。膠原蛋白zui普遍的結(jié)構(gòu)特征是三螺旋結(jié)構(gòu)，其由2條α 1鏈和1條α 2多肽鏈組成。

   3條α 肽鏈交互纏繞形成了繩索狀的超螺旋結(jié)構(gòu)，每一條膠原鏈都是左手螺旋構(gòu)型，3條左手螺旋鏈相互纏繞成右手螺旋結(jié)構(gòu)形成膠原蛋白*的三重螺旋結(jié)構(gòu)，使其分子結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。膠原蛋白中含有大量的甘氨酸，約占總氨基酸的27%，也有報道說占13%。膠原α -鏈N-端氨基酸是焦谷氨酸，它是谷氨酰胺脫去一分子氨而閉環(huán)產(chǎn)生的毗咯烷酮羧酸它在一般蛋白質(zhì)中較少見。 膠原蛋白中脯氨酸和羥脯氨酸的含量也特別高，是膠原蛋白質(zhì)的*氨基酸，二者均占14%左右。而色氨酸、酪氨酸以及蛋氨酸等必需氨基酸含量低，因此，膠原蛋白屬于不*蛋白質(zhì)。

人I型膠原(COL1)elisa試劑盒

   膠原蛋白主要由成纖細(xì)胞或與其來源相類似的細(xì)胞如成骨細(xì)胞、 成軟骨細(xì)胞 合成 生物體內(nèi)膠原的合成一般包括一系列的過程首先在胞內(nèi)合成膠原蛋白分子形成前膠原進(jìn)而在胞外進(jìn)一步聚合成膠原纖維和膠原束。

1 I型膠原蛋白的結(jié)構(gòu)

  膠原蛋白是一個龐大的家族，種類繁多，結(jié)構(gòu)高度復(fù)雜。從分子結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)，再到組織分布和功能等、具有顯著的多樣性。盡管如此，膠原蛋白的基本組成卻是大同小異在氨基酸序列上都含有(Gly—X—Y)n重復(fù)序列 這些重復(fù)序列是構(gòu)成三聚體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)其中X通常為Pro Y通常為Hy-Pm或Hy-Lys。

幾種常見類型膠原在體內(nèi)的分布α 多肽鏈中每3個氨基酸序 膠原類型 組織分布 I 型 皮膚、骨、角膜、肌腱、腫瘤 Ⅱ型 軟骨、玻璃體 Ⅲ型 皮膚、子宮壁、血管壁 Ⅳ型 基底膜、胎盤 V 型 皮膚、胎盤、羊膜 Ⅵ型 子宮壁、皮膚、角膜 Ⅶ 型 羊膜、皮膚 Ⅶ 型 內(nèi)皮細(xì)胞 Ⅸ型 軟骨 x 型 軟骨 Ⅺ 型 軟骨、脊椎盤 Ⅻ 型 皮膚、腱 xⅢ型 內(nèi)皮細(xì)胞 列組成中就有一個重復(fù)的甘氨酸因?yàn)楦拾彼嵊衵ui小的側(cè)鏈基團(tuán)，這樣的序列結(jié)構(gòu)使α 鏈間的距離縮短、 空間zui小 鏈與鏈間緊靠在一起形成的螺旋結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。大約有35%的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元Gly-X-Y中的X和Y殘基分別為脯氨酸和羥脯氨酸。 羥脯氨酸是由脯氨酸被脯氨酰羥化酶羥基化作用后演變而來的 其羥基對于氫鍵的形成以及三股螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定都是必需的。 羥脯氨酸在膠原的氨基酸組成中含有大約10%的量其含量可用于定量測定膠原。

此外I型膠原的螺旋和非螺旋結(jié)構(gòu)區(qū)還含有賴氨酸和羥賴氨酸與羥脯氨酸的形成類似羥賴氨酸是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)通過賴氨酰羥化酶的作用由賴氨酸的羥基化作用而形成的。賴氨酸和羥賴氨酸殘基的共價交聯(lián)有利于膠原分子三股螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定同時羥賴氨酸的形成有利于糖組分的吸附可以發(fā)生半乳糖化或葡萄糖半乳糖化通過羥賴氨酸殘基位點(diǎn)發(fā)生O-糖基化。 
 

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1.2 高級結(jié)構(gòu) 膠原與大多數(shù)合成聚合物相比具有*的生理和生物特性這主要來源于膠原分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。I型膠原每一條α 鏈形成左手螺旋每個螺旋結(jié)構(gòu)區(qū)大小約0.87nm3條α 鏈又相互纏繞形成右手螺旋結(jié)構(gòu)每個螺旋結(jié)構(gòu)區(qū)大小約8.6nm三股螺旋形成的膠原分子平均分子量約300kDα長度300nm直徑1.5nm。三股螺旋分子間以一定間距、呈縱向?qū)ΨQ交錯排列形成原纖維。 分子間交錯距離為67nm縱向相鄰分子間距為40nm?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。膠原原纖維再聚集形成纖維然后再形成更大的纖維束。

早在1987年Schnieke等就將人I型原膠原蛋白[Proα1(I)]基因?qū)氲絇roα1(I)缺陷的鼠Mov-13細(xì)胞系中[此細(xì)胞系正常表達(dá)Proα2(I)] 獲得了具有正常功能的人鼠雜合的I型膠原蛋白。 Toman等則在釀酒酵母中同時表達(dá)了4種基因 即Proα(I)、 Proα2 (I)和P4H酶的2種亞基的基因 獲得了穩(wěn)定表達(dá)的重組人I型原膠原蛋白異源三聚體。1999年有報道將完整膠原蛋白的Proα1(I)與Proα2(I)基因轉(zhuǎn)入小鼠并在小鼠ru腺中表達(dá)。Toman等也獲得了轉(zhuǎn)Proα1(I)原膠原基因的小鼠ru腺中表達(dá)的原膠原量已達(dá)到8 mgmL且所獲得的原膠原蛋白能夠形成同源三聚體的高級 結(jié)構(gòu)但不足的是Pro與Lys殘基羥基化程度不夠。同源三聚體的I型膠原蛋白與成纖維原的I型膠原蛋白異源三聚體有相似的Tm 值且長度相似 在正常的組織中有I型原膠原蛋白同源三聚體存在的現(xiàn)象。 John等在小鼠ru腺中表達(dá)了Proa2(I)與P4H的d與B亞基的基因 ru腺中獲得的原膠原的產(chǎn)量達(dá)到50-200txgmL原膠原上的脯氨酸殘基羥基化程度與生物體正常的原膠原*并能形成同源三聚體結(jié)構(gòu)還有熱穩(wěn)定的三螺旋結(jié)構(gòu)域。但是Toman和John等在小鼠ru腺中獲得的都是成熟膠原的前體形式---原膠原。以這樣的形式在ru腺中表達(dá)分泌蛋白是優(yōu)是劣還不能一概而論就是對于膠原這樣的結(jié)構(gòu)蛋白而言也很難加以評判。因?yàn)槌墒斓哪z原蛋白的溶解度要比原膠原低幾個數(shù)量級所以在ru腺中分泌不會對宿主本身造成麻煩但問題是以前體的形式分泌要想成品化還要通過N端、C端蛋白酶的消化以去掉前肽。 

三股螺旋分子的有序聚集使膠原纖維具有一定的強(qiáng)度和韌性。 (α)氨基酸序列結(jié)構(gòu) (b)1 條 α 鏈的左手螺旋結(jié)構(gòu)和 3 條 α 鏈形成的右手三股螺旋結(jié)構(gòu) (c)原纖維的聚集結(jié)構(gòu) 圖 1 I 型膠原的化學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖 2 膠原蛋白的應(yīng)用 2.1 生物醫(yī)學(xué)材料與臨床應(yīng)用 由膠原制成的手術(shù)縫合線既有與天然絲一樣的高強(qiáng)度又有可吸收性在使用時既有優(yōu)良的血小板凝聚性能止血效果好又有較好的平滑性和彈性縫合結(jié)頭不易松散操作過程中不易損傷機(jī)體組織。膠原于不同的細(xì)胞之間存在很強(qiáng)的親和力與在傷口的愈合過程中起到關(guān)鍵作用的生長因子間也有著特殊的親和力在血液凝固后還可以通過刺激組織的再生與修復(fù)來防止再次發(fā)生出血所以膠原可以作為凝血材料。 同時用合成材料或膠原蛋白在血漿代用品、 人造皮膚、人工血管、 骨的修復(fù)和人工骨和固定化酶的載體等方面的研究和應(yīng)用方面都十分的廣泛。

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