コラーゲンについて

コラーゲン 栄養

コラーゲンについて

こんにちは!

福岡の出張パーソナルトレーナー柴山です。

今回はコラーゲンについて書いていきます。

コラーゲンは、多細胞動物の細胞外基質(細胞外マトリクス)の主成分で、繊維状あるいは膜状の構造体をした不溶性動物性たんぱく質の1種です。
コラーゲンは体内で最も多いたんぱく質で、その総量は人体たんぱく質総量の25%以上を占めます。

生体中のコラーゲンは、細胞外で線維状として存在することを特徴としており、生物の体を作るたんぱく質成分として多彩な働きをしています。
一般にたんぱく質の大部分は生体中で球状を示し、水に溶けた状態で存在していますが、コラーゲンは水に溶けない状態で存在しているため、様々な臓器や体の形を作り、支え、頑丈にすることや、臓器と臓器を結合させて境界を作る働きをしています。

ゼラチンは、高温(哺乳類から抽出されたもので40度前後、魚類から抽出されたものではそれより低い温度)で変性させたコラーゲンです。
コラーゲンのらせん構造は、高温では壊れて三量体が解離し、立体構造が変わったトロポコラーゲンが遊離します。
これは、水に溶けるなど、コラーゲンとは異なった物理的・化学的性質を示し、ゼラチンと呼ばれます。
ゼラチンは、コラーゲン配合と表記されている化粧品や補助食品、あるいはゼリーの原料として用いられています。
主な原料はウシやブタなどの大動物の皮膚、骨などや魚類です。
乾燥する際の形状によって板ゼラチンと粉ゼラチンに分かれます。

特に、皮膚・腱・軟骨・骨・血管壁・歯・歯茎(60%コラーゲン)などには多量に存在しています。

皮膚や腱ではそこに含まれる有機物の70~85%(湿重量比)をコラーゲンが占めています。
強さと柔軟さを兼ね備える皮膚、骨と筋肉を引っ張る力を伝える腱、硬さとしなやかさを持つ骨など、コラーゲンは線維化することで多様な働きを示します。
さらにコラーゲンは細胞の足場となる働きも持っています。
体の細胞は血液中に浮遊している血球などを除くと、細胞と細胞が寄り集まって存在しています。
コラーゲンは、細胞と細胞の隙間を埋めることで足場を作り、細胞の分化、増殖、形態や器官の形成などに深い関わりを持っています。
このためコラーゲンの不足や過剰は体に様々な影響を与えます。
コラーゲンは主に間葉性細胞に属する線維芽細胞、骨芽細胞、軟骨芽細胞、象牙芽細胞、線維随伴細胞などによって合成されます。
また上皮細胞や平滑筋細胞にもコラーゲン合成能があると言われています。線維芽細胞やその他の細胞で合成されるコラーゲンはプロコラーゲン(Procollagen)の状態で細胞外に分泌された後、重合化して線維が形成されます。
プロコラーゲンは、細胞外で酵素(Procollagen peptiase)分解によってN末端ペプチドの一部が切断され、プロトコラーゲンに変わります。
プロトコラーゲンからコラーゲン線維の形成には、酸素・鉄イオン(Fe2+)・アスコルビン酸・α-ケトグルタル酸が必要になります。
コラーゲンは化学的に安定したたんぱく質であり、皮膚や骨、関節などに存在する場合、長期間分解しません。
これはコラーゲンが持つ特有のアミノ酸配列構造、架橋結合、3重らせん構造が酵素分解を受けにくいためと考えられています。
健康なヒト組織中のコラーゲンは皮膚で15年、軟骨で117年の半減期を有すると報告されています(Verzijlら,2000)。
しかし、発育期や創傷治癒時の結合組織ではコラーゲンの生成・分解が盛んに行われ組織が再生されます。

【構造】
3本のポリペブプチド鎖がロープのように巻きついた三重らせん構造をとります。
コラーゲンには、グリシン(glycine,示性式はH2NCH2COOH)が35%で最も多く、プロリン・ヒドロキシプロリン(プロリンが酵素によって修飾されたもの)が21%、アラニンが11%でコラーゲン全体の70%近くを占める偏った構成となっています。

多くの種類のたんぱく質では、グリシンは僅かしか含まれていませんが、ゼラチンやエラスチンといった、動物性たんぱく質のうちコラーゲンと呼ばれるものに多く(全体の3分の1くらい)含まれています。

コラーゲンに特有のアミノ酸としてヒドロキシプロリン・ヒドロキシリシンなどがあり、これらは通常のプロリン・リシンに対して水酸基が1つ付加した構造のアミノ酸で、他のタンパク中にはほとんど含まれません。これらは水素結合によってタンパク鎖同士を結び、3重らせん構造を保つ働きがあります。ヒドロキシプロリンは体内でもプロリンのヒドロキシル化によって合成されますが、この時に必要なのがビタミンCです。ヒドロキシプロリンは体内に存在しても、皮膚のコラーゲンを作る線維芽細胞に直接は取り込まれないが、ヒドロキシプロリンを含むペプチドは細胞の働きを活性化させる様々な生理的活性が知られており、コラーゲンを経口摂取することでヒドロキシプロリンペプチドの血中濃度が長時間上昇すること、ペプチドが損傷した線維芽細胞を刺激し再生を促進することが明らかとなっています。
ただし、体内におけるコラーゲンの合成にはリシンやビタミンCが別途必要です。
ヒドロキシプロリン・ヒドロキシリシンはいずれもタンパク合成の際に組み込まれるのではなく、まずそれぞれプロリン・リシンの形で合成され、タンパク鎖が形成された後で酸化酵素により付加されます。またこの反応の際には、ビタミンCを補酵素として、鉄を補因子として必要とします。
ヒドロキシプロリンは、体内でコラーゲンの螺旋構造を作るためだけに使われる物質です。このアミノ酸は、天然ではコラーゲン以外に含まれておらず、コラーゲンを食べることでしか吸収できません。この1本のペプチド鎖はα鎖と呼ばれ、分子量は10万程度です。

キャプチャ1


I型コラーゲンの場合、その長さはおよそ30.0nm、太さは1.5nmほどであるトロポコラーゲンが、少しずつずれて多く集まり、より太く長い繊維を作る場合があり、これはコラーゲン細繊維(Collagen fibril)と呼ばれます。例えば、骨や軟骨の中のコラーゲンは、このコラーゲン細繊維をつくっており、骨基質、軟骨基質にびっしりと詰まっています。コラーゲン細繊維の太さは通常、数十~百数十nm程度です。この太さは、そのコラーゲン細繊維を作っているコラ-ゲンの各型の割合などによって決まることがわかっています。
コラーゲン細繊維は、更に多くが寄り集まって、結合組織内で強大な繊維を形成する場合があります。これがコラーゲン繊維(線維)です。コラーゲン繊維の太さは数μm~数十μm程度で、皮膚の真皮や腱などには、びっしりと詰まっています。

【消化吸収】
これまでたんぱく質は全て体内で、バラバラのアミノ酸に分解されると考えられていました。
しかしコラーゲンは、他のたんぱく質とは異なり、かなりの割合でペプチドで吸収され血液中に長時間存在していることがわかったのです。
さらに、「プロリン-ヒドロキシプロリン(P-O)」「ヒドロキシプロリン-グリシン(O-G)」という2つのペプチドが、特に多く吸収されることが明らかになりました。
「O(ヒドロキシプロリン)」はコラーゲン特有のアミノ酸で、全てのペプチドに含まれています。Oを含むペプチドは特殊なつながり方をするため「たんぱく質分解酵素が作用しにくく、ペプチドのまま吸収される」というわけです。

コラーゲンペプチドの中でも「P-O」に目印をつけてラットに食べさせ、体のどこにそのペプチドが運ばれるのかを確かめる研究では、「骨・関節・皮膚に運ばれている」ことが確認されています。それも細胞レベルまで届けられることが明らかになったのです。
人間においても同様に、血中に溶け込んだペプチドは、血流にのって「カラダの各部位の細胞まで運ばれていく」のではないかと推察されます。
こうして体中の細胞に運ばれたコラーゲンペプチドは、以前は「体のコラーゲン組織をつくる材料になる」と考えられていました。
しかし今は、「コラーゲンペプチドが何らかの“シグナル(命令)”を細胞に送り、その細胞を活性化させる」という考え方が主流になっています。
シグナルの実体や具体的なメカニズムはまだ明らかになっていませんが、線維芽細胞や軟骨細胞がコラーゲンを活発につくり出すための環境を整えたり、組織に弾力を与えるヒアルロン酸の生長を促したり、細胞の分裂を促したりするための命令を発信しているのではないかと考えられています。
そしてこの命令は、細胞の最も外側にある細胞膜に、その窓口があるのではないかと予想されます。図のように、ペプチドを細胞内に入れる通路(トランスポーター)や、ペプチドを細胞内の物質と反応させるための受け皿(レセプター)といったものによって細胞核へと伝わり、命令は受け取られると考えられます。



【種類と分布】
2004年までに、ヒトのコラーゲンたんぱく質は30種類以上あることが報告されています。それぞれのコラーゲンは、I型、II型のようにローマ数字を使って現在28の型に分類されています。
真皮、靱帯、腱、骨などではI型コラーゲンが、関節軟骨ではII型コラーゲンが主成分で、全ての上皮組織の裏打ち構造である基底膜にはIV型コラーゲンが主に含まれています。体内で最も豊富に存在しているのはI型コラーゲンです。

キャプチャ3

【生理作用】
コラーゲンは、様々な結合組織に力学的な強度や弾力性を与えたりするのに役立っています。

1. 弾力性
腱の主成分は、隙間なく配列したコラーゲン繊維で非常に強い力に耐えます。腱には、筋肉が発生した張力を骨などに伝え、運動を起こす際に非常に強い力がかかります。
骨や軟骨の内部では、びっしりと詰め込まれたコラーゲン細繊維が、弾力性を増すのに役立っており、衝撃で骨折などが起こることから守っています。

2. 美肌効果
真皮の約70%がコラーゲンで構成されています。皮膚の弾力性や強度に役立っています。肌への効果を期待するには、「ヒト試験で論文報告されている1日5~10gを目安にとるといい」(皮膚科医で藤田保健衛生大学医学部の赤松浩彦教授)とされています。真皮でコラーゲンの構造を支える働きをするエラスチンを、コラーゲンと一緒にとると美肌効果がアップします。
真皮は、コラーゲンやエラスチンといった弾力のある線維が網の目のように張り巡らされ、その中にヒアルロン酸が入っています。これらの線維と、新たに分泌されたヒアルロン酸との複合で表皮に「ハリ感」がでるのです。

画像5


最近の研究では、「コラーゲンペプチドを1日5g、4週間以上続けると、肌の水分量の増加と肌の弾力やキメが向上」することが明らかになりました。コラーゲンペプチドによりうるおいとハリのある肌状態が得られることがわかりました。
コラーゲンペプチドは血流にのって真皮の線維芽細胞まで届けられ、P-O、O-Gが「弾力を保つための組織を作れ」という命令を出しています。これにより、真皮のコラーゲンやエラスチンといった弾力のある線維が豊富につくられ、ふっくらとした肌が作られると考えられています。
また、「P-Oによる命令がヒアルロン酸の合成も促している」可能性があることもわかってきました。この新たに合成されたヒアルロン酸によって「ぷるぷる感」が生み出されるというわけです。
さらに、紫外線のダメージを受けてできた「隠れシミ」も、コラーゲンペプチドを摂取することで改善が見られた、という研究結果もあります。
このことからも、コラーゲンペプチドは細胞レベルで肌に働きかけ、肌の損傷を修復するということがわかります。

3. 髪への効果
最近の研究で、コラーゲンペプチドを1日5g、8週間続けることで、髪の毛の太さが増すことがわかりました。
詳しいメカニズムは明らかになっていませんが、毛髪をつくるもとになる毛母細胞や髪を成長させる毛乳頭細胞、爪をつくるもとになる爪母細胞にコラーゲンペプチドが働きかけ、代謝を促進しているのではないかと考えられています。
「髪にコシが出る」と実感の声をよく聞きますが、それは毛髪の太さが増すことによるものと考えられます。
この研究に参加した人に髪の状態についてアンケートを行ったところ、「まとまり」「ツヤ」「なめらかさ」「しっとり感」「指どおり」すべての項目で改善実感が得られたという結果が出ました。

4. 爪への効果
こちらは1950年代に、コラーゲンペプチドの源であるゼラチンを摂取することにより、もろい爪の改善報告があるほか、国内でもコラーゲンペプチドの摂取により爪の状態が良くなったという研究報告があります。

5. 骨の代謝
骨の70%程度はカルシウムやリンなどの無機質で、皮質骨や海綿骨に詰まっています。
コラーゲンは主に皮質骨や海綿骨にあり、20%程度を占め弾力性のある組織を張り巡らせています。
その構造はよく鉄筋コンクリートの建物に例えられます。鉄筋はコラーゲン、コンクリートはカルシウムやリンといった無機質、というわけです。
また、コラーゲンは骨組みとなるだけでなく、弾力性のある組織を作ることで、骨のしなやかさのもとになっています。

キャプチャ5

骨粗鬆症の原因といえば「骨密度」ですが、近年、「骨質」も大きく関わっていることが明らかになってきました。骨質の決め手となるのがコラーゲンで、鉄筋が古くなれば強度が低下するのと同様に、骨のコラーゲンは加齢とともに劣化し、骨折を起こしやすくなってしまいます。
骨の代謝には「破骨細胞」と「骨芽細胞」という2種類の細胞が関わっています。古くなった骨を破骨細胞が壊し、そこに土台となるコラーゲンなどのたんぱく質を作り出し、その結果新しい骨を作るのが骨芽細胞です。

キャプチャ6


しかし、加齢とともに骨に悪い架橋ができてしまい、なかなか壊すことがないために、代謝がスムーズにいかなくなってしまいます。するとコラーゲンの持ち味であるしなやかさが失われ、「骨質」が悪化し、骨の強度が損なわれてしまいます。こうなる前に、悪い架橋を減らし、コラーゲンの劣化を防ぐことが大切です。

マウスの実験により、コラーゲンペプチドを3週間にわたって与えると骨密度の低下が抑えられることがわかりました。このことから、「コラーゲンペプチドは、骨の代謝を促進して、骨密度の維持・向上に役立つ」と考えられます。
最近の実験では、骨密度の低下も抑えられたという結果の報告もあり、骨密度だけでなく「骨質の改善にも強く関係」していると考えられます。

近年の実験から、古くなった骨を壊す「破骨細胞」に対してP-Oが「作業を進めて」という「促進役」となり、作業が十分進んだ段階で今度はO-Gが「作業を止めて」という「抑制役」となることがわかりました。
また、新しい骨を作る「骨芽細胞」に対してP-Oがその活動を促進することもわかっています。この一連の流れにより、骨の代謝がスムーズになり、骨の状態が良くなるというわけです。

6. 関節の構造
関節は、骨と骨の間を関節包という組織が包み込んでいる、という構造になっています。ジョイント部分である骨と骨の表面は、水分を十分に含んだ軟骨で覆われており、この部分がクッションの役割を果たしています。
関節痛は、この軟骨のクッション生理作用が低下することで生じます。加齢によって軟骨がすり減り、その土台となる骨も変形してしまうことで、痛みを感じてしまうのです。

マウスの実験により、3週間にわたり高リン食(骨密度を低下させる)と高リン食+コラーゲンペプチドを与え比較すると、骨密度を低下させる餌を与えた群よりも軟骨の層が厚く、軟骨の細胞数も多いという結果が出ました。
また、軟骨の土台となる骨も不均一になる程度が少なく、構造が維持された、ということも明らかになりました。このことから、コラーゲンペプチドには、関節軟骨の変性を遅らせることで、関節軟骨の老化を予防できることがわかりました。

また、変形性膝関節症の罹患者にコラーゲンペプチドを1日10g、91日間摂取してもらった結果、膝関節の総合評価指標、痛みの軽減指標ともに改善したという研究もあります。しかも指標だけでなく、膝関節の改善が画像で認められた症例があり、さらなる研究が待たれています。
コラーゲンペプチドを摂取することで、「P-O」がヒアルロン酸やコンドロイチンを作る細胞に働きかけて合成を促進し、プロテオグリカンを増やして、軟骨細胞の変性(石灰化や肥大化)の進行や炎症の原因物質の発生、Ⅱ型コラーゲン分解を制御します。こうして、軟骨摩耗を抑え、軟骨下骨の変形も防ぐことが実験で示されていることから、関節のなめらかな動きが可能になると考えられています。


7. 筋肉量の維持
筋肉は、30歳をすぎると年率0.3%~0.8%で減少するといわれ、加齢とともに筋肉量は減少していきます。最近の研究ではコラーゲンペプチドを摂取することで、筋重量の減少を抑え、維持する効果があることがわかりました。

運動をしない方を対象とした試験では、コラーゲンペプチド1日5gを連続10週間摂取したところ、筋肉率が摂取前に比べ摂取10週間で0.5%増加しましたが、摂取中止8週間後には、筋肉率は摂取前に戻りました。これらから、コラーゲンペプチドの連続摂取が筋肉維持に重要であると考えられました。
筋芽細胞(筋肉になる前の未成熟な細胞)に、O-Gを加えたところ、筋芽細胞のひとつひとつが太くなっていることを確認しました。また、筋芽細胞の分化を促進し、かつ筋管細胞を肥大させて筋肉の基になるたんぱく質の発現を促進させる働きを確認しました。また、マウスの試験では、筋委縮が抑制され、筋肉密度の維持が確認されました。
これらから、コラーゲンペプチドは筋芽細胞に作用し、筋肥大やタンパク発現を促すことで、筋肉量を維持すると考えられます。

8. 血管の若返り効果
コラーゲンは血管をつくる主成分の1つで、コラーゲンペプチドを摂取することで細胞がコラーゲンを作り出す力が高まり、しなやかな血管を取り戻すことがわかりました。
抗加齢ドックにおける試験で、1日2.5gのコラーゲンペプチド摂取3か月後に脈波伝搬速度(血管の硬さを計るもの)が改善し、血管年齢が5歳若返りました。このことから、動脈硬化改善作用があることが示されました。

9. 情報の伝達
それに接する細胞に対して、増殖、分化シグナルを与える情報伝達の働きも担っていることがわかってきています。


【摂取量】
これまでの研究では、健康や美容目的の場合は5g、積極的な症状の緩和や骨・関節には10gで効果が認められています。
フカヒレでコラーゲン5gを摂取しようとすると、2.5枚必要です。


【含有食品】
効率よくコラーゲンをとるには、調理の後に冷めると身がぷるっと固まる、肉すじや軟骨のほか、赤身の多い硬い肉、皮が厚い魚には比較的コラーゲンが多く含まれています。

・肉類:特に皮・軟骨・骨・筋、鶏皮、鶏軟骨、スジ肉
・魚類:特に皮・骨、サケ、うなぎ、あんこう、ゼラチン、ふかひれ
・ゼリー:ゼラチンで作ったゼリー(増粘多糖類は除く)

揚げ物などの高脂肪食を摂り過ぎると、善玉ホルモンのアディポネクチンが減少して、「コラーゲンやヒアルロン酸の合成を低下させる。さらに、糖分の過剰摂取で血中に高血糖の状態が続くとコラーゲンが糖化という異常たんぱく質に変化してしまう」ことになります。糖化について注意が必要です。コラーゲン中のアルギニンが糖化されると、そこに結合するはずの線維芽細胞が結合できなくなり、張力が保てず肌のハリがなくなります。線維芽細胞も弱ってしまいます。

福岡で出張パーソナルトレーニングを提供している5toolgymです。筋量アップ・ダイエット・パフォーマンスアップ・健康維持・根本改善などご相談ください。ご自宅や薬院、春日原の提携ジムを中心に様々な場所でトレーニングを提供しています。福岡 博多 天神 大名 薬院 桜坂 六本松 春日 春日原 大野城