胶原蛋白的研究进展

肉类研究

MEAT RESEARCH

　2010.1

收稿日期：2009-11-04

作者简介:王丽娜,1986-,女，硕士研究生，研究方向：兽医公共卫生学.Email：wannnglina@ 通讯作者：黄素珍 山西农业大学动物科技学院 邮政编码：030801

胶原蛋白的研究进展

王丽娜，黄素珍

（山西农业大学　动物科技学院，山西 太谷 030801）

摘　要：本文对胶原蛋白的性质、提取方法以及它的功能和发展前景等研究进行了简单的综述。主要对胶原蛋白的来源做了详细的介绍。关键词：胶原蛋白；来源；功能；研究进展

Research Progress About Collagen

WANG Lina ，HUANG Suzhen

(Veterinary Medicine and Animal Science, Shanxi Agriculture University, Taigu Shanxi 030801)Abstract: This paper is mainly introduce the development ,the characterize and the distill method of collagen. We make a detail introduction to the source of collagen.Key words: collagen; source; founction; research process

中图分类号：TS201.1 文献标识码：A 文章编号：1001-8123(2010)01-0016-07

0 前言

胶原蛋白是哺乳动物体内含量最丰富、分布最广泛的蛋白质，占人体内蛋白质总25％，相当于体重的6％。它存在于动物皮肤与骨胳中，如猪皮、牛筋、禽的皮肤及骨骼中含有大量的胶原蛋白。

胶原蛋白的营养十分丰富。胶原蛋白富含除色氨酸和半胱氨酸外的18种氨基酸，其中维持人体生长所必需的氨基酸有7种，胶原蛋白中的甘氨酸占30％，脯氨酸和羟脯氨酸共占25％，是各种蛋白质中含量最高的，丙氨酸、谷氨酸的含量也比较高，同时还含有在一般蛋白中少见的羟脯氨酸和焦谷氨酸。

胶原蛋白是细胞外基质的结构蛋白质，分子量为300kD，其分子在细胞外基质中聚集为超分子结构。胶原蛋白最普遍的结构特征是三螺旋结构，由3条a链多肽组成，每一条胶原链都是左手螺旋构型，它们交叉相互缠绕成右手螺旋结构，即超螺旋结构，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。

1　胶原蛋白的特性

1.1　低免疫原性

林炜[1]等认为胶原具有三种类型的抗原因子：第一类是由胶原肽链非螺旋的端肽引起的；第二类是由胶原三螺旋的构象引起的；第三类是由α链螺旋区的氨基酸顺序引起的。第二类抗原因子仅存在于天然胶原分子中，第三类只出现在变性胶原中，而第一类抗原因子在天然和变性胶原中均存在。

1.2　生物相容性

胶原的生物相容性是指胶原蛋白与宿主细胞及组织之间良好的相互作用。胶原本身是构成细胞外基质的骨架，其三股螺旋结构及交联所形成的纤维或网络构成了细胞重要组成成分，对细胞起到锚定和支持作

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用，并为细胞的增值生长提供适当的微环境。因此，胶原无论是在被吸收前作为新组织的骨架还是被吸收同化进入宿主，成为宿主组织的一部分，都与细胞周围的基质有着良好的相互作用，表现出相互影响的协调性，并成为细胞与组织正常生理功能整体的一部分[2]。Zhen-sheng[3]等人发现胶原聚合材料具有高度的生物相容性。黎洪棉[4]等人研究表明：海绵状I型胶原蛋白与兔脂肪干细胞具有良好的体外生物相容性，能为组织工程种子细胞的 生长提供适宜的三维空间，可作为脂肪组织工程种子细胞的载体材料。

1.3　可生物降解性

胶原具有紧密牢固的螺旋结构，绝大多数蛋白酶只能切断胶原侧链，只有胶原酶、弹性蛋白酶等中性蛋白酶可以降解胶原蛋白，断裂胶原肽键，致使其螺旋结构破坏，而彻底水解小分子多肽或氨基酸，小分子物质可以进入血液循环系统，被机体重新利用或代谢排出。结缔组织细胞或炎症细胞能吞噬被胶原酶作用所得的大的片段，然后由溶酶体进一步降解为小分子多肤或氨基酸[2]。胶原的可降解性是其作为器官移植材料的基础。史宏灿[5]等对大鼠体内的人工气管组分材料胶原蛋白/羟基磷灰石、聚乙丙交酯的降解性能和生物相容性进行了观察，研究结果表明：人工气管组分材料胶原蛋白/羟基磷灰石、聚乙丙交酯在体内的降解是一个逐步降解、吸收、被组织取代的过程，并具有良好的降解性能和生物相容性。

1.4　止血和修复功能

胶原具有止血性能，该性能的发挥通过两方面实现，即促进血小板凝聚和血浆结块[6]。胶原可以与血小板通过粘合、聚集形成血栓起到止血作用。当血管壁的内皮细胞被剥离时，血管中的胶原纤维暴露于血液中，血液中的血小板立刻与胶原纤维吸附在一起，发生凝聚反应，生成纤维蛋白并形成血栓，进而血浆结块阻止血流。胶原的天然结构特别是其足够发达的四级结构，是胶原具有凝聚能力的基础。胶原是参与创伤愈合的主要结构蛋白[7]。胶原蛋白还可促进肉芽组织生成，加速创面的愈合。胶原分子对成纤维细胞的趋化反应，使胶原在伤口愈合过程中起重要作用。2　胶原蛋白的提取方法

提取胶原蛋白的大概过程是去除油脂，去除杂蛋白，胶原蛋白析出，纯化等。它的提取方法有以下几种：热水提取法，酸提取法，碱提取和酶提取法。2.1　热水提取法

热水提取法是将原料经过除杂蛋白等前处理之后，直接在热水中提取已经变性了的胶原蛋白或胶原蛋白水解物的方法，使用的温度有100℃沸水浴、60-70℃、40-42℃、45℃。

钱曼[8]等以草鱼鱼鳞为原料，在料液比1∶20（w/v），121℃条件下提取5min，最后胶原蛋白的提取率为45.57%。

2.2　酸提取法

酸提取法常用的酸有：甲酸、乙酸、盐酸、草酸、柠檬酸、乳酸等。低离子浓度酸可以破坏分子间盐键和希夫氏碱，引起胶原纤维膨胀、溶解。林炜[1]等使皮革固体废弃物在pH值为2-3、温度105℃、6moL/L HCI条件下彻底水解8h来提取胶原，得到完全游离的氨基酸。Hsiu-O[9]等人则用pH为2.5的HCL长时间作用猪皮来提取胶原。张健英[10]等采用HCL从兔皮中提取胶原蛋白，用聚丙烯凝胶电泳测的所得的胶原蛋白的种类与SIGMA公司的结果一致。迪歌·弗兰[11]用0.l moL/L乙酸长时间浸泡皮块，皮中的未交联胶原可以溶解于醋酸中，通过冷冻干燥最后得到未变性胶原。

使用酸提取胶原时，根据酸浓度、水解温度、水解时间等条件的不同，可以得到分子量不均的胶原水解物。但是在等浓度酸彻底水解过程中色氨酸会全部被破坏，丝氨酸和酪氨酸也会部分被破坏。因此，酸法溶出生物医用胶原要准确控制酸度、温度、时间等影响因素。

2.3　碱提取法

碱提取通常使用氢氧化钠，碳酸钠等，碱性条件下提取胶原，易引起蛋白质变性，如胶原肽键水解，含羟基、疏基的氨基酸全部被破坏；所得产物等电点pH值较低，天冬酞胺和谷氨酞胺分别转变为天冬氨酸和谷氨酸；如果水解严重，则会产生D、L型氨基酸消旋混合物，若D型氨基酸含量高过L 型氨基酸，则会抑制L-型氨基酸的吸收，有些D型氨基酸有毒，有的甚至有致癌、致畸和致突变的作用[12]。因此，在提取结构完整、使用安全的胶原时，很少采用碱法提取胶原。

2.4　酶提取法

用蛋白酶处理猪皮，不仅可以水解掉胶原纤维蛋白的末端肽，提高胶原蛋白的产率；而且还不会破坏胶原蛋白的三股螺旋结构，保持其优良的物理和生化特性。通常使用的蛋白酶主要有中性蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶、胰蛋白酶和胃蛋白酶等。影响酶提取的因素有很多，如酶浓度、酶与底物的比例、酶解时间、酶解温度、pH值以及料液比等。在实际操作中，大多数采用酶复合法提取胶原蛋白。

3　胶原蛋白的来源

胶原蛋白广泛的存在于动物的皮和骨骼中，如