胶原蛋白,有哪些需要了解的?
目录:
可能每个人都知道胶原蛋白,但您知道它的结构和功能吗?“胶原蛋白”一词并不指一种“物质”,而是一系列具有略微不同特性的复杂结构。阅读本文,了解更多信息。
什么是胶原蛋白?
胶原纤维形成。它约占人体蛋白质的25-30%。名称本身来源于两个希腊词:colla – 黏合,gennao – 产生。胶原蛋白的合成是一个复杂过程,其中间产物包括由结缔组织细胞——成纤维细胞形成的前胶原蛋白。胶原蛋白除了氨基酸外,还含有糖类(约0.5-10%),如葡萄糖、半乳糖,以及少量的甘露糖、果糖、阿拉伯糖、木糖和核糖。目前已描述29种遗传上不同的胶原蛋白类型。所有类型的一个显著特征是其组织特异性存在和独特结构。胶原蛋白由三条左手α-多肽链组成,每条链约含1050个氨基酸。这些链围绕其轴向向右旋转,形成超螺旋。它含有酸性氨基酸(谷氨酸–Glu,天冬氨酸–Asp)和碱性氨基酸(赖氨酸–Lys,精氨酸–Arg),且含量等摩尔。上述特征适用于纤维状胶原蛋白,但也存在非纤维状胶原蛋白,其结构不类似螺旋,而是形成网络系统。非纤维状胶原蛋白包括锚定胶原蛋白、跨膜胶原蛋白、多聚蛋白和FACIT胶原蛋白。但它们仅占体内胶原蛋白总量的10%。
胶原蛋白类型
胶原蛋白有29种类型,可根据其结构特性和功能进行分类:
- 纤维状胶原蛋白:I,II,III,V,XI,XXIV,XXVII,
- 基底膜胶原蛋白:IV,
- 形成胶原“锚纤维”:VII,
- 多聚蛋白:XV,XVIII,形成胶原纤维的微纤维:VI,
- 形成六角形网络系统的胶原蛋白:VIII,X,
- FACIT胶原蛋白(具有中断的三股螺旋的纤维相关胶原蛋白):IX、XII、XIV、XVI、XIX、XX、XXI、XXII、XXVI,
- 跨膜结构域:XIII、XVII、XXIII、XXV
在最早被发现并由11个基因编码的纤维状胶原蛋白中,有I、II、III、V、XI、XXIV和XXVII型。在哺乳动物中,它们占所有胶原蛋白的90%。最著名的胶原蛋白是I型胶原蛋白。它的大部分存在于骨骼、韧带、肌腱、皮肤和角膜中。该胶原蛋白的双螺旋通常由两条相同的α1[I]链和一条α2[I]链组成,形成异三聚体,或三条α1[I]链。它主要负责所在组织的抗拉强度和骨骼的刚性。
根据胶原蛋白的部位,可以将其分为以下几组:2组:
- 定位于皮肤:I、III、V、VI、VII、VIII、XII、XIII、XIV、XVI、XVII、XIX、XXIX
- 关节(韧带、软骨):I、II、VI、VIII、IX、X、XI、XIV、XXVII,
每种胶原蛋白类型的具体位置及其功能简述见下表。
胶原蛋白类型 |
出现部位 |
主要功能 |
和 |
皮肤、骨骼、韧带、肌腱、角膜 |
它是体内胶原蛋白的最大部分,在皮肤中约占85-90%的胶原蛋白,负责组织的抗拉强度和骨骼的刚性。 |
II |
软骨、玻璃体(约80%)、角膜 |
它与XI型胶原蛋白一起形成纤维。 |
III |
皮肤、血管、子宫、肠道 |
它约占皮肤胶原蛋白的15%,环绕I型胶原蛋白,负责皮肤的正确排列和弹性。它也是新生儿皮肤和疤痕组织中胶原蛋白的主要成分。 |
IV |
骨骼,皮肤,胎盘,角膜 |
基底膜胶原,为结构中其他元素提供支架 |
V |
基底膜,毛细血管 |
维持血管的弹性和强度 |
VI |
|
通过形成特定的微纤维维持结缔组织的完整性,构建更高阶的结构 |
VII |
神经系统细胞 |
锚定胶原,是半桥粒的关键组成部分,连接基底膜与基底层的成分 |
VIII |
皮肤,大脑,心脏,肾脏,血管,骨骼,软骨 |
形成六角形网络系统, |
IX |
皮肤,大脑,心脏,肾脏,血管,骨骼,软骨 |
结合于胶原纤维表面,FACIT型胶原蛋白 |
X |
软骨 |
形成六角形网络系统, |
XI |
软骨,椎间盘 |
通过维持结缔组织的结构和弹性,支持I型胶原的作用 |
XII |
软骨,肌腱,皮肤 |
结合于胶原纤维表面,FACIT型胶原蛋白 |
XIII |
骨骼肌,心脏,眼睛,皮肤,内皮细胞 |
含胶原的跨膜结构域——MACITs |
XIV |
血管,眼睛,神经,肌腱,骨骼,皮肤,软骨 |
结合于胶原纤维表面,FACIT型胶原蛋白 |
XV |
毛细血管,卵巢,心脏,睾丸,皮肤,胎盘,肾 |
稳定骨骼肌和微血管,胶原蛋白型多聚蛋白 |
XVI |
心脏,平滑肌,皮肤,肾 |
结合于胶原纤维表面,FACIT型胶原蛋白 |
XVII |
皮肤 |
含胶原的跨膜结构域——MACITs |
XVIII |
肾,肺,肝 |
维持基底膜的结构完整性,眼睛的发育和正常功能以及参与器官形成过程,胶原蛋白型多聚蛋白 |
XIX |
骨骼肌带,皮肤,肾,肝,胎盘,脾,前列腺 |
结合于胶原纤维表面,FACIT型胶原蛋白 |
XX |
角膜上皮 |
结合于胶原纤维表面,FACIT型胶原蛋白 |
XXI |
胃,肾,血管,心脏,胎盘,骨骼肌 |
结合于胶原纤维表面,FACIT型胶原蛋白 |
XXII |
组织连接 |
结合于胶原纤维表面,FACIT型胶原蛋白 |
XXIII |
转移性致癌细胞,心脏,视网膜 |
含胶原的跨膜结构域——MACITs |
XXIV |
骨骼,角膜 |
最近发现,支持I型和II型胶原蛋白的活性 |
XXV |
眼睛,大脑,心脏,睾丸 |
含胶原的跨膜结构域——MACITs |
XXVI |
睾丸,卵巢 |
结合于胶原纤维表面,FACIT型胶原蛋白 |
XXVII |
软骨 |
最近发现,支持I型和II型胶原蛋白的活性 |
XXVIII |
神经系统细胞 |
产生微纤维 |
XXIX |
皮肤 |
产生微纤维 |
图例:纤维胶原蛋白以粗体标出。
胶原蛋白在体内的作用
胶原蛋白作为结缔组织中最重要的蛋白质,是细胞外基质的构建块。根据类型不同,胶原蛋白的特性略有差异,但总体上胶原蛋白影响整个身体的功能,特别是皮肤、头发、骨骼和关节系统以及免疫系统。它参与再生过程——加速伤口愈合,形成疤痕,减少引起炎症和风湿性疼痛的酶的活性,促进结缔组织的重建。由于其结合水分的能力,它确保皮肤的适当水分供应、弹性和坚固性。它提供必需氨基酸,滋养毛囊,促进其正常生长和活力。它与钙、镁和磷一起构成骨骼的90%。此外,胶原蛋白负责关节液的生成和软骨的状态——它决定软骨的弹性并维持其形状。胶原蛋白支持免疫系统的免疫功能。它减少纤维化及病原微生物、癌细胞和毒素的扩散。此外,胶原纤维是某些药物的载体,例如干扰素。
胶原蛋白缺乏的后果
从25岁起,胶原蛋白含量生理性下降。更年期时,由于雌激素水平下降(影响胶原蛋白合成),该蛋白合成减少的过程显著加快,约60岁时体内不再产生胶原蛋白。此过程及常见的胶原蛋白缺乏可能导致严重健康问题。缺乏症状包括视力障碍、内脏功能变化、头发变弱、皮肤状况、紧致度和弹性恶化以及皱纹出现(最早症状之一)、头发脆弱和长期早发性脱发。
什么影响胶原蛋白的合成和含量?
许多因素影响胶原蛋白的状态,包括:
- 年龄——随着年龄增长,胶原蛋白合成减少,皮肤状况因此恶化。胶原蛋白随年龄改变其结构和理化性质。这导致皮肤过度干燥、失去紧致和弹性,进而产生皱纹和沟壑。随着年龄增长,支持胶原蛋白自然重建的维生素(A、C、E)和矿物质(铜)含量也减少。
- 外部因素:阳光照射、过高温度、自由基和毒素,
- 遗传和激素疾病——原因可能是年轻人中该蛋白浓度的下降,
- 强调,
- 过度的体力劳动对胶原蛋白合成有负面影响,但适度的体力活动有助于提高胶原蛋白浓度、合成及整个骨骼系统的健康。
- 为了促进天然胶原蛋白的合成或支持营养补充,饮食中应富含维生素和矿物质,特别是维生素A、C、E和铜。
胶原蛋白来源
天然胶原蛋白来源是动物性产品。迄今为止,牛肉制品、猪肉和较少的家禽制品占主要地位,但有观点认为从这些来源获得的胶原蛋白吸收率较低,对体内胶原蛋白的生长影响有限。目前的研究表明鱼类胶原蛋白吸收更好。然而,这些胶原蛋白的结构相当相似,因此最终结论仍有争议。
也可以使用胶原蛋白制剂。该组中最重要的是通过水解或水合获得的胶原蛋白。然而,定期使用对补充剂本身非常重要,例如您不必担心液体的摄入,因为我们更喜欢胶囊,系统性使用很关键。补充胶原蛋白和大多数营养补充剂的效果不如定期使用制剂。衡量所用补充剂有效性的另一个指标是其成分,即无有害和/或不必要的添加剂。制剂中含有维生素C是额外的优势,因为它直接影响胶原蛋白的合成。此外,需注意果冻和明胶不能替代营养补充剂,因为与吸收率更高的补充剂相比,它们的吸收率仅为几个百分点。
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