1第三章 结构蛋白（S第一节 胶原蛋白组成结构功能）

第三章结构蛋白质结构蛋白——具有结构功能的蛋白质可分成：胶原、丝蛋白、角蛋白、弹性蛋白、肌球与肌动蛋白、黏连蛋白等。第一节胶原蛋白所有多细胞生物都含有胶原，哺乳动物身上所有蛋白质中约30％是胶原蛋白。胶原是皮肤、骨、腱、血管、牙齿的主要纤维成分而细胞骨架的重要成分也是胶原因此，胶原不同程度地存在于一切器官中。蛋白质是一类含有：碳(50％～55％)、氢(6％～7％)、氮(12％～19％)、氧(20％～23％)四种元素的天然高分子化合物。还有许多蛋白质含有硫(0.2％～3％)和磷(0.5％～6％)元素有些蛋白质还含有铁、钢、锌和碘元素蛋白质是一切生命体必不可少的组成部分，在生命活动中起着十分重要的作用。人体内的蛋白质就有10万种之多。在种类繁多的蛋白质中，胶原是—类重要的蛋白质。胶原的英文是Collagen，源自希腊文，意思是——生成胶的产物1940年，Orekhovich等用柠檬酸缓冲液(pH3.0～4.5)从大鼠皮中溶解出不溶于水的蛋白质，其中含有角蛋白及弹性蛋白，此外还有一种是胶原的前躯体，这种从酸性盐溶液中提取的胶原被命名为——前胶原。后来经过许多研究者的努力，发现从中性盐和碱性盐溶液中也能提取出胶原。1953年，Cross把这种构建胶原的蛋白质单体命名为——原胶原tropocollagen它是胶原的基本结构单位，原胶原分子经过多级聚集，形成了胶原。早先认为胶原只不过是一个结构单一的、既缺少免疫原性又缺乏生物活性的普通结构蛋白。现已肯定：胶原并不是某一个蛋白质的名称，而是在结构上既有共同特点又有差异的一组蛋白质。在这组蛋白质中，目前已发现有27种不同类型的胶原。按照被发现的先后顺序分别称为Ⅰ型胶原、Ⅱ型胶原、Ⅲ型胶原等，用大写罗马数字来进行命名。胶原通常由3条肽链组成，这些肽链被称为α链。有的胶原分子中的α肽链都相同；有的有2条相同，1条不同；有的3条α-肽链都不同。按照惯例，分子的不同肽链被称为:α1-链、α2-链、α3-链。如果附属于不同的胶原，则在其后附带大写罗马数字，并用括号括起来，如Ⅰ型胶原的α1-链，称为——α1(Ⅰ)，α2-链称为α2(Ⅰ)等。单一一种链的Ⅱ型胶原被称为[α1(Ⅱ)]3具有3条不同肽链的Ⅵ型胶原被称为——α1(Ⅵ)α2(Ⅵ)α3(Ⅵ)，Ⅰ型胶原的2条不同的肽链被称为——[α1(Ⅰ)]2α2(Ⅰ)。胶原的定义——是细胞外基质的一种结构蛋白质，含有一个或几个由α—链组成的三螺旋结构的区域，即胶原域。细胞外基质——ECMextracellularmatrixc一、胶原的来源和组成（一）胶原的来源胶原是动物体内含量最多、分布最广的蛋白质。胶原广泛存在于从低等脊椎动物线虫、蚯蚓等体表的角质层到哺乳动物机体的一切组织中，即使一些简单的多细胞有机体(如水母和海绵)也有胶原存在，哺乳动物体内含量最多的一类蛋白质。胶原是细胞外基质四大组分之一，而且是主要组分，因此胶原是细胞外蛋白质。胶原具有独特的组织分布和功能。胶原广泛分布于结缔组织、皮肤、骨骼、内脏细胞间质及肌腔、韧带、巩膜等部位，角膜几乎完全是由胶原组成的。胶原是结缔组织极其重要的结构蛋白，起着支撑器官、保护机体的功能，是决定结缔组织韧性的主要因素。结缔组织将全身细胞黏合，连接成器官与组织，具有防御、支持、保护、营养等功能。胶原与组织的形成、成熟、细胞间信息的传递、细胞增生、分化、运动、细胞免疫、肿瘤转移以及关节润滑、伤口愈合、钙化作用和血液凝固等有密切关系胶原也与一些结缔组织胶原病的发生密切相关。胶原是哺乳动物体内含量最多的蛋白质，占体内蛋白质总量的25％～30％，相当于体重的6％。按哺乳动物体内胶原所在的组织不同,有:皮胶原、骨胶原、齿胶原等。正常成人体内胶原的分布胶原质量g含量％骨胶原200057皮胶原120034其他3009总量3500100在电子显微镜下观察，胶原纤维由许多原纤维组成。原纤维直径为100nm(70～140nm)，横切面呈圆形，纵切面呈带形，有明暗相间的周期性横纹。原纤维平行排列，组成粗细不等的胶原纤维。腱的分级结构骨中的蛋白质主要也是胶原，称为——骨胶原。人体正常骨骼中含有80％的胶原，其功能主要是：将钙、磷、矿物质等成分黏着，然后构成骨质。软骨中几乎都是胶原，肌腱、筋的80％都是胶原纤维。肌肉中约含2％的胶原，它沿着整个肌肉膜的长轴形成高度交联并具有拉伸强度的网状结构，对于肉类制品质地的形成具有重要作用。例如在80℃条件下，烹调肉类，肉的硬度会明显增强，这是由胶原纤维变性引起皱缩造成的。胶原的皱缩使肌动蛋白和肌球蛋白纤维中的水分被挤出，增强了肉类的硬度，而且增大了纤维的密度。人或动物衰老后，可发现其胶原的交联度明显增加，溶解度明显降低，对细胞间液和肌肉蛋白产生较大的压力，致使肌肉的硬度增加，弹性变小，从而逐渐僵硬，表现出皮肤出现皱纹等，脸部尤其敏感。胶原是鱼、虾、甲壳类等肌肉结构中的特性物质鱼肉中的胶原较少，占蛋白质总量的3％。鱼鳞中则含有丰富的蛋白质，粗蛋白含量如人工养殖的美国红鱼鱼鳞：65.02％大黄鱼：58.64％野生白姑鱼：60.34％这些粗蛋白中，也含有胶原，含量分别为：美国红鱼：32.78％大黄鱼：22.54％野生白姑鱼：25.65％（二）胶原的组成元素组成氨基酸组成材料来源CHNO+S马皮、骆驼皮50.26.417.825.6山羊皮、鹿皮50.36.417.425.9绵羊皮、狗皮50.26.517.026.3猫皮51.16.517.125.31、胶原的元素组成2、胶原的氨基酸组成天然有机物极其丰富、复杂，而含氮的天然高分子化合物却不多，N含量最大的是蛋白质和天然多糖——甲壳素。胶原含氮量很高如牛皮、猪皮、马皮和骆驼皮中胶原含氮量很高一般蛋白质含有20种氨基酸，胶原含有18种氨基酸几种胶原的氨基酸组成（残基个数／1000个残基）胶原蛋白水解时间对氨基酸含量的影响（％）由表可见胶原氨基酸组成的特点：（1）胶原中缺少胱氨酸和色氨酸但另有一些文献中列出的胶原氨基酸组成并不缺少这两种氨基酸，只是量少而已。（2）甘氨酸含量几乎占了1／3。（3）胶原中存在羟赖氨酸和羟脯氨酸其他蛋白质中不存在羟赖氨酸，也很少有羟脯氨酸。羟脯氨酸是从已经合成的胶原的肽链中的脯氨酸经羟化酶作用转化而来的。（4）胶原中脯氨酸和羟脯氨酸的含量是各种蛋白质中最高的绝大多数蛋白质中脯氨酸含量很少，这两种氨基酸都是环状氨基酸，锁住了整个胶原分子，使之很难拉开，故胶原具有微弹性和很强的拉伸强度。所以一般由于胶原中脯氨酸含量高，通过酸水解胶原来分离提取脯氨酸。（5）胶原α-链N端氨基酸是焦谷氨酸这是谷氨酰胺脱去一分子氨而闭环产生的吡咯烷酮羧酸在一般蛋白质中是少见的。胶原分子3条肽链各由1000多个氨基酸残基组成如胶原α1(Ⅰ)肽链含1014个氨基酸残基，α1(Ⅲ)肽链含1023个氨基酸残基。三、功能按功能可将胶原分为两组第一组是成纤维胶原，包括：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原等；其余是第二组，非成纤维胶原一些胶原的功能：（一）Ⅰ型胶原纤维形成胶原，多细胞生物的细胞外基质的主要结构大分子能活化上皮细胞，促进上皮细胞增生，也可促进胶原酶生成，使皮肤有张力和弹性。此外，还能淡化眼纹和消除眼袋及阴影Ⅰ型胶原对维持骨结构的完整及骨生物力学特性非常重要骨质疏松症是以低骨量、微结构改变、骨脆性增加为特点的全身性代谢性骨病。胶原结构及数量的改变(特别是Ⅰ型胶原)与骨质疏松症发生、发展、严重程度密切相关（二）Ⅱ型胶原纤维形成胶原，与一些蛋白聚糖结合，是软骨和玻璃液中的主要胶原可加强皮肤的保水能力，以及填补皮肤内胶原纤维之间的空隙，起到保湿、自然美白及追本还原作用。（三）Ⅲ型胶原纤维形成胶原，以高含量存在于血管中主要见于肺泡间质内，分布非常杂乱，构成了一个错综复杂的网络，这种结构特征对于肺内组织，特别是肺泡间隔保持良好的柔韧性非常重要。Ⅲ型胶原在皮肤中较少。Ⅲ型与V型胶原同属重建型胶原，能强化微血管强度与弹性可提供细胞充足的养分，并直接与血管母细胞结合促进新血管形成。是维持皮肤饱满、滑润，有光泽的重要元素。（四）Ⅳ型胶原是一种非纤维型胶原是基底膜的主要成分，以片层而不是纤维形式存在于基底膜中，主要在肝脏内合成与代谢。在肝脏中，Ⅳ型胶原存在于血管内皮细胞、胆管和神经纤维周围的基底膜中以及实质区。可以弥补皮肤基底膜功能，帮助表皮层与真皮层的结合，将水分与养分保送至真皮层。Ⅳ型胶原使结构完整，让皮肤紧实、抗氧化，防止老化及皱纹。（五）Ⅴ型胶原也是纤维形成胶原，存在于主要由Ⅰ型胶原组成的纤维中为Ⅰ型胶原纤维形成支架，如骨骼、腱、角膜、皮肤和血管，与Ⅲ型胶原同属重建型胶原。Ⅴ型胶原在组织中的分布有两种形式：一种表现为类似间质性胶原的纤维束状结构，可以分布在组织间质中或围绕在细胞周围；另一种与基膜性胶原相似，主要分布在基膜或基膜附近。1981年发现椎间盘中含有少量Ⅴ型胶原，其量为椎间盘中胶原总量的3％。Ⅴ型胶原可以从含有Ⅰ型胶原的组织中提出，由此可见，在纤维性胶原中，Ⅰ型胶原和Ⅴ型胶原之间存在着密切的关系。胶原也是人老化的指标胶原在体内的含量变化如下：从出生到20岁这一期间会逐渐增加，20～50岁则保持不变，50岁以后则逐渐减少，到了70岁则保持在最小含量。60岁以上老人的真皮层厚度平均较年轻时降低25％～30％，而女性变化比男性更为明显。四、胶原的结构构成蛋白质的常见氨基酸有20种，甘氨酸没有不对称碳原子外，其他氨基酸都有不对称碳原子，能形成不同的构型，造成蛋白质的结构极其复杂多样。（一）一级结构一级结构——是蛋白质分子中氨基酸以肽键连接的顺序蛋白质分子中一级结构关键部位氨基酸的改变会直接影响其功能，这个关键部位就是蛋白质分子的活性中心。胶原的氨基酸组成有如下特征：1、胶原的胶原域中存在一些三肽的重复顺序甘氨酰-脯氨酰-羟脯氨酰、甘氨酰-脯氨酰-Y甘氨酰-X-YX、Y代表除甘氨酰和脯氨酰以外的其他氨基酸残基这样，甘氨酸几乎占总氨基酸残基的1／3，即每隔两个其他氨基酸残基(用X和Y表示)即有一个甘氨酸，故其肽链可用(甘-X-Y)来表示。X位置常由脯氨酸残基占据(约20％～30％)。甘氨酰-脯氨酰-Y三肽的数量为全部三肽总和的将近l／3，它的结构如Y氨酰甘氨酰-脯氨酰-Y的结构图2、含有较多在其他蛋白质中少见的羟脯氨酸和羟赖氨酸残基，也有较多脯氨酸和赖氨酸如脯氨酸Pro和4-羟脯氨酸Hyp含量高达15％～30％。同时还含有少量3-羟脯氨酸和5-羟赖氨酸Hyl羟脯氨酸残基可通过形成分子内氢键稳定胶原分子。例如正常胶原在39℃变性，而在缺乏脯氨酸羟化酶条件下合成的胶原在24℃即可变性成为白明胶(gelatin)。而羟赖氨酸上可结合半乳糖-葡萄糖苷，与特定组织功能相关。3、胶原中缺乏色氨酸，所以它在营养上为不完全蛋白质。4、胶原分子中芳香氨基酸和半胱氨酸含量也较少。Ⅰ型胶原α1-肽链的一级结构如图。Ⅰ型胶原α1-肽链的一级结构A一丙氨酸；D天冬氨酸；E一谷氨酸；F一苯丙氨酸；G一甘氨酸；H——组氨酸；I一异亮氨酸；K一赖氨酸；L一亮氨酸；M一蛋氨酸；N一天冬酰胺；P一脯氨酸；Q一谷氨酰；R一精氨酸；S-丝氨酸；T一苏氨酸；v一缬氨酸；Y一酪氨酸（二）二级结构二级结构是指肽链主链的局部空间结构，即肽链中相邻氨基酸形成的局部有序的空间结构局部相邻氨基酸发生盘曲而形成α-螺旋、β-折叠、β-转角、π-螺旋、Ωα-环及各种蛋白质互不相同的无规则卷曲等二级结构已知的胶原蛋白中含有两种构象，即三股螺旋和球形。成纤维胶原中基本结构单元是三股螺旋的原胶原。Ⅰ型原胶原分子模型原胶原的质量约为285kDa（或280）由两条α1和一条α2链共三条多肽链组成，每股多肽链中都有约1000个氨基酸残基。Ⅰ型胶原是一个长约300nm、直径约1.5nm的杆状物，其中三条肽链都具有螺旋构象与α螺旋并不相同此外，三股螺旋互相缠绕形成强度很高的原胶原纤维。结构域也是蛋白质分子中分工承担不同功能的功能域胶原的二级结构是由三条肽链组成的三股螺旋在这种超螺旋体中的每一股又是一种特殊的左手螺旋体，它与α-螺旋体不同超螺旋体中各条肽链借助甘氨酸残基的肽键之间形成的氢键交联在一起。胶原大分子为细棒状，长280nm，直径1.5nm，相对分子质量将近30万。在用透射电子显微镜进行观察，可见纤维状胶原具有特殊的周期性的横纹带区每个横纹周期平均为67nm。胶原分子中的具有α-链组成的三股螺旋构象被称作——胶原域分子中至少应有一个胶原域才叫胶原胶原的二级结构示意图胶原分子单位称为原胶原tropocollagen胶原是由原胶原按规则顺序排列的，原胶原的排列规则是首尾相接。目前公认的Smith提出的错列模型认为，首尾相接时有1／4错位的搭接。横纹带区是原胶原肽链上的氨基酸残基具有不同的电荷，从而产生不同电子密度(图)每个原胶原分子由三条α-肽链组成，每条肽链有1000个左右氨基酸残基，相对分子质量介于95000～100000之间，所以一个胶原分子的相对分子质量大约为30万。尽管三条肽链的氨基酸组成不同，但结构上仍有不少共同点：肽链呈现一种特殊的右手螺旋结构，螺距为0.95nm，每一螺圈含3.3个氨基酸残基，第一残基沿轴向距离为0.29nm。三条α-肽链则以平行、右手螺旋形式缠绕成草绳状三股螺旋结构(图)。肽链中每三个氨基酸残基中就有一个要经过此三股螺旋中央区而此处空间十分狭窄，只有甘氨酸适合于此位置，由此可解释其氨基酸组成中每隔两个氨基酸残基就出现一个甘氨酸的特点。原胶原三螺旋轴C末端投影的氢键示意图而且三条α-肽链是交错排列的，因而使三条α-肽链中的Gly(甘氨酸)、X、Y残基位于同一水平上，借Gly中的N-H基与相邻肽链上的X残基上的O-H基形成牢固的氢键(图)，形成了稳定的三螺旋结构。原胶原三螺旋轴C末端投影的氢键示意图（三）三级结构蛋白质的三级结构是指：①蛋白质分子整条多肽链中一些二级、超二级结构、结构域在空间进一步折叠盘曲形成千万种不同蛋白质分子的球状、椭圆形、棒状及纤维状等空间结构；②在一级结构中相距较远的氨基酸残基在空间的相应位置与关系；③一些蛋白质分子表面形成了与其功能密切相关的凸起、凹槽、裂隙或口袋等不同的复杂结构三级结构主要揭示——蛋白质分子中肽链之间次级键的作用也就是氨基酸残基侧链的极性基团产生的离子键、氢键和范德华力以及非极性基团产生的疏水键、范德华力等作用力，使三级结构得以保持稳定。（四）四级结构是指分子更大的蛋白质，常由多条肽链组成，分子中每条肽链都盘曲成特定的三级结构，单独存在时并无功能，被称为亚基subunit原胶原按规则平行排列成束，首尾错位1／4，通过共价键搭接交联，形成稳定的胶原微纤维microfibril并进一步聚集成束，形成胶原纤维(图)。胶原微纤维的结构示意图胶原分子通过分子内或分子间的作用力成为不溶性的纤维，故胶原属于不溶性硬蛋白。因胶原分子氨基酸组成中缺乏半胱氨酸，不可能像角蛋白那样以二硫键相连，而是通过组氨酸与赖氨酸间的共价交联，一般发生在胶原分子的C(羧基)末端或N(氨基)末端之间。常有一部分未能共价交联的原胶原可用中性盐溶液或稀醋酸溶液等提取而溶解出来，此部分称为——可溶性胶原。胶原纤维在不同组织中的排列方式与其功能相关。如在肌腱、皮肤及软骨中，要分别在一维、二维和三维方向承受张力，因而其胶原纤维排列分别为平行束状、多角的纤维片层及不规则排列等方式(表)。胶原纤维在不同组织中的排列组织排列肌腱平行束皮肤多角的纤维片层软骨无规则排列角膜交叉排布的光滑片层使光的散射最小化（五）结构类型组成原胶原分子的每种α-肽链可以分成若干亚型，如α1(Ⅰ)、α1(Ⅱ)、α1(Ⅲ)、αl(Ⅳ)、α1(V)、α2(Ⅰ)、α2(Ⅳ)、α3(Ⅳ)等，每条α-肽链都有一种基因编码。在组织中，各种基因产物以不同方式组合形成不同类型的胶原从理论上讲，20多种α-肽链可组合成1000种以上的胶原但目前还只发现27种胶原类型今后还有可能继续发现新的胶原类型。1、Ⅰ型胶原Ⅰ型胶原占体内总胶原量的90％，占总蛋白质质量的将近20％。Ⅰ型胶原由2条αl-肽链及1条α2-肽链组成，即[αl(Ⅰ)]2α2(Ⅰ)，也有少量由3条α1-肽链组成。Ⅰ型胶原是最普遍存在的胶原，一级结构测定表明，αl(Ⅰ)肽链由1014个氨基酸残基组成，相对分子质量约97000。肽链的96％由Gly-X-Y重复顺序组成(图)Gly(甘氨酸残基)约占残基数的1／3，X常为Pro(脯氨酸残基)，Y常为Hyp(羟脯氨酸残基)或Hyl(羟赖氨酸残基)肽链的N末端和C末端不含重复的Gly-X-Y，不形成左手螺旋，图中的胶原肽链中的Gly-X-Y顺序结构，称作非螺旋区。胶原肽链顺序结构示意图Ⅰ型胶原分子非螺旋区的重要特征是α-肽链N末端第9位是赖氨酸残基，C末端的16位也是赖氨酸残基。N末端和C末端非Gly-X-Y区的15～20个氨基酸残基，在胶原的生物合成及合成后肽链间形成交联的过程中起重要的作用。2、Ⅱ型胶原Ⅱ型胶原由三条αl-肽链组成，即[αl(Ⅱ)]3。Ⅱ型胶原分子非螺旋区的重要特征也与Ⅰ型胶原一样，α1-肽链N末端第9位是赖氨酸残基，C末端的16位也是赖氨酸残基。Ⅱ型胶原的αl(Ⅱ)链，富含羟赖氨酸，并且糖化率高，含糖量可达4％。Ⅱ型胶原被胶原酶切割的位点是甘氨酸-异亮氨酸肽键。五、胶原的生物合成胶原的生物合成是一个复杂的过程，包括从细胞染色体上对胶原基因的转录、基因加工、将基因翻译成胶原分子，以及胶原单体的分泌和聚集成动物组织中具有生物功能的微纤维等一整套复杂程序。每一步都有着与其他多亚基蛋白质的装配和分泌相同的模式其中最为复杂的是对信使核糖核酸mRNA的加工过程胶原的生物合成①首先是在细胞内合成前胶原α-肽链，②其次是前胶原α-肽链的羟基化和糖基化，③然后是前胶原α-肽链的连接，　并由细胞内分泌到细胞外，④再由前胶原转变为原胶原分子，⑤接着由原胶原聚合、共价交联形成胶原微纤维⑥进而聚合形成胶原纤维和胶原束。胶原的生物合成示意图不同部位的原胶原是由不同的细胞合成的，例如结缔组织中的原胶原分子主要由成纤维细胞合成，软骨中的原胶原分子由软骨细胞合成，骨中的原胶原分子由成骨细胞合成，基底膜中原胶原分子则由上皮或内皮细胞合成。六、胶原的分解代谢胶原纤维由于广泛的共价交联，其结构稳定，不能被普通的蛋白酶水解。只有胶原酶collagenase才能对胶原的降解起关键作用。体内存在的特殊的胶原酶能专一地作用于原胶原分子的一定部位，使其断裂变性，进一步被其他蛋白酶水解。胶原酶在胶原的N端1／4处切断原胶原，切断后的碎片可自动变性，经细胞外非特异性蛋白酶及肽酶水解或被细胞吞噬后由溶酶体酶进一步分解，形成小分子寡肽或游离氨基酸(图)。胶原的降解示意图七、胶原、明胶和胶原蛋白的异同胶原——是指动物组织器官中存在的一类蛋白质在提取、分离时，随着方法和条件不同，可以产生胶原、明胶和胶原蛋白三种产物。胶原——是三螺旋结构没有改变的蛋白质，有生物活性。明胶——是胶原在酸、碱、酶或高温作用下的变性产物与胶原一样由18种氨基酸组成，但已失去了生物活性。胶原变成明胶有三种可能性(图)：①三股螺旋体完全松开，成为三条互不联结的盘曲的肽链，它们的组成和相对分子质量各不相同(80000～125000)；②一条肽链完全松开，而另外两条肽链之间的共价键全部断开，但仍由氢键联结，相对分子质量160000～250000③三条肽链松开后仍有少量氢键联结在一起相对分子质量240000～375000。胶原转变为明胶的示意图从胶原到明胶，除了相对分子质量的降低及分子量分布变宽以外氨基酸成分也有一些变化：①胶原中的酰胺侧基逐渐被水解，导致明胶中酰氨基含量降低，同时侧链自由羧基的数目增加但酸法制明胶无此现象；②胶原肽链中精氨酸残基的胍基会逐渐转化成为氨基，使精氨酸残基转变成为鸟氨酸残基，但是这个反应可能比酰氨基的水解缓慢。明胶不是均一的蛋白质，而是一种热可溶性的混合物。商业明胶常分A型和B型两类。A型明胶主要以动物皮为原料，酸水解方法制得，其等电点为pH7～9；B型明胶主要以动物皮、骨、腱为原料，用碱水解方法制得，其等电点为pH4.6～5.2。明胶的相对分子质量分布较宽，工业上生产的明胶相对分子质量范围是15000～250000之间，平均为50000～70000。干燥的明胶很易吸水。明胶不溶于冷水，在冷水中只会吸水并溶胀，只有加热到60℃，才溶于热水中。胶原蛋白——是胶原的水解产物，胶原的三螺旋结构彻底松开，3条自由的肽链，且降解成多分散的肽段，其中包括小肽。因此胶原蛋白是多肽混合物，相对分子质量从几千到几万，分子量分布很宽，没有生物活性，能溶于冷水，而且能被蛋白酶利用。经过比较分析，可以归纳如下：①胶原具有生物活性，不溶于冷水和热水，不能被蛋白酶利用。②明胶相对分子质量较高，只溶于热水，不溶于冷水。③胶原蛋白相对分子质量较低，而且分子量分布比明胶更宽。④明胶与胶原蛋白均无生物活性，但可被蛋白酶利用。从广泛的意义上说，明胶也属于胶原蛋白，只是明胶的分子量比胶原蛋白高一些，而且明胶的肽链之间还有少量氢键。从结构上讲，胶原是具有共价键连接三股α-肽链的蛋白质，明胶是共价键基本被打断、只剩次级键的蛋白质而胶原蛋白是基本上不被共价键和次级键束缚、比较自由的α-肽链或是明胶分子的片段。从性能上讲，胶原能形成膜膜具有较好的柔韧性、弹性和强度。在模拟生理条件下(与动物体内相似的温度和中性盐含量)，胶原溶液放置25min，从其吸光度的变化可以观察到胶原分子之间能再度相互连接形成纤维，导致吸光度上升(图)而胶原的变性产物——明胶胶原的降解产物——胶原蛋白则没有再形成纤维的性质。用扫描电子显微镜观察可以进一步证明溶液中的胶原靠氢键或分子间作用力连接、再度以1／4交错排列的方式形成纤维，而明胶和胶原蛋白的三螺旋结构都被破坏，这种破坏是不可逆的，因而丧失了再纤维化功能。明胶溶液能形成凝胶，加热则液化，降到30℃以下又会成凝胶；明胶也能成膜，但明胶膜较脆，强度比胶原膜差；胶原蛋白不能成膜。细胞生长实验证明，胶原蛋白与明胶一样不具有促进细胞生长的性质，不具生物活性。下图是胶原、明胶和胶原蛋白纤维的形成性能胶原、明胶和胶原蛋白纤维的形成性能