角蛋白

角蛋白性质、用途与生产工艺

概述

由动物上皮细胞所产生的纤维蛋白。构成毛发、羽、角、甲、蹄、丝等的主要成分，对动物有保护作用。可分为两类：一类是α-角蛋白，如毛发、角、甲、蹄等的蛋白，分子中胱氨酸含量丰富；另一类是β-角蛋白，如蚕丝丝心蛋白，分子中不含胱氨酸和半胱氨酸，但甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸含量很高。化学性质极稳定，二硫键含量特别多，在一般条件下都不溶于水、盐溶液、稀酸和稀碱溶液，但能溶于无机硫化物溶液，制革工业用无机硫化物使皮革脱毛即利用此性质。以角蛋白为主要成分的羊毛、蚕丝是极为重要的纺织原料。蚕丝中丝心蛋白是角蛋白，占蚕丝的70～75%，为蚕丝的不溶解部分，其外层包有丝胶蛋白(属球蛋白)约占22～24%，不呈丝状，能溶于热水。

来源与组成

角蛋白是外胚层细胞的结构蛋白，广泛存在于生物体的组织结构中。在不同机体组织、不同个体乃至不同物种之间角蛋白含量有较大差异。高等脊椎动物的上皮组织中角蛋白含量较高；而一般植物体内角蛋白的含量较低。根据是否纤维化，角蛋白可分为软角蛋白和硬角蛋白两大类。软角蛋白和硬角蛋白的含硫氨基酸含量有所不同，软角蛋白存在于皮肤和其它一些细胞组织中。纤维化的硬角蛋白，无营养作用，广泛存在于人和动物的表皮及蛋壳的内膜中。细胞外的硬角蛋白是构成毛发、羽毛、蹄、壳、爪、角、鳞片等的主要成分，是结缔组织及其重要的结构蛋白质，起着保护机体的作用。细胞内的软角蛋白是构成细胞膜、脑灰质、脊髓、视网膜神经等组织的主要成分。

制备方法

一般情况下，角蛋白分子内的二硫键使肽链内部和肽链之间发生交联，形成立体网状结构，使天然角蛋白难以溶解，给毛发中角蛋白的提取带来困难。普通的溶剂或温和的酸碱都不能溶解毛发纤维中的角蛋白，比较强的酸碱能溶解毛发蛋白，可在破坏分子间作用力及角蛋白二、三级结构的同时使肽链发生断裂，得到的产物往往是分子量较小的蛋白，甚至是多肽，且产率偏低。要制得分子量较高、溶解性较好的角蛋白，只能通过选择性的打开二硫键、破坏氢键等方法来实现。目前提取角蛋白的方法大致有机械法、化学法和生物法等，其中化学法又可分为酸碱水解法、还原法和氧化法等。其它方法和化学法往往可相互结合应用。

结构特点

角蛋白主要由多种氨基酸通过酰胺键共同连接而成，侧链上的活性基团之间相互作用使得角蛋白肽链发生弯曲，形成α-螺旋或β-折叠的多肽链结构。其中人发和羊毛中的角蛋白一般为α-螺旋纵向并列形成α-角蛋白，伸缩性能良好。而羽毛及鳞片中的角蛋白由β-折叠结构以平行方式堆积形成β-蛋白，结构接近完全伸展状态，故β-角蛋白延伸性相对较小。

用途

角蛋白中含有一些具有细胞粘附特性的短肽序列。基于角蛋白的生物材料在生物医学应用中的商业潜力，常用于制造生物膜、食品、化妆品、海绵可注射凝胶和药物递送等。角蛋白因具有优异的生物相容性、可降解性以及促进细胞附着和增殖的能力而被制成各种生物材料得到广泛运用。

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