幾種常見膠原蛋白的結(jié)構(gòu)

幾種常見膠原蛋白的結(jié)構(gòu)膠原纖篷 膠原分子膠原蛋白是一個(gè)非常龐大的家族，到目前為止，人們已發(fā)現(xiàn)20多種不同類型的膠原，分別稱為I型，11型，III型，W型，V型……，前5種膠原因易提取，所以研究應(yīng)用的比較多。I型分布在骨、皮膚、跟腱、血管壁、子宮壁、羊膜和胎盤中，11型存在于透明軟骨、椎間盤和玻璃體中，I型分布在皮膚、血管壁、子宮壁中，W型主要存在于基底膜中，V型主要在骨、皮膚、角膜、胎盤中。I型膠原I型原膠原蛋白具有膠原蛋白家族中所有原膠原蛋白的典型特征:首先含有一段具有(Gly-X-Y)重復(fù)序列的三聚體結(jié)構(gòu)，在C端與N端的2個(gè)前肽形成非螺旋的結(jié)構(gòu)域(NC結(jié)構(gòu)域)，位于(Gly-X-Y)重復(fù)序列兩側(cè)，NC結(jié)構(gòu)域再進(jìn)?步形成球狀結(jié)構(gòu)。折疊好的I型原膠原蛋白是異源三聚體的結(jié)構(gòu)，即由2條僅al鏈與1條a2鏈交互纏繞所形成。膠原三聚體有很高的抗拉強(qiáng)度。I型原膠原蛋白分泌到胞外基質(zhì)中后，經(jīng)過(guò)蛋白酶的剪切除去C-前肽與N-前肽，就形成了成熟的膠原蛋白。成熟的膠原蛋白能自我組裝成高度有序的結(jié)構(gòu)一膠原纖維。I型是由兩條相同的標(biāo)為僅a(I)的肽鏈和一條不同的標(biāo)為a2(I)的肽鏈構(gòu)成，即[a1(I)]2a2(I)°I型膠原蛋白的基因長(zhǎng)約40kb，包含了52個(gè)外顯子，編碼的單體僅肽鏈包含1464個(gè)氨基酸殘基。I型原膠原蛋白分子中大約有50%的脯氨酸殘基在4位含有1個(gè)羥基，脯氨酸的羥基化程度有種屬差異，生活在低溫環(huán)境中的動(dòng)物，其膠原蛋白上的脯氨酸羥基化程度較低，脯氨酸的羥基化對(duì)于原膠原單體之間形成氫鍵是必需的，因而對(duì)于原膠原三螺旋結(jié)構(gòu)域的熱穩(wěn)定性具有相當(dāng)大的作用。脯氨酸的3位羥基化作用還不甚明了。而賴氨酸的羥基化程度在不同組織與膠原之間都不相同，羥賴氨酸的殘基在纖維膠原分子內(nèi)能形成穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，羥賴氨酸的殘基也是糖類的結(jié)合位點(diǎn).II型膠原II型膠原，是由3條相同的al(H)鏈構(gòu)成的同型三聚體超螺旋結(jié)構(gòu)。人類I型膠原蛋白的基因COL2A1位于12號(hào)染色體12q13.11位點(diǎn)上，全長(zhǎng)約33kb，由54個(gè)外顯子組成，所編碼的成熟al肽鏈包含1487個(gè)氨基酸。利用光鑷技術(shù)，發(fā)現(xiàn)在pH值呈中性的溶液中II型膠原單分子的長(zhǎng)度為295.8nm，具有柔性，而非剛性。在軟骨結(jié)締組織中，11型膠原蛋白最初是由軟骨細(xì)胞合成其前體形式即前I型膠原，由于I型膠原蛋白的編碼基因在不同階段會(huì)受到mRNA可變拼接的調(diào)控，主要集中于編碼N一端半胱氨酸富集區(qū)的外顯子2上，故前膠原形成3種不同形式，分別為IIA，IID和IB形式。前膠原IIA/D的N一端含有半胱氨酸富集區(qū)，而IB形式則沒有。相對(duì)于IA形式，ID形式在N一端多一個(gè)色氨酸，由于ID至今都沒有特定抗體，和IA又沒有嚴(yán)格區(qū)分，故人們主要關(guān)注IA，IB形式的研究。在人體內(nèi)，IA形式主要在胚胎外骨骼組織、前軟骨間質(zhì)和不成熟的軟骨細(xì)胞中表達(dá)，而IB形式主要存在于成熟軟骨內(nèi)，因此IA形式與IB形式的轉(zhuǎn)換可作為監(jiān)測(cè)軟骨細(xì)胞分化的標(biāo)志。I型膠原蛋白自組裝形成的纖維直徑較細(xì)小，在軟骨中構(gòu)成纖細(xì)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，更容易結(jié)合蛋白聚糖以及一些其他成分，賦予了軟骨良好的彈性、拉伸強(qiáng)度和減震特性，軟骨的大多數(shù)生理特征都依賴于I型膠原蛋白網(wǎng)絡(luò)的完整性。成熟的I型膠原蛋白不含色氨酸，與另外2個(gè)成纖膠原蛋白I型和III型在氨基酸組成上也有一個(gè)主要區(qū)別，即I型膠原蛋白中羥賴氨酸的含量是后兩者的2?4倍，且大部分羥賴氨酸都被糖基化。

III型膠原III型由3條相同的肽鏈組成，即[僅al(Ill)]3。111型膠原分子是a1(III)鏈的同三體，在非還原狀態(tài)下進(jìn)行凝膠電泳(SDS—PAGE),出現(xiàn)在I型膠原的位置上；還原后al(III)移至al(I)處。al(III)鏈的三條螺旋鏈的c末端部位氨基酸序列是-Gly-Ala-Pro-Gly-Pro-Cys-Cys-,兩個(gè)半胱氨酸在三條a鏈間形成二硫鍵結(jié)合。另外，III型膠原是1029氨基酸殘基，而其他纖維性膠原(I、II、V和XI型)的三條螺旋鏈領(lǐng)域長(zhǎng)度為1014殘基。通過(guò)電泳分析膠原的制備過(guò)程和結(jié)構(gòu)特發(fā)現(xiàn)每條I型膠原分子的末端肽鏈均有二硫鍵結(jié)構(gòu)。IV型膠原W型膠原是基底膜中存在的僅有的一種膠原，分子形式有［a1(w)］2a2(W)、［a1(W)］和啟2(W)］3°W型膠原為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，存在于基底膜中，膠原的分子為棒狀。采用經(jīng)典生物化學(xué)方法，如生物合成技術(shù)、電子顯微鏡技術(shù)以及單克隆抗體的研究發(fā)現(xiàn)，W型膠原具有超大分子結(jié)構(gòu)，包括三股螺旋部分和非螺旋部分。W型膠原是異聚合體分子，研究表明W型膠原每條鏈分子質(zhì)量16~18萬(wàn)，每個(gè)分子就象一根棒，長(zhǎng)約400nm，在C末端處帶有一個(gè)球形的非螺旋部分，2個(gè)分子的這個(gè)非螺旋部分相互連接，形成最初的結(jié)構(gòu)形式。再由4個(gè)這樣的基本單元相互交迭，連接在一起，分子間靠雙硫鍵高度交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這個(gè)高度交聯(lián)的重疊部分，能抗蛋白酶作用。V型膠原

V型膠原分子的三條螺旋鏈有兩種形式，即[a1(V)]2a2(V)和a1(V)a2(V)a3(V)的異三體，這取決于組織的部位，如通?？稍谔ケP或子宮組織中檢測(cè)到a3(V)組分的存在.V型膠原的N終端肽鏈有分子量1-