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胶原蛋白的应用

发布日期:2019/4/19 9:08:25

背景及概述[1][2]

通常,胶原蛋白是一种构成动物骨骼、软骨、牙齿、腱、皮肤及鱼鳞的硬质蛋白。胶原蛋白是一种纤维样的固体,在电子显微镜下观察,呈现为缠结的具有交叉条纹的周期结构。

胶原蛋白是一种结构蛋白,常常存在于各种哺乳动物中,其构成了机体所有蛋白总重量的30%。目前,已知的胶原蛋白有20种,其中I型胶原蛋白是最大量的。胶原蛋白是由分子量大约为300kDa的单体蛋白通过特定位点的共价键横向连接而成的。因此,成熟的胶原蛋白呈现为一种典型的纤维样形状,不溶于水,具有高拉伸强度。胶原蛋白由组成型氨基酸构成,例如,甘氨酸、脯氨酸、羟基脯氨酸、丙氨酸及谷氨酸,其显著特征是羟基脯氨酸含量高,这在其它形式的蛋白中是不常见的。

理化性质[1]

胶原蛋白是一种由脯氨酸,羟基脯氨酸,甘氨酸,谷氨酸等约18种氨基酸构成的动物的纤维性蛋白质,在构成人体的5000多种蛋白质中占有30%的特殊构造的蛋白质。特别是在皮肤,骨骼,肌腱中存在大量的胶原蛋白,特别是皮肤中的真皮层的70%是由胶原蛋白构成,是皮肤的构成主成分。胶原蛋白是由各种氨基酸以多肽形态结合的三根扭曲形成的形状,分子量约300000左右,形状非常庞大。

低分子胶原蛋白是被胶原蛋白酶等分解形成的分子量约5000左右的低分子化产物,即胶原蛋白肽。该低分子胶原蛋白进入到人体后被人体内的蛋白质分解酶再次分解后最终形成氨基酸形态被人体吸收。与大部分蛋白质的分子量12000~70000相比较,胶原蛋白的分子量约300000左右,体积非常庞大,难以吸收。为了更容易在体内消化并吸收,低分子胶原蛋白经过萃取,分离,提炼过程后再次分解,最终转化为分子量在5000以下的肽形态。

胶原蛋白

应用

其中,胶原蛋白具有一种结构,三个多肽链通过氢键围绕另一个多肽链呈螺旋状扭转。胶原蛋白在水、弱酸和弱碱中不降解,但是胶原蛋白煮沸后导致其变成单链结构的明胶,是可溶的。与明胶不同,胶原蛋白不需加热即有一定的粘度,因此其易于凝胶化。另外,由于胶原蛋白的分子量比明胶大,胶原蛋白更适合生物组织并且具有高生物活性。

因此,当用胶原蛋白处理伤口时,与明胶促进组织再生相比,胶原蛋白更易促进愈合过程。另外,即使胶原蛋白变硬,其还是具有高柔韧性,并且在短时间内快速横向连接,这致使减少凝胶化时间。胶原蛋白对蛋白水解酶不敏感,例如胰蛋白酶、胃蛋白酶、无花果蛋白酶、木瓜蛋白酶和弹性蛋白酶,但是其易被胶原酶降解。从组织中分离胶原蛋白包括有机溶剂萃取,酸/碱处理,蛋白水解酶作用,例如胰蛋白酶、胃蛋白酶、无花果蛋白酶、木瓜蛋白酶和弹性蛋白酶,得到胶原蛋白。

另外,为了体内应用,如上获得的胶原蛋白溶解于生物无毒溶剂,例如水、生理盐水、硼酸盐缓冲液,或者含盐水溶液,例如氯化钠、蛋白质、糖和脂肪。目前,许多提高胶原蛋白分离效率的方法正在研究中。为了保证足够地医疗用途用胶原蛋白,需要大量的原材料,也需要胶原蛋白分离方法的重大改进。尤其,胶原蛋白不仅在提高血小板浓度和聚集血小板方面有一定作用,而且可以通过改变血小板的形状和生物化学结构来激活血小板,因此胶原蛋白可以广泛地被应用于止血剂。

自从十九世纪五十年代以来,已有大量分离胶原蛋白的方法,但是分离非变性形式的纯胶原蛋白是十分困难的。因此,为了在不同领域应用胶原蛋白,发展从不同组织中分离胶原蛋白并获得大量胶原蛋白的方法是必要的。然而,现在已知的分离胶原蛋白的方法是从哺乳动物(鼠、牛、猪及类似物)的皮肤或腱中分离胶原蛋白。

制备 [2]

向利用蒸馏水进行洗涤之后的鸭脚组织分别照射0、5、15、25kGy的伽马射线。

在利用蒸馏水对已照射放射线的鸭脚组织进行3次洗涤之后,将其浸渍到5倍重量 以上的70%乙醇中并通过搅拌的方式进行洗涤。

将已洗涤的鸭脚组织粉碎成0.5至3.0mm的大小之后,混合到所粉碎组织的50倍重 量的酸溶液(pH 2.0)中并进行5天的搅拌。

5天之后为了从鸭脚组织被分解的酸溶液中提取出胶原蛋白,添加NaCl直至最终 的盐浓度达到0.9M。

向所提取出的胶原蛋白添加5倍体积的蒸馏水进行再溶解,从而制造出胶原蛋白 溶液。

为了对胶原蛋白溶液进行除盐,将溶液的pH调整至7.0之后通过离心分离的方式 获取胶原蛋白。

主要参考资料

[1] 任俊莉, 付丽红, & 邱化玉. (2003). 胶原蛋白的应用及其发展前景. 中国皮革, 32(23), 16-17.

[2] 贾冬英, 王文贤, 姚开, & 张铭让. (2001). 胶原蛋白多肽功能特性的研究. 食品科学, 22(6), 21-24.

[3] 赵苍碧, 黄玉东, & 李艳辉. (2004). 从牛腱中提取胶原蛋白的研究. 哈尔滨工业大学学报, 36(4), 515-519.