膠原蛋白(collagen) 王鳳英 副教授 國立新竹教育大學

膠原蛋白(collagen) 又稱為膠原質，是組成各種細胞外間質的聚合物，為人體組織細胞外基質的主要成分，在動物細胞中扮演結合組織的角色，同時也是動物結締組織最主要的構造性蛋白質。 膠原蛋白主要以不溶性纖維蛋白的形式存在於人體組織中，約占蛋白質的33％，能保護並連結各種組織支撐起人體的結構。

人體膠原蛋白 由於膠原蛋白它與人體各器官(Organ)組織(Tissue)及細胞(Cell)有著密不可分的關係，因此適用於人體器官組織的修補(Repair)及再生(Regeneration)。 而人體膠原蛋白和動物膠原蛋白的結構相似，即所謂同性結構(Homologous)，因此動物膠原蛋白移植(Implant)到人體不致產生免疫性的副作用。

膠原蛋白的相關醫學應用 範圍廣泛，包括：膠原蛋白海綿、絲線、薄膜(外科止血，用於心臟血管、神經、口腔、骨科、皮膚、婦產手術等)傷口敷料；人工皮膚、血管、眼角膜、心瓣膜等保護材料；注射式膠原蛋白(用於除皺、軟組織豐滿填補、治療尿失禁、尿液回流、骨科組織再生填料)等用途。

膠原蛋白為一種纖維狀蛋白質　 　存於動物體之皮膚、骨骼、軟骨、筋腱、血管壁和結締組織中的一種纖維狀蛋白質，如將動物的皮或骨骼以熱或化學藥品（如酸、鹼）處理，其所含之膠原蛋白即會發生水解而產生動物膠（Gelatin） 膠原蛋白具有很強的伸張能力，是韌帶和肌鍵的主要成份，膠原蛋白還是細胞外基質的主要組成成分。 可供膠囊、果凍、或腸衣等之製造原料。 　　

膠原蛋白是一種品質差的醣蛋白 其所含氨基酸主要為甘氨酸、脯氨酸及巠脯氨酸等之非必需氨基酸，而後一氨基酸僅含於膠原蛋白中，在一般動物性蛋白中並不存在，故定量巠脯氨酸之含量可測知肉中之膠原蛋白含量。 含有較多膠原蛋白的結締組織會影響肉之好吃與否，如結締組織含量多，則難咬，較不好吃，但在年幼動物，雖亦含較多膠原蛋白，唯吃起來卻較年老的動物嫩，此乃因年紀愈老，其膠原蛋白分子中之交錯聯結愈多，在結構上比較堅固，吃起來比較硬之故

膠原蛋白的結構 膠原的肽鏈，其胺基酸序列非常有特色。首先，它富含甘氨酸和脯氨酸殘基，前者的含量達到總胺基酸殘基的1/3後者則接近1/4；其次，序列中含有不由DNA鹼基三聯密碼子編碼的羥丁氨酸和羥脯氨酸，這兩種胺基酸是在蛋白質一級結構序列形成之後由特定的酶作用於序列中的羥丁氨酸和脯氨酸形成的；最後，它的序列中只含有很少的酪氨酸殘基;並且不含有色氨酸和半胱氨酸殘基。膠原蛋白一級結構的另一個特點是它的胺基酸的排列。這些胺基酸一般以-甘氨酸-脯氨酸-羥脯氨酸-三聯交替出現的順序排列。只有很少的蛋白質有這樣規則的胺基酸排列。

膠原蛋白肽鏈的三股螺旋結構不同於普通的α螺旋結構 在空間結構上，膠原蛋白顯示出特殊的三股螺旋纏繞的結構，三條相互獨立的膠原蛋白肽鏈依靠甘氨酸之間形成的氫鍵維繫三股螺旋相互纏繞的結構。膠原蛋白肽鏈的三股螺旋結構不同於普通的α螺旋結構，它的螺距更大，但每一圈螺旋所包含的胺基酸殘基數卻很小，僅為3.3個，因此膠原蛋白的三股螺旋顯得細而長，螺旋中間的空間很小，僅能容納一個氫原子，只有甘氨酸能夠勝任這個位置。

甘氨酸-脯氨酸-羥脯氨酸 另外脯氨酸所特有的肽平面夾角也是形成這種特殊螺旋結構的必須因素。這也是膠原蛋白肽鏈中-甘氨酸-脯氨酸-羥脯氨酸-三聯序列交替出現的原因。膠原蛋白這種特殊的三股螺旋結構保證了它的機械強度。這種三股螺旋被稱為原膠原。

膠原纖維 若干個原膠原橫向堆積，序列中所含有的羥賴氨酸和羥脯氨酸側鏈在酶作用下氧化生成醛，相互之前發生羥醛縮合反應形成原膠原之間的共價連結，這種結構被稱為膠原微纖維。許多膠原微纖維橫向堆積，以相同的方式通過共價鍵連結，形成膠原纖維。 膠原纖維是膠原蛋白行使生理作用的基本形態，在生物體內膠原纖維交織成富有機械強度合彈性的網狀結構成為結締組織最基本的組成成分。

目前製造膠原蛋白原料的主要方式 以化學分解法及酵素分解法為主 美國已有公司以使用基因轉殖動物(老鼠、乳牛等)由乳腺來生產膠原蛋白。 隨著生化醫學的進步，膠原蛋白的提煉、改良及加工技術都已進入高科技化，加上材料來源取得容易、成本低(主要取自牛、豬的筋、骨等)，因此動物膠原蛋白目前已成為美國醫學工業最主要的醫學生物材料(Biomaterial)之一。

目前膠原蛋白用途 防皺等美容功能最多 然而，就整個膠原蛋白的市場運用而言，卻是橫跨化妝品、食品、醫療用品、生醫材料等多元化領域，其主要功用包括：幫助傷口瘉合、有助於燙傷的治療、可提高皮膚保濕功能，調整皮面油脂平衡、促進皮膚深層纖維組織的張力與彈性等。 近年來膠原蛋白成了生技產業與化妝品業界的最愛。

膠原蛋白的基本結構 是一種脊椎動物結締組織中的非水溶性纖維狀含醣蛋白質，是脊椎動物體內含量最豐富的蛋白質，也是細胞外間質的重要成分。 基本結構由大約一千個胺基酸組成，是由三股分子量約為九萬五千道爾頓（Daltons）的胜月太鏈，以三重螺旋方式互相纏繞而形成分子量達三十萬道爾頓的巨大蛋白質分子——原膠原分子。 這些原膠原分子再相互聚合連結成網狀結構，形成富有彈性的皮膚構造。

膠原蛋白在人體內蛋白質中占25∼35％ 膠原蛋白在人體內蛋白質中約占25∼35％，在筋腱和骨頭的有機質中占90％以上，亦是組成皮膚的主要結構性蛋白質，占50％以上，主要存在於真皮層中，提供支持、保護、及各種機械性質，並賦予皮膚彈性與強度。 由於皮膚是身體最大的器官，而膠原蛋白又是皮膚中最重要的蛋白質之一，膠原蛋白對人體的重要性可見一斑，是人體內不可或缺的物質。

膠原蛋白是黏合物 在皮膚中的主要生理機能是做為結締組織的黏合物，能將水分保留在真皮層膠原蛋白是脊椎動物結締組織中的非水溶性纖維狀含醣蛋白質，是由三股分子量約為九萬五千道爾頓（Daltons）的胜月太鏈，以三重螺旋方式互相纏繞而形成分子量達三十萬道爾頓的巨大蛋白質分子——原膠原分子。

膠原蛋白的功能 膠原蛋白的功能有： 當做細胞與細胞間的連接劑，讓細胞能固定在身體組織上 提供皮膚保護與支持的功能，使其有彈性與光澤 讓骨骼堅硬具有彈性 提供保護內臟的功能，強固毛髮 幫助傷口癒合與組織復原，修復皮膚疤痕 保持真皮層內的水分 供應表皮層及表皮附屬器官的營養。

皮膚結締組織 皮膚是人體最大的器官，主要是提供保護及養分運送的功能，皮膚的構造由外而內可分為表皮層、真皮層及皮下中，是提供皮膚結締組織保濕、保持彈性及緊縮性的主要物質。

植物性膠原蛋白，應該是指從植物中取得的醣類蛋白質 近年來，在化妝品和食品界提到所謂的植物性膠原蛋白，其實從科學的角度，植物組織中並沒有膠原蛋白，而商業上所謂的植物性膠原蛋白，應該是指從植物中取得的醣類蛋白質，其結構與真正的膠原蛋白類似，具有保濕功效，故以植物性膠原蛋白稱之。

一般市售膠原蛋白多來自牛皮及牛筋中 到目前為止，我們可從動物的皮膚、筋腱、骨骼、軟骨、血管等各種組織中抽取到膠原蛋白，對這些來源不同的膠原蛋白加以分析，科學家已發現有二十七型不同的膠原蛋白。一般市售膠原蛋白多半來自牛皮及牛筋中，少數來自豬、家禽和魚類，但近年來隨著口蹄疫、禽流感、狂牛症的出現，使得來自動物的膠原蛋白的安全性受到質疑。

遺傳基因重組DNA重組皮膚 為尋求安全無虞的膠原蛋白來源，科學家已著手從遺傳基因重組DNA，探討利用基因重組皮膚由外而內可分為表皮層、真皮層及皮下組織三大部分。 表皮層：0.1∼0.7毫米（mm） 真皮層：0.6∼3.0毫米（mm） 皮下組織 皮膚組織三大部分。表皮層可再細分成角質層、顆粒層、棘皮層及基底層；真皮層則可再分為乳頭層及網狀層，膠原蛋白主要就是存在於真皮層中，提供皮膚彈性。

膠原蛋白對皮膚所提供的功效 從膠原蛋白對皮膚所提供的功效可以包括： 增加皮膚保水能力 提高保濕效果，使肌膚更顯亮麗 增加肌膚的緊密性及彈性 減少皺紋的產生 調整皮膚油脂分泌，保護肌膚 可使不平凹陷的肌膚恢復平滑外觀 所以當皮膚內的膠原蛋白不足時，會出現鬆弛、皺紋、毛髮粗糙分叉等現象。 皮膚的老化主要是發生在結締組織中，其原因是占結締，膠原蛋白不足。

表皮內基底細胞的更新周期約28天 一般而言，表皮內基底細胞的更新周期約28天，而角質層的更新周期約為14天。 皮膚的表皮約含70％的水分，角質層約含15％的水分，當皮膚中角質層的水分含量低於10％時，就會開始顯現乾燥，隨後角質層變厚、甚至於龜裂等問題陸續產生，使肌膚看起來晦暗沒有光澤。因此如何讓皮膚製造充足的水分並長期保有，以維持肌膚的舒適健康，是當今全球美容保養界努力奮鬥的方向。

常見的外用保濕劑有膠原蛋白、玻尿酸、甘油 常見的外用保濕劑有膠原蛋白、玻尿酸、甘油、丙二醇、丁二醇、山梨醇等，其中膠原蛋白屬於較為高級昂貴且體內組織已經有的成分，長久以來廣受業界及消費者喜愛。

膠原蛋白含量是肌膚老化的指標 膠原蛋白含量是肌膚老化的指標，肌膚從25歲開始老化，表皮水分含量下降，35歲之後肌膚開始鬆弛，臉上逐漸出現細紋，如果不加以保養，深層皺紋就會開始出現，使肌膚老化變本加厲。這些現象都是因為皮膚中有高度抓水能力的膠原蛋白含量減少，使得肌膚的鎖水功能降低，出現細紋與鬆弛的問題也就逐漸浮現。

表皮層可分成角質層、顆粒層、棘皮層和基底層。 1.表皮層＞10微米（μm） 角質層: 0.01∼0.02毫米（mm） 顆粒層:蘭格罕氏細胞.麥拉寧.色素細胞 基底層 棘皮層:膠原蛋白 2.真皮層: 3∼10μm ＜3μm（10-6m） 3.皮下組織 表皮層皮膚吸收的效果最佳。

水溶性膠原蛋白擁有保濕功效 美國科柔達（Croda）公司曾進行實驗顯示，含有原膠原分子的化妝品，能改善皮膚外觀，提供皮膚柔細與滋潤感，這是因為這種水溶性膠原蛋白擁有完整的三級螺旋結構，能抓住大量水分，使化妝品發揮有效的保濕功效。

小分子水解膠原蛋白易溶於水 不同水解程度的膠原蛋白，在化妝品上有不同的用途，明膠是最常見的一種，其分子量約為十萬道爾頓，但它在化妝品方面的用途，因無法提供長效的改善功能而受到限制。 最近有些業者利用控制酸鹼性或以熱分解的方式，把大分子明膠進一步水解成更小分子的明膠，使其分子中僅含三十個到三百個胺基酸單元（分子量約三千到三萬道爾頓）。 這種小分子水解膠原蛋白易溶於水，所能提供的末端胺基酸數量是大分子明膠的十倍以上，因此應用在洗髮精、潤髮乳、皮膚保養品等化妝品上，能夠強化產品的功效。

敷的膠原蛋白——創傷覆蓋材，因能提供燒燙傷處理 除了外用的膠原蛋白保養品可達到美膚的效果外，敷的膠原蛋白——創傷覆蓋材，因能提供燒燙傷處理、輔助疤痕和燒燙傷復原等功效，也是外用保養型的膠原蛋白產品之一。

組織70％以上的膠原蛋白，在年齡增長的過程中逐漸老化流失 組織70％以上的膠原蛋白，在年齡增長的過程中逐漸老化流失，造成皮膚失去彈性，保水能力下降，皺紋及細紋逐漸浮現。 膠原蛋白是決定皮膚年輕與否的要素之一。 化妝品業界陸續研發以口服劑、塗劑、及針劑的方式，來補充人體皮膚內流失的膠原蛋白。 常見的有用塗、抹、擦方式的膠原蛋白美容保養品，希望藉由外用與內服方式解決人類皮膚產生皺紋的困擾。

外用保養的膠原蛋白 皮膚在陽光紫外線、空氣污染、壓力與年齡的影響下，會造成膠原蛋白的流失。 利用膠原蛋白做為美容保養品中的保濕劑，使得產品具有保持水分的功效，並添加可促進膠原蛋白增生的成分，讓皮膚回復強的水合能力與張力，促進皮膚創傷癒合及表皮自然成長，使皮膚恢復年輕活力。 研究顯示，分子量大於一千道爾頓的分子不易被皮膚吸收，顆粒大於10微米（μm）的物質也不易被皮膚吸收，小於1微米的粒子經不同顆粒大小的保養品經皮膚吸收的粒子小於一微米（μm）時，經皮膚吸收的效果最佳。

內服的膠原蛋白 膠原蛋白是人體非常重要的必須成分，增加製造膠原蛋白的原料供給，可促進膠原蛋白的合成。 至於服用膠原蛋白經腸道分解成胺基酸後，能有多少被吸收再轉合成為人體可利用的膠原蛋白，則要視個人腸道功能及體質而定。 近年來，日本開始流行以吃的方式補充膠原蛋白，大力強調吃的美容品也有效，認為這些產品經由口服的方式，可以補充人體流失的膠原蛋白，以做為人體合成膠原蛋白的原料，能強化人體免疫機能、提供美容功效。

膠原蛋白本身就是一種營養來源 但胃腸吸收能力不好的人，在服用膠原蛋白時，最好能夠同時併服抗氧化劑，以減少自由基對膠原蛋白的破壞。 膠原蛋白本身就是一種營養來源，食用膠原蛋白對身體而言也是補充營養源的一種方式，它在體內經過分解後會產生胺基酸，這些不同類型胺基酸在人體中能發揮保健功效，有益身體健康。

小針美容注射 從醫學的專業角度而言，打的膠原蛋白就是指注射用膠原蛋白，也就是一種俗稱小針美容劑，必須由專科醫師執行注射，把活性膠原蛋白植入皮下局部組織，此法多用於整型外科的美容重建手術，利用注射的方式最為快速有效。

注射型膠原蛋白的用途包括： 減少皺紋的深度並修復疤痕 凹洞的填補、鼻型改造、下巴重建、美化嘴唇、加大耳垂、豐潤臉頰等 多用於使老化肌膚獲得返老還童的治療。 當醫師在評估其功效時，須考慮消費者是否會對膠原蛋白過敏，才能夠避免注射膠原蛋白所導致的不適症狀。

注射膠原蛋白對減少前額和兩頰的皺紋特別有效，功效可維持至少半年左右 一般而言，注射膠原蛋白對減少前額和兩頰的皺紋特別有效，功效可維持至少半年左右。 由於膠原蛋白會被人體吸收，因此在完成膠原蛋白的注射後必須與醫師保持密切聯繫，使醫師能有效地掌握狀況。

膠原蛋白其衍生物在化妝品中的用途與特性 在追求如水鏡般完美無瑕的外表前，消費大眾對膠原蛋白美容產品，其原料的安全性更應格外重視。 1.原膠原分子300,000 （道爾頓） 膠狀 2.膠原蛋白纖維1,000,000 （道爾頓） 以上水溶性不溶無保水性無 3.明膠100,000 （道爾頓）水溶性可 4.水解膠原蛋白1,000∼25,000 （道爾頓）水溶性高50％ 5.膠原蛋白胺基酸125 （道爾頓）水溶性最高60％很好