第二章 總論
第二節 膠原蛋白
（一）膠原蛋白生理功能
膠原蛋白(collagen)是細胞外基質含量最豐富的蛋白質，它是一群 具有相似特性及結構蛋白質的總稱，目前共發現 21 種膠原蛋白。膠 原蛋白是構成結締組織的主要成分，也可以在組織間隙發現其蹤跡，
其能穩定組織、器官架構，並維持結構之完整性。
（二）膠原蛋白結構
膠原蛋白是富含脯胺酸(proline)的三胜肽，由 Gly-X-Y 的重複片 斷所構成的三條螺旋狀聚胜肽鏈纏繞形成的螺旋狀纖維蛋白，三條 α-chains 以左旋方向纏繞，每 18 個胺基酸形成一個圈，以一個基團與 其他分子連結形成圍繞中心的的右旋三股螺旋。形成此結構乃因膠原 蛋白主要的胺基酸為甘胺酸，是最小的胺基酸，形成之立體障礙最 小，可使中心緊密有序排列。而 Gly-X-Y 的其他基團則位於螺旋外 部，X、Y 大多為脯胺酸或羥脯胺酸。依膠原蛋白的類型不同，胺基 酸會由酶做轉譯後修飾，特別是脯胺酸與離胺酸(lysine)的基團，接 上羥基，4-羥基脯胺酸而能形成分子內氫鍵，穩定三股螺旋結構，三 股螺旋之長度視膠原蛋白類型不同長短及功能而不相同。
圖二 Molecular structure of type I collagen with the various subdomains as well as the cleavage sites for N- and C-procollegenases.
(Gelse et al., 2003)
（三）第 I 型膠原蛋白
(Gly-X-Y)
n
控制第 I 型膠原蛋白 domain 的長度(300 nm)由 1000 個胺基酸所組成，如圖二。第 I 型膠原蛋白佔骨骼之 90 %，也是肌 腱、皮膚、韌帶、角膜和組織間隙主要的膠原蛋白類型。第 I 型膠原 蛋白是由三條α-chains 所組成，兩條 α 1(I) chain，一條 α 2 (I) chain，其基因分別為 COL1A1 與 COL1A2，位於第 17 號染色體(17q21.31) 及第7 號染色體(7q22.1)。主要分佈於皮膚真皮層，支撐皮膚的結構，
因而膠原蛋白於維持皮膚外觀扮演重要角色，少了膠原蛋白的支撐，
真皮間隙產生空洞，皮膚會變得鬆垮、無彈性，皺紋隨之出現，老化 的徵象一一出現。膠原蛋白從轉錄、轉譯、轉譯後修飾及分泌至細胞 外的過程：膠原蛋白的基因序列經剪接體(spliceosome)將序列中內含 子(intron)剪切後，外顯子(exon)黏合形成 mRNA，並將 mRNA 輸出 至細胞質的粗糙內質網與高基氏體進行轉譯及轉譯後修飾。經核醣體
轉譯形成胜肽後，並接上訊號胜肽酶(signal peptidase)，進行一連串的 後 修 飾 作 用 。 藉 hydroxylysyl galactosyltransferase 及 galactosylhydroxylysyl glucosyltransferase 將半乳糖與葡萄糖接於胜 肽 上 ，lysyl hydroxylase 於 離 胺 酸 (lysine) 接 上 - OH 基 ， prolyl hydroxylase 於脯胺酸(proline)接上- OH 基。纏繞形成膠原纖維後，
oligosaccharyl transferase complex 於 C 端接上寡糖，protein disulfide isomerase 形成雙硫鍵，peptidyl-prolyl cis-trans-isomerase 改變蛋白質 結構，以heat shock protein 47 幫助褶疊，傳送分泌至細胞外。再分別 以膠原蛋白原 N-proteinase、膠原蛋白原 C-proteinase 切除 N、C 端 之胜肽。經lysyl oxidase 於纖維接上- OH 基，使膠原纖維共價連結形 成膠原蛋白(Gelse et al., 2003) 。
圖三 Schematic representation of collagen synthesis starting from the nuclear transcription of the collagen genes, mRNA processing,
ribosomal protein synthesis (translation) and post-translational modifications, secretion and the final steps of fibril formation.