胶原蛋白
2012-04-12 13:31:27 来源：37度医学网 作者： 评论：0 点击：
胶原蛋白(collagen)存在所有多细胞动物体内，是体内含量最多的一类蛋白质，存在于几乎所有组织中，是一种细胞外蛋白质，以不溶纤维形式存在，具高度抗张能力，是决定结缔组织韧性的主要因素。
一、胶原蛋白的结构
单个的Ⅰ型胶原分子分子量约285kD，宽14A，长约3000A。由三条多肽链组成。哺乳动物个体中有30种不同的多肽链构成16种不同的胶原，其中最常见的列于表13－3中。
表13－3 胶原的主要类型
类型 链组成 分布 Type Chain Composition 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
图13－6 胶原的右手超螺旋结构
胶原蛋白的氨基酸组成有如下特征：①甘氨酸几乎占总氨基酸残基的三分之一，即每隔两个其他氨基酸残基 (X，Y)即有一个甘氨酸，故其肽链可用(甘－X－Y)n来表示。②含有较多在其他蛋白质中少见的羧脯氨酸和羧赖氨酸残基，也有较多脯氨酸(pro)和赖 氨酸。如脯氨酸(Pro)和4—羟脯氨酸(4—hydroxyproline,Hyp)含量高达15～30%。同时还含有少量3—羟脯氨酸 (3hydroxyproline)和5—羟赖氨酸(5—hydroxylysine,Hyl)。羟脯氨酸残基可通过形成分子内氢键稳定胶原蛋白分子。例 如，正常胶原在39℃变性，而在缺乏脯氨酸羟化酶条件下合成的胶原在24℃变性成为白明胶(gelatin)。而羟赖氨酸上可结合半乳糖－葡萄糖苷，与特 定组织功能相关。如在基底膜胶原(Ⅳ型)中含hyl较多，含糖也较多，可能与基底膜的滤过功能有关。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(tropo collagen)。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(图13－7)，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。
图13－7 胶原样多聚体三螺旋轴的C端投影图
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。(表13－4)
表13－4 胶原纤维在不同组织中的排列
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身最小化二、胶原的生物合成
结缔组织中的原胶原分子主要由成纤维细胞合成，软骨中胶原由软骨细胞合成，骨胶原来自成骨细胞，基底膜中胶原则由上皮或内皮细胞合成。胶原的生物合成可分为细胞内和细胞外两大阶段。
图13－8 胶原结构示意图
1.细胞内合成阶段
在结缔组织细胞中，首先是按蛋白质合成的原则先合成一条很长的，约1400个氨基酸残基的肽链，称为溶胶原蛋白，而后转入内质网中进行羟基化和糖基化修饰。
(1)羟基化修饰
胶原分子组成中含有羟脯氨酸和羟赖氨酸，这两种氨基酸并无遗传密码、反密码及tRNA引导入肽链，而是在内质 网中，由脯氨酸、赖氨酸残基经羟化生成的。由脯氨酸羟化酶(prolyl hydroxylase)和赖氨酸羟化酶(lysyl hydroxylase)催化，此酶为加单氧酶，需Fe++和维生素C为辅因子，α-酮戊二酸作辅底物。如脯氨酸的羟化反应：
此羟化反应中需分子氧，缺氧会妨碍胶原的生成，因而缺氧可使伤口愈合延迟。而维生素C是维持羟化酶活性所必需 的，缺乏维生素C，胶原合成不能形成正常的纤维，可出现皮肤结节，血管脆弱及伤口愈合缓慢等症状。羟化作用对三股螺旋的坚固性有重要作用，羟化不足的链在 体温下不能形成坚固的三股螺旋，因而不能从细胞内排出。
(2)糖基化修饰
胶原分子中含有共价连接的糖基，根据组织不同，糖含量可达0.4－12%。其中糖基主要为葡萄糖、半乳糖及它们的双糖。在内质网中由半乳糖基转移酶及葡萄糖基转移酶催化将糖基联于5－羟赖氨酸残基上。
糖基化的作用目前尚未完全阐明，研究发现这些糖基位于胶原纤维中原胶原的接头处。推测糖基化与纤维的定向排列有关。
经羟基化和糖基化修饰的溶胶原蛋白，形成三股螺旋而排出细胞外。
2.细胞外胶原纤维成熟阶段
分泌到细胞外的溶胶原由内切酶作用，水解N—末端和C—末端的附加肽链，形成原胶原蛋白，原胶原分子可在中性pH条件下，借分子间各部分不同电荷的相互吸引而自动聚合成胶原纤维，此种聚合不稳定，经共价交联成网使之进一步固定。
胶原纤维的共价交联由赖氨酸氧化酶(lysyl oxidase)催化，此酶含Cu++，是参与交联反应过程的唯一酶，能将赖氨酸转变为醛赖氨酸(allysine)ε－醛赖氨酸与另一α－肽链的ε赖氨 酸醛醛缩合生成ε－醛赖氨酸醛酸（Allysine aldol)，再与组氨酸反应生成醇醛组氨酸(aldol histidine)，后者再与5－羟赖氨酸进行醛胺缩合形成希夫碱结构(图13－9)可使4条α－肽链间共价交联。
通过共价交联，胶原微纤维的张力加强，韧性增大，溶解度降低，最终形成不溶性的胶原纤维。
图13－9 胶原纤维的交联过程
胶原蛋白分子共价交联对胶原正常功能有重要意义。例如人或动物进食山藜豆所致的山藜豆中毒(lathyrivsm)表现为严重的骨、关节及大血管壁的异常，其发病即因为山藜豆毒素β—氨基丙晴(β—mino propionitrile)
与赖氨酸氧化酶活性位点共价结合而使之失活，从而导致胶原纤维变脆弱。
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)。
三、胶原的分解代谢
胶原纤维由于广泛的共价交联，其结构稳定，不易被一般蛋白酶水解。体内有特异作用于胶原的胶原酶 (calagenase)，对其分解起关键作用。此酶在N椂嗽?/4处切断原胶原，切断后的碎片可自动变性，经细胞外非特异性蛋白酶及肽酶水解或被细胞吞 噬后由溶酶体酶进一步分解，形成小分子寡肽或游离氨基酸。
胶原酶在某些修复或再生组织如分娩后子宫、重建的骨组织以及愈合
的伤口等含量较高，Ca++为其激活剂。血清中α2巨球蛋白能与胶原酶结合而抑制其活性。胶原酶对温度十分敏感，36℃时酶活性比30℃大10倍。炎症局部温度升高，可能因此加速胶原分解。
胶原分解后产生的寡肽及氨基酸中均含有羟脯氨酸，这在其它蛋白分解产物中少见。因而测定尿中羟脯氨酸或含羟脯氨酸的短肽的含量，可作为判断体内胶原分解的指标。
相关热词搜索：胶原蛋白
论坛新帖
医学推广
频道本月排行
热门购物
评论排行
- 2011年临床执业医师考试实践技能真...(13)
- 腋臭手术视频(11)
- 2008年考研英语真题及参考答案(5)
- 节食挑食最伤女人的免疫系统(5)
- 核辐射的定义和单位(5)
- CKD患者Tm与IMT相关(5)
- 齐鲁医院普外科开展“喉返神经监护...(5)
- windows7激活工具WIN7 Activation v1.7(5)
- 正常微循环(5)
- 美大学性教育课来真的 男女上阵亲...(4)
