作者：胡建平
出版社：四川大学出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
鱼胶原蛋白的开发与应用试读：
前言
胶原是由动物细胞合成的一种生物高分子，是生物体内的一种具有生物功能的纤维蛋白，是主要的结构蛋白质。胶原广泛地存在于人与动物的皮肤、骨、肌腱、软骨及其他结缔组织中。鱼鳞中的主要成分是Ⅰ型胶原蛋白和羟基磷灰石；鱼骨中的主要成分为钙和胶原蛋白；鱼皮中胶原含量丰富，为鱼体各部位中含量最高的，是提取胶原蛋白的优良材料。由于近年来牛海绵状脑病（疯牛病）、口蹄疫的频发，陆生动物的安全性问题日益恶化，陆生动物胶原及其制品的安全性有所下降，因而海洋鱼类制得的胶原类产品将具有更广阔的市场前景。以鱼为原料制备胶原及其相应产品，能使鱼类资源得以有效开发与利用，从而提高鱼类生产经济效益及经济附加值。
要更加有效地研究、开发与利用胶原蛋白资源，有必要对胶原蛋白的相关知识进行认识与了解。但是，目前国内全面、系统地介绍鱼类胶原蛋白及其相关知识的学术专著还很少。因此，有必要结合国内外相关的研究结果，出版一部有关鱼类胶原蛋白的专著，以满足社会和读者的需求。为此，在西昌学院“百书工程”的大力支持下，作者编写了《鱼胶原蛋白的开发与应用》一书。
本书第一章从胶原的定义和分类入手，概述了胶原的存在，氨基酸组成，胶原分类，胶原的结构，胶原和胶原（蛋白）的异同；第二章介绍了胶原（蛋白）的物理化学及生物学性质；第三章阐述了鱼鳞胶原蛋白的制备及性质，主要介绍鲢鱼鱼鳞、草鱼鱼鳞、鳙鱼鱼鳞、鲤鱼鱼鳞、罗非鱼鱼鳞及混合鱼鳞胶原蛋白的制备方法及性质；第四章阐述了鱼骨、鱼皮胶原蛋白的制备及性质，主要介绍鲤鱼骨、鲫鱼骨、鲢鱼骨、草鱼骨、马面鱼骨、鳕鱼皮、鲟鱼皮、鱼皮、罗非鱼皮胶原蛋白的制备方法及性质；第五章阐述了胶原蛋白的纯化与定性、定量检测方法；第六章介绍了鱼胶原蛋白的安全性；第七章介绍了胶原蛋白在食品中的应用；第八章介绍了胶原蛋白在医学美容、护肤化妆品及生物医学中的应用；第九章简单介绍了胶原蛋白在饲料中的应用。附录部分列出胶原蛋白相关方面的标准。
本书将科普知识与专业知识相结合，在总结大量国内外有关文献的同时，也介绍了作者近年来在胶原蛋白方面的研究成果。本书不仅可作为食品、化学、材料、生物、医学、渔业等领域的科研人员、工程技术人员及大专院校师生的参考书，也可作为普通群众的科普读物。
本书系西昌学院自立项目“鱼鳞胶原蛋白的制备与应用”、四川省教育厅青年基金项目“鱼鳞胶原蛋白及其多肽的制备和性质研究”、西昌学院研究生项目“鱼鳞、骨胶原蛋白黏度特性研究”、省级大学生创新创业训练计划项目“微波法提取鱼鳞胶原蛋白的训练”课题的研究成果。感谢西昌学院“百书工程”及四川大学出版社对本书出版给予的支持！
胶原蛋白的开发和应用研究涉及知识面广，由于作者水平与精力有限，本书的内容难免会有疏漏和不尽如人意之处，恳请读者批评指正。编者2013年8月于西昌学院第一章胶原与胶原蛋白第一节概述
蛋白质是一类含有碳（50%～55%）、氢（6%～7%）、氮（12%～19%）、氧（20%～23%）四种元素的天然高分子化合物，还有许多蛋白质含有硫（0.2%～3%）和磷（0.5%～6%）元素，有些蛋白质还含有铁、铜、锌和碘元素。蛋白质是一切生命体必不可少的组成部分，在生命活动中起着十分重要的作用。
蛋白质完全水解的产物是氨基酸，说明蛋白质是由氨基酸组成的。研究发现，组成蛋白质的氨基酸有20种以上，但是由于氨基酸结构的特殊性，使其构成的蛋白质种类繁多，仅人体内的蛋白质就有10万种之多。
胶原是细胞外基质（extracellular matrix, ECM）的主要组成成分，是动物体内含量最多、分布最广的蛋白质。胶原的英文是collagen。该词源自希腊文，最早出现于1865年，在牛津词典中被定义为“构成动物结缔组织的、在蒸煮时能够成胶的物质”。可见，最初人类对胶原的认识是基于动物结缔组织（如皮肤）的宏观物理性质。正因为如此，现在人们通常会把胶原与组织纤维联系在一起，有时甚至认为胶原与明胶是同一种物质。事实上，胶原不一定就是以纤维的状态存在，且胶原与明胶在结构与性能上有本质的区别。然而由于胶原与动物皮的历史渊源，有关胶原的结构及性能表征的很多研究工作都是由制革和明胶工业领域的化学家完成的。
1940年，Orekhovich等用柠檬酸缓冲液（pH值为3.0～4.5）从大鼠皮中溶解出不溶于水的蛋白质，其中含有角蛋白及弹性蛋白，以及一种胶原的前驱体，这种从酸性盐溶液中提取的物质被命名为“前胶原”。后来经过许多研究者的努力，发现从中性盐和碱性盐溶液中也能提取出胶原。1953年，Gross把这种构建胶原的蛋白质单体命名为“原胶原”，它是胶原的基本结构单位，原胶原分子经过多级聚集，形成了胶原。
早期研究认为胶原只不过是一个结构单一的，既缺少免疫原性又缺乏生物活性的普通结构蛋白。近30年来，由于生物化学、分子生物学和细胞生物学技术的发展，人们对细胞外基质，特别是对其主要成分胶原的兴趣日益浓厚，对其研究方法和结构的认识逐渐提高，现已肯定胶原并不是某一个蛋白质的名称，而是在结构上既有共同特点又有差异的一组蛋白质。在这组蛋白质中，目前已发现有28种不同类型的胶原，按照被发现的先后顺序分别称为Ⅰ型胶原、Ⅱ型胶原、Ⅲ型胶原等，用大写罗马数字来进行命名。
胶原通常由3条肽链组成，这些肽链被称为α-链。有的胶原分子中的α-链都相同；有的有2条相同，1条不同；有的3条α-链都不同。123按照惯例，分子的不同肽链被称为α-链、α-链、α-链。如果附属于不同的胶原，则在其后附带大写罗马数字，并用括号括起来，如Ⅰ型1122胶原的α-链称为α（Ⅰ）, α-链称为α（Ⅰ）。单一一种链的Ⅱ型胶131原被称为[α（Ⅱ）]，具有3条不同肽链的Ⅵ型胶原被称为α（Ⅵ）23α（Ⅵ）α（Ⅵ），具有2条不同肽链的Ⅰ型胶原被称为122[α（Ⅰ）]α（Ⅰ）。
现在对胶原的定义是：它是细胞外基质（ECM）的一种结构蛋白质，含有一个或几个由α-链组成的三螺旋结构的区域，即胶原域。
胶原难溶于水、稀酸、稀碱及盐溶液，属硬蛋白类；因其含有少量糖，故也属糖蛋白类。胶原肽链中氨基酸组成的特点为总氨基酸中约有1/3是甘氨酸， 1/5是脯氨酸和特殊的L-羟脯氨酸，另外还有特殊的羟赖氨酸。羟赖氨酸与羟脯氨酸均无遗传密码，都是在胶原合成后由相应的赖氨酸和脯氨酸残基经羟基化反应生成的，糖基化也是胶原合成后加工修饰生成的。由于胶原的氨基酸组成中含有特殊的羟赖氨酸和羟脯氨酸，故骨折时胶原大量分解，引起患者尿中羟赖氨酸和羟脯氨酸排泄量增加，临床上可通过测定尿液中羟赖氨酸、羟脯氨酸含量了解体内胶原的代谢状况。一、存在
胶原是细胞外蛋白质，是动物体内含量最多、分布最广的蛋白质。胶原广泛存在于低等脊椎动物线虫、蚯蚓等体表的角质层和哺乳动物机体的一切组织中，即使是一些简单的多细胞有机体（如水母和海绵）内也有胶原存在。胶原是哺乳动物体内含量最多的一类蛋白质，是细胞外基质四大组分之一，而且是主要组分。
胶原具有独特的组织分布和功能。胶原广泛分布于结缔组织、皮肤、骨骼、内脏细胞间质及肌腔、韧带、巩膜等部位，角膜几乎完全是由胶原组成的。胶原是结缔组织极其重要的结构蛋白，起着支撑器官、保护机体的功能，是决定结缔组织韧性的主要因素。
胶原与组织的形成、成熟，细胞间信息的传递，细胞增生、分化、运动，细胞免疫，肿瘤转移，以及关节润滑、伤口愈合、钙化作用和血液凝固等有密切关系，也与一些结缔组织胶原病的发生密切相关。因此，对胶原及其基因的研究越来越引起人们的重视。
胶原同时还是人们进行衰老研究的一种模型蛋白。
胶原是哺乳动物体内含量最多的蛋白质，占体内蛋白质总量的25%～30%，相当于体重的6%。
胶原是由从遗传学到分子结构都不同的一组蛋白质组成的家族，不同种族、不同组织中的胶原有着不同的化学组成或不同的构型。按构成组织来分，有纤维状胶原（在生皮及肌腱中）、玻璃状胶原（骨组织中的骨素）、软骨质胶原（在软骨中）、弹性胶原（如鲨鱼鳍）和鱼卵磷胶原（如鱼鳞及鱼鳔）等几种。根据功能特点，胶原可分为成纤维胶原、成网状结构胶原、位于纤维表面的纤维相关胶原、成串珠丝胶原、成基底膜固定纤维胶原、具有跨膜结构胶原、新发现的胶原以及具有三螺旋结构域而未被定义为胶原的相关蛋白。按哺乳动物体内胶原所在的组织不同有皮胶原、骨胶原、牙胶原等。
正常成人胶原分布见表1-1。胶原90%存在于皮肤和骨头中，胶原中甘氨酸含量占30%以上，脯氨酸和羟脯氨酸含量约占28%。表1-1 正常成人胶原分布
新鲜生皮中60%～75%是水，蛋白质占30%～35%，其他是脂类（2.5%～3.0%）、无机盐（0.3%～0.5%）和糖类（将近2%）。
生皮分表皮、真皮和皮下层。表皮及其毛发的蛋白质主要是角蛋白；真皮的蛋白质主要是纤维状胶原，占80%～85%。生皮中还有其他一些蛋白质，如弹性蛋白、网硬蛋白、清蛋白（白蛋白）、球蛋白和类黏蛋白等。这些蛋白质的含量随着动物的种类、性别、老幼和生活条件的不同而有变化。
借助显微镜观察，胶原约占真皮结缔组织的95%，由直径为2～15 μm的胶原纤维组成，大都成束。胶原束在乳头层内较细，排列疏松，在网状层内较粗。胶原束的排列无一定方向，互相交织成网状。在切片中，因不同的切面而使胶原束呈圆形、类圆形或条形。
借助电子显微镜观察，胶原纤维由许多原纤维组成。原纤维直径为100 nm （70～140 nm），横切面呈圆形，纵切面呈带形，有明暗相间的周期性横纹。原纤维平行排列，组成粗细不等的胶原纤维。
骨中的蛋白质主要也是胶原，称为骨胶原。人体正常骨骼中含有80%的胶原，其功能主要是将钙、磷等矿物质成分黏着，然后构成骨质。
软骨中几乎都是胶原，肌腱、筋的80%都是胶原纤维。
骨骼中的胶原赋予骨骼弹性和抗折性，人体骨骼是依靠其中相互交叉的胶原保持其硬度和弹性的。研究发现，在遭受外力打击、骨骼发生断裂的过程中，胶原之间的相互结合被破坏，同时，胶原结合的破坏避免了对骨质本身的损伤，因此在外力作用消失之后，这些骨骼可以自行修复。研究结果显示，在骨折发生过程中，胶原结合的破坏会化解外力的影响，避免对骨骼造成永久性的损伤。因为这些结合是可以重新形成的，在以后可能遇到的外力损伤中还能够化解外力。骨骼中含有矿物质（羟基磷酸钙）结晶，这使骨骼具有坚硬的结构。为什么骨骼同时还具有弹性，能够抵抗穿刺和钻孔这类的损伤，其原因一直不清楚。现在对于骨骼的机械特性已经有了很多的了解。比如骨骼中结构的改变和骨骼内胶原结合的改变都与骨质强度的降低有关。这一发现还只是对胶原与骨骼强度关系分子机制研究的开始。最近利用原子显微镜测量了胶原分子之间的拉伸力和使骨骼出现裂纹所需要的力。研究发现，骨骼中含有一种结构，它包括了胶原之间的结合，能够抵消外力的影响，而且胶原结合恢复的时间与骨骼弹性恢复的时间密切相关。
肌肉中约含2%的胶原，它沿着整个肌肉膜的长轴形成高度交联并具有拉伸强度的网状结构，对肉类制品质地的形成具有重要作用。例如，在80℃条件下烹调肉类，肉的硬度会明显增强，这是由胶原纤维变性引起皱缩造成的。有人认为胶原的皱缩使肌动蛋白和肌球蛋白纤维中的水分被挤出，不但增强了肉类的硬度，而且增大了纤维的密度。人或动物衰老后，可发现其胶原的交联度明显增加，溶解度明显降低，对细胞间液和肌肉蛋白产生较大的压力，致使肌肉的硬度增加，弹性变小，从而逐渐僵硬，表现出皮肤出现皱纹等，脸部尤其敏感。
胶原是鱼、虾、甲壳类等肌肉结构中的特性物质。鱼肉中的胶原较少，占蛋白质总量的3%。鱼鳞中则含有丰富的蛋白质，如人工养殖的美国红鱼、大黄鱼和野生的白姑鱼，其鱼鳞的粗蛋白质含量分别为65.02%、58.64%、60.34%。这些粗蛋白质中，包含了胶原，含量分别为32.78%、22.54%、25.65%。二、氨基酸组成
蛋白质是由α-氨基酸组成的，一般都含有碳、氢、氮、氧和硫五种元素，还有一些蛋白质含有微量的磷、卤族元素或金属元素（如铁、铜、锌、铬等），如表1-2所列。表1-2 胶原的元素组成[百分比（%）]
地球上的天然有机物极其丰富、复杂，而含氮的天然高分子化合物却不多，最大量的就是蛋白质和一种天然多糖——壳多糖（甲壳质）。胶原分子的含氮量要比其他蛋白质的含氮量高，尤其是牛皮、猪皮、马皮和骆驼皮中胶原的含氮量是各种蛋白质中最高的。
一般蛋白质含有20种氨基酸，胶原含有18种氨基酸，并有其特别的组成。表1-3列出了几种胶原的氨基酸组成。
由表1-3可见胶原氨基酸组成的一些特点：（1）胶原中缺少胱氨酸和色氨酸，但现有一些文献中列出的胶原氨基酸组成却包含这两种氨基酸，只是量少而已。
造成这种不一致性的原因很多。根据对胶原氨基酸组成的研究，氨基酸的分析测定方法和条件以及操作人员的经验都会对分析结果产生影响。表1-3中列出的数据是比较早的，推测是用离子交换柱手工分离测定的，数据的可靠性要打一个折扣。另外，也是最重要的，是酸水解的控制。水解用的是盐酸还是硫酸，浓度多大，水解多长时间，如何后处理，都对测定结果有直接的影响。例如，将同一个胶原蛋白样品用6 mol/L HCl在105℃下回流，分别在12 h、16 h、20 h、24 h、36 h、48 h取样分析，测得的结果大不一样（表1-4）。将同一个样品送交几个分析中心测试，得到的分析结果也是有差异的。（2）甘氨酸含量几乎占了1/3。（3）胶原中存在羟赖氨酸和羟脯氨酸，其他蛋白质中不存在羟赖氨酸，也很少含有羟脯氨酸。羟脯氨酸不是以现成的形式参与胶原的生物合成的，而是从已经合成的胶原的肽链中的脯氨酸经羟化酶作用转化而来的。（4）绝大多数蛋白质中脯氨酸含量很少，而胶原中脯氨酸和羟脯氨酸的含量是各种蛋白质中最高的，这两种氨基酸都是环状氨基酸，锁住了整个胶原分子，使之很难拉开，故胶原具有微弹性和很强的拉伸强度。由于胶原中脯氨酸含量高，所以一般通过酸水解胶原来分离提取脯氨酸。（5）胶原α-链N端氨基酸是焦谷氨酸，它是谷氨酰胺脱去一分子氨而闭环产生的吡咯烷酮羧酸，它在一般蛋白质中是少见的。表1-3 几种胶原的氨基酸组成（每1 000个残基中残基个数）注：甲硫氨酸又称蛋氨酸。
从鱼鳞中提取的酸溶性胶原（ASC）和酶促溶性胶原（PSC）的氨基酸组成（表1-5）中可见，酸溶性胶原和酶促溶性胶原制品中，甘氨酸含量分别为33.82%和33.70%，约占氨基酸总量的1/3；羟脯氨酸与脯氨酸之比分别为0.65和0.67，羟脯氨酸含量高于羟赖氨酸，具有Ⅰ型胶原的氨基酸组成特点。
胶原分子的3条肽链各由1 000多个氨基酸残基组成，如胶原11α（Ⅰ）肽链含1 014个氨基酸残基，α（Ⅲ）肽链含1 023个氨基酸残基。表1-4 胶原蛋白水解时间对氨基酸含量的影响[百分比（%）]表1-5 鱼鳞中酸溶性胶原和酶促溶性胶原的氨基酸组成[每100 g中含量（g）]三、胶原分类
按功能可将胶原分为两组，第一组是成纤维胶原，包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅺ、ⅩⅩⅣ和ⅩⅩⅦ型胶原；其余是第二组，非成纤维胶原。非成纤维胶原的α-链既含有三螺旋域（胶原域，COL），还含有非三螺旋域（非胶原域）。胶原区内由于基因缺失、插入或置换，所以存在数量不等、长短不同的非Gly-X-Y （甘氨酸-X-Y）序列。非成纤维胶原可进一步分为6种：①FACIT（纤维结合的胶原，具有中断的三股螺旋）族胶原，包括Ⅸ、Ⅻ、ⅩⅣ、ⅩⅥ、ⅩⅨ、ⅩⅩ和ⅩⅪ型胶原；②网状结构胶原，包括Ⅳ、Ⅷ和Ⅹ型胶原；③念珠状原纤维胶原，Ⅵ型胶原即属于这一种；④锚定原纤维或纤丝胶原，包括Ⅶ和ⅩⅦ型胶原；⑤跨膜区胶原，包括ⅩⅢ、ⅩⅩⅢ和ⅩⅩⅤ型胶原；⑥结构尚未明确的胶原，包括ⅩⅤ、ⅩⅧ、ⅩⅫ和ⅩⅩⅥ型胶原。
1.Ⅰ型胶原
Ⅰ型胶原是多细胞生物的细胞外基质的主要结构大分子，能活化上皮细胞，促进上皮细胞增生；也可促进胶原酶生成，使皮肤有张力和弹性。此外，还能淡化眼纹和消除眼袋及阴影。Ⅰ型胶原对维持骨结构的完整及骨生物力学特性非常重要。骨质疏松症是以低骨量、微结构改变、骨脆性增加为特点的全身性代谢性骨病。胶原（尤其是Ⅰ型胶原）结构及数量的改变与骨质疏松症发生、发展、严重程度密切相关。
2.Ⅱ型胶原
Ⅱ型胶原能与一些蛋白聚糖结合，是软骨和玻璃液中的主要胶原，可加强皮肤的保水能力，以及填补皮肤内胶原纤维之间的空隙，起到保湿、自然美白等作用。
3.Ⅲ型胶原
Ⅲ型胶原主要见于肺泡间质内，分布非常杂乱，构成了一个错综复杂的网络，这种结构特征对肺内组织，特别是肺泡间隔保持良好的柔韧性非常重要。Ⅲ型胶原在皮肤中较少。Ⅲ型与Ⅴ型胶原同属重建型胶原，能强化微血管强度与弹性，可提供细胞充足的养分，并直接与成血管细胞（血管母细胞）结合，促进新血管形成。它们是维持皮肤饱满、滑润、有光泽的重要元素。
4.Ⅳ型胶原
Ⅳ型胶原是基底膜的主要成分，以片层而不是纤维形式存在于基底膜中，主要在肝脏内合成与代谢。在肝脏中，Ⅳ型胶原存在于血管内皮细胞、胆管和神经纤维周围的基底膜中以及实质区。可以弥补皮肤基底膜功能，帮助表皮层与真皮层的结合，将水分与养分保送至真皮层。此型胶原使皮肤结构完整，让皮肤紧实、抗氧化，防止老化及皱纹。
5.Ⅴ型胶原
Ⅴ型胶原存在于主要由Ⅰ型胶原组成的纤维中，为Ⅰ型胶原纤维形成支架，如骨骼、肌腱、角膜、皮肤和血管，与Ⅲ型胶原同属重建型胶原。Ⅴ型胶原在组织中的分布有两种形式：一种表现为类似间质性胶原的纤维束状结构，可以分布在组织间质中或围绕在细胞周围；另一种与基膜性胶原相似，主要分布在基膜或基膜附近。1981年发现椎间盘中含有少量Ⅴ型胶原，其量为椎间盘中胶原总量的3%。Ⅴ型胶原可以从含有Ⅰ型胶原的组织中提出，由此可见，在纤维性胶原中，Ⅰ型胶原和Ⅴ型胶原之间存在着密切的关系。
6.Ⅵ型胶原
Ⅵ型胶原存在于大多数的间质性连接组织中，具有高度免疫性，有利于抗Ⅵ型胶原抗体的产生。由于其作为珠状细丝结构存在，用电子显微镜很难辨别其形成周期。Ⅵ型胶原高度的免疫原性，使得细胞生物学家对其产生了越来越多的兴趣。
7.Ⅶ型胶原
Ⅶ型胶原是一种在特定表皮组织中发现的纤维胶原，是连接表皮与真皮的支柱，有紧实拉皮的作用。除皮肤外，Ⅶ型胶原及固着原纤维还存在于消化道等其他器官的上皮组织，参与细胞的分化、黏附和基底膜的过滤等功能。Ⅶ型胶原合成与聚合的许多环节发生障碍，都可以引起固着原纤维的缺乏或功能异常，导致真皮与表皮之间连接的破坏，从而出现表皮松解的病理变化。
8.Ⅷ型胶原
Ⅷ型胶原存在于角膜的后界层中，是角膜内皮细胞基底膜的主要组成成分。
9.Ⅸ型胶原
Ⅸ型胶原以Ⅱ型或Ⅰ型胶原作为其主要的纤维形式形成结构，实际上是一种蛋白聚糖（蛋白多糖）。Ⅸ型胶原的主要功能是通过大的糖胺聚糖（糖胺多糖）的侧链黏附于Ⅱ型胶原纤维。在软骨及其他一些组织中，这种黏附是通过共价交联形成的，因此十分稳定。
10.Ⅹ型胶原
Ⅹ型胶原分布较为局限，主要由软骨骨化过程中过度肥大的软骨细胞合成，因此在软骨转化成骨的过程中起着重要的作用，在软骨的营养不良症中可见Ⅹ型胶原基因的突变。
11.Ⅺ型胶原
Ⅺ型胶原在基质中有微量存在，与Ⅴ型胶原有许多相似的特点，两者可以形成杂合的胶原分子。Ⅺ型胶原只限制在直径小于25 nm的细纤维中，在软骨胶原纤维的形成和软骨基质本身的组成过程中起着重要的作用。
12.Ⅻ型胶原
Ⅻ型胶原与Ⅰ型、Ⅱ型胶原的原纤维相互作用，还可以与Ⅸ型胶原有相互作用。在6月龄的鸡胚中含有丰富的Ⅻ型胶原，但到胚胎晚期仅在一些致密结缔组织中有存在。
13.ⅩⅣ型胶原
ⅩⅣ型胶原存在于软骨、结缔组织、皮肤等组织中，其作用与Ⅻ型胶原非常相似，但又有明显的区别。
14.ⅩⅤ型和ⅩⅧ型胶原
二者在结构上具有高度的相似性，胶原三螺旋和非胶原功能区交替出现，在组织分布以及生物活性上也十分相似。ⅩⅤ型胶原分布较广，主要出现在血管、外周神经元、间充质和某些上皮基底膜区域。ⅩⅧ型胶原主要定位在毛细血管内皮和某些上皮基底膜上。两者共同出现在肾、胎盘和骨骼肌中，但ⅩⅧ型胶原在肝组织中大量表达，而ⅩⅤ型胶原在肝中几乎没有表达。在骨骼肌和心肌中，ⅩⅤ型胶原对肌细胞与细胞外基质的稳定连接起重要的作用，甚至可能与阻抑癌细胞的侵袭有关。ⅩⅧ型胶原的C端（羧基端）可以水解出NC11的内部片段，称为内皮抑制素，它能抑制血管的增生。动物实验表明，内皮抑制素能强烈抑制肿瘤组织的血管生成，造成癌组织的萎缩。长期使用重组内皮抑制素进行治疗，可使几种实验肿瘤处于一种休眠状态而不产生耐药性；即使不进行连续给药，采取分期给药，也可使肿瘤1处于一种持续的休眠状态。ⅩⅤ型胶原α-链的C端的NC10与ⅩⅧ型胶原C端的NC11在结构上具有很高的同源性。体外实验结果表明，NC10虽然不能有效抑制肿瘤细胞的增殖，但可专一有效地抑制内皮细胞的移行，对癌组织有明显的抑制作用。
15.ⅩⅥ型胶原
ⅩⅥ型胶原存在于成纤维细胞内，基因代码为COL16A。ⅩⅥ型胶原在胶原原纤维与细胞或其他基质成分之间起分子架桥的作用，可能与信息传递有关。
16.ⅩⅩ型胶原
ⅩⅩ型胶原位于血管中层，由血管平滑肌细胞所分泌，很可能与心血管疾病的发生有关联。血小板生长因子（PDGF）能促进ⅩⅩ型胶原基因在血管平滑肌细胞中的表达，因此，ⅩⅩ型胶原可能与血管生成以及血管受伤后的修复具有密切的关系。
胶原也是老化的指标。胶原在体内的含量变化如下：从出生到20岁会逐渐增加，20～50岁则保持不变，50岁以后则逐渐减少，到了70岁则保持在最小含量。60岁以上老人的真皮层厚度平均较年轻时降低25%～30%，而女性变化比男性更为明显。第二节胶原的结构
蛋白质的相对分子质量有几万、几十万甚至几百万，由几百个、几千个氨基酸组成。构成蛋白质的常见氨基酸有20种，除甘氨酸没有不对称碳原子外，其他氨基酸都有不对称碳原子，能形成不同的构型，造成蛋白质的结构极其复杂多样。1969年，国际纯粹化学与应用化学联合委员会决定，将蛋白质的分子结构分成一级、二级、三级、四级。其中一级结构是指氨基酸在蛋白质分子中的排列顺序，氨基酸之间形成肽键，是蛋白质的基本结构；而二级、三级、四级结构是蛋白质分子的三维空间结构，是蛋白质分子的高级结构。胶原分子的结构，比起大多数蛋白质来，更为复杂和多样。一、一级结构
一级结构是蛋白质分子中氨基酸以肽键连接的顺序，每一种蛋白质分子，都有其特定的氨基酸组成和排列方式，由此也就决定了不同的空间结构和功能。不同蛋白质的不同一级结构，是由不同蛋白质基因DNA中不同的核苷酸排列顺序决定的，因此一级结构是蛋白质分子的基本结构，也是分子生物学研究的重要内容。
蛋白质分子中一级结构关键部位氨基酸的改变，会直接影响其功能，这个关键部位就是蛋白质分子的活性中心。胶原的氨基酸组成有如下特征：（1）在大多数蛋白质的同一条多肽链中，氨基酸一般不会有周期性的重复顺序，但胶原的胶原域却有甘氨酸-脯氨酸-羟脯氨酸、甘氨酸-脯氨酸-Y和甘氨酸-X-Y（X、Y代表除甘氨酸和脯氨酸以外的其他任何氨基酸残基）这样一些三肽的重复顺序存在，甘氨酸几乎占总氨基酸残基的1/3，即每隔两个其他氨基酸残基（用X和Y表示）即有n一个甘氨酸，故其肽链可用（甘-X-Y）来表示。X位置常由脯氨酸残基占据（20%～30%）。甘氨酸-脯氨酸-Y三肽的数量为全部三肽总和的近1/3。
这种三肽重复顺序对胶原的结构起着很大的作用。例如，Ⅰ～Ⅲ型、Ⅴ型和Ⅺ型胶原属于成纤维胶原，它们分子中的胶原域是由长而不中断的三股螺旋组成，而其他非成纤维胶原的胶原域中的三股螺旋是不连续的，至少存在一个中断处。这个中断处就在三肽重复顺序中，即不是甘氨酸-X-Y，而是甘氨酸-X-甘氨酸-X-Y或甘氨酸-X-Y-X-Y。（2）含有较多在其他蛋白质中少见的羟脯氨酸和羟赖氨酸残基，也有较多脯氨酸和赖氨酸。如脯氨酸和4-羟脯氨酸含量高达15%～30%。同时还含有少量3-羟脯氨酸和5-羟赖氨酸。羟脯氨酸残基可通过形成分子内氢键稳定胶原分子。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℃即可变性成为白明胶（gelatin）。羟赖氨酸上可结合半乳糖-葡萄糖苷，这与特定组织功能相关。如在基底膜胶原（Ⅳ型）中含羟赖氨酸较多，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。（4）胶原分子中芳香氨基酸和半胱氨酸含量也较少。二、空间结构
蛋白质分子的空间结构指二级、三级和四级结构。（一）二级结构
二级结构是指肽链主链的局部空间结构，即肽链中相邻氨基酸形成的局部有序的空间结构，由局部相邻氨基酸发生盘曲而形成。二级结构包括α-螺旋、β-折叠、β-转角、π-螺旋、Ω-环及各种蛋白质互不相同的无规则卷曲等。此外，还有超二级结构，它是指蛋白质分子中的一些二级结构单元，在空间进一步聚集组合形成的αα、βββ、βαβ等超二级结构，它们可形成或者聚集形成结构域。结构域也是蛋白质分子中承担不同功能的功能域。胶原的二级结构是由3条肽链组成的3股螺旋，在这种超螺旋体中的每一股又是一种特殊的左手螺旋体。它与α-螺旋体不同，超螺旋体中各条肽链借助甘氨酸残基的肽键之间形成的氢键交联在一起。
胶原大分子为细棒状，长280 nm，直径1.5 nm，相对分子质量将近30万。用透射电子显微镜进行观察，可见纤维状胶原具有特殊的周期性的横纹带区，每个横纹周期平均为67 nm。
胶原分子单位称为原胶原，胶原是由原胶原按规则顺序排列的。原胶原的排列规则是首尾相接。目前公认的Smith提出的错列模型认为，首尾相接时有1/4错位的搭接。横纹带区是因原胶原肽链上的氨基酸残基具有不同的电荷，从而产生不同电子密度造成的。
但是，现在通过原子力显微镜观察发现列的周期结构是与明带和暗带相对应的高低起伏的波状结构，明带对应波峰，暗带对应波谷。每个周期的波峰和波谷有5 nm左右的高度差，并且不同的波峰和波谷之间也存在着纳米级别的高度差：对一个周期来说，波峰（明带）的宽度大于波谷（暗带）的宽度。Smith错列模型受到了挑战。
每个原胶原分子由3条α-链组成，每条肽链有1 000个左右氨基酸残基。相对分子质量介于95 000～100 000，所以一个胶原分子的相对分子质量大约为30万。尽管3条肽链的氨基酸组成不同，但结构上仍有不少共同点，肽链呈现一种特殊的右手螺旋结构，螺距为0.95 nm，每一螺圈含3.3个氨基酸残基，第一个残基沿轴向距离为0.29 nm。α-链条则以平行、右手螺旋形式缠绕成草绳状三股螺旋结构。肽链中每3个氨基酸残基中就有一个要经过此3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就出现一个甘氨酸的特点。由于3条α-链是交错排列的，从而使3条α-链中的甘氨酸（Gly）、X、Y残基位于同一水平上，借Gly中的N—H基与相邻肽链上的X残基的O—H基形成牢固的氢键，形成稳定的三螺旋结构。
胶原的二级结构直接关系到它在体内执行的功能。（二）三级结构
蛋白质的三级结构是指：①蛋白质分子的整条多肽链中的一些二级结构、超二级结构、结构域在空间进一步折叠盘曲形成千万种不同蛋白质分子的球状、椭圆形、棒状及纤维状等空间结构；②在一级结构中相距较远的氨基酸残基在空间的相应位置与关系；③一些蛋白质分子表面形成与其功能密切相关的凸起、凹槽、裂隙或口袋等不同的复杂结构。
就实质而言，三级结构主要揭示蛋白质分子中肽链之间次级键的作用，也就是氨基酸残基侧链的极性基团产生的离子键、氢键和范德华力，以及非极性基团产生的疏水键、范德华力等作用力，使三级结构得以保持稳定。除了这些次级键外，胶原分子内和分子间还有三种交联：①醇醛缩合交联；②醛胺缩合（席夫碱）交联；③醛醇组氨酸交联。
3种交联把胶原的2条肽链或3条肽链牢固地连接起来，使胶原具有很高的拉伸强度。（三）四级结构
四级结构是指分子更大的蛋白质，常由多条肽链组成，分子中每条肽链都盘曲成特定的三级结构，单独存在时并无功能，被称为亚基，亚基间再按特定的方式接触排列形成更高层次的立体蛋白质分子。亚基可呈环状、正四面体或正八面体等排列，形成完整的四级结构。组成四级结构蛋白质的亚基数多为偶数，以2～4个亚基组成为多，其种类可相同或不同，又以2种不同亚基居多。
正如上述，原胶原按规则平行排列成束，首尾错位1/4，通过共价键搭接交联，形成稳定的胶原微纤维，并进一步聚集成束，形成胶原纤维。胶原分子通过分子内或分子间的作用力成为不溶性的纤维，故胶原属于不溶性硬蛋白。因胶原分子氨基酸组成中缺乏半胱氨酸，不可能像角蛋白那样以二硫键相连，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端（羧基端）或N端（氨基端）之间。
常有一部分未能共价交联的原胶原可用中性盐溶液或稀醋酸溶液等提取而溶解出来，此部分称为可溶性胶原。
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、皮肤及软骨中，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1-6）。表1-6 胶原纤维在不同组织中的排列三、结构类型1
组成原胶原分子的每种α-链可以分成若干亚型，如α（Ⅰ）、111122α（Ⅱ）、α（Ⅲ）、α（Ⅳ）、α（Ⅴ）、α（Ⅰ）、α（Ⅳ）、2α（Ⅳ）等，每条α-链都有一种基因编码。在组织中，各种基因产物以不同方式组合形成不同类型的胶原，从理论上讲，20多种α-链可组合成1 000种以上的胶原，但目前还只发现27种胶原类型，今后还有可能继续发现新的胶原类型。早先新型胶原的发现主要是依据它们在蛋白质水平上的一级结构来分析，而现在则是利用它们在核酸水平上胶原域的相似性。
稳定胶原3股螺旋间的力主要有3种：肽链间的范德华力、肽链间的氢键和肽链间的共价交联键。
氢键对稳定结构具有重要的作用。肽链间有3种氢键：①一条肽链的Gly X-Y中的Gly酰氨基上的H与相邻的另一条肽链的Gly-X-Y中的X [常为脯氨酸（Pro）]上的羰基C═O之间形成的氢键；②肽链中的羟脯氨酸的羟基参与肽链间氢键的形成；③肽链中的羟脯氨酸的羟基与水形成氢键。（一）Ⅰ型胶原
Ⅰ型胶原占体内总胶原量的90%，占总蛋白质质量的将近20%。12122Ⅰ型胶原由2条α-链及1条α-链组成，即[α（Ⅰ）]α（Ⅰ），也有少1量由3条α-链组成。
Ⅰ型胶原是最普遍存在的胶原，它的一级结构测定表明，1α（Ⅰ）肽链由1 014个氨基酸残基组成，相对分子质量约为97 000。肽链的96%由Gly-X-Y重复顺序组成。Gly（甘氨酸残基）约占残基数的1/3, X常为Pro（脯氨酸残基）, Y常为Hyp（羟脯氨酸残基）或Hyl（羟赖氨酸残基）。肽链的N端和C端不含重复的Gly-X-Y，不形成左手螺旋，胶原肽链中的Gly-X-Y顺序结构称为非螺旋区。1
Ⅰ型胶原分子非螺旋区的重要特征是α-链N端第9位是赖氨酸残基，C端的第16位也是赖氨酸残基。N端和C端非Gly-X-Y区的15～20个氨基酸残基，在胶原的生物合成及合成后肽链间形成交联的过程中起重要的作用。（二）Ⅱ型胶原113
Ⅱ型胶原由3条α-链组成，即[α（Ⅱ）]。Ⅱ型胶原分子非螺旋1区的重要特征也与Ⅰ型胶原一样，α-链N端第9位是赖氨酸残基，C1端第16位也是赖氨酸残基。Ⅱ型胶原的α（Ⅱ）链，富含羟赖氨酸，并且糖化率高，含糖量可达4%。Ⅱ型胶原被胶原酶切割的位点是甘氨酸-异亮氨酸肽键。（三）Ⅲ型胶原1131
Ⅲ型胶原由3条α-链组成，即[α（Ⅲ）], α（Ⅲ）链中含有半胱氨酸，因而肽链之间存在着少量的双硫链，其本身可以形成细纤维，而其他类型的胶原肽链间的共价交联链主要是由赖氨酸残基或羟赖氨酸残基的侧链形成的。Ⅲ型胶原分子非螺旋区的重要特征也与Ⅰ型胶1原一样，α-链N端第9位为赖氨酸残基， C端第16位也是赖氨酸残基。（四）Ⅳ型胶原
Ⅳ型胶原是由3条α（Ⅳ）链通过二硫键盘绕而成的三级螺旋结构，全长约400 nm，其中胶原区350 nm，非胶原区N端50 nm、C端50 nm，直径1.5 nm，相对分子质量约为550 000。按一级结构的不同，12目前已证实至少有6种α（Ⅳ）链，即α（Ⅳ）、α（Ⅳ）、3456α（Ⅳ）、α（Ⅳ）、α（Ⅳ）及α（Ⅳ），每条Ⅳ型胶原α-链约由1 700个氨基酸组成，故Ⅳ型胶原的三股螺旋较长，且肽链中段尚有无螺旋结构的中断区。形成肽链N端、C端及中间的3个结构域，尤其C端是一个大的球形结构，肽链两端的结构域使Ⅳ型胶原分子交联成网状结构，从而组成基底膜的致密层，而不是平行集结组成宽厚的胶原纤维。正是Ⅳ型胶原的特殊结构，以及近年来发现其与肿瘤的转移有关，使其开始引起人们的注意。α（Ⅳ）链与其他胶原链不同的是，除主要由Gly-X-Y重复序列组成外，常被2～11个氨基酸长度的非胶原氨基酸所打断，而且这些非胶原氨基酸的成分主要集中在α-链的N端；除了这些间插成分外，α-链的C端含有229个非胶原氨基酸，称为NC1区；N端含有15个非胶原氨基酸。Ⅳ型胶原主要结构形式是12212[α（Ⅳ）]α（Ⅳ），其他可能是由3条α-链或α-链组成或为混合的多聚体，通过分子之间的反平行作用、N端的二硫键的形成和分子间C端非胶原位点之间的相互作用，形成Ⅳ型胶原特殊的三维网状结构。在螺旋区中插有短片段非螺旋区，后者第三位中无甘氨酸残基，但疏水性氨基酸量增加，丙氨酸和精氨酸量则减少。这种三维网状结构容纳层粘连蛋白-巢蛋白复合物和硫酸肝素蛋白聚糖等基膜成分，使基膜具有机械和化学的屏障功能。（五）Ⅴ型胶原121
Ⅴ型胶原的肽链由2条α-链和1条α-链或由3条α-链组成，组装1312212有3种形式：[α（Ⅴ）]、[α（Ⅴ）]α（Ⅴ）和α（Ⅴ）α（Ⅴ）3122α（Ⅴ），其中以[α（Ⅴ）]α（Ⅴ）形式为主，每条肽链的相对分子质量为95 000。氨基酸分析结果表明，肽链含有丰富的3-羟脯氨酸和糖化的羟赖氨酸。Ⅴ型胶原存在于基底膜中，仅占纤维胶原的少数，常与Ⅰ型胶原，或与Ⅰ型胶原、Ⅲ型胶原形成混合型的纤维，Ⅴ型胶原纤维具有间隔为67 nm的横纹区，整个分子是一个连续的三螺旋杆状结构，中间不夹有球蛋白样结构区。
Ⅴ型胶原可能在基膜和结缔组织之间起着“桥梁”的作用。3α（Ⅴ）链对胶原酶有抵抗作用，故Ⅴ型胶原不能被胶原酶降解。（六）Ⅵ型胶原
Ⅵ型胶原主要存在于结缔组织中，主要结构形式是具有一个小的三螺旋区和两个大的非胶原部分。Ⅵ型胶原是由3条不同的α-链组成123的异三聚体，含有α（Ⅵ）、α（Ⅵ）和α（Ⅵ）链，通过链内、链间的二硫键的形成，构成稳定的纤维结构。（七）Ⅶ型胶原
Ⅶ型胶原是在特定表皮组织中发现的纤维胶原。Ⅶ型胶原是由31条α（Ⅶ）链形成的反平行二聚体，再形成锚定纤维。Ⅶ型胶原是固着原纤维的主要成分，对表皮起着连接和支持作用，并与大疱性表皮松解症的发生有关。（八）Ⅷ型胶原12
Ⅷ型胶原的结构为2条α（Ⅷ）和1条α（Ⅷ）构成的异三聚体，122即[α（Ⅷ）]α（Ⅷ），可形成六边晶格状结构。Ⅷ型胶原的α-链是最短的，相对分子质量只有60 000左右。Ⅷ型胶原仅存在于分隔角膜内皮和基质的角膜后界层，即Descemen' s膜。（九）Ⅸ型胶原123
Ⅸ型胶原有3条不同的α-链，即α（Ⅸ）、α（Ⅸ）和α（Ⅸ），属异三聚体， 3条α-链之间形成共价交联，交联结构为吡啶或羟基吡啶。Ⅸ型胶原被分类为FACIT胶原，具有几个由非三股螺旋结构域分隔的三股螺旋结构域。Ⅸ型胶原能与硫酸软骨素或硫酸皮肤素结合，因此是一种蛋白聚糖，其侧链在软骨内较短，在鸟类的玻璃体中则很长。（十）Ⅹ型胶原13
Ⅹ型胶原为同三聚体，即[α（Ⅹ）]，其α-链也是最短的，相对分子质量也只有60 000左右。其分子由三部分组成：最小的部分在N端，为一个短的非螺旋部分；最大的部分是三螺旋的棒状部分，长度为138 nm；第三部分是C端的球状部分，这部分似球状，由3条相同的肽链组成，肽链中酪氨酸含量较高。Ⅹ型胶原与钙亲和力较高，短期内存在于软骨成骨过程的肥大区，随骨化而消失，说明其参与了软骨的钙化作用。（十一）Ⅺ型胶原123
Ⅺ型胶原是异三聚体，其组成为α（Ⅺ）α（Ⅺ）α（Ⅺ）。可在软骨组织中和身体的其他位置发现与Ⅱ型胶原和Ⅸ型胶原结合的Ⅺ型胶原。（十二）Ⅻ型胶原13
Ⅻ型胶原为同三聚体，其组成为[α（Ⅻ）]，有ⅫA和ⅫB两种亚型，它是主要与Ⅰ型胶原结合的FACIT胶原。（十三）ⅩⅢ型胶原1
ⅩⅢ型胶原的α（ⅩⅢ）肽链很短，包括3个胶原区和4个非胶原区，N端有跨膜而无信号肽，外显子发生可变拼接，使其α-链包括胶原区在内呈现结构的多样性。（十四）ⅩⅣ型胶原
ⅩⅣ型胶原的结构与Ⅻ型胶原极为相似，是一种特征为含有1α（ⅩⅣ）链的同三聚体的FACIT胶原。
ⅩⅣ型胶原和Ⅻ型胶原的分布有组织特异性：（1）在皮肤中，ⅩⅣ型胶原分布于乳头层；若Ⅻ型胶原以ⅫB为主，分布于网状层和血管周围，若Ⅻ型胶原以ⅫA为主，局限分布于关节面、软骨管周围、软骨膜及软骨膜下层。（2）在软骨内，ⅩⅣ型胶原的分布比较广泛。
两种胶原的分布在胚胎发育时期都存在动态变化。Ⅻ型胶原和ⅩⅣ型胶原与原胶纤维的结合缺乏共价交联，主要由氢键和二硫键完成。软骨内的ⅫA型和ⅩⅣ型胶原还结合有硫酸软骨素。ⅩⅣ型胶原发现较晚，结构上与Ⅸ型、Ⅻ型、Ⅹ型和Ⅳ型胶原都有不同程度的相似性。（十五）ⅩⅤ型胶原
ⅩⅤ型胶原发现较晚，与ⅩⅧ型胶原同源性较高，二者有4个共同的特点：①胶原区很多，分别为9个和10个；②分子两端都是大型球状结构；③糖胺聚糖和寡糖结合位点多；④分布广泛，以内脏器官较多。（十六）ⅩⅥ型胶原
ⅩⅥ型胶原最初是在表皮的半桥粒中发现的，是大疱性类天疱疮等疾病的自身抗原，α-链有13个胶原区和14个非胶原区，氨基酸总数为1 433。ⅩⅥ型胶原与ⅩⅦ型胶原虽不同源，但有相同的结构特征：N端有跨膜区而无信号肽，外显子发生可变拼接使其α-链呈现结构的多样性。（十七）ⅩⅦ型胶原
ⅩⅦ型胶原与ⅩⅤ型胶原一样发现较晚，同源性较高，还有不同的亚类。（十八）ⅩⅧ型胶原
ⅩⅧ型胶原发现较晚，结构上与Ⅸ型、Ⅻ型、Ⅹ型和Ⅳ型胶原都11有不同程度的相似性。α（ⅩⅣ）有10个胶原区，α（ⅩⅦ）有5个胶原区。四、温度对胶原蛋白结构的影响
胶原作为重要的细胞外间质成分，在许多生理病理状态下，对机体的热平衡发挥着重要的调节作用。在基于热效应的各种理疗处理中，胶原将热传导到细胞而发挥作用。此外，温度会造成胶原蛋白的变性。
肖和兰等运用傅里叶红外光谱法和二维相关分析技术研究发现，在15～95℃的升温过程中，胶原的三条螺旋肽链之间的氢链减弱，逐渐解螺旋，每条肽链因伸直而使其螺旋度减少，整个蛋白的无序结构增加。在此升温过程中，胶原的二级结构变化先后顺序为：—CH2—构象的变化＞酰胺Ⅰ＞酰胺Ⅱ＞酰胺Ⅲ＞—CH—构象的变化。从而揭示了温度的变化能干扰并引起胶原蛋白结构的变化。五、鱼胶原蛋白结构的特点
鱼胶原蛋白主要含有Ⅰ型和Ⅴ型胶原蛋白，分布在鱼类的皮、骨、鳞等处，是由3条肽链拧成的螺旋形纤维状蛋白质。其主要氨基酸组成为甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、丙氨酸、羟赖氨酸等，氨基酸组成与其他蛋白质有显著区别，甘氨酸的含量很高，几乎占总氨基酸残基的1/3，其所含有的羟脯氨酸和羟赖氨酸残基在其他蛋白质中较为罕见。
由于海洋生态环境的特殊性（如高压、低温等），使得鱼胶原蛋白在氨基酸的组成和氨基酸的序列上与陆生动物胶原蛋白相比有一定的差异，从而使鱼胶原蛋白拥有独特的生理功能和理化特性。鱼胶原蛋白易溶于中性盐溶液或稀酸，较易调制成可溶性胶原溶液，由于鱼胶原蛋白低抗原性的特点，使其在医疗和食品业领域中更受人们欢迎。鱼胶原蛋白含有大多数动物胶原蛋白所没有的第3条α-链，即其123由3条异种α-链所形成的单一型杂分子α（Ⅰ）α（Ⅰ）α（Ⅰ）组122成，而非[α（Ⅰ）]α（Ⅰ）。其水解物可能暴露更多的活性中心而拥有多种生物活性。但鱼胶原蛋白的脯氨酸和羟脯氨酸含量比动物胶原蛋白低，使其热变性温度较低，增加了胶原蛋白的分离难度。第三节胶原、明胶和胶原蛋白的异同《英汉化学化工词汇》中将collagen译为胶原（蛋白），通常称为胶原，有时候为了叙述上的方便或更强调其蛋白的特性，也把collagen称作胶原蛋白。
在英文中只有collagen，而没有collagen protein，因此在表达胶原蛋白的意思时，常用collagen peptide，即胶原肽。中文中有人把胶原蛋白称作水解胶原或水解明胶。把水解胶原称作胶原蛋白，是想与胶原有所区别，但不要把胶原与胶原蛋白混为一谈。在《胶原蛋白》（化学工业出版社，2001年）一书中，对胶原、明胶和胶原蛋白作出了初步的界定，把原本不太明晰或不太引人注意的概念明确了。李国英等的研究工作从三者的性能上进一步确认了它们之间的差异。
胶原是指动物组织器官中存在的一类蛋白质，在提取、分离时，随着方法和条件不同，可以产生胶原、明胶和胶原蛋白三种产物。
能被称为胶原的，必须是其三螺旋结构没有改变的那类蛋白质，还保留有生物活性。
明胶是胶原在酸、碱、酶或高温作用下的变性产物，与胶原一样由18种氨基酸组成，但已失去生物活性。
胶原变成明胶的可能性如下：（1）三股螺旋体完全松开，成为三条互不联结的盘曲肽链，它们的组成和相对分子质量各不相同（80 000～125 000）；（2）一条肽链完全松开，而另外两条肽链之间的共价键全部断开，但仍由氢键联结，相对分子质量为160 000～250 000；（3）三条肽链松开后仍有少量氢键联结在一起，相对分子质量为240 000～375 000。
从胶原到明胶，除了相对分子质量的降低及分子质量分布变宽以外，氨基酸成分也有一些变化：①胶原中的酰胺侧基逐渐被水解，导致明胶中酰氨基含量降低，同时侧链自由羧基的数目增加，但酸法制明胶无此现象；②胶原肽链中精氨酸残基的胍基会逐渐转化成为氨基，使精氨酸残基转变成为鸟氨酸残基，但是这个反应可能比酰氨基的水解缓慢。
明胶不是均一的蛋白质，而是一种热可溶性的混合物。商业明胶常分A型和B型。A型明胶主要以动物皮为原料，用酸水解方法制得，其等电点为pH值7～9; B型明胶主要以动物皮、骨、肌腱为原料，用碱水解方法制得，其等电点为pH值4.6～5.2。明胶的相对分子质量分布较宽，工业上生产的明胶相对分子质量是15 000～250 000，平均为50 000～70 000，干燥的明胶很易吸水。明胶不溶于冷水，在冷水中只会吸水并溶胀，只有加热到60℃，才溶于热水中。明胶的水溶液冷却后，成为凝胶，凝胶具有网状结构。
上述胶原第一种水解产物便是胶原蛋白。胶原的三螺旋结构彻底松开，成为3条自由的肽链，且降解成多分散的肽段，其中包括小肽。因此，胶原蛋白呈多肽混合物，相对分子质量从几千到几万，分子质量分布很宽，没有生物活性，能溶于冷水，而且能被蛋白酶利用。
通过以上叙述，总结如下：（1）胶原具有生物活性，不溶于冷水和热水，不能被蛋白酶利用；（2）明胶相对分子质量较高，只溶于热水，不溶于冷水；（3）胶原蛋白相对分子质量较低，而且分子质量分布比明胶更宽，可溶于冷水；（4）明胶与胶原蛋白均无生物活性，但可被蛋白酶利用。
广泛的意义上说，明胶也属于胶原蛋白，只是明胶的分子质量比胶原蛋白高一些，而且明胶的肽链之间还有少量氢键。
从结构上讲，胶原是具有共价键连接三股α-链的蛋白质，明胶是共价键基本被打断只剩次级键的蛋白质，而胶原蛋白已是基本上不被共价键和次级键束缚、比较自由的α-链或是明胶分子的片段。
从性能上讲，胶原能形成膜，膜具有较好的柔韧性、弹性和强度。在模拟生理条件下（与动物体内相似的温度和中性盐含量），胶原溶液放置25 min，从其吸光度的变化可以观察到胶原分子之间能再度相互连接形成纤维，导致吸光度上升，而胶原的变性产物明胶和降解产物胶原蛋白则不具有这样的性质。用扫描电子显微镜观察，可以进一步证明溶液中的胶原靠氢键或分子间作用力连接，再度以1/4交错排列的方式形成纤维；而明胶和胶原蛋白的三螺旋结构都被破坏，这种破坏是不可逆的，因而丧失了再纤维性。明胶溶液能形成凝胶，加热则液化，降到30℃以下又会成凝胶；明胶也能成膜，但明胶膜较脆，强度比胶原膜差；胶原蛋白不能成膜。细胞生长实验证明，胶原蛋白与明胶一样不具有促进细胞生长的性质，不具有生物活性。
水解胶原蛋白和明胶的相对黏度相差很小，而胶原的相对黏度是明胶和水解胶原蛋白的5倍左右，这与胶原的高相对分子质量及其三股螺旋结构是密切相关的。由于这些样品在溶液中的存在形态未知，而且相对分子质量的分布较宽，因此特性黏数只能定性地反映出它们的黏均相对分子质量大小。此外，胶原的特性黏数最大，明胶次之，水解胶原蛋白最小。因而，黏均相对分子质量从大到小的顺序依次为胶原、明胶和水解胶原蛋白。第四节水产胶原蛋白
水产胶原蛋白主要存在于水产动物的皮、骨、鳞、鳍、肌肉等部位，目前已从鱼类中分离鉴定出的胶原类型为广泛分布在真皮、骨、鳞、鳔、肌肉等处的Ⅰ型、软骨和脊索的Ⅱ型和Ⅺ型以及肌肉的Ⅴ型。而且，Ⅰ型胶原蛋白是水产品加工废弃物——皮、骨、鳞和鳍中含量最多的蛋白质。一、水产胶原蛋白的提取
水产胶原蛋白的提取方法主要包括五种，即碱法、酸法、盐法、酶法及热水浸提法。
1．碱法提取
碱法提取即利用一定浓度的碱在一定的外界条件下提取胶原蛋白，常用的处理剂为石灰、氢氧化钠、碳酸钠等。该法容易造成肽键水解，因此得到的水解产物相对分子质量较低，严重时还会产生旋光化合物。因此，若想使胶原蛋白保留较为完整的三螺旋结构，用此提取方法是不可行的。Morimura等分别用pH值为12的NaOH溶液和pH值为3的醋酸溶液在60℃的条件下从猪皮及鱼骨中提取胶原蛋白，提取时间为1 h，提取率分别为80%和72%。虽然碱溶液的提取率高，但结果显示其提取到的胶原蛋白相对分子质量普遍小于100 000。
2．酸法提取
酸法提取是利用一定浓度的酸溶液在一定的条件下提取胶原蛋白，主要采用低离子浓度酸性条件破坏分子间盐键，从而引起纤维膨胀、溶解。作为溶剂使用的酸，主要有盐酸、醋酸、柠檬酸和甲酸等，采用酸法提取的胶原蛋白通常称为酸溶性胶原蛋白。酸法可将没有交联的胶原分子溶解出来，也可溶解含有醛胺类交联键的胶原纤维。酸法是提取胶原蛋白比较常用和有效的方法，用酸法提取的胶原最大限度地保持了其三螺旋结构，适用于医用生物材料及原料的制备。Takeshi等采用0.5 mol/L的醋酸溶液从海鲈鱼、鲭鱼、大头鲨的皮中提取、分离纯化胶原蛋白，提取率分别为51.4%、49.8%、50.1%。对所提取的三种胶原蛋白的性质研究结果表明，海鲈鱼和大头鲨的胶122原蛋白是由至少两条不同的α-链组成，即α-链和α-链，但α-链的量13较少，且可能存在与α-链相关的α-链，而大头鲨的胶原蛋白中只存1在α-链，三种鱼皮胶原蛋白中都含有大量的β键。它们的热变性温度d（T）分别为26.5℃、25.6℃、25℃，比猪皮胶原蛋白低10℃左右。
3．盐法提取
盐法提取是利用各种不同的盐在不同的浓度条件下提取盐溶性胶
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]