胶原蛋白的结构与功能

胶原蛋白

胶原蛋白是一种生物性高分子物质，英文学名Collagen。在动物细胞中扮演结合组织的角色。为生物科技产业最具关键性的原材料之一，也是需求量十分庞大的最佳生医材料。其应用领域包括生医材料、化妆品、食品工业、研究用途等。

胶原蛋白是细胞外基质的结构蛋白质，其分子在细胞外基质中聚集为超分子结构。分子量为300ku。胶原蛋白最普遍的结构特征是三螺旋结构。其由3条a链多肽组成，每一条胶原链都是左手螺旋构型。3条左手螺旋链叉相互缠绕成右手螺旋结构，即超螺旋结构闭胶原蛋白独特的三重螺旋结构，使其分子结构非常稳定，并且具有低免疫原性和良好的生物相容性等。结构决定性质，性质决定用途，胶原蛋白的结构的多样性和复杂性决定其在许多领域的重要地位。胶原蛋白产品具有良好的应用前景。

人体之所以能够活动自如，就是因为有关节的结构，大部分的关节，不但是提供人体活动之需，并经由软骨保护骨头避免磨损，软骨当中有65%至80%是由水所组成，其它则有醣蛋白、胶原蛋白及软骨细胞，这些提供了软骨健康营养及功能保护。事实上，软骨本身是一多孔结构，胶原蛋白是一条条细长纤维形成的网套，醣蛋白则是具有弹性的球体，水分则填塞其中，这些组成都必须完整，才可使软骨负荷重力，若胶原蛋白变少，会使醣蛋白与胶原蛋白的网套连接松弛，或是醣蛋白内含物减少，会使醣蛋白不再具有弹性，都会导致关节受力时容易变加速磨损，随着患者年龄增长，造成这些材质「自然消失」或「功能退化」，就形成所谓的退化性关节炎。所以银发族、更年期妇女、运动过度者、骨折者或关节容易酸痛者应多补充富含胶原蛋白之食物。

胶原蛋白具有其它替代材料无可比拟的优越性：

①胶原大分子的螺旋结构和存在结晶区．使其具有一定的热稳定性；

②胶原天然的紧密的纤维结构，使胶原材料显示出很强的韧性和强度，适用于薄膜材料的制备；

③大量胶原被用作制造肠衣等可食用包装材料．其独特之处是：在热处理过程中．随着水分和油脂的蒸发和熔化．胶原几乎与肉食的收缩率一致。而其他的可食用包装材料还没被发现具有这品质；

④由于胶原分子链上含有大量的亲水基因，所以与水结合的能力很强，这一性质使胶原蛋白在食品中可以用作填充剂和凝胶；

⑤胶原蛋白在酸性和碱性介质中膨胀，这一性质也应用于制备胶原基材料的处理工艺中。

胶原蛋白具有下列特殊性质，因此能发挥多种生物功能：

1. 组织与架构

2. 支持及保护

3. 生物力学物性----强韧性及延展性

4. 控制分子通透性

5. 促进伤口愈合与组织修复

6. 节细胞与组织的生物功能

胶原蛋白的应用

生医材料

人工皮肤、人工食道、人工气管、烧伤保护膜

医药品与医学用途

整形外科、缓释性药物、膀胱失禁用药等

化妆品

护肤霜（膏）、（保水性）、润发剂等

食品工业

保健食品、饮料

化工原料

涂料、塑料、油墨等

研究用途

细胞培养用、生物感测器、生物反应器担体膜、血小板凝集用试药

其他

胶原蛋白与树脂结合偿还香烟滤嘴与滤过剂之材料

胶原蛋白的用途

美容医学

脸部皮肤组织的修补，如：皱纹的消除及凹洞的填补

整容造型

鼻形改造、丰颊、下巴重建、眼袋消除、唇形美化、耳垂加大临床治疗

尿失禁的治疗、声带修补、骨折再生、人造皮肤、齿槽重建、牙周病的组织再生

目前许多医学研究单位，正尝试将胶原蛋白做成各种不同用途的临床实验，如用处理过含用丰富胶原蛋白的生猪皮，覆盖在烧、烫伤病患的伤口上;利用提炼出来的胶原蛋白，促进移入表皮细胞与生长能力，大幅缩短伤口愈合的时间，提高烧烫伤病患的存活能力。由于胶原蛋白具有保护、支持人体组织与骨骼张力强度以及具有粘性、弹性等特性，所以可作为生医材料，用在骨科、整形外科、皮肤科、心脏血管外科、神经外科、牙科及眼科等，在临床应用的前景看好。

生医用途胶原蛋白产品

胶原蛋白由动物组织中抽出并纯化之后，可制成各种不同形式产品用在生物医学方面。

（一）注射用溶液

适用于填补缺损的柔软组织，如小针美容、修补皮肤凹洞以及皱纹等。

（二）粗纤维状

胶原蛋白可作成可手术用缝线，由于生体适合性高可被体内吸收，又可免除拆线的程序。牛筋及韧带，经适当的化学修饰处理，在临床医学上可取代因运动伤害引起短列的筋骨及韧带。

（三）胶体状

可用在药物传输、填补缺损特定部位的组织，达到皮肤或器官组织的整形及修补之目的。

（四）管状

事先将此类产品涂布抗凝血剂或填满整体血管细胞，亦可作为血管取代材料：神经外科医学上认为管状胶原蛋白是导引周边神经再生的优良介质蛋白质。

（五）薄膜或薄片状

眼科医学使用的胶原膜（collagenshield），可用以加速修复角膜上皮细胞，并能消除抗菌、抗炎症、抗凝血等药物的释放，有效减少角膜水肿等。牙科的应用则将胶原薄膜置于植牙材料的表面，以增进其生物适合性，或利用填补的胶原薄膜，促使牙周组织，齿槽骨、牙周韧带的重整生长，因此牙齿与周边组织能有较佳的密合。

（六）多孔性片状海绵、或纤维状

此为胶原蛋白经冷冻干燥后的产品，医学上可作为止血剂、伤口敷料、、组织垫片以及人造半月片软体等。因为海绵状的发炎现象，所以在外科上可作为脑膜破损之取代物。

（七）合成材料表面吸附或键结

以共价键结或吸附在合成材料表面的胶原蛋白，目的用以改进产品的生物适合性，如整形外科用伤口敷料便是胶原蛋白吸附于尼龙（nylon）材

料表面，由于尼龙为合成高分子材料，不易被生体吸收，因此仅为暂时性

敷料。

（八）合成材料复合物

主要在利用胶原蛋白优良生物适合性，及合成材料机械力学特性的优点，如用心血管材料的聚胺脂或达克龙，加入胶原蛋白后可与这些材料形

成复合物。胶原蛋白与陶瓷材料的复合物，则可作为骨头填充剂。

(九)其他产品

如经化学修饰处理的猪心瓣膜或裁成心瓣膜之牛心包膜，缝制於聚丙烯高分子做成之架子上，可作为人工瓣膜，用在人体移植，已有二、三十年历史。

胶原蛋白是一种细胞外蛋白质，它是由三条肽链拧成螺旋形的纤维状蛋白质，胶

原蛋白是人体内含量最丰富的蛋白质其包含含甘氨酸，脯氨酸及羟脯氨酸，占人体内

总蛋白质总量的三分之一。

1、胶原蛋白与头发

头发的健康关键在于头发的基础头皮皮下组织的营养，位于真皮层胶原蛋白是表

皮层及表皮附属物的营养供应站，表皮附属物主要是毛发与指甲。缺乏胶原蛋白，头

发干燥分叉，指甲容易断裂、灰暗无光泽。

2、胶原蛋白与骨骼

骨骼中有机物的70%-80%是胶原蛋白，骨骼生成时，首先必须合成充足的胶原蛋

白纤维来组成骨骼的框架。因此，有人称胶原蛋白为骨骼中的骨骼。

胶原纤维具有强大的韧性和弹性，倘若把一根长骨比拟成一根水泥柱子，那么胶

原纤维就是这根柱子的钢筋框架，而胶原蛋白的缺乏，就像建筑物中使用了劣质钢筋，

折断的危险就在旦夕。

3、胶原蛋白与肌肉

胶原蛋白虽然不是肌肉组织的主要组成物质，但是胶原蛋白与肌肉生长有着密切

关系。对于处于生长阶段的青少年来说，补充胶原蛋白能够促进生长激素分泌以及肌

肉生长。而对于想保持体形的成年人，塑造结实健美的肌肉也需要补充胶原蛋白。4、胶原蛋白与丰胸

胶原蛋白对丰胸的作用早已为人们所熟知。乳房主要由结缔组织和脂肪组织构成，

而挺拔丰满的乳房很大程度上依靠结缔组织的承托，胶原蛋白是结缔组织的主要成分，