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