우리는 젊고 아름답고 윤기있는 피부와 관련하여 콜라겐(collagen)에 대해 관심이 지대하다. 피부 표면을 매끈하고 부드럽게 유지하려면 영양분이 충분히 공급돼야 하며 특히 보호기능을 하는 지방 조직과 수분을 잡아 주고 완충 작용을 해주는 수분층인 콜라겐의 역할이 중요하다.
콜라겐은 결합조직 세포인 피브로블라스트(fibroblast)에서 형성되며 글라이코스아미노글라이칸(glycosaminoglycan)이라는 물탱크를 기본적인 물질로 이용한다. 수분이 부족하면 콜라겐 섬유가 깨지면서 피부에 주름이 형성되기 시작한다.
콜라겐과 관련하여 단백질의 역할을 살펴보는 것도 의미가 있을 것이다. 생물의 체형이나 골격을 형성하는 것도 단백질의 주요한 기능의 하나이며 이런 기능을 지닌 것을 구조 단백질이라 칭한다.
콜라겐은 동물의 대표적인 구조 단백질이다. 이것은 뼈, 치아, 연골, 피부, 힘줄, 혈관벽 등의 기관에 대량으로 존재한다. 즉, 몸 전체와 장기를 지탱·보강·결합하고 경계면을 만들고 있다. 이것은 피부의 미에 한정되는 것이 아니고 인체 전반에 걸쳐 중요하다.
이 콜라겐은 몸 속에서 녹은 상태로 있지 않고 섬유 상태로 존재한다. 뼈나 이빨 등은 얼핏보면 돌맹이와 같은 무기물로만 존재할 것 같지만 그 성분의 20~ 25%가 콜라겐이며 이의 섬유상에 인산, 칼슘 등 무기질이 침착·결합되어 있다.
여기서 콜라겐의 입체 구조를 관찰해 보면 흥미로울 것이다. 콜라겐은 길이 300nm, 굵기 15nm 정도의 막대모양을 하고 있다. 이것은 세 가닥의 폴리펩티드(polypeptide) 사슬로 구성되어 있으며 개개의 사슬이 왼쪽으로 감겨져 있는 좌선성 나선형이다.
콜라겐의 기본적 구조단위는 트로포콜라겐(tropocollagen)으로 분자량이 약 10만인 세 개의 폴리펩티드 사슬로 이루어지는 3중 나선구조(triple helix)를 갖고 있다. 구성 아미노산으로서 글라이신(glycine), 프롤린(proline) 등을 많이 함유하고 있다.
관절을 지탱하고 있는 인대 등과 같은 신축성 기관에는 콜라겐과 더불어 엘라스틴(elastin)이라는 단백질이 존재한다. 엘라스틴은 고무처럼 신축성을 지니고 있다.
케라틴(keratin)이라 불리는 단백질은 손톱, 발톱, 머리카락, 표피 등의 주성분으로서 구조 단백질의 일종이다. 누에의 작품인 명주의 주성분인 단백질 피브로인(fibroin)도 이에 속한다.
요즘은 콜라겐이 화장품에 이용됨으로써 그것에 더 많이 친숙해졌을 것이다. 물론 이것은 옛날부터 이용되어 왔다. 동물의 가죽을 다양하게 이용해 왔고 콜라겐을 가열하여 녹인 젤라틴은 아교, 식품, 사진필름 등에도 의미있게 사용되어 왔다.
오늘날에는 이것은 인체조직과 잘 어울리는 재료로서 인공혈관, 인공피부 등의 제조에 다양한 연구가 진행되고 있다. 이 뿐만 아니라 금속과 플라스틱도 잃어버린 조직이나 기관을 대용하기 위하여 응용·연구되고 있다.
귀금속은 고대부터 정형외과에서 이용되었다. 인체의 예비품으로 탄탈룸(tantalum, Ta)이 대단한 위력을 발휘한다. 이 탄탈룸을 이용하면 주위의 조직에 염증을 일으키지 않고 수술 후의 회복 속도가 빠르다.
탄탈룸으로 두개골의 구멍을 막을 수 있고, 그 가는 철사로 근육조직, 다리의 일부, 때로는 신경 기능을 대용시킬 수 있다. 앞으로는 훨씬 더 다양한 인공기관을 제작할 수 있을 것이다.
