胶原是蛋白质中的一种,英文名“collagen”,由希腊文演化而来。胶原是一种白色、不透明、无支链的纤维蛋白质,它主要存在于动物的皮、骨、软骨、牙齿、肌腱、韧带和血管中,是结缔组织极重要的结构蛋白质,起着支撑器官、保护机体的功能。胶原是哺乳动物体内含量最多的蛋白质,占体内蛋白质总量的25%-30%,相当于体重的6%。
胶原蛋白是细胞外基质(EMC)的主要化合物,随着生物化学、分子生物化学和细胞生物化学的进展,人们对胶原蛋白的认识逐渐提高,现在已经肯定胶原蛋白并不是一个蛋白质的名称,而是和免疫球蛋白一样,富有多样性和组织分布的特异性,是与各组织、器官机能有关的功能性蛋白。根据它们在体内的分布和功能特点,可将胶原分成间质胶原、基膜胶原和细胞外周胶原。
胶原是一个蛋白质家族,现在已发现18个或19个成员,从皮肤和骨骼中分离出了Ⅰ型胶原,从软骨组织中分离出了Ⅱ型胶原,从胚胎皮肤中分离出了Ⅲ型胶原,从细胞基底膜中分离出了Ⅳ型胶原,这些都是通过蛋白质水平上的一级结构分析发现的,而其它是通过在核酸水平上胶原域的相似性分析发现的。
胶原蛋白的分子量为30万道尔顿,它是由3条肽链结合而成的三螺旋结构,并互相盘绕成螺旋结构[1-2]。胶原的一级结构是其化学结构,揭示了蛋白质中有多少种氨基酸,每种氨基酸有多少个,这些氨基酸是怎样构成多肽链的。胶原的二级结构是直接关系到它在体内执行的功能。它是指多肽链主链骨架中的若干肽段所形成的有规则的空间排布。胶原的三级结构是描述整个肽链(主、侧链)空间排布,主要揭示肽链之间次级键(极性基团产生离子键、氢键和范德华力,非极性基团产生的疏水键、范德华力等)的作用。除次级键外,胶原分子内和分子间存在醇醛缩合交联、醛胺缩合交联、醛醇组氨酸交联,这些交联使得2-3条肽链牢固地连接起来,使得胶原具有很高的抗张强度。胶原的四级结构对它的分子大小、形状、生物功能等起着决定性作用。
胶原蛋白质结构和功能特点的多样性和复杂性,决定了其在许多领域的重要地位,以及良好的应用前景。
生物、医学领域:胶原具有重要的生物学性质—力学性能高、促进细胞生长、止血、生物相容性和生物降解性,多年来一直促使许多研究者设想制备胶原基生物材料。然而直到近20a,随着胶原化学的发展,人们对胶原的结构和性质有了更为清楚的认识,这种设想才得以变为现实。现在,胶原在医学材料中的应用展示出令人鼓舞的发展前景。
