Đang tải... (xem toàn văn)
TÌM HIỂU VÀ THU NHẬN COLLAGEN tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vự...
TÌM HIỂU VÀ THU NHẬN COLLAGEN I. TỔNG QUAN VỀ COLLAGEN 1. Collagen là gì? Collagen là loại protein tự nhiên chủ yếu của cơ thể người, chiếm 25-35% toàn bộ protein của cơ thể, là thành phần chính của các mô liên kết, có khả năng đàn hồi và chịu lực rất cao, là thành phần chính của da, gân, xương, dây chằng, sụn và răng trong cơ thể. trong da collagen chiếm khoảng 70%. Hàm lượng colagen ở cơ thịt cá thấp hơn ở động vật có vú, thường khoảng 1-10% tổng lượng protein và 0,2-2,2% trọng lượng của cơ thịt. Chiếm khoảng 3% ở cá xương và khoảng 10% ở cá sụn (so với 17% trong các loài động vật có vú. Có trong mạng lưới ngoại bào, không tan trong nước, dung dịch kiềm hoặc dung dịch muối có nồng độ ion cao.(vocw.edu.com) Tropocollagen triple helix 1 Hình: cấu tạo của cơ 2. Hình dạng-cấu trúc collagen Collagen là protein hình sợi, do các phân tử cơ sở là Tropocollagen tạo nên .Có cấu trúc gồm nhiều sợi xoắn ốc và liên kết lại thành một khối sợi. Mỗi tropocollagen gồm 3 mạch polypeptide bện vào nhau tạo thành một cấu trúc siêu xoắn do mỗi mạch polypeptide cũng có cấu trúc xoắn. Chiều cao của mỗi gốc xoắn trên trục siêu xoắn khoảng 2.9 anstrong, mỗi vòng xoắn là 3.3 gốc aa. Các mạch polypeptide liên kết với nhau bằng liên kết hydro. Trong mỗi chuỗi polypeptide thường có các đoạn cấu trúc ( Gly- X-Y) n lặp lại nhiều lần ( n= 5 hoặc 6, X là gốc prolin, hoặc hydroxyprolin, Y là gốc alanin hoặc hydroxyprolin).Xen giữa các đoạn cấu trúc chuỗi ba là các vùng có cực, các gốc glysine chiếm 33% tổng lượng aa, thường nằm trong chuỗi xoắn ba này, còn các gốc aa thì nằm ngoài xoắn ốc, do đó có thể tham gia tương tác giữa các phân tử. Collagen có các liên kết chéo trong nội phân tử và giữa các phân tử(liên kết H, S-S, aldol, ester, isopeptid ) Collagen là thành phần protein cấu trúc nhiều nhất của ECM( Extra Cellular Matrix- chất nền ngoại bào) , chứa ít 20 phân tử khác nhau trong trình tự acid amin, tạo ba chuỗi alpha. Collagen rất giàu proline và hydroproline. ECM chất nền ngoại bào là môi trường để vận chuyển các chất dinh dưỡng , chất thải giữa các tế bào mô liên kết và máu. Cơ chất nền là dạng chất liệu không màu , trơn nhớt, trong suốt, giống gel, các sợi fiber và có khảm các tế bào khác nhau. Nói chung, đó là một hỗn hợp dịch , 2 các protein glycosaminoglycan, proteoglycan và glycoprotein. Cơ chất nền giúp ngăn cản sự xâm hại mô bởi tác nhân ngoại lai, đồng thời kháng lại các áp lực. Có khoảng 30 gen được phát hiện trong bộ gen tổng hợp trên 20 loại collagen khác nhau. Loại I, II, III phổ biến nhất, chủ yếu là những sợi fibil tương tự nhau. Loại IV là một mạng lưới 2 chiều, chủ yếu hình thành những phiến mỏng. Collagen được tổng hợp nhiều hơn trong nguyên bào sợi, tuy nhiên các tế bào biểu mô cũng tổng hợp được loại protein này. 3 4 3. Tính chất Không tan trong nước, dung dịch kiềm hoặc dung dịch muối có nồng độ ion cao. Khi đun nóng, khoảng 60 độ C, thì collagen bị co lại. Ở nhiệt độ cao hơn (100 độ C), collagen chuyển hóa thành gelatin hòa tan trong nước, nhờ vậy thịt được mềm ra. Ở nhiệt độ cao hơn nữa (125 độ C, trong nồi áp suất), colagen bị chuyển hóa rất nhanh chóng. Collagen ít có tính đàn hồi song có khả năng chịu đựng sức căng lớn. Khi kết hợp với gelatin là protein không định hình và có tính đàn hồi cao, chúng tạo thành sự kết hợp vững chắc. Collagen không đàn hồi được là do các cử động hóa trị giữa nhóm e-NH 2 của gốc hydroxyllixin và chức aldehyde của gốc lizin hoặc gốc hydroxyllisin nằm ở phần không xoắn ốc.Ở động vật còn non các cầu đồng hóa trị nối với các phân tử tropocollagen với nhau, tương đối không bền nên dễ dàng bị phá hủy bởi pH, nhiệt độ hoặc bởi các tác nhân biến tính khác. Ngược lại, ở động vật già các cầu này thường bị thay thế bởi những cầu khác bền hơn do đó làm tăng độ cứng của thịt Hình cấu trúc bên trong của da cấu trúc trong gân 4. Chức năng collagen Collagen là thành phần chính của mô sợi liên kết, giúp gắn kết các tổ chức với nhau. Collagen ít đàn hồi, song có khả năng chịu sức căng rất lớn. Collagen giống như một chất “keo” kết dính các bộ phận trong cơ thể thành một khối hoàn chỉnh, nếu không có chúng cơ thể người sẽ chỉ là các bộ phận rời rạc. 5 Collagen là một cấu trúc protein phức tạp giúp duy trì sự phát triển khỏe mạnh và ổn định cho da, dây chằng, xương, khớp, cơ, gân, răng, lợi, mắt, các thành mạch máu, hệ móng và tóc. Types of Collagen Type Chain Composition Gene Symbol (s) Structural Details Localization I [α1(I)] 2 [α(I)] COL1A1, COL1A2 300nm, 67nm banded fibrils skin, tendon, bone, etc. II [α1(II)] 3 COL2A1 300nm, small 67nm fibrils cartilage, vitreous humor III [α1(III)] 3 COL3A1 300nm, small 67nm fibrils skin, muscle, frequently with type I IV [α1(IV) 2 [α2(IV)] COL4A1 thru COL4A6 390nm C-term globular domain, nonfibrillar all basal lamina V [α1(V)][α2(V)][α3(V)] COL5A1, COL5A2, COL5A3 390nm N-term globular domain, small fibers most interstitial tissue, assoc. with type I VI [α1(VI)][α2(VI)][α3(VI)] COL6A1, COL6A2, COL6A3 150nm, N+C term. globular domains, microfibrils, 100nm banded fibrils most interstitial tissue, assoc. with type I VII [α1(VII)] 3 COL7A1 450nm, dimer epithelia VIII [α1(VIII)] 3 COL8A1, COL8A2 some endothelial cells IX [α1(IX)][α2(IX)][α3(IX)] COL9A1, COL9A2, COL9A3 200nm, N-term. globular domain, bound proteoglycan cartilage, assoc. with type II X [α1(X)] 3 COL10A1 150nm, C-term. globular domain hypertrophic and mineralizing cartilage XI [α1(XI)][α2(XI)][α3(XI)] COL11A1, COL11A2 300nm, small fibers cartilage XII α1(XII) COL12A1 interacts with types I and III 6 5. Sự tổng hợp collagen trong cơ thể a) Các sự kiện nội bào là: Sự tổng hợp trực tiếp preprocollagen xảy ra tại RER bởi các mRNA mã hóa tạo các kiểu khác nhau của chuỗi alpha. Sự hydroxyl hóa tại các đầu proline và lysine trên những chuỗi polpetide đang tổng hợp trong RER. Phản ứng này luôn đòi hỏi enzyme chuyên biệt hydroxylase và vitamine C như là một cofactor. Sự glycosyl hóa( gắn phân tử đường) vào các đầu hydroxylysine chuyên biệt cũng xảy ra trong RER Sự hình thành các procollagen( triple-helix) xảy ra trong RER và được điều hòa chính xác bởi các propetide( trình tự các protein không xoắn) , định vị tại hai đầu của chuỗi alpha , ba chuỗi sắp xếp thẳng hàng, cuộn thành một triple helix. Trong phức hợp Golgi, carbohydrate được gắn thêm lên những procollagen nào sẽ được vận chuyển xuyên qua màng ( thông qua vận chuyển các bóng màng) Sự tiết collagen ra ngoại , nhờ sự xuất bào sau khi các bóng màng tiết được vận chuyển từ mạng lưới Golgi trans, đến bề mặt tế bào dọc theo các vi ống. b) Các sự kiện ngoại bào: Sự cắt các procollagen được xúc tác bởi enzyme procollagen peptidase sẽ tách bỏ hầu hết các trình tự tại đầu mút của các chuỗi alpha, tạo thành tropocolagen hay collagen đơn giản Sự kết hợp của các tropocollagen xảy ra khi các tropocollagen không tan trong nước tụ tập gần bề mặt tế bào, các sợi fibril của collagen kiểu I, II, III, V và VII đựoc tạo ra , chúng có những dải tuần hoàn với độ dày 67nm trong fibril collagen type I,II và III, độ dày của các dải này khác nhau những kiểu collagen khác nhau. Sự hình thành các liên kết đồng hóa trị( lk chéo ) xảy ra giữa những tropocollagen gần nhau. Sự tổng hợp collagen type IV khác với các dạng khác, các trình tự peptide bị tách ra khỏi các đầu tận cùng của các phân tử procollagen của nó. Cấu trúc cuộn xoắn mạch bị gián đoạn ở nhiều vùng. Chúng hình thành các dimer đầu –đầu, sự tương tác giữa các dimer sẽ tạo ra các liên kết bên, cuối cùng tạo ra các mạng lưới phiến mỏng( sheet) Sự sai lệch trong quá trình tổng hợp collagen, hay sự biến đổi cấu trúc collagen sẽ dẫn đến những bệnh hay những tật bẩm sinh. Trong đó có các hội chứng như Alport, Larsen, Ehler- Danlas( EDS), … sự rối loạn cấu trúc này bắt nguồn từ gen điều khiển tổng hợp collagen đó. 7 Hình minh họa quá trình tổng hợp protein collagen trong cơ thể Hình: sự tổng hợp collagen trong cơ thể 8 Hình: các tổn thương ở phổi do sự biến đổi từ cấu trúc collagen 9 ĐẶC TÍNH CỦA 6 LOẠI COLLAGEN PHỔ BIẾN Kiểu phân tử Tế bào tổng hợp Các định vị chính trong cơ thể Chức năng I Nguyên bào sợi tế bào xương nguyên bào ngà Chân bì ( dermis) da, xương, gân , dây chằng và xơ-sụn Chống chịu lực căng II Nguyên bào sụn Sụn trong mở ( hyaline cartilage) Chống chịu các áp suất gián đoạn III Nguyên bào sợi Tế bào lưới Tế bào cơ trơn Tế bào Schwann Tế bào gan Hệ bạch huyết, hệ tim mạch, gan, phổi, tách, ruột, tử cung, và mô kẽ thần kinh. Hình thành mạng lưới cấu trúc trong các cơ quan phát triển IV Tế bào nội bộ Tế bào biểu mô Tế bào cơ Tế bào Schwann Lá nền Phiến ngoài ( external lamina) Cung cấp giá thể và lọc Hoạt động như là một giàn đỡ ( scaffold) cho sự di cư của tế bào V Tế bào trung mô Bánh nhau Đang nghiên cứu VI Tế bào sừng ( keratinocyte) Kết nối da- biểu bì Hình thành các sợi móc neo các phiến với mô liên kết bên dưới 6. Sự thiếu hụt collagen a. Nguyên nhân Khi càng lớn tuổi, cấu trúc collagen bị giảm đi do khả năng tổng hợp của cơ thể giảm cộng với sự thoái hoá của cấu trúc này gia tăng, vì thế chất này giảm khoảng 1%, mỗi năm về cả mặt khối lượng và độ dày, cấu trúc collagen cũng không còn được trật tự chặt chẽ, sự thiếu hụt collagen và quá trình lão hóa có liên quan chặt chẽ với nhau. Biểu hiện: Collagen gắn liền với quá trình lão hóa theo thời gian đối với mọi cơ thể Yếu tố di truyền là sự lão hóa sinh học, tự nhiên và không tránh được, đã được lập trình trước trong tế bào.Sự lão hóa tùy vào mỗi người do di truyền quyết định Nhiều năm qua ta đã biết estrogen có ảnh hưởng đến chất tạo keo.vì thế có mối liên hệ giữa giảm sản xuất estrogen với giảm sản xuất chất tạo keo Lão hóa theo thời gian phụ thuộc vào thời gian trao đổi chất hằng ngày của tế bào.Mỗi tế bào có năng lượng sống và mitochondria của riêng nó.Mitochondria ảnh hưởng đến việc giải phóng năng lượng của các phân tử thực phẩm bằng cách dung hợp chất năng lượng cao được cấu 10 [...]... chứa collagen vào chế 12 Mức Độ hấp thu collagen từ các sản phẩm trich ly khác nhau II QUÁ TRÌNH THU NHẬN COLLAGEN Trong công nghệ sản xuât Collagen thường được thu nhận từ da động vật: da cá, da heo,… cho hiệu suất và độ tinh sạch cao, collagen được thu nhận từ da cá có phân tử nhẹ nên dễ hấp thu hơn Ngoài ra còn được tổng hợp hóa học, để dùng cho việc nghiên cứu cấu trúc và thành phần collagen Collagen... lọc ta thu được dung dịch collagen (2) Gộp dung dịch collagen (1) và (2) lại, đem trung hòa bằng NH 4OH 10% đến pH=8.2, đây là pH đẳng điên của collagen Dung dịch trung hòa được đem tủa với cồn theo tỷ lệ dung dịch collagen : cồn tuyệt đối = 1:1, sau đó đem ly tâm 5000 vòng/ phút trong 5 phút Tủa thu được là collagen sản phẩm, ta đem sấy khô ở T < 400C, tủa khô đem xoay nhuyễn thu được collagen. .. thể dễ tiếp nhận do không có khác biệt về cấu trúc 13 THU NHẬN COLLAGEN TỪ VẢY CÁ LÓC BÔNG TRONG PHÒNG THÍ NGHIÊM 1) Nguyên liệu Vảy là mô cứng của da tạo thành “một bộ xương ngoài” ở cơ thể động vật đặc biệt phổ biến ở nhiều loài cá Trong vảy chủ yếu chứa các chất khoáng CaCO 3, CaHPO4, collagen và chất sừng gelatin Collagen là protein dạng sợi có độ co giản rất cao Collagen dạng bột có màu vàng nhạt,... trên cấu trúc collagen) nên ít cho hiệu quả mong muốn Hơn nữa, collagen trong mỹ phẩm thường không phải là chế phẩm từ tự nhiên mà chủ yếu là từ nguồn nguyên liệu tổng hợp nên cơ thể khó dung nạp • Dùng các sản phẩm đường uống, các chế phẩm này chưa các protein hay collagen giúp cơ thể tổng hợpcollagen để sử dụng, đặc biệt collagen thu nhận từ da cá có phân tử nhẹ nên được hấp thụ tốt hơ Kẹo collagen bổ... lớp băng bó bằng collagen và fibrinogen có thể được chuẩn bị như sau: 100mL dung dịch collagen nồng độ 0.5%-1% cho vào khuôn kim loại đem đông khô( freezedried), và một miếng gạc như thế được vô trùng, miếng gạc collagen vô trùng đó sẽ được phủ bên ngoài một lớp fibrinogen với lượng là từ 0.5- 10 mg trên 1cm 2 bề mặt collagen trong điều kiện vô trùng, để yên Việc đông khô được lặp lại và bao gói hiệu... trong acid acetic, urea, và glyceril 2) Giải thích quá trình thu nhận Quá trình làm sạch Vảy cá được tách ra riêng, sau đó rửa bằng nước sạch nhiều lần để loại bỏ bụi bẩn, các thành phần khác trong quá trình tách da ra từ cá Ngâm trong dung dịch HCl 0.8% trong 24h để hòa tan và tách các chất khoáng, đồng thời có tác dụng làm trương phồng vảy, phần còn lại là collagen và keratin Rửa lại bằng... thu c nhuộm • Phương pháp này sử dụng thu c nhuộm là dung dịch Coomassie Brilliant Blue G-250(CBB G-250) 0.01%: 100mg CBB G-250, 50mL ethanol 95%, 100mL H3PO4 85%, trong 1L nước • Dung dịch protein chuẩn và mẫu đối chứng sẽ được đem đo nồng độ thông qua độ hấp thụ quang ở bước song 595nm Từ đường chuẩn và mật độ quang thu được ta tính được hàm lượng cụ thể Sơ đồ quá trình làm sạch vảy cá 15 Sơ đồ thu. .. quang thu được ta tính được hàm lượng cụ thể Sơ đồ quá trình làm sạch vảy cá 15 Sơ đồ thu nhận collagen từ vảy cá đã được làm sạch 16 III ỨNG DỤNG COLLAGEN Collagen ứng dụng phổ biến trong mỹ phẩm dưới dạng kem xoa, viên uống hoặc tiêm, mặt nạ collagen, … Duy trì tính đàn hồi của tế bào, làm tăng sức đàn hồi của da và làm cho làn da mềm mịn, sáng hồng Da được cấu tạo do ba tầng : tầng biểu bì, tầng... xương, nối bộ phận xương mềm với mô liên kết và có nhiều trong tầng chân bì của da, cũng nghĩa sự kết nối của mỗi tế bào đều phải cần đến collagen Căn cứ vào các công dụng khác nhau, có thể chia collagen thành 13 loại, có tác dụng cấu thành nên giá đỡ của cơ thể, bảo đảm hoạt động cơ thể, duy trì tính đàn hồi cho da và bắp thịt Khi con người ngoài 20 tuổi, collagen cũng theo sự lớn dần cùng tuổi tác... cách, trúng độc alcon và sử dụng các loại thu c steriod để trị liệu… rất nhiều nhân tố cản trở quá trình chuyển hoá xương bình thường Căn cứ vào các nguyên nhân khác nhau, phân chia thành bệnh loãng xương nguyên phát và bệnh loãng xương kế phát Bệnh loãng xương nguyên phát xuất hiện do sự tăng dần tuổi tác dẫn đến lượng xương giảm dần, có thể phân thành 2 loại hình là đơn thu n và gia tốc; bệnh loãng . chế phẩm có chứa collagen vào. 12 Mức Độ hấp thu collagen từ các sản phẩm trich ly khác nhau II. QUÁ TRÌNH THU NHẬN COLLAGEN Trong công nghệ sản xuât Collagen thường được thu nhận từ da động. hay collagen giúp cơ thể tổng hợpcollagen để sử dụng, đặc biệt collagen thu nhận từ da cá có phân tử nhẹ nên được hấp thụ tốt hơ Kẹo collagen bổ dưỡng làm đẹp • Ngoài ra có thể bổ sung bằng con. TÌM HIỂU VÀ THU NHẬN COLLAGEN I. TỔNG QUAN VỀ COLLAGEN 1. Collagen là gì? Collagen là loại protein tự nhiên chủ yếu của cơ thể người, chiếm