角蛋白：最復(fù)雜的中間絲蛋白

角蛋白（keratin，K）是上皮細(xì)胞中間絲的主要組成成分，占細(xì)胞總蛋白的17% ~ 27%，是哺乳動(dòng)物，鳥類和爬行動(dòng)物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的最豐富的蛋白質(zhì)之一。

角蛋白主要存在于羊毛、羽毛、人發(fā)、指甲、牛角和羊蹄中。從人發(fā)、羊毛和羽毛等生物材料提取得到的角蛋白副產(chǎn)物中，約含有3%的礦物質(zhì)，1%的脂肪和90%的蛋白質(zhì)角蛋白是一類最復(fù)雜的中間絲蛋白，目前為止已鑒定出54種角蛋白。

根據(jù)氨基酸序列和等電點(diǎn)，可將角蛋白分為I型酸性角蛋白和II型堿性角蛋白兩大類。角蛋白在細(xì)胞內(nèi)形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)錨定整個(gè)細(xì)胞，通過細(xì)胞橋粒的斑蛋白鏈接周圍細(xì)胞，通過半橋粒的網(wǎng)蛋白鏈接細(xì)胞及其附件底物，對(duì)維持上皮細(xì)胞的形態(tài)和細(xì)胞間連接起主要作用。

角蛋白：結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)

角蛋白的結(jié)構(gòu)和存在形式?jīng)Q定了它作為重要的生物聚合物，具有保護(hù)防御、運(yùn)動(dòng)支持和生命構(gòu)建等生物學(xué)功能。

角蛋白主要由多種氨基酸通過酰胺鍵共同連接而成，側(cè)鏈上的活性基團(tuán)之間相互作用使得角蛋白肽鏈發(fā)生彎曲，形成α-螺旋或β-折疊的多肽鏈結(jié)構(gòu)。其中人發(fā)和羊毛中的角蛋白一般為α-螺旋縱向并列形成α-角蛋白，伸縮性能良好。而羽毛及鱗片中的角蛋白由β-折疊結(jié)構(gòu)以平行方式堆積形成β-蛋白，結(jié)構(gòu)接近完全伸展?fàn)顟B(tài)，故β-角蛋白延伸性相對(duì)較小。角蛋白具有優(yōu)良的生物相容性、在復(fù)合材料中的機(jī)械力學(xué)可調(diào)性、生物可吸收降解性、液體氣體可滲透性和化學(xué)可修飾性。

角蛋白的獨(dú)特功效

角蛋白中含有一些具有細(xì)胞粘附特性的短肽序列?；诮堑鞍椎纳锊牧显谏镝t(yī)學(xué)應(yīng)用中的商業(yè)潛力，常用于制造生物膜、食品、化妝品、海綿可注射凝膠和藥物遞送等。角蛋白因具有優(yōu)異的生物相容性、可降解性以及促進(jìn)細(xì)胞附著和增殖的能力而被制成各種生物材料得到廣泛運(yùn)用。

羊膜可用于眼表的重建，與羊膜相比角蛋白膜是透明的。角蛋白膜具有較高的機(jī)械性能和良好的促細(xì)胞遷移能力。角蛋白帶負(fù)電，可以用作聚電解質(zhì)在帶正電荷的表面上逐層沉積。

有研究表明角蛋白在石英薄片上的逐層沉積，并證明角蛋白涂層可以提供適合于組織修復(fù)的表面?？轨o電藥（紫杉醇）和雙氯芬酸等藥物通過靜電相互作用成功地?fù)饺肓私堑鞍字小Ｒ灿袑W(xué)者研究將角蛋白分別與明膠，殼聚糖，絲素蛋白和海藻糖等混合以改善生物材料的柔韌性和膨脹性。

此外，基于角蛋白的支架材料已成功地用于神經(jīng)再生。有研究發(fā)現(xiàn)角蛋白水凝膠可促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖和膠原蛋白的合成。另外還有學(xué)者使用光刻技術(shù)成功地制備了3D打印的角蛋白支架。

角蛋白與牙周炎

牙周炎是一種以牙周支持組織炎癥為特征的慢性感染性疾病，具體表現(xiàn)為牙齦紅腫、牙周袋形成、附著喪失以及牙槽骨吸收等，是成人失牙最主要的原因。牙齦上皮作為牙周致病菌攻擊牙周組織的首道屏障，在牙周炎的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要角色。

牙齦上皮細(xì)胞是牙齦上皮組織的重要組成部分，具有強(qiáng)大的自我更新和修復(fù)能力。近來有許多研究表明，牙齦上皮細(xì)胞中角蛋白異常表達(dá)與牙周炎在病因及進(jìn)展上存在一定聯(lián)系。

角蛋白與傷口愈合

角蛋白可模擬細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的環(huán)境，從而有利于細(xì)胞附著和增殖，可增強(qiáng)細(xì)胞在角蛋白基材料上的粘附增殖。

角蛋白還具有聚集紅細(xì)胞和快速凝血的作用，聚集紅細(xì)胞可以使得角蛋白基敷料更好地與傷口處結(jié)合。且角蛋白基敷料在傷口處能以更快的速率引起纖維蛋白原聚合成纖維蛋白，從而達(dá)到快速凝血的作用，并且該凝血機(jī)制還與凝血因子的溫度和濃度無關(guān)。

此外，角蛋白還可刺激人角質(zhì)形成細(xì)胞遷移和IV、VII型膠原蛋白的表達(dá)。以上特點(diǎn)使得角蛋白基材料在傷口愈合中具有更大的優(yōu)勢(shì)，可促進(jìn)傷口愈合，縮短傷口愈合時(shí)間。

角蛋白與食品

羽毛等角蛋白中含有豐富的天冬氨酸、谷氨酸等鮮味氨基酸，用角蛋白酶處理并提取胱氨酸后的母液可生產(chǎn)味道鮮美、營養(yǎng)豐富的新型食用濃縮調(diào)味液，并可做成新型氨基酸類食品添加劑直接添加到飲料、罐頭、面包中。

經(jīng)精制提純后的角蛋白水解液可作為食品增鮮劑用于雞精、醬油、湯料、熟食制品中，使其風(fēng)味加以調(diào)整或使?fàn)I養(yǎng)得到強(qiáng)化。角蛋白酶解得到的短肽和氨基酸可用來生產(chǎn)肉胨、魚露等高級(jí)營養(yǎng)品。可溶性角蛋白是一種表面活性物質(zhì)，具有良好的乳化性能，可作為奶粉的母乳化劑及面粉的添加劑。

作者簡介：

Kevin.Fang，食品科學(xué)研究生，主要從事功能性食品研發(fā)，尤其擅長于糖尿病、痛風(fēng)、體重管理等領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)。