膠原蛋白

膠原蛋白三螺旋結構

膠原蛋白（讀音：gaau1 jyun4 daan6(2) baak6）係一種喺動物體內嘅天然結構蛋白質，多數出現喺脊椎動物嘅聯結組織度^[1]。佢係聯結組織嘅主要成分，亦係動物體內量最多嘅蛋白^[2]，佔蛋白質總量嘅兩成半到三成半咁多。

含豐富膠原蛋白嘅植物包括香蕉、山藥，以及蘆薈。

歷史

膠原蛋白喺大概6至8億年前喺地球上最初誕生，同生命嘅起源緊密相關。冰川紀結束後，激烈嘅氣候變動產生咗大量嘅氧，單細胞生物籍此成功製造出膠原蛋白，膠原蛋白被利用作細胞之間嘅連接器，從而促進咗多細胞化。

然而，人類有針對性噉研究膠原蛋白大概始於20世紀30年代。以下係概要年曆表：

1930年代

膠原蛋白構造嘅X射線散射研究 Corey and Wyckoff J. Biol. Chem. 114,407- (1936) Bear JACS 64,727- (1942)

1948年

膠原蛋白纖維規則條紋狀發現（電子顯微鏡觀察） Gross and Schmitt J,Exp.Med.88,555-568（1948）等

1952年

脯氨酸螺旋構造嘅提案 Cochran Acta Crystallogr 5,581-（1952） Cochran And Bear, JACS 75,2783-（1953）

1954年

膠原蛋白3束螺旋構造提出 Ramachandran and Kartha Nature 174,269- (1954)

1955年

膠原蛋白螺旋構造嘅研究 Crick and Rich　Nature 176,780- (1955) Ramachandran and Kartha Nature 176,593- (1955)

1955年

膠原蛋白纖維由一定單元分子組成嘅概念提出呢個概念嘅獨特單元被命名為Tropocollagen Gross等人 PNAS,41,4- (1955) 單元（unit）真實存在嘅證據提出　 Nishihara and Doty (1958 PNAS44,411-)

1959-62年

膠原蛋白分子胃蛋白酶可溶化實驗成功 Collagen symposium II Collagen symposium III, 66-93(1962)　

1960年

膠原蛋白腸衣 naturin 德國

1962年

開始開發再生膠原蛋白纖維（C,S）

1965年

喺蝌蚪發現動物來源嘅膠原蛋白分解酶 Gross. Nagai PNAS 54,1197

1969年

發現軟骨型（Type II）膠原蛋白膠原蛋白唔係只有1種 Miller EJ ProNAS 64:1264-1268

1970年

膠原蛋白腸衣製造實現量化生產

1971年

發現Type III Miller EJ BBRC 42:1024-1029

1973年

命名Type IV Kefalides Int. Rev. Connective tissue Res. 6,63- (1973)

1974年

膠原蛋白創傷塗料、縫合線、人工腎臟、人工血管、人工角膜、止血劑嘅應用

1978年

醫療用膠原蛋白肽開始製造

1994年

細胞膜上嘅膠原酶被發現 Seiki, Nature 370,61-65 （1994）

1987年

發現膠原蛋白細胞受體（integrin） Wayner, Carter J Cell Biol. 105,1873- (1987)

1991年

發現層粘連蛋白５（結合於integrin a3b1）　Carter WG等人

1992年

發現粘著斑激酶（Focal adhesion kinase）　 Shaller等人J Biol Chem　89,　5192- （1992）

1997年

18型膠原蛋白（內皮抑素）對白鼠癌治療神奇有效 O'Reilly, Folkman等人 Cell. 88,277-（1997）

1998年

牛膠原蛋白DNA序列（α2 type I）確定　 Shirai等人 Matrix Biol. 17,85-(1998)

1999年

牛皮膚組織膠原蛋白萃取性研究　 Connective Tissue31,17-23（1999）

1999年

鹼性可溶化膠原蛋白細胞連接活性　 J.Biochem.125,676-684　（1999）

1999年

膠原蛋白纖維形成機構　 J.Biochem.126,54-67 （1999）

1999年

膠原過敏性研究　 J Allergy Clin.Immunol 104,695-699, J Allergy Clin.Immunol110,652-(1999)

2000年

消除端口肽（Telopeptide）同膠原蛋白嘅穩定性 J.Biol. Chem. 275,25870-25875

2000年

發現膠原蛋白特異糖化產物CMA Biochem J. 347, 23- (2000)

2000年

細胞受體膠原蛋白結合部位確定　 Knight CG等人 J Biol Chem. 275,35-(2000)

2001年

膠原食物同骨密度嘅關係研究（動物實驗）　 J. Nutr, Sci. Vitaminol. 47,84- (2001)

2002年

膠原蛋白纖維同細胞死 Exp. Cell Res. 280,255-269

構造

構成膠原嘅肽鏈，佢嘅氨基酸序列非常有特色。首先，佢富含甘氨酸同脯氨酸殘基，前者嘅含量達到總氨基酸殘基嘅1/3，後者就接近1/4；其次，序列中含有胺基酸嘅衍生物羥賴氨酸同羥脯氨酸，呢兩種氨基酸係喺蛋白質一級結構序列形成之後由特定嘅酵素作用於序列中嘅賴氨酸同脯氨酸形成嘅；最後，佢嘅序列中只含有好少嘅酪氨酸殘基；並且唔含有色氨酸同半胱氨酸殘基。膠原蛋白一級結構嘅另一個特點係佢嘅氨基酸排列。呢啲氨基酸一般以-甘氨酸-脯氨酸-羥脯氨酸-三聯交替出現嘅順序排列。只有好少嘅蛋白質有噉樣規則嘅氨基酸排列。

喺空間結構上，膠原蛋白顯示出特殊嘅三股螺旋纏繞結構，三條相互獨立嘅膠原蛋白肽鏈依靠甘氨酸之間形成嘅氫鍵維繫三股螺旋相互纏繞嘅結構。膠原蛋白肽鏈嘅三股螺旋結構唔同普通嘅螺旋結構，佢嘅螺距更大，但每一圈螺旋所包含嘅氨基酸殘基數就好細，得3.3個，因此膠原蛋白嘅三股螺旋顯得細而長，螺旋中間嘅空間好細，只容納到一個氫原子，只有甘氨酸能夠勝任呢個位置。另外脯氨酸所特有嘅肽平面夾角亦係形成呢種特殊螺旋結構嘅必須因素。呢個亦係膠原蛋白肽鏈中-甘氨酸-脯氨酸-羥脯氨酸-三聯序列交替出現嘅原因。膠原蛋白呢種特殊嘅三股螺旋結構保證佢嘅機械強度。呢種三股螺旋被稱為原膠原。

若干個原膠原橫向堆積，序列中所含有嘅羥賴氨酸同埋羥脯氨酸側鏈喺酶作用下氧化形成醛，相互之前發生羥醛縮合反應形成原膠原之間嘅共價鏈接，呢種結構被稱為膠原微纖維。好多膠原微纖維橫向堆積，以相同嘅方式通過共價鍵鏈接，形成膠原纖維。膠原纖維係膠原蛋白行使生理作用嘅基本形態，喺生物體內膠原纖維交織成富有機械強度同彈性嘅網狀結構，成為結締組織最基本嘅組成成分。

化學成分

膠原蛋白係由一個三螺旋結構組成，其中兩條螺旋嘅結構係相同嘅（α1），而另一條螺旋嘅結構同前面兩條有少少出入（α2）^[3]。膠原蛋白嘅氨基酸構成喺蛋白質當中屬於非典型嘅，因為佢有好高嘅羥脯氨酸組分。膠原蛋白入邊最普遍嘅氨基酸序列係甘氨酸-脯氨酸-X 同甘氨酸-X-羥脯氨酸，呢度 X 係指甘氨酸、脯氨酸同羥脯氨酸之外嘅任何一種氨基酸。魚類同哺乳動物嘅平均氨基酸構成睇下表^[3]：

氨基酸	哺乳動物中嘅含量（殘基/1000）	魚類中嘅含量（殘基/1000）
Asp	47	47
Hyp	95	67
Thr	19	26
Ser	36	46
Glu	74	76
Pro	126	108
Gly	329	339
Ala	109	114
Val	22	21
Met	6	13
Ile	11	11
Leu	24	23
Tyr	3	3
Phe	13	14
Hyl	6	8
Lys	29	26
His	5	7
Arg	49	52

醫療用途

心臟應用
整容手術
整形外科使用
傷口護理管理使用

參考

↑ Müller, Werner E. G. (2003). "The Origin of Metazoan Complexity: Porifera as Integrated Animals". Integrated Computational Biology. 43 (1): 3–10. doi:10.1093/icb/43.1.3.
↑ Di Lullo, Gloria A.; Sweeney, Shawn M.; Körkkö, Jarmo; Ala-Kokko, Leena; San Antonio, James D. (2002). "Mapping the Ligand-binding Sites and Disease-associated Mutations on the Most Abundant Protein in the Human, Type I Collagen". J. Biol. Chem. 277 (6): 4223–4231. doi:10.1074/jbc.M110709200. PMID 11704682. {{cite journal}}: Unknown parameter |lastauthoramp= ignored (|name-list-style= suggested) (help)
↑ ^3.0 ^3.1 Szpak, Paul (2011). "Fish bone chemistry and ultrastructure: implications for taphonomy and stable isotope analysis". Journal of Archaeological Science. 38 (12): 3358–3372. doi:10.1016/j.jas.2011.07.022. 原著喺2012年1月18號歸檔. 喺2013年7月11號搵到.

[1] Müller, Werner E. G. (2003). "The Origin of Metazoan Complexity: Porifera as Integrated Animals". Integrated Computational Biology. 43 (1): 3–10. doi:10.1093/icb/43.1.3.

[2] Di Lullo, Gloria A.; Sweeney, Shawn M.; Körkkö, Jarmo; Ala-Kokko, Leena; San Antonio, James D. (2002). "Mapping the Ligand-binding Sites and Disease-associated Mutations on the Most Abundant Protein in the Human, Type I Collagen". J. Biol. Chem. 277 (6): 4223–4231. doi:10.1074/jbc.M110709200. PMID 11704682. {{cite journal}}: Unknown parameter |lastauthoramp= ignored (|name-list-style= suggested) (help)

[SzpakJAS-3] 3.0 ^3.1 Szpak, Paul (2011). "Fish bone chemistry and ultrastructure: implications for taphonomy and stable isotope analysis". Journal of Archaeological Science. 38 (12): 3358–3372. doi:10.1016/j.jas.2011.07.022. 原著喺2012年1月18號歸檔. 喺2013年7月11號搵到.

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