胶原是蛋白质中的一种,英文名“collagen”,由希腊文演化而来。胶原是一种白色、不透明、无支链的纤维蛋白质,它主要存在于动物的皮、骨、软骨、牙齿、肌腱、韧带和血管中,是结缔组织极重要的结构蛋白质,起着支撑器官、保护机体的功能。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%。
胶原蛋白是细胞外基质(EMC)的主要化合物,随着生物化学、分子生物化学和细胞生物化学的进展,人们对胶原蛋白的认识逐渐提高,现在已经肯定胶原蛋白并不是一个蛋白质的名称,而是和免疫球蛋白一样,富有多样性和组织分布的特异性,是与各组织、器官机能有关的功能性蛋白。根据它们在体内的分布和功能特点,可将胶原分成间质胶原、基膜胶原和细胞外周胶原。
胶原是一个蛋白质家族,现在已发现18个或19个成员,从皮肤和骨骼中分离出了Ⅰ型胶原,从软骨组织中分离出了Ⅱ型胶原,从胚胎皮肤中分离出了Ⅲ型胶原,从细胞基底膜中分离出了Ⅳ型胶原,这些都是通过蛋白质水平上的一级结构分析发现的,而其它是通过在核酸水平上胶原域的相似性分析发现的。
胶原蛋白的分子量为30万道尔顿,它是由3条肽链结合而成的三螺旋结构,并互相盘绕成螺旋结构。胶原的一级结构是其化学结构,揭示了蛋白质中有多少种氨基酸,每种氨基酸有多少个,这些氨基酸是怎样构成多肽链的。胶原的二级结构是直接关系到它在体内执行的功能。它是指多肽链主链骨架中的若干肽段所形成的有规则的空间排布。胶原的三级结构是描述整个肽链(主、侧链)空间排布,主要揭示肽链之间次级键(极性基团产生离子键、氢键和范德华力,非极性基团产生的疏水键、范德华力等)的作用。除次级键外,胶原分子内和分子间存在醇醛缩合交联、醛胺缩合交联、醛醇组氨酸交联,这些交联使得2-3条肽链牢固地连接起来,使得胶原具有很高的抗张强度。胶原的四级结构对它的分子大小、形状、生物功能等起着决定性作用。
胶原蛋白质结构和功能特点的多样性和复杂性,决定了其在许多领域的重要地位,以及良好的应用前景。
蛋白质是生物体中最主要的组成物质,包括覆盖人体的皮肤、毛发都是由蛋白质组成。此外,蛋白质几乎主导着生物界全部的生命活动,如:细胞分裂、新陈代谢、传递信息,以及对疾病的抵抗能力,都是依赖蛋白质来完成的。
因此,在化妆品中,以蛋白质作为活性物质十分自然。美国CTFA化妆品原料手册录用的天然物质和《功能性化妆品原料》中,选用的天然物质中都有胶原蛋白或其水解产物(羟脯氨酸、脯氨酸、丝氨酸)。胶原蛋白作为一类十分有效的化妆品原料,近几年来发展很快。
由于胶原及其水解物与人皮肤胶原的结构相似,相容性好,存在着离子键、氢键等相互作用;由其制备的材料,可以扩散到皮肤的深层,对人的皮肤有很好的营养作用;同时由于其分子中含有大量的羟基,因此它有着相当好的保湿作用;其分子中的氨基和羧基又赋予它一定的表面活性,这使它与其它材料的相容性很好,且对皮肤无刺激性;随着年龄的增长,成纤维细胞的合成能力下降,若皮肤中缺乏胶原蛋白,胶原纤维就会发生联固化,使细胞间粘多糖减少,皮肤便会失去柔软、弹性和光泽,发生老化,同时真皮的纤维断裂、脂肪萎缩、汗腺及皮脂腺分泌减少,使皮肤出现色斑、皱纹等一系列老化现象。胶原蛋白作为一种有效的化妆品原料,可以滋润肌肤,赋予其平滑感觉,对头发也有很好的调理作用。在美国、德国、日本等国家,许多高档化妆品中添加有胶原蛋白,甚至在人面部注射胶原以保持皮肤青春,减少皱纹。
在国外,对胶原蛋白在美容方面的作用已进行深入的研究。试验证明:0.01%的胶原蛋白纯溶液就有良好的抗各种辐射的作用,且能形成很好的保水层,能供给皮肤所需要的全部水分。胶原蛋白应用于化妆品中的功效总结起来有如下几点:
(1)营养性
可以给予含有胶原蛋白的皮肤层所必需的养分,补充17种对人体有益的氨基酸,使皮肤中的胶原蛋白活性加强,保持角质层水分以及纤维结构的完整性,改善皮肤细胞生存环境和促进皮肤组织的新陈代谢,增强循环,达到滋润皮肤、延缓衰老、美容、消皱、养发的功效。
(2)修复性
胶原蛋白和周围组织的亲和性很好,从而具有修复组织的作用。
(3)保湿性
由于胶原蛋白分子中含有大量的亲水基,使之具有良好的保湿功效,能够达到保持皮肤润泽的目的。
(4)配伍性
胶原蛋白具有调节和稳定pH值、稳定泡沫、乳化胶体的作用。同时,作为一种功能性成分,在化妆品中可以减轻各种表面活性剂、酸、碱等刺激性物质对皮肤、毛发的损害。
(5)亲和性
胶原蛋白对皮肤和头发表面的蛋白质分子有较大的亲和力,胶原蛋白主要通过物理吸附与皮肤和头发结合,能耐漂洗处理。亲和作用随相对分子质量的增大而增强。相对分子质量小的分子可以渗入皮肤和头发的表皮,有时还可以透过皮质层,达到营养皮肤的作用。相对分子质量较大的分子,每个分子结合位置较多,结合力增强,亲和力增大。
胶原蛋白类产品性能温和、功能多、使用安全,符合当代化妆品的潮流,是高档化妆品的重要原料。国际市场销售的化妆品用的蛋白质类原料近50种,我国只有N-酰化胶原水解蛋白缩合物、肌氨酸、粗丝氨酸和透明质酸等少数几种产品出售。
目前,穆畅道等人已经建立了从动物皮胶原中,提取符合国家食品卫生级的胶原蛋白系列产品的方法,正开发胶原蛋白类系列化妆品。
随着生物化学和分子生物学的发展,生物原料越来越多地应用于化妆品中。胶原蛋白必将作为一种功能性的生物原料而成为化妆品原料系列中的重要一员,为人类保持青春发挥越来越大的作用。
