膠原纖維
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膠原纖維(collagenous fiber)膠原纖維在疏松結(jié)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劑
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,氨基酸有甘氨酸、脯氨和羥脯氨酸等。膠原是唯一含羥脯氨酸較多的蛋白質(zhì),因此,測定羥脯氨酸的量能確定組織中膠原的含量。膠原蛋白占全身蛋白質(zhì)的30%。聚合成膠原的微原纖維的蛋白質(zhì)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。廣泛分布于各臟器內(nèi)。在皮膚、鞏膜和肌腱最為豐富。膠原纖維染色主要用于和肌纖維的鑒別。
結(jié)構(gòu)
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(gòu)成。每條α鏈約含1050個氨基酸殘基,由重復的Gly-X-Y序列構(gòu)成。X常為Pro(脯氨酸),Y常為羥脯氨酸或羥賴氨酸殘基。重復的Gly-X-Y序列使α鏈卷曲為左手螺旋,每圈含3個氨基酸殘基。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(cè)向共價交聯(lián),相互呈階梯式有序排列聚合成直徑50~200nm、長150nm至數(shù)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(lián)鍵是由側(cè)向相鄰的賴氨酸或羥賴氨酸殘基氧化后所產(chǎn)生的兩個醛基間進行縮合而形成的。
原膠原共價交聯(lián)后成為具有抗張強度的不溶性膠原。胚胎及新生兒的膠原因缺乏分子間的交聯(lián)而易于抽提。隨年齡增長,交聯(lián)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征。
人α1(Ⅰ)鏈的基因含51個外顯子,因而基因轉(zhuǎn)錄后的拼接十分復雜。翻譯出的肽鏈稱為前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(lián),使三條前α鏈“對齊”排列。然后從C端向N端形成三股螺旋結(jié)構(gòu)。前肽部分則呈非螺旋卷曲。帶有前肽的三股螺旋膠原分子稱為前膠原(procollagen)。膠原變性后不能自然復性重新形成三股螺旋結(jié)構(gòu),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(gòu)建過程和特征,為生物醫(yī)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(guān)節(jié)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(jié)構(gòu)特性,包括纖維密度、方向性融合。結(jié)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(zhì)行成的膠原纖維狀。結(jié)論:應用該修飾方法可提出并純化到純的膠原蛋白。第一次報道膠原基質(zhì)成分在體外可形成三維結(jié)構(gòu)并用黑白視野觀察纖維形成特征;陽離子鉀、鈉、溫度及pH影響纖維的強度和膠原的集結(jié)時間。
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