膠原蛋白的組成與合成

膠原蛋白是什麼? 膠原蛋白是我們體內的結構性蛋白質之一，佔體內蛋白質重量的25%到30%之間。目前發現有多達近三十種亞型，雖然只有五種是纖維型結構，但卻佔所有膠原蛋白的大宗，其中又以第一型膠原蛋白（Type I collagen）(https://en. wikipedia.org/wiki/Type_I_collagen)佔有近九成最多，所以市面上的膠原蛋白產品標榜原料使用第一型膠原蛋白，就是這個緣故。膠原蛋白是動物性蛋白質，不溶於水，只要是天然的膠原蛋白，無論你把他切成多小塊，就是不溶於水（如果會溶於水的話，各位泡個澡就溶掉了）。植物沒有膠原蛋白，只有多醣形成的植物膠，包括銀耳、木耳、秋葵等QQ軟軟及黏液的物質都是多醣，而非蛋白質組成的膠原蛋白。

膠原蛋白幾乎分佈全身，構成包括皮膚，骨骼（硬骨與軟骨）、韌帶等結締組織與軟組織，除此之外，疤痕組織，肝硬化（肝纖維化），肺纖維化，蟹足腫也是因為發炎導致膠原蛋白合成增加所導致。膠原蛋白的合成時時刻刻在進行，膠原蛋白的損耗也是時時刻刻在發生，電視或平面媒體廣告說膠原蛋白流失只是一種形容詞，真正的膠原蛋白的合成及分解極其複雜，而且在任何組織，膠原蛋白的合成及分解都是同時發生，也就是膠原蛋白的結構及含量處於動態平衡，平衡發生改變，可能就會產生組織結構性或功能性的變化，在外觀或者是功能就會造成不同程度的影響。

若膠原蛋白合成速率小於生成速率，發生在皮膚，就會顯得皮膚比較不光滑，沒有彈性；發生在關節腔，可能會改變關節液的黏度，降低關節的緩衝能力，造成關節間的磨擦；發生在軟硬骨，則有可能造成骨密度下降，骨質疏鬆或是軟骨組織變少。總而言之，膠原蛋白佔全身蛋白質含量的四分之一，每天的損耗很大，所以身體也需要一直合成新的膠原蛋白來維持各組織的功能及完整性，所以補充大量的原料來合成新的膠原蛋白是需要的。

體內膠原蛋白的合成有幾個步驟，傑克森博士參考網路上的資料整理出一張圖讓各位比較容易理解，如何就分子生物學角度看膠原蛋白的合成。膠原蛋白是一種蛋白質，有特定的胺基酸序列，由特定的基因負責生產，最常見的第一型膠原蛋白，其實由兩個基因共同生產，一個是COL1A1基因，負責生產第一型膠原蛋白alpha1蛋白鏈，另一個是COL1A2，負責生產第一型膠原蛋白alpha2蛋白鏈，真正具有功能的膠原蛋白，是由二條alpha1鍊及一條alpha2鏈形成的結構。

我們先不要討論涉及DNA層次的膠原蛋白基因調控（注：影響蛋白質表現及功能的控制方式就叫做基因調控，每個基因的基因調控點至少有七到九個，極其複雜，請參考任何一本生化學或分子生物學教科書），只單純考慮身體膠原蛋白如何正常的被合成。就像一條生產線一樣，膠原蛋白從DNA透過轉錄酵素，利用核糖核酸當原料，產生了膠原蛋白mRNA；膠原蛋白mRNA透過轉譯酵素，利用不同的胺基酸，合成了膠原蛋白的初級結構，即原形膠原蛋白（procollagen）。然而剛產生的原形膠原蛋白並不穩定，需要對許多胺基酸進行羥基化（hydroxylation），這時候就需要維生素C或鐵離子協助，將羥基（OH-）接到初級膠原蛋白結構上的胺基酸，特別是離胺酸（Lysine）與脯胺酸（Proline）。羥基化的脯胺酸（HO-Proline）及離胺酸(HO-Lysine)提供膠原蛋白分子內與分子間的結構特性。如果羥基化效率不好，膠原蛋白就算合成了，也不具有正確的結構，發揮正常的功能，所以維生素C等輔因子的數量也間接影響膠原蛋白的品質。

維生素C是常見的抗氧化物，合成膠原蛋白時，羥基化酵素(hydroxylase)會利用O2，α-ketoglutarate，鐵離子，及維生素C將羥基（OH-）接到胺基酸，羥基化是一種氧化反應，反應時，體內的鐵離子先被氧化，再利用維生素C回到還原狀態，可以繼續進行下一次羥基化反應，維生素C因而被損耗。由於人體無法自行生產維生素C，而維生素C又是羥基化反應重要的因子，如何確保維生素C在膠原蛋白羥基化反應能正常作用，便決定了膠原蛋白結構好壞的依據。

由於脯胺酸及羥基脯胺酸在膠原蛋白的比例很高，約有20%左右，所以膠原蛋白是一種富脯胺酸的蛋白質，而脯胺酸、羥基脯安酸與甘胺酸( Glycine )佔膠原蛋白質的比例超過一半，也是維持膠原蛋白結構的完整性與穩定性的重要關鍵，這一點與其他結構性蛋白胺基酸組成有很大的不同，所以膠原蛋白合成效率，與脯胺酸及甘胺酸的局部血液濃度息息相關。

 

總而言之，要增加體內膠原蛋白的生成，最好的方式還是透過營養補充來增加合成膠原蛋白的原料，但是外在的防護還是重要的，例如注意防曬、保濕，可以降低皮膚膠原蛋白被破壞的速度。誠如前面文章所說，透過營養補充來增加合成膠原蛋白的原料，必須考慮兩個重大因素，一個是補充的量，一個是補充的品質，人一天至少需要補充60克的蛋白質方能維持較好的身體機能，所以這60克蛋白質的種類，就決定你身體新合成蛋白質的速率，由於膠原蛋白佔全身蛋白質含量四分之一，又是富脯胺酸的蛋白質，所以血液的脯胺酸濃度也較高是合理的，但是不意味著不需要額外補充脯胺酸來源，這個道理就像是全球O型血人口最多，捐血也是O型血人數最多，但是每年最缺的血，還是O型血，所以直接補充膠原蛋白獲取脯胺酸的效率最高。脯胺酸原料無虞之外，也要補充維他命C，可以有效幫助膠原蛋白結構及功能的完整度，如果能額外添加一些抗氧物，對維生素C發揮應有功能是有幫助的。