CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ COLLAGEN
1.1 Giới thiệu sơ lược về Collagen
Collagen là loại protein cấu trúc chính yếu, chiếm khoảng 30% tổng lượng protein
trong cơ thể ở các động vật có xương sống. Collagen có nhiều trong gân, da, xương, hệ
thống mạch máu của động vật và có mặt trong các lớp màng liên kết bao quanh các cơ.
Khoảng 10% protein trong cơ ở động vật có vú là collagen; các protein ngoại bào (hơn
90% trong gân, xương và khoảng 50% trong da) có chứa collagen [1]. Nó có tác dụng
giống như một chất keo liên kết các tế bào lại với nhau để hình thành các mô và cơ quan
nền tảng trong cơ thể.
Collagen cung cấp cho các mô liên kết những đặc tính nổi trội nhờ vào sự hiện diện
rộng khắp và sự sắp xếp mang tính cấu trúc của nó. Nó phân bố khắp nơi trong cơ thể, từ
chỗ gân nối bắp chân với gót chân cho tới giác mạc [1]. Trong gân và dây chằng,
collagen có tác dụng truyền lực từ cơ sang xương và tích trữ năng lượng đàn hồi. Sự di
chuyển nhịp nhàng, uyển chuyển sẽ không thể thực hiện được nếu thiếu những tính chất
này. Collagen còn là chất nền hữu cơ có trong xương và men răng giúp chúng chống lại
sự rạn nứt. Nó là thành phần chính trong da, mạch máu, các cơ. Collagen không chỉ có
chức năng cơ học, chẳng hạn như ở giác mạc, trật tự cấu trúc của các sợi collagen tạo
nên sự trong suốt [2].
Collagen được xem như một vật liệu mang tính xây dựng. Sự linh hoạt của nó là
nhờ vào cấu trúc cấp bậc phức tạp, tạo nên sự đa dạng trong tính chất nhằm phục vụ
những chức năng nhất định.
1.2 Cấu trúc của collagen
1.2.1 Cấu trúc phân tử của collagen [1]
Phân tử collagen (hay còn gọi là tropocollagen) là một protein hình trụ, dài khoảng
300 nm, đường kính khoảng 1,5 nm.
Luận văn tốt nghiệp Trang 1
Hình 1.1 Cấu trúc của phân tử collagen (triple helix)
Nó bao gồm 3 chuỗi polypeptide (gọi là chuỗi α) cuộn lại với nhau. Mỗi chuỗi α
cuộn thành đường xoắn ốc theo hướng từ phải sang trái với 3 gốc trên một vòng xoắn.
Ba chuỗi này xoắn lại với nhau theo hướng từ trái sang phải tạo thành đường bộ ba xoắn
ốc (triple helix).

Gly – I – I
0,44
0,2
0,27
0,09
Trong đó, I là imino acid (proline và hydroxyproline), X là các amino acid khác.
Glycine chiếm gần 1/3 trong tổng số các amino acid và nó được phân bố một cách đều
đặn tại vị trí mỗi 1/3 xuyên suốt trong phân tử collagen. Do glycine có các nhánh phụ
nhỏ nhất nên sự lặp lại của nó cho phép các chuỗi polypeptide kết hợp chặt chẽ với nhau
hình thành nên một đường xoắn ốc với khoảng trống nhỏ ở phần lõi.
Ngoài ra, trong phân tử collagen có những vùng gồm khoảng 9 ÷ 26 amino acid tại
các điểm đầu mút amino hay carboxyl của chuỗi. Các vùng này không sáp nhập với cấu
trúc xoắn ốc và được gọi là telopeptide.
Luận văn tốt nghiệp Trang 3
Hình 1.3 Cấu trúc của procollagen và sự chuyển từ procollagen sang tropocollagen
1.2.2 Cấu trúc sợi của collagen [3]
Phần lớn collagen trong mạng lưới ngoại bào được tìm thấy ở dạng sợi, bao gồm
những sợi mảnh, nhỏ. Thông qua quá trình tạo sợi, các phân tử collagen tổ hợp với nhau
hình thành nên các vi sợi (microfibril) bao gồm từ 4 ÷ 8 phân tử collagen hoặc với số
lượng nhiều hơn sẽ tạo thành các sợi (fibril). Những sợi này có đường kính từ 10 ÷ 500
nm tùy thuộc vào loại mô và giai đoạn phát triển. Các sợi collagen sẽ thiết lập nên các
sợi lớn hơn (fiber) và cao hơn nữa là các bó sợi (fiber bundle).
Hình 1.4 Cấu trúc sợi của collagen
Luận văn tốt nghiệp Trang 4
Hình 1.3 Cấu trúc của procollagen và sự chuyển từ procollagen sang tropocollagen
Chuỗi
polypeptide
Phân tử
collagen
Vi sợi

có ý nghĩa quan trọng trong việc hiểu được cách thức mà collagen tác động lên mạng
lưới tế bào; sự xây dựng, phát triển, phục hồi, thay đổi của mô trong quá trình phát triển.

Hình 1.7 Hình ảnh của bó sợi (a) và sợi (b) collagen
Sợi collagen là các tổ hợp có cấu trúc bán kết tinh của các phân tử collagen. Các vi
sợi kết hợp tạo nên sợi lớn hơn. Các sợi collagen được sắp xếp với những cách thức kết
hợp và mức độ tập trung khác nhau trong các mô khác nhau để cung cấp các đặc tính
khác nhau của mô.
1.3 Phân loại collagen
Tính đến thời điểm hiện tại, có 42 loại chuỗi polypeptide được nhận dạng. Chúng
được mã hóa bởi 41 loại gene khác nhau, tạo thành 27 loại collagen. Họ collagen được
phân loại thành những phân họ khác nhau dựa vào sự tổ hợp của các siêu phân tử [4]. Sự
phân bố trong các mô của những loại protein khác nhau thể hiện tính đa dạng và phạm vi
Luận văn tốt nghiệp Trang 7
a
b
đáng chú ý, từ những loại collagen riêng biệt như collagen II, X có trong sụn đến những
loại collagen dạng sợi phân bố rộng khắp như collagen I và V. Những loại collagen khác
nhau thực hiện những chức năng chuyên dụng trong các mô và có phương thức sắp xếp
riêng biệt của các siêu phân tử. Một số loại được cấu tạo từ một tam phân (homotrimer),
trong khi đó những loại khác được cấu tạo từ nhiều tam phân. Loại collagen phong phú
nhất là những collagen dạng sợi hình thành những nền tảng cấu trúc của da, gân, xương,
sụn và những loại mô khác.
Hình 1.8 Một vài dạng sinh học của collagen
Luận văn tốt nghiệp Trang 8
Hiện tại, có ít nhất khoảng 13 loại collagen đã được trích chiết. Chúng khác nhau về
chiều dài của chuỗi xoắn ốc cũng như bản chất và kích cỡ của những phần không xoắn
ốc [1].
Bảng 1.2 Kết cấu chuỗi và sự phân bố của các loại collagen trong cơ thể người [1]
Loại collagen Kết cấu chuỗi Phân bố

Da, cơ tim
VII
(α1(VII))
3
Da, phổi, sụn, giác mạc, nhau
VIII Chưa biết Tạo ra từ tế bào màng trong
IX
α1(IX) α2(IX) α3(IX)
Sụn
X
(α1(X))
3
Sụn
XI
α1(XI) α2(XI) α3(XI)
Sụn, đĩa đệm cột sống, dịch thủy tinh
XII
(α1(XII))
3
Gân, dây chằng
XIII Chưa biết Da, xương
Hơn 90% collagen trong cơ thể là các collagen loại I, II, III và IV. Những bệnh tật
liên quan đến collagen là do sự khuyết tật về gene ảnh hưởng đến sự sinh tổng hợp, sự
sắp xếp cũng như các quá trình khác trong sự sản sinh collagen một cách bình thường.
1.4 Ứng dụng của collagen
1.4.1 Ứng dụng trong công nghiệp
Nếu collagen bị thủy phân thì các chuỗi polypeptide sẽ tách nhau một phần hoặc
hoàn toàn, hình thành nên Gelatin. Gelatin được ứng dụng trong thực phẩm, dược phẩm,
mỹ phẩm và nền công nghiệp phim ảnh. Các nhà sản xuất các chất bổ sung dựa trên nền
Luận văn tốt nghiệp Trang 9

hông. Như vậy, để xương cứng cáp hơn, ngoài calcium cần bổ sung một lượng lớn
collagen.
Collagen là một polymer tự nhiên, nó
được dùng trong phẫu thuật tạo hình như
bơm môi, căng da mặt,…
Mặc dù không thể hấp thụ qua da nhưng
hiện nay collagen đang được dùng làm thành
phần chính trong các sản phẩm mỹ phẩm.
Hình 1.10 Collagen dùng trong phẫu
thuật thẩm mỹ

Hình 1.11 Collagen áp dụng trong việc điều trị vết bỏng
Luận văn tốt nghiệp Trang 11
10 ngày sau khi sử dụng collagen
Vết bỏng mới, trước khi sử
dụng collagen
3 ngày sau khi sử dụng
collagen
1.4.2.1 Collagen dạng sợi
Collagen ở dạng sợi được dùng trong việc làm lành các vết thương, vết rạch trong
phẫu thuật. Sợi collagen có thể được xử lý để tạo cấu trúc sợi thẳng, dài dùng làm những
sản phẩm y học cho gân và dây chằng. Những ống collagen (collagen tube) được sử
dụng thay thế cho các cấu trúc như thực quản, dây thần kinh ngoại biên, niệu quản. Nó
cũng được sử dụng trong việc nuôi cấy tế bào.
1.4.2.2 Màng mỏng collagen
Collagen dạng màng và lớp mỏng được sử dụng để giữ cố định các vật chất sinh
học chẳng hạn như nhân tố XI 11 trong máu, dùng trong sự tái tạo các mô, nối kết lại
võng mạc, làm màng thẩm tích máu, làm vật thay thế lớp màng cứng của não. Nó còn
được dùng cho việc tái tạo dây thần kinh, khôi phục màng nhĩ, sụn và xương, kiểm soát
sự chảy máu cục bộ, khôi phục tổn thương của gan, là lớp màng chắn bảo vệ não, có tác

hợp collagen được xem là hữu hiệu.
Khi cơ thể bước qua tuổi 30, tốc độ tổng hợp collagen bị chậm lại, tốc độ phân hủy
gia tăng. Trung bình mỗi năm, cấu trúc collagen bị mất đi khoảng 1,5% về khối lượng;
vì thế càng lớn tuổi, làn da càng bị lão hóa nhanh. Trước độ tuổi 45, 1/3 trong số tổng
lượng collagen của cơ thể có thể bị mất đi. Các nếp nhăn, nếp gấp xuất hiện ngày càng
Luận văn tốt nghiệp Trang 13
nhiều trên trán, quanh miệng và khóe mắt. Collagen mất đi cũng ảnh hưởng đáng kể đến
sự định hình các đường nét trên khuôn mặt, làn da bị chùng nhão, bị chảy, điều này đặc
biệt thấy rõ khi phụ nữ bước qua tuổi 40. Ngoài ra, có rất nhiều nhân tố góp phần vào sự
suy giảm của collagen. Các chất ô nhiễm có chứa độc tố toxin sẽ kích thích quá trình oxy
hóa, tạo ra các gốc tự do. Các gốc tự do này phá hủy tế bào bằng cách lấy đi một
electron của mỗi tế bào. Chúng còn là nguyên nhân gây ra các bệnh nghiêm trọng như
ung thư. Hút thuốc, chế độ dinh dưỡng không cân bằng, thiếu các nguyên tố vi lượng,
các loại thực phẩm đóng gói chứa nhiều chất hóa học có hại và không tập thể dục thường
xuyên là một số nguyên nhân đẩy mạnh sự mất mát collagen.
Hình 1.12 Sự lão hóa da
Sự lão hóa tế bào được trì hoãn nhờ collagen và hyaluronic acid. Các chất này làm
phẳng và lắp đầy các nếp nhăn của biểu bì, xúc tiến quá trình tái tạo tế bào da. Những
nếp nhăn ở cổ và quanh vùng mắt sẽ giảm xuống nhờ vào sự cải thiện của biểu bì.
Có 2 lý do để chính để các bác sĩ và chuyên gia thẩm mỹ sử dụng collagen trong
phương pháp chống lão hóa da hiện đại.
 Collagen có hiệu quả cao trong quá trình hồi phục và tái tạo da
− Điều trị collagen phục hồi: thường được sử dụng trong trường hợp da bị
tổn thương hay trong giai đoạn tái tạo sau khi điều trị nám, mụn trứng cá, sẹo, rạn da và
tiêu da thừa sau khi giảm béo. Sản phẩm Phials of Collagen and Elastin với các thành
phần chính là collagen, elastin và vitamin F, trong đó collagen được chiết xuất từ da heo
Luận văn tốt nghiệp Trang 14
giúp kích thích tế bào và sửa chữa các khiếm khuyết của mô nhờ đó phục hồi khả năng
đàn hồi của da. Ngoài ra, sản phẩm còn có thể điều trị các vết rạn do tăng cân hay mang
thai.

tạo mô tại những vùng da bị sẹo và
mụn. Một trong những chức năng
của collagen là tạo ra một mạng
lưới giữ cho tế bào da được nguyên
vẹn và giúp chúng di
Hình 1.14 Tác dụng trị sẹo mụn của collagen
chuyển ra bề mặt của da. Khi các tế bào mới này di chuyển ra bên ngoài, chúng sẽ điền
đầy các lỗ sâu của mô da, làm giảm sự xuất hiện của sẹo. Collagen cũng giúp củng cố
tính nguyên vẹn của tế bào da bằng cách kết hợp với các mô liên kết trong da để cải
thiện cấu trúc và tính đàn hồi.
1.5 Các nguồn cung cấp collagen
Chúng ta có thể bổ sung, làm tăng lượng collagen cho cơ thể bằng cách tiêm
collagen hoặc uống các loại thuốc có bổ sung collagen. Tuy nhiên, cách tốt nhất để gia
tăng lượng collagen cho da là lấy collagen từ các nguồn thiên nhiên như những phần
trích từ động và thực vật.
Luận văn tốt nghiệp Trang 16
(a) Trước khi điều trị (b) Sau khi điều trị
Bạn có thể tìm được collagen trong những loại thực phẩm nào? Dưới đây là một số
nguồn mà bạn có thể tìm thấy collagen để duy trì và bổ sung cho cơ thể
− Trái cây thuộc họ cam quít: các loại trái cây và rau củ có chứa vitamin C chính là
các nguồn tự nhiên sản xuất ra collagen. Bạn nên thêm vào chế độ ăn hàng ngày các loại
trái cây như cam, chanh và dâu. Bông cải xanh cũng là một trong những nguồn đáng tin
cậy tham gia vào việc tổng hợp collagen cho da.
− Nguồn collagen từ những sinh vật biển: collagen từ các loài cá mập là một nguồn
cung cấp collagen cho nhu cầu của bạn. Với những người Trung Hoa thích ăn vi cá thì
đây là một cách hiệu quả để bổ sung collagen.
− Bên cạnh đó, da và xương của các loài gia súc như lợn là những nguồn chính
cung cấp collagen và gelatin dùng trong thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm và công
nghiệp thuộc da. Hiện nay, những phần thừa từ cá như xương, vảy và da là những nguồn
thay thế cung cấp collagen.

1.7.2 Collagen update (nước uống bổ dưỡng)
Công dụng:
Giúp cơ thể khỏe mạnh, tinh thần minh mẫn, bổ
sung dinh dưỡng, duy trì các chức năng và độ
dẻo dai của khớp, giúp ngăn ngừa mụn và tái sinh
làn da mịn màng.
Xuất xứ: Shiseido, Nhật Bản
Hình 1.18 Collagen Update
1.7.3 Ediva collagen, hộp 30 gói
×
2,2g (bột)
Công dụng:
Ediva collagen bổ sung collagen, giúp làm
chậm quá trình lão hóa của da, cải thiện và làm mờ
nếp nhăn trên da đặc biệt là vùng quanh mắt, ngăn
chặn sự hình thành nếp nhăn trên da, tăng tính đàn
hồi giúp da săn chắc, duy trì sự trẻ trung, rạng rỡ
cho làn da. Ediva collagen giúp da duy trì độ ẩm
và chống lại các tác nhân gây ô nhiễm của môi
Luận văn tốt nghiệp Trang 19
trường như tia UV, khói, bụi,… Ediva collagen cải thiện sự linh hoạt của khớp, cải thiện
sự Hình 1.19 Ediva collagen
dung nạp calcium, giúp xương cứng cáp, gân và sụn khỏe mạnh, dẻo dai.
Xuất xứ: CTCP Dược Hậu Giang, Cần Thơ, Việt Nam.
1.7.4 Viospring collagen active essence
Công dụng:
Viospring được làm từ collagen nguyên chất từ cá sẽ
mang đến cho bạn một làn da đẹp, tươi trẻ. Những
phân tử collagen nhỏ trích ly từ vảy cá bằng công
nghệ cao cùng những chiết xuất từ cây cỏ và hương

Loại béo
Trích ly
Trích ly
Kết tủa
Kết tủa
Ly tâm
Ly tâm
Kết tủa lại
Kết tủa lại
Ly tâm
Ly tâm
Collagen
thành phẩm
Collagen
thành phẩm
Na
2
SO
4
H
2
O
H
2
O:da = 6:1 (w/w)
30 phút 1 lần
20 phút 2 lần
30
0
C

CH
3
COONa 0,5M
Dung dịch đệm citrate 0,15M
Na
2
HPO
4
0,02M
Lọc
Lọc
Thẩm tích
Thẩm tích
Kết tinh lại
Kết tinh lại
Rửa
Rửa
Collage
n
Collage
n
`
Hình 2.2 Quy trình trích ly collagen từ gân chân gà
2.3 Quy trình trích ly collagen từ da mực [8]
Luận văn tốt nghiệp Trang 23
Rửa sạch
Rửa sạch
Làm khô lạnh
Làm khô lạnh
Loại noncollagenous

2.5 Tình hình sản xuất collagen hiện nay
Luận văn tốt nghiệp Trang 25
Nguyên liệu
không tan
Collagen hòa tan
Cắt nhỏ
Cắt nhỏ
Dùng máy nghiền
φ = 3 mm
CH
3
COOH, 0,1 ÷ 0,5M
Tỉ lệ 1:6 ÷ 1:40
Khuấy
Khuấy
2h
0
0
C
Đồng nhất hóa

Đồng nhất hóa

4 phút
0
0
C
6.000 vòng/phút
Khuấy
Khuấy