胶原化学与现代生活省公开课一等奖全国示范课微课金奖

胶原化学与当代生活四川大学轻纺与食品学院11/82任课教师主讲教师：

张文华，Email：zhangwh@合作教师：

曾运航博士，Email：zengyunhang@

王亚楠博士，Email：wangyanan@22/82课程说明课程类别：文化素质公选课课程号：309316020学分：2目标：了解胶原物理化学性质；熟悉胶原在皮革、食品、美容护肤和生物医学等领域应用。

成绩评定：平时成绩占40%

期末考试占60%。33/82主要内容第一章胶原化学与当代生活概述胶原分布、结构和物理化学性质；胶原、明胶及胶原水解蛋白在当代生活中应用；第二章胶原与食品保健

胶原类保健食品；食品添加剂

第三章胶原与皮革工业及皮革鉴赏胶原与皮革工业、毛皮工业；皮革及毛皮制品加工概述；皮革及毛皮制品保养；皮革及毛皮制品鉴赏

44/82第四章胶原与美容护肤胶原用于化装品中特殊性质；胶原化装品保养功用；胶原在美容矫形方面应用第五章胶原在生物医学及临床方面应用胶原在生物医学方面应用；胶原在临床医学应用第六章胶原与其它工业55/82教材/参考资料教材：《胶原化学》,

李国英,刘文涛.中国轻工业出版社,.参考资料：《胶原物理与化学》,

汤克勇.科学出版社,.《胶原与胶原蛋白》,蒋挺大.化学工业出版社,.《皮具品鉴》,时涛,金小芳.中国纺织出版社,.《毛皮服装设计》,蔡凌霄,于晓坤,刘晓刚.东华大学出版社,.《胶原蛋白与临床医学》,顾其胜,蒋丽霞,第二军医大学出版社,.66/82第一章胶原化学与当代生活概述胶原在当代生活中应用胶原概述

胶原定义和分类；结构特征；分布77/82似曾相识胶原蛋白8胶原蛋白是人体中最主要结构蛋白质现已确认有19种类型。人体中胶原蛋白占各种蛋白质总质量30％～40％，人类体重65％是水，16％是蛋白质，14％是脂肪，5％是钙质等无机物。体重为50kg人体中约含有3kg胶原蛋白。8/829皮肤中胶原蛋白皮肤70％,位于真皮层.因为胶原蛋白纤维兼具一定坚固性、韧性和弹性，使得人手脚能够自由弯曲而不会僵硬，同时皮肤也不致因人体活动而破裂，从而使皮肤含有最正确性质。松弛、皱纹、老年斑、缺乏水分、失去弹性斑痕9/8210骨骼中胶原蛋白肌腱80％,骨骼与肌肉相连处.骨骼总重量20％,让钙质紧密连接,含有弹性.软骨中也充满了胶原蛋白:椎间盘、颈椎、膝盖及手肘等关节能够自由行动.关节组织退化、关节痛活动范围降低关节变形、关节炎10/8211内脏中胶原蛋白保护膜:肠胃、心脏、血管、大脑等内脏.象网眼一样遍布脑细胞或肝细胞微血管、以及负责供给细胞营养其它细胞周围补充脑营养细胞神经胶质细胞是由胶原蛋白组织支撑血管变硬、弹性降低血压不正常11/8212眼睛中胶原蛋白

角膜：由粗细均匀胶原蛋白纤维井然有序地排列成层面而组成。视力下降易患白内障、青光眼等12/82胶原蛋白美容功效保湿滋养亮肤紧肤防皱修复营养美乳1313/82胶原类保健食品

1.胶原蛋白粉

2.阿胶食品添加剂

1.肉制品、糖果、乳制品等添加剂

2.冷冻食品改良剂

3.饮料澄清剂

14食品中应用1414/8215胶原蛋白不止这么简单天然胶原紧密螺旋结构---力学性能,机械强度15/8216胶原蛋白不止这么简单：皮革制品16/821717/82胶原蛋白不止这么简单：皮革制品1818/821919/82皮草是指利用动物皮毛所制成服装。惯用来制作皮草动物包含兔子、狐狸、貂类等稀有动物，也是皮草起源之一。

皮草可能是一个生活品质，一个女人与生俱来魂牵梦绕情结。人类最早衣着原料不是丝、棉、麻，而是皮草。皮草是人类最具深度时尚代名词。胶原蛋白不止这么简单：皮革制品---皮草20/8221胶原蛋白不止这么简单：皮革制品---皮草皮草类别貂皮獭兔皮狐狸皮21/82属于细皮毛裘皮，皮板优良，轻柔坚固，毛绒丰厚，色泽光润。用它制成皮草服装，雍容华贵，是理想裘皮制品，有“裘中之王”美称，所以又成为了人们富贵象征。在国外，被称为“软黄金”。貂皮含有“风吹皮毛毛更暖，雪落皮毛雪自消，雨落皮毛毛不湿”三大特点

貂皮22/82最早在1919年出现于法国。因其皮毛柔软平滑且整齐得如同剪理过，简直可与水獭相媲美，故在中国享受獭兔之美誉。獭兔是非常著名短毛皮兔，短而整齐毛发保暖性能好且不易脱落。獭兔皮23/82

毛皮色彩极为广泛，几乎含有各种裘皮颜色。针毛长且有光泽，底绒丰厚且柔软，色泽艳丽，板质柔韧。狐狸皮品种包含银狐、十字狐、水晶狐、蓝狐、红狐、灰狐、及白狐等。狐狸皮也可染成各种颜色。狐狸皮是裘皮中珍品，既漂亮又保暖，被誉为世界三大裘皮支柱之一。狐狸皮24/82胶原蛋白不止这么简单强韧性与延展性：皮肤、血管弹性，关节紧固控制分子通透性：皮肤保湿、隔绝内外交换支持与保护：骨骼、软骨、韧带主要成份组织与架构：人体主要代谢原材料促进伤口愈合及组织修复：伤口愈合时间、状态2525/82胶原蛋白不止这么简单：生物医学可吸收缝线药品控释载体人工骨人工角膜人工皮肤2626/8227胶原以增殖细胞为首许多生物功效，使得胶原基生物医学材料格外引人注目。在医学领域，除外科用敷料膜、止血海绵、手术缝合线、止血剂外，国外研究者主要集中于研究利用胶原蛋白制备对人体软组织含有扩张功效胶原注射液，胶原基药品输送系统，皮肤、骨骼、心血管、食管、气管替换材料等。.27/82胶原蛋白不止这么简单：功效材料胶原基天然产物吸附分离材料胶原基重金属吸附材料胶原基非均相催化剂胶原基雷达吸波材料黄芩提取物经CFA层析柱分离前后HPLC谱图从核燃料生产废液中回收U6+胶原纤维负载Au钠米催化剂在整个雷达波段都有较强吸收2828/82胶原相关研究工作2929/82胶原概述定义结构3030/82（一）、胶原定义Collagen，源自希腊语。是含有共同结构特征一组蛋白质统称最少有一个三股螺旋结构域；三条链组成一个胶原分子。能够形成超分子聚集体；存在于细胞外基质中。

成纤维胶原（7）与非成纤维胶原（21）3131/821、胶原类型在原纤维中发觉了28种胶原，其中5种含量最丰富胶原类型是：I型胶原是骨、腱、角膜和韧带中主要胶原，最高可达体内全部胶原90%。II型胶原在软骨、玻璃体和脊髓中形成原纤维。III型胶原与I型胶原并存于结缔组织。V型和VI型为异三聚体，与其它三种胶原共存于原纤维中。

3232/823333/822、胶原分布胶原是动物中主要纤维蛋白，是全部多细胞动物，包含海绵体、无脊椎动物和脊椎动物细胞外基质主要结组成份。胶原原纤维占人和高等动物总蛋白量可高达30%，其作用是保持组织完整以及提供每一个结缔组织所需要特殊力学性能。人体中有16％左右是蛋白质，胶原占体内蛋白质总量30-40％，主要存在于皮肤、肌肉、骨骼、牙齿内脏和眼睛等部位。从生物医学角度，胶原在发育、伤口愈合、血小板活化和血管生成中含有主要作用。另外很多遗传病起因也被证实是因为胶原发生了突变，而胶原在其合成、降解或免疫学方面微小改变也能够引发许多疾病。3434/82胶原是一类由20种常见氨基酸合成而来蛋白质，不过它在氨基酸组成、重复序列模式、高度翻译后修饰和特有分子内交联上别具一格。天然胶原蛋白是一个由3条含有左手螺旋链相互缠绕形成右手超螺旋分子。胶原超螺旋结构是靠链间氢键以及螺旋和超螺旋反向盘绕维持其稳定性。原胶原：3条肽链形成螺旋，含三种结构：螺旋区、非螺旋区及球形结构域。3535/82胶原纤维结构组成36（二）、胶原结构36/8237胶原结构37/823838/823939/824040/8241胶原一级结构存在其它蛋白质中不存在羟赖氨酸，以及其它蛋白质极少含有羟脯氨酸，脯氨酸和羟脯氨酸含量是各种蛋白质中最高；胶原蛋白α-链Ｎ-端氨基酸是焦谷氨酸，它在普通蛋白质中是少见。/pdb41/824242/824343/8244胶原二、三、四级结构二级结构:多肽链本身折叠产生、由氢键维系有规律构象（盘绕方式）。不包括氨基酸侧链构象。因为肽键含有部分双键性质，使参加肽键形成六个原子共面，即肽平面。44/8245因为-碳原子与其它原子之间形成单键,所以两相邻肽键平面能够相对旋转45/824646/8247（a）每个第三个氨基酸残基是甘氨酸，X和Y通常是脯氨酸和羟脯氨酸残基（b）甘氨酸是最小氨基酸（c）三股螺旋使得甘氨酸残基指轴内，而另外两个残基处于螺旋表面（d）脯氨酸和羟脯氨酸残基与多肽链结合，增强分子刚性。

形成左手螺旋胶原氨基酸残基侧链对二级结构形成影响蛋白质二级结构以一级结构为基础.47/82-N-C-CO-HHH-N-C-CO-H2CCH2CH2H-N-C-CO-H2CCH2CHHOH甘氨酸Gly-脯氨酸Pro-羟脯氨酸Hyp-4848/8249胶原二、三、四级结构三级结构:整条肽链中全部氨基酸残基相对空间位置。肽链中全部原子在三维空间排布位置。主要维系力:

疏水键、氢键、离子键、VanderWaals力等49/82对于单一多肽链蛋白质，三级结构是它最高结构，并含有全部生物功效。亚基(subunit)

含有两个或多个肽链蛋白质，每一条肽链都有完整三级结构，称为蛋白质亚基。主要维系力:

疏水键、氢键、离子键、VanderWaals力等5050/8251胶原二、三、四级结构51/825252/8253胶原超分子聚集53/825454/825555/825656/825757/825858/82前胶原、原胶原原胶原：组成胶原纤维组织最小结构单元即去除N端前肽和C端前肽前胶原分子不一样起源相同类型胶原氨基酸组成差异大；同种胶原不一样a链氨基酸组成差异大。5959/82原胶原分子二级结构原胶原形成胶原纤维胶原纤维电镜图6060/8261明胶(gelatin)——胶原水解产物

氨基酸组成相同而分子量分布很宽多肽混合物分子量普通在几万至十几万，无生物活性水解胶原(collagenhydrolysate)——胶原水解产物

相对分子质量小于明胶，无生物活性3、胶原、明胶、水解胶原蛋白胶原(collagen)——含有三股螺旋结构域、由三条肽链组成、能够形成超分子聚集体一类存在于细胞外基质中蛋白质。

6161/82胶原、明胶和水解胶原区分62电泳图谱标样胶原明胶水解胶原制备工艺不一样分子量差异生物活性应用领域不一样6262/82明胶和水解胶原蛋白是胶原变性产物在低温和酸性条件下胃蛋白酶提取胶原，不含端肽，保留三股螺旋结构，约为30万。明胶：胶原经高温作用后，破坏了三股螺旋结构，但仍有a链及其二聚体，小于30万。水解胶原蛋白：较高温度下酶解，X千-5万。6363/82制备工艺不一样分子量差异生物活性应用领域不一样胶原低温、酸性条件，胃蛋白酶提取三股螺旋结构完整，含有生物活性有成纤性能；促进角质细胞生长胶原止血海绵明胶胶原经高温作用三股螺旋结构破坏，无生物活性食用明胶（食品添加剂，肉皮冻子、肉食罐头，奶油糖、饮料、啤酒等）；摄影明胶；药用明胶（胶囊、明胶海绵等）；工业明胶。64胶原、明胶和水解胶原区分6464/8265思索题1、I型牛皮胶原一级结构是怎样影响其空间结构？维持空间结构化学键有哪些？2、胶原、明胶、水解胶原区分与联络65/82二、胶原提取从胶原蛋白较为丰富组织（比如皮肤和肌腱）中提取传统起源：猪牛羊皮新兴起源：鱼鳞、胎盘、基因生物技术从转基因动物获取重组人胶原蛋白等问题一：怎样从原料中提取蛋白？问题二：怎样从蛋白中分离胶原蛋白？问题三：怎样检验得到蛋白是胶原蛋白？6666/82从组织中提取I型胶原蛋白关键：破坏胶原蛋白分子间共价交联提取步骤：前处理粗分级（粗提）细分级（分离纯化）6767/82破碎组织细胞，使蛋白更加好地与外界条件接触尽可能保持蛋白天然构象和生物活性注意控制条件必要时加入蛋白保护剂能够先将某一细胞组分分离出来前处理动物材料：除脂肪组织---电动捣碎机、匀浆器、超声波植物组织：去种皮---石英砂、玻璃粉细菌细胞：超声波震荡、砂研磨、高压、溶菌酶6868/82称取新鲜猪皮100g，用氯仿/乙醇（2:1）溶液对其进行脱脂后切除皮下脂肪，去毛并细切。将用蒸馏水洗涤后组织小块放入高速组织捣碎机中捣碎成糊状（1r/min），用含4.5mol/LNaCl0.05mol/LTris-HCl缓冲液（pH7.5）充分洗涤以去除脂质及血清等成份。低温离心（8000r/min，30min，4OC）。胶原蛋白提取前处理6969/82提取胶原蛋白常使用溶剂是中性盐溶液(0.15~2mol/LNaCl)或是稀醋酸溶液。前者只适合提取组织中最新合成胶原以及交联度能够忽略胶原。稀酸，比如0.05-0.5mol/L醋酸，0.15mol/L柠檬酸缓冲液，pH值在2~3之间盐酸溶液，要比中性盐溶剂更为有效，但仍只能溶解出组织中大约2%胶原。（端肽）利用10%NaOH溶液共同处理组织48h左右，能够溶解出大部分胶原。与不溶性胶原结合在一起脂肪被皂化，非螺旋端肽被切除，胶原纤维瓦解。最终所得胶原大小和分子质量，取决于处理时间以及碱浓度。酶能够将胶原蛋白分子端肽切除或部分水解，使之易溶于水提取7070/82纯化透析超滤凝胶过滤/层析/离子交换色谱密度梯度离心电泳等电聚焦7171/82在粗提胶原蛋白溶液中迟缓加入6mol/LNaOH至pH=7，冷冻离心去除沉淀，在上清液中加入NaCl搅拌，4℃保留过夜；离心取沉淀，用稀HAc溶解，将溶液装入透析袋中，用0.1mol/LHac透析1天，再用蒸馏水透析1天。7272/82三、胶原性质物理化学性质：两性电解质性质、光谱性质、侧链基团反应活性生物学性质：低抗原性、凝血、促进细胞存活与生长、生物相容性和安全性7373/821、胶原物理化学性质两性电解质性质

等电点：两性粒子正负电荷数值相等时，溶液pH值。蛋白质等电点测定方法:

酸碱滴定、电泳、Zeta电位

溶液与固体等电点测定方法

7474/82光谱性质原二色谱：稀溶液测定蛋白质二级结构方法。光学活性物质对组成平面偏振光左旋和右旋圆偏振光吸收系数(ε)是不相等，εL≠εR，即含有圆二色性。假如以不一样波长平面偏振光波长λ为横坐标，以吸收系数之差Δε=εL-εR为纵坐标作图，得到图谱即是圆二色光谱，简称CD。

胶原溶液200nm附近有一个强负吸收峰，210-230nm范围内有一个弱正吸收峰。正负吸收峰强度比值绝对值在0.12-0.15之间是判断三股螺旋结构必要条件。7575/82红外光谱

分子中官能团振动酰胺二维红外光谱：研究分子内官能团间相互作用和分子间相互作用新方法。紫外光谱胶原特征吸收峰230nm左右荧光光谱苯丙氨酸和酪氨酸残基产生。275