第九章 胶原蛋白简易生化常识.doc

第九章 胶原蛋白简易生化常识本章主要讨论胶原蛋白相关简易生化常识 1 胶原蛋白与明胶的区别：胶原蛋白分子量大约为十万左右，它是由三条都胜链（叫做链），有如麻花方式彼此缠绕在一起构成。胶原蛋白经过加热处理高次结构破坏就会变性，三条链会彼此分开而成为明胶。但事实上，明胶在制造过程中有可能是二条链或三条头尾相连所生成的二倍体或三倍体，所以明胶的分子量是胶原蛋白的倍数，由几万几百万都有，分布很广。因此明胶是立体结构遭到破坏的胶原蛋白。2 胶原蛋白与明胶作为食品使用之差别：胶原蛋白与明胶胺基酸基本组成虽然相同，但由于明胶分子量可能比胶原蛋白还大，不利于消化吸收，更何况胶原蛋白的立体结构对人体健康与生理代谢有其独特功能！近年来，全球青春期少女出现长胡子几腿毛，这种与异常现象经研究是由于食用太多的速食炸鸡，而炸鸡的鸡支注射的是雄性荷尔蒙，若依目前的科学理论，荷尔蒙吃进肚子会分解成小分子而失去原有荷尔蒙功能。但事实不然，雄性生长荷尔蒙经由鸡肉到达青少女体内时，仍会发挥作用，最近台湾有一位父亲给九岁儿子吃下大量鸡睾丸，结果九岁儿子大的男孩开始长体毛，并有男性第二性微出现，显然科学上仍有许多至今无法解释的盲点。所以，胶原蛋白与明胶相比较，在人体能发挥的功效当然比明胶好很多，更何况分子量比明胶小，较容易为人体消化吸收。一般而言，分子量越低，越容易吸收，分子量在几百，几千范围内对人体是最为有利的。3 选购胶原蛋白保健食品的标准：胶原蛋白不易溶于水，医药品级的胶原蛋白主要是用打针，直接进入血液中发挥功能，以保证健康食品方式的胶原蛋白产品，若是经过加工处理成为水溶性的则较为有利，但分子量较大可溶于水的产品也有其作用与功效，因此这类产品是较为理想的保键食品。4 胶原蛋白食用过多时的情况：由于胶原蛋白是蛋白质的一种，所以对人体是无害的。但肾脏或肝脏有疾病或是正在接受治疗的病人，过量的摄取蛋白质对内脏会造成负担，所以依情况不同，每天要有一定控制的摄取量。5 胶原蛋白对人体造成过敏的情况：胶原蛋白是蛋白质的一种，引起任何过敏性症状若与蛋白质有关的话，也与胶原蛋白都无关连。6 胶原蛋白与减肥：由于胶原蛋白是蛋白质的一种，不含有脂质以及糖质，所以不但与长胖无关，也不怕妨害减肥。但是，也因为胶原蛋白只含有蛋白质，为了保持营养均衡，最好併用其他食品，尤其是鱼、肝脏、菇类等富含草酸或维生素B群的食物。7 胶原蛋白简单定义：胶原蛋白是我们体内主要支撑的蛋白质。在皮肤、骨骼、关节软骨、内脏到血管等都含有胶原蛋白，在人体中扮演极为重要的角色。8 胶原蛋白主要功能：胶原蛋白与保持人体年轻、健康有很大关系。其功能如下：a 强化骨骼。b 缓和关节疼痛使关节圆滑活动。c 赋予肌肉扩张功能，保持适当张力。d 保护消化器官。e 抑制血压上升。在运动保护方面，可预防关节受伤等运动伤害，促进治疗功效最受注目。9 骨骼与胶原蛋白的关系：骨骼中的胶原蛋白是抓住钙质的主要成分。骨骼在胶原蛋白合成之前是无法将钙保住的。胶原蛋白是人体非常重要的蛋白质，由于具柔软性，纵然钙是质地坚硬的，但却能是骨骼呈现不易折断并具有弹性柔软特质。10关节与胶原蛋白之关系：正常关节表面应经常保持润滑，但由于磨损缘故，润滑度会逐渐丧失，胶原蛋白可促进关节表面细胞、组织的再生能力，所以可以减缓关节疼痛。11胶原蛋白与肌肉之关系：肌肉中的蛋白质大约有百分之七十属于胶原蛋白，所以有胶原蛋白构成的胶原蛋白多胜，在肌肉中胶原蛋白的生合成扮演重要的角色。12 消化器官与胶原蛋白的关系：依据医学研究，胶原蛋白不但有治疗消化器官溃疡功能，还有抑制消化器官溃疡的作用，并能保护消化器官。13 血压与胶原蛋白的关系：胶原蛋白可以抑制血压上升机制，使血压不致一直上升。14 胶原蛋白的适当摄取量：一般而言，胶原蛋白摄取量每人每天在五十克最为恰当，也许有人认为为什么摄取量这么多？一位体重五十公斤的人，约有三公斤（大约百分之五）的胶原蛋白，而这些胶原蛋白在体内每天都不断的进行新陈代谢，所以必须常补充才行。15 胶原蛋白在骨中组成比率：骨骼依下述比例组成：胶原蛋白：百分之二十五，钙质百分之二十五，其他为水、矿物质（钙以外）以及糖质，因此是骨中含量较多的成分。16 胶原蛋白在人体保健机能作用原理：胶原蛋白在人体中先是转变为多胜形态，骨骼与肌肉均与胶原蛋白的新生有很大关系。胶原蛋白进入人体后，先分解成多胜，再进一步分解成为胺基酸，多胜能直接吸收到血液中，发挥人体保健功能。分解后的胺基酸不但成为身体合成胶原蛋白的原料，如生合成肌肉骨骼等，也会直接对细胞作用，发挥调整细胞代谢及促进活化之功能。附录一 明胶规格 法国SBI（System Bio-Industries）公司进口医用明胶（Pharmaceutical Gelatin）规格 1 规格符合药典规定：USP23 NF 18 European pharmacopoeia2 味道-颜色-透明度：另外试验确认符合规定3 外观-溶解度：无目视之污染、另由试验确认4 胶体强度（AOAC）：6.67%浓度 60,11.50%H2O 4.75mPa.s12.5%浓度 60,11.50%H2O 19.88mPa.s6粘度损失（Viscosity loss） 16.8%7PH值(45,6.67%) 5.648燃烧后残留物 0.51%9等离子点(Isoionic Point) 5.010干燥后损失 11.18%11还原物 26mg/kg12重金属含量 铅5mg/kg , 钾50mg/kg13铁15mg/kg14磷化物 P2O5500mg/kg15过筛实验 通过 8mesh 100% 通过 30mesh 5%16特殊实验 酚类防腐剂 阴性 过氧化物 阴性1 微生物含量 总细菌量 10CFU/g沙门氏菌 (Salmonella) 10g中含量为0大肠菌 (E.Coli) 10g中含量为02 不含任何防腐剂附录二 胶原果酸换肤附录三 生命科学正热门-生医材料红不让 随着二十一世纪的来临，人类追求长寿与健康已是世界潮流，在这种背景之下，生医材料前景可期。新世纪延寿新宠 生医材料（biomaterials）是指用在生物体，并与生物体组成分相接触而发挥机能之材料。这些材料有些是高分子聚合物、金属材料、陶瓷材料或是复合性材料等。近年来随着生物医学的进展与生物技术的突破性研究，生医材料中使用来自生物体的所谓高分子（biomaterials）有逐渐增多的趋势。高龄化社会、老化问题的探讨以及如何延长人类寿命等是未来生命科学的热门话题，也因为这样，生医材料将是极富发展潜力的领域之一。使用范围层面广 依照使用范围，生医材料可分为下列四种：1 人工器官用材料如人工心脏、肺、肾、肝、子宫、眼球、皮肤、关节、血管、骨等，种类繁多。2 医疗器材用如注射针筒、血袋、引流插管等使用在一般医疗用器材。3 分析用生物感测器材料生物技术中，酵素技术的进步已造成传统临床分析极大的革新，将酵素固定化（immobilization）后可以快速、准确的进行各项分析，其他生物高分子也可以固定后做成所谓生物感测器（biosensor）。生物感测器在制备时而使用生医材料进行固定才能使生体高分子保持安定，这是生医材料很重要的用途。4 药物缓释用材料药物传输系统DDS（Drug Delivery System）是希望将药物有效成分输送到人体特定部位，并使得药物在人体内滞留一段时间以达到治疗效果，但要使得药物缓慢释出，必须添加高分子生医材料，目前这一方面的研究很多，并已有实用化的例子。 理想材料五要素 理想的生医材料要具备下列几项特性：1 优良的生体相容性（biocompatibility）生体相容性是生医材料必考虑的重要条件，尤其是用以植入体（implant）以及人工脏器等，这些放进人体之后，如果生体相容不良，可能会引发附近组织发炎，产生病变，造成溶血或凝血现象等。生体相容性包括有力学性质方面的相容以及界面性质方面，如对组织的融合性以及无刺激性，抗包覆性、血栓性、补体等。2 适当的机械性质植入体生医材料需要适当的抗张度、抗压度、抗温度等机械性质，才不致伤害周围组织，并维持植入体应有的强度。但有时候为了发挥高分子材料的功能，会牺牲部分机械强度，对作为人工血管、韧带、关节等的生医材料而言，耐久性则是特别希望的性质。3 没有毒素生医材料植入身体后有时会造成细胞障碍，身体产生防御反应以及过敏、致癌、发烧等现象，对生医材料的研发而言，这些就是【毒性】。高分子材料可经由化学处理法而达到减低毒性的目的。4 具备能灭菌消毒性质生医材料使用前必需先行杀菌，所以良好的生医材料应有耐灭菌消毒处理的能力。常用的灭菌法有加热、气体灭菌、放射线照射与无菌过滤等。 5具生体机能性优良的生医材料应具有生体机能性，例如人工肾脏可过滤血液中有毒物质，人工关节有支撑的功能等。适当的生体高分子材料可望具更高层次的生理反应。 来源强调可塑性 依来源而言，生医材料可分为五大类：1 合成高分子材料占很大比例这些合成材料之链结主要是碳链，并有醚、硫、酯、胺基等结构，藉由改变链的长度、交联程度、亲水性等可改变其使用性。这类材料使用的例子由：人工血管可利用聚醯（polyamide）、聚四氟乙稀（polytetrafluorethylene）以及聚乙烯对苯二甲酯（polyethylene terephthalates）。缝线用材料由聚醯胺、聚丙烯（polypropylene）以及聚烃基乙酸（polygly colic acid）。人工血液可使用四氟化碳（fluorcarbons）。人工瓣膜可利用高密度聚乙烯（high density polyethylene）。牙科印模板则使用聚硫化物（poly-sulfidel）。隐形眼镜的材料为聚轻乙基丙烯酸甲酯（polyhydroxyethlmethacrylate）。一般而言，合成高分子生医材料具有密度低、容易塑造以及弹性佳等优点，缺点为发生进一步反应、分解，机械性质较差等。2 金属生医材料金属材料具有良好的导电性，机械强度也够，所以常用在人工骨方面以及牙科用途。如牙科填复物可使用汞剂（amalgam）、镍合金、钴鏍合金，牙科植入物利用钛铝钒合金以及不锈钢钉等，骨科植入物材料则由钛铝钒合金、钴硌合金以及不锈钢等。3 陶瓷生医材料这是非金属性无机固体，优点是抗压性高，生体相容性好，扩张性亦佳。如骨骼修复用生医材料由玻璃陶瓷（glassceramiccs,bioglass,ceravital），氢氧磷灰石（hydroxy-apatite），氧化铝则可用在人工骨、关节以及牙科用途（牙套）方面，人工瓣膜则可使用低温均质碳组织（low temperature isotropic carbon）。4 复合性生医材料复合性生医材料是将合成高分子、金属以及陶瓷等三种材料混合加工而制成。通常亦生体相容性较佳的陶瓷材料覆盖在高分子材料或合金上面，所以具有抗腐蚀、高强度以及生体相容性，但由于系多种材料复合而成，有不均质的缺点。如不饱和聚酯、玻璃纤维等可用在人工骨、四肢、橡胶与合成组织分布使用，作为人工心脏辅浦用弹性囊，石膏、纤维、木浆与环氧树酯等复合材料则用在骨护膏方面，合成树酯与无机物填料应用在牙齿补修用途，生医陶瓷与高密度聚乙烯则为人工关节材料。5 生体高分子材料随着生物技术的进展，来自生物体的高分子材料的研究成为热门课题，也是生医材料重要的乙环，目前较为主要的生体高分子生医材料有机丁质与胶原蛋白，后面单元将会详细介绍。 注益生体细胞活化 生医材料使用在生物活体细胞中，当然希望能够发挥各种生体功能，主要的考量点如下：1 运动器官之功能如骨骼、关节、筋等生理作用。人造骨可发挥生体支撑的功能，人造关节有关节的作用，人造浆膜则有防止关节粘着之作用。2 循环系统功能止血生医材料有止血效果，抗血栓与溶血材料有血液部分功能，人造阀可发挥阀的作用，人造血管有代替血液导管的作用，人造心肌材料具收缩作用，人造血浆可代替血浆，人造红血球能运送氧气，人造肺可以交换气体。3 新陈代谢系统人造细胞有调整血糖代谢作用，人工营养液具营养功能，某些吸附剂可以解毒，人工透析膜有选择通透之功能，固定化酵素则有推动代谢反应之功效。4 其他生物功能人造皮肤有皮肤创伤被覆功能，吸收性材料有分解、吸收作用，人工气管、食道、胆管、尿管具有导管功能，人造神经与电极生医材料具神经与传导作用，生医材料做成的生物感测器有侦测生体资讯之作用，亲水性生医材料，生医用塑料具有生体组织适合的功能，整型外科用填充物有填补生体形态之作用。 生体高分子发展史 二次世界大战之后，由于石化工业的兴起，高分子化工产品取代了传统产品，高分子化学成为重要工业之。一九七零年代以后，生命科学有很大的突破，遗传工程与细胞融合技术的发展，带动了空前未有的生物界大革命，生物技术也被视为是未来二十一世纪科技的主流，高分子工业也由于生物技术而掀起了另一波的技术更新，亦即以生物体来源（动植物与微生物）的高分子为主，也就是所谓生体高分子或是生物性高分子聚合物。生体高分子聚合物主要有蛋白质与碳水化合物，代表性的纤维素，纤维素主要用在化工领域。与纤维素构造类似，来自动物的机丁质则是良好的生医材料，蛋白质类的生体高分子生医材料具有潜力者，则是胶原蛋白。 胶原蛋白扮演组织结合角色 胶原蛋白（collagen）是一种动物性生质，在动物细胞中是扮演结蒂组织的角色，属于醣蛋白的一种，其胺基酸组成具特色，甘氨基酸约有二十五三十，脯胺酸占十二，并有高量的羟脯胺酸（十左右），而一般的动物性蛋白质羟脯胺酸的含量很少。胶原蛋白富有伸张性，由平行线型链所组成，中间再以氢键紧密结合成为极强的右旋三重螺旋。若是胶原蛋白的高次体构造遭到破坏，就成为所谓明胶（gelatin）。胶原蛋白目前的生产都是由动物（牛、猪等）的皮筋部位抽取，但近年来生物技术中的基因转殖动物的发展，科学家液尝试由动物乳汁中生产胶原蛋白。胶原蛋白可以应用到许多领域，如作为生医材料，用在人工皮肤、食道、气管、烧伤保护膜等，医药品与医学用途（整形外科、缓释性药物、膀胱失禁用药等），化妆品（护肤膏、润发剂等）、食品工业。胶原蛋白最受注目的用途释生医材料，主要的原因为：1 胶原蛋白可以由生体活组织中萃取，能量产。2 具有生分解性。3 优良的生物相容性，而且不惧毒性。4 可制备成各种不同的形状，如板状、条状、球形与海棉状等。5 可针对其官能基进行修饰，经修饰后的胶原蛋白分子构造更适合生医材料用途，并降低生物分解的速率。6 经由酵素反应处理可以减低其免疫反应。1、生技医药品二零零零年所有药品销售排行榜，红血球生成素（EPO）为第二名，销售额新台币八亿二千万元左右，预估二零零一年将成长到九亿元左右。目前生技药品市场维持在二十二十三亿台币，大部分由先进国进口。先进基因公司在。二零零零年十月破土兴建第一家生技药品工厂，红血球生成素是主要产品。目前主要研发厂商有联亚生技（蛋白药物、爱滋病与动物疫苗）、世信生技（血液制剂）、环球基因（血栓溶解剂）、先进基因（红血球生成素、血小板凝集抑制剂）、基因生技（生技药物）、生展生技（生技原料）、以及唐诚生技（蛋白药物）等。2、工业生技产品（1） 酵素主要工业及食用酵素，进口值约为十亿台币，产值则为一亿左右。（2） 氨基酸主要为味精，产值约为五十亿台币左右。（3） 生体高分子几丁质：已成为台币一项重要生技产业，主要在保健食品、次为农业。销售额约为三十五亿台币，大部分由欧、美、日进口。胶原蛋白：已有三厂商（台盐、和康、双美）准备量产，主用在生医材料。透明质酸：聿新生技公司准备量产。3、检验试剂主要生产商有普生、永进、三生、雇德、荣睿、启翔、台富、尖端先进等，营业额约新台币2.8亿元。五鼎生技于二零零零年六月成为第一家上柜生技公司。二零零零年台湾地区检验试剂进口值为新台币二十五亿元，占全球比率很小。4、农业生技产品（1） 生物性农业二零零零年营业额为新台币1700万元，预估二零零一年将维持15001600万元左右。（2） 种苗产值在二零零零年为新台币2.2亿元，预估二零零一年将稍成长到2.5亿元，主要厂商为展状园养、新高、台糖、清波兰园、新发、倡新等。（3） 动物用疫苗二零零零年产值为新台币2.9亿元，预估二零零一年将减至2.5亿元，主要厂商有台湾家畜、史怀哲公司等。（4） 生物性肥料二零零零年销售额为新台币1.5亿元，预估二零零一年将成长至2亿元，主要用在高经济作物，目前主要厂商有台湾增生菌素公司、亿新、台湾花卉等，台盐亦准备量产。5、生技服务业生物技术服务业为提供专业知识、技术、设备、耗材、实验室、资金、操作步骤或代工生产服务，以辅助最终产品上市之相关产业。台湾生物技术服务业包括实验室用产品、试验研究及生产代工、实验室技术服务及包括智慧财产权及创业投资在内的其他支援性服务产业，二零零零年有新台币18.2亿元市