几种常见胶原蛋白的结构

几种常见胶原蛋白的结构胶原纤篷 胶原分子胶原蛋白是一个非常庞大的家族，到目前为止，人们已发现20多种不同类型的胶原，分别称为I型，11型，III型，W型，V型……，前5种胶原因易提取，所以研究应用的比较多。I型分布在骨、皮肤、跟腱、血管壁、子宫壁、羊膜和胎盘中，11型存在于透明软骨、椎间盘和玻璃体中，I型分布在皮肤、血管壁、子宫壁中，W型主要存在于基底膜中，V型主要在骨、皮肤、角膜、胎盘中。I型胶原I型原胶原蛋白具有胶原蛋白家族中所有原胶原蛋白的典型特征:首先含有一段具有(Gly-X-Y)重复序列的三聚体结构，在C端与N端的2个前肽形成非螺旋的结构域(NC结构域)，位于(Gly-X-Y)重复序列两侧，NC结构域再进〜步形成球状结构。折叠好的I型原胶原蛋白是异源三聚体的结构，即由2条仅al链与1条a2链交互缠绕所形成。胶原三聚体有很高的抗拉强度。I型原胶原蛋白分泌到胞外基质中后，经过蛋白酶的剪切除去C-前肽与N-前肽，就形成了成熟的胶原蛋白。成熟的胶原蛋白能自我组装成高度有序的结构一胶原纤维。I型是由两条相同的标为仅a(I)的肽链和一条不同的标为a2(I)的肽链构成，即[a1(I)]2a2(I)°I型胶原蛋白的基因长约40kb，包含了52个外显子，编码的单体仅肽链包含1464个氨基酸残基。I型原胶原蛋白分子中大约有50%的脯氨酸残基在4位含有1个羟基，脯氨酸的羟基化程度有种属差异，生活在低温环境中的动物，其胶原蛋白上的脯氨酸羟基化程度较低，脯氨酸的羟基化对于原胶原单体之间形成氢键是必需的，因而对于原胶原三螺旋结构域的热稳定性具有相当大的作用。脯氨酸的3位羟基化作用还不甚明了。而赖氨酸的羟基化程度在不同组织与胶原之间都不相同，羟赖氨酸的残基在纤维胶原分子内能形成稳定的交联结构，羟赖氨酸的残基也是糖类的结合位点.II型胶原II型胶原，是由3条相同的al(H)链构成的同型三聚体超螺旋结构。人类I型胶原蛋白的基因COL2A1位于12号染色体12q13.11位点上，全长约33kb，由54个外显子组成，所编码的成熟al肽链包含1487个氨基酸。利用光镊技术，发现在pH值呈中性的溶液中II型胶原单分子的长度为295.8nm，具有柔性，而非刚性。在软骨结缔组织中，11型胶原蛋白最初是由软骨细胞合成其前体形式即前I型胶原，由于I型胶原蛋白的编码基因在不同阶段会受到mRNA可变拼接的调控，主要集中于编码N一端半胱氨酸富集区的外显子2上，故前胶原形成3种不同形式，分别为IIA，IID和IB形式。前胶原IIA/D的N一端含有半胱氨酸富集区，而IB形式则没有。相对于IA形式，ID形式在N一端多一个色氨酸，由于ID至今都没有特定抗体，和IA又没有严格区分，故人们主要关注IA，IB形式的研究。在人体内，IA形式主要在胚胎外骨骼组织、前软骨间质和不成熟的软骨细胞中表达，而IB形式主要存在于成熟软骨内，因此IA形式与IB形式的转换可作为监测软骨细胞分化的标志。I型胶原蛋白自组装形成的纤维直径较细小，在软骨中构成纤细的网状结构，更容易结合蛋白聚糖以及一些其他成分，赋予了软骨良好的弹性、拉伸强度和减震特性，软骨的大多数生理特征都依赖于I型胶原蛋白网络的完整性。成熟的I型胶原蛋白不含色氨酸，与另外2个成纤胶原蛋白I型和III型在氨基酸组成上也有一个主要区别，即I型胶原蛋白中羟赖氨酸的含量是后两者的2〜4倍，且大部分羟赖氨酸都被糖基化。

III型胶原III型由3条相同的肽链组成，即[仅al(Ill)]3。111型胶原分子是a1(III)链的同三体，在非还原状态下进行凝胶电泳(SDS—PAGE),出现在I型胶原的位置上；还原后al(III)移至al(I)处。al(III)链的三条螺旋链的c末端部位氨基酸序列是-Gly-Ala-Pro-Gly-Pro-Cys-Cys-,两个半胱氨酸在三条a链间形成二硫键结合。另外，III型胶原是1029氨基酸残基，而其他纤维性胶原(I、II、V和XI型)的三条螺旋链领域长度为1014残基。通过电泳分析胶原的制备过程和结构特发现每条I型胶原分子的末端肽链均有二硫键结构。IV型胶原W型胶原是基底膜中存在的仅有的一种胶原，分子形式有［a1(w)］2a2(W)、［a1(W)］和启2(W)］3°W型胶原为网状结构，存在于基底膜中，胶原的分子为棒状。采用经典生物化学方法，如生物合成技术、电子显微镜技术以及单克隆抗体的研究发现，W型胶原具有超大分子结构，包括三股螺旋部分和非螺旋部分。W型胶原是异聚合体分子，研究表明W型胶原每条链分子质量16~18万，每个分子就象一根棒，长约400nm，在C末端处带有一个球形的非螺旋部分，2个分子的这个非螺旋部分相互连接，形成最初的结构形式。再由4个这样的基本单元相互交迭，连接在一起，分子间靠双硫键高度交联，形成网状结构。这个高度交联的重叠部分，能抗蛋白酶作用。V型胶原

V型胶原分子的三条螺旋链有两种形式，即[a1(V)]2a2(V)和a1(V)a2(V)a3(V)的异三体，这取决于组织的部位，如通常可在胎盘或子宫组织中检测到a3(V)组分的存在.V型胶原的N终端肽链有分子量1-