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膠原蛋白（collagen）又稱膠原[1][2]，是動物細胞外基質和結締組織的主要結構蛋白質成分，由成纖維細胞分泌，而本身又由原膠原蛋白分子組成，多形成纖維狀結構。膠原纖維（collagen fiber）又稱白纖維（white fiber），則是由Ⅰ型膠原蛋白構成，也是疏鬆結締組織中的主要纖維成分，新鮮時呈白色。
膠原蛋白為哺乳類動物體內含量最多的一類蛋白質，占哺乳類總蛋白質量的20%~30%，廣泛存在於從低等脊椎動物的體表面到哺乳動物機體的一切組織中，也是人體的一種非常重要的蛋白質，主要存在於結締組織中，且植物組織中無此蛋白。它有很強的伸張能力，是韌帶的主要成份，膠原蛋白也是細胞外基質的主要組成成分。它使皮膚保持彈性，而膠原蛋白的老化，則使皮膚出現皺紋。膠原蛋白亦是眼睛角膜的主要成份，但以結晶形式組成。膠原蛋白無法被人體直接吸收，口服會被分解為氨基酸。
膠原蛋白的名稱來自希臘語κόλλα（kólla），意思是「膠水」，後綴-γέν，-gen表示「生產」[3][4]。這得來於早期，人們煮沸馬匹和其他動物的皮膚和肌腱里的膠原蛋白以獲得膠水的過程。
構成膠原的氨基酸序列非常有特色。首先，它富含甘氨酸和脯氨酸殘基，前者的含量達到總氨基酸殘基的1/3後者則接近1/4；其次，序列中含有胺基酸的衍生物羥賴氨酸和羥脯氨酸，這兩種氨基酸是在蛋白質一級結構序列形成之後由特定的酶作用於序列中的賴氨酸和脯氨酸形成的；最後，它的序列中只含有很少的酪氨酸殘基，並且不含有色氨酸和半胱氨酸殘基。膠原蛋白一級結構的另一個特點是它的氨基酸的排列。這些氨基酸一般以-甘氨酸-脯氨酸-羥脯氨酸-三聯交替出現的順序排列。只有很少的蛋白質有這樣規則的氨基酸排列[5]。
在空間結構上，膠原蛋白顯示出特殊的三股螺旋纏繞的結構，三條相互獨立的膠原蛋白肽鏈依靠甘氨酸之間形成的氫鍵維繫三股螺旋相互纏繞的結構。膠原蛋白肽鏈的三股螺旋結構不同於普通的α螺旋結構，它的螺距更大，但每一圈螺旋所包含的氨基酸殘基數卻很小，僅為3.3個，因此膠原蛋白的三股螺旋顯得細而長，螺旋中間的空間很小，僅能容納一個氫原子，只有甘氨酸能夠勝任這個位置。另外脯氨酸所特有的肽平面夾角也是形成這種特殊螺旋結構的必須因素。這也是膠原蛋白肽鏈中-甘氨酸-脯氨酸-羥脯氨酸-三聯序列交替出現的原因。膠原蛋白這種特殊的三股螺旋結構保證了它的機械強度。這種三股螺旋被稱為原膠原（procollagen）。
若干個原膠原橫向堆積，序列中所含有的羥賴氨酸和羥脯氨酸側鏈在酶作用下氧化生成醛，相互之間發生羥醛縮合反應形成原膠原之間的共價連結，這種結構被稱為膠原微纖維。許多膠原微纖維橫向堆積，以相同的方式通過共價鍵連結，形成膠原纖維。膠原纖維是膠原蛋白行使生理作用的基本形態，在生物體內膠原纖維交織成富有機械強度和彈性的網狀結構成為結締組織最基本的組成成分。
至今約有28型不同的膠原蛋白被發現，但仍均有三股螺旋纏繞的結構。在人體超過90%的膠原蛋白是I型膠原蛋白，軟骨的主要膠原成分則為II型膠原蛋白。
對口服的膠原蛋白產品，在消化過程中也和其他蛋白質一樣：由於人體很難直接吸收蛋白質或多肽，口服蛋白質、多肽後，幾乎都會在消化道消化成氨基酸後才被人體吸收，據組織需求再重新合成的蛋白質，與原本口服的膠原蛋白無關。[6][7]
對外用的膠原蛋白產品，在塗抹於皮膚後也與其他蛋白質一樣：分子過大而無法滲透至真皮層，僅有覆蓋保濕的作用。
實際上，口服或外用膠原蛋白，目前都沒有證據顯示額外補充膠原蛋白對延緩衰老和除皺有特殊功效。
研究指出口服膠原蛋白可以提昇皮膚彈性、濕度，以及皮膚膠原蛋白密度。[8]
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