胶原蛋白（Collagen）是一种结构特殊、功能多样的蛋白质，作为人体生命过程中最重要的蛋白质之一，为组织器官提供主要的结构与机械支撑。如今胶原蛋白已是生物科技产业最具关键性的原材料之一，基于其开发的产品已经广泛应用于化妆品、生物医用材料、食品工业、科学研究等领域。

PART 01

胶原蛋白简介

胶原蛋白 “collagen” 一词源自希腊语：Kolla  (胶水) 和Genos  (形成) ，它是由3条α肽链螺旋形成的纤维状蛋白质，是哺乳动物组织中含量最丰富的蛋白质，占人体内蛋白总量的30%-40%。胶原蛋白也是细胞外基质中最重要的组成部分，富含人体需要的甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸等氨基酸。目前已从40余种脊椎动物中鉴定出约29种胶原蛋白，并基于其蛋白结构是否为纤维状可分为纤维状和非纤维状两大类。

年轻肌肤与年老肌肤的胶原蛋白对比图

成年人身体内约有3公斤胶原蛋白，主要存在于人体皮肤、骨骼、眼睛、牙齿、肌腱、内脏（包括心、胃、肠、血管）等部位，其功能是维持皮肤和组织器官的形态和结构，也是修复各损伤组织的重要物质。

在人体皮肤成分中，有70%是由胶原蛋白所组成，胶原蛋白作为皮肤结缔组织中的重要结构蛋白，具有以下作用：

❶作为细胞的生物支架，胶原蛋白能够固定细胞从而维持皮肤组织的三维结构及其稳定性；

❷胶原蛋白为皮肤中的细胞提供适宜内环境，并促进皮肤组织的新陈代谢，使皮肤组织柔韧且富有弹性；

❸胶原蛋白参与诱导细胞行为，有利于细胞增殖分化；

❹胶原蛋白具有修复功能，能够促进伤口愈合与组织再生；

不同类型的胶原蛋白在人体各组织中的分布

PART 02

胶原蛋白结构与三螺旋

胶原蛋白是由多个原胶原组装形成的纤维状蛋白质。

原胶原是胶原蛋白的基本单位，由3条多肽链组成。

原胶原肽链的一级结构具有 (Gly-X-Y)n 重复单位，3 条原胶原肽链可通过链间氢键彼此盘绕形成稳定的三螺旋结构，可提高胶原蛋白的强度和稳定性。

一级结构：表现为GXY三肽重复顺序的前α链

在细胞核中，胶原蛋白编码基因通过转录、翻译等作用形成胶原蛋白前α链；

二级结构：表现为胶原特有的、紧密的左手螺旋𝛼链

胶原蛋白前α链在内质网中先后经历脯氨酸-4-羟化酶（P4H）、脯氨酸-3-羟化酶（P3H）及赖氨酸羟化酶（LH）的修饰作用，使 GXY中 Y位上的脯氨酸残基与赖氨酸残基分别羟基化，而一部分羟基化赖氨酸残基则进一步糖基化，形成α链。

三级结构：表现为三条α链以平行、右手螺旋形式缠绕成草绳状三股螺旋结构

三条胶原蛋白前α链的C端前肽在内质网膜凝集素样分子伴侣、钙联蛋白和内质网氧化还原酶（PDI）的协同作用下形成二硫键，并将胶原蛋白α单链三聚体化，形成三螺旋构象。

四级结构：表现为原胶原分子按首尾错位1/4规则平行排列形成胶原纤维

高尔基体将前胶原蛋白运送分泌到细胞外基质，通过N端酶与C端酶的共同作用将前胶原蛋白多余N端与C端前肽进行切除，形成完整的原胶原蛋白分子，最后通过共价交联自动聚合成胶原纤维；

胶原蛋白基本结构

三螺旋形成的关键步骤：

①羟基化

羟基化（P4H、LH）是实现三螺旋结构的稳定性和细胞外成熟胶原交联的必需步骤。

②三螺旋

三条α 链的C端前肽必须在内质网膜凝集素样分子伴侣、钙联蛋白和内质网氧化还原酶（PDI）的协同作用下形成二硫键，将胶原蛋白α单链三聚体化，最终形成三螺旋构象。

③稳定  三螺旋

三螺旋前胶原蛋白与特异性分子伴侣HSP47相互作用，防止前胶原蛋白局部展开和聚集。

④组装  胶原纤维

通过PNP切割N前肽、PCP切割C前肽，是胶原分子组装成原纤维形成共价交联的关键。

三螺旋形成所必需的酶

过去三十年来，生产用于研究和商业目的的重组胶原蛋白技术取得了显著发展，目前重组胶原蛋白的表达体系主要包括大肠杆菌、毕赤酵母、植物、哺乳动物表达体系。之于不同表达体系体外合成重组胶原蛋白的可能性，首先大肠杆菌作为原核生物缺乏高级细胞器，无法进行胶原蛋白翻译后修饰，理论上无法实现胶原蛋白三螺旋结构；毕赤酵母此前已证明可通过添加相对应的重组酶形成具有三螺旋结构的重组胶原蛋白；植物和哺乳动物表达体系所产生胶原蛋白都具备完整的三螺旋结构和较好的热稳定性。关于以上体外合成的三螺旋胶原蛋白，其螺旋角度是否与人胶原蛋白一致、行使功能是否与人胶原蛋白相同等方面还需进一步实验考证。

关于胶原蛋白三螺旋与生物活性的关系，当下也是众说纷纭。三螺旋构象主要行使结构性的功能，为皮肤提供支撑力及弹性；而蛋白质的生物活性功能往往取决于其一级结构，通过氨基酸序列及组成排布从而进行信息交流并参与生物过程。总而言之，三螺旋不是胶原蛋白发挥生物活性的必要结构。

目前胶原蛋白随着分子生物技术的迅猛发展，蛋白表达技术越来越成熟与规范，科学研究者逐渐将重心从研究动物源胶原蛋白转移到重组胶原蛋白上。

聚源生物从2004年发展至今，一直致力于重组胶原蛋白技术研发及其下游产品开发与生产，目前已实现全产业链服务体系，同时也以20吨高纯固体的年产量成为全球最大的重组胶原蛋白生产商之一。

聚源生物拥有完整独立的自主知识产权，在重组胶原的研发和生产过程中积累了丰富的经验，储备了大量处于行业领先地位的专有技术，在重组蛋白领域建立了强大技术壁垒。聚源生物作为行业先行者必将引领重组胶原蛋白产业蓬勃发展。