膠原纖維

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膠原纖維(collagenous fiber)膠原纖維在疏鬆結締組織中排列成束,彼此交織吻合,纖維束常有分支。纖維具有韌性,抗牽引力強。電鏡觀察,膠原纖維由更細的微原纖維(microfibrils)組成。微原纖維有特殊的橫帶,其周期為64nm。每條微原纖維有一序列的明暗帶。暗帶中比明帶有較多游離的化學根,所以貯留較多的電鏡切片染色

膠原纖維:染成粉紅色,束狀,其中的原纖維大多看不清;

膠原纖維主要含有膠原蛋白胺基酸甘氨酸、脯氨和羥脯氨酸等。膠原是唯一含羥脯氨酸較多的蛋白質,因此,測定羥脯氨酸的量能確定組織中膠原的含量。膠原蛋白佔全身蛋白質的30%。聚合成膠原的微原纖維的蛋白質分子稱為原膠原分子 。膠原纖維是三種纖維中分布最廣泛,含量最多的一種纖維。廣泛分布於各臟器內。在皮膚鞏膜肌腱最為豐富。膠原纖維染色主要用於和肌纖維的鑒別。  

結構

Ⅰ型膠原的原纖維平行排列成較粗大的束,成為光鏡下可見的膠原纖維,抗張強度超過鋼筋。其三股螺旋由二條α1(Ⅰ)鏈及一條α2(Ⅰ)鏈構成。每條α鏈約含1050個胺基酸殘基,由重複的Gly-X-Y序列構成。X常為Pro(脯氨酸),Y常為羥脯氨酸或羥賴氨酸殘基。重複的Gly-X-Y序列使α鏈捲曲為左手螺旋,每圈含3個胺基酸殘基。三股這樣的螺旋再相互盤繞成右手超螺旋,即原膠原。

原膠原分子間通過側向共價交聯,相互呈階梯式有序排列聚合成直徑50~200nm、長150nm至數微米的原纖維,在電鏡下可見間隔67nm的橫紋。膠原原纖維中的交聯鍵是由側向相鄰的賴氨酸或羥賴氨酸殘基氧化後所產生的兩個醛基間進行縮合而形成的。

原膠原共價交聯後成為具有抗張強度的不溶性膠原。胚胎新生兒的膠原因缺乏分子間的交聯而易於抽提。隨年齡增長,交聯日益增多,皮膚、血管及各種組織變得僵硬,成為老化的一個重要特徵。

人α1(Ⅰ)鏈的基因含51個外顯子,因而基因轉錄後的拼接十分複雜。翻譯出的鏈稱為前α鏈,其兩端各具有一段不含Gly-X-Y序列的前肽。三條前α鏈的C端前肽借二硫鍵形成鏈間交聯,使三條前α鏈「對齊」排列。然後從C端向N端形成三股螺旋結構。前肽部分則呈非螺旋捲曲。帶有前肽的三股螺旋膠原分子稱為前膠原(procollagen)。膠原變性後不能自然復性重新形成三股螺旋結構,原因是成熟膠原分子的肽鏈不含前肽,故而不能再進行「對齊」排列。  

膠原蛋白的提純

探索一個簡要的膠原提純方法,比較提取不同來源的膠原蛋白的物理化學特性,利用影像法探討膠原纖維體外生長聚合三維構建過程和特徵,為生物醫學工程的生物材料設計和組織工程替代治療提供基礎。方法:利用乙酸法和酶的降解法提取豬腳關節韌帶大鼠尾的膠原蛋白,用光學顯微鏡定量化分析纖維聚集動力學以及結構特性,包括纖維密度、方向性融合。結果:組織和細胞中Ⅰ型膠原蛋白單分子是120kD,Ⅰ型膠原α1(Ⅰ)以及α2鏈表達在120、116kD,Ⅰ型膠原蛋白基質行成的膠原纖維狀。結論:應用該修飾方法可提出並純化到純的膠原蛋白。第一次報導膠原基質成分在體外可形成三維結構並用黑白視野觀察纖維形成特徵;陽離子鉀、鈉、溫度及pH影響纖維的強度和膠原的集結時間。

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