纤维状蛋白

动物体的基本支架

纤维状蛋白质广泛的分布于脊椎和无脊椎动物体内，它是动物体的基本支架和外保护成分，占脊椎动物体内蛋白质总量的一半或一半以上。纤维状蛋白的特点是富含单一类型的二级结构,如α-角蛋白富含α-螺旋丝心蛋白富含β-折叠片。

结构

纤维状蛋白外形呈纤维状或细棒状，分子是有规则的线性结构。

分类

纤维状蛋白可分为不溶性蛋白和可溶性蛋白，不溶性蛋白包括：角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白等；可溶性蛋白包括肌球蛋白和血纤维蛋白原。

不溶性蛋白

角蛋白（keratin ）

硬蛋白之一，是一类具有结缔和保护功能的纤维状蛋白质。

由处于α-螺旋或β-折叠构象的平行的多肽链组成不溶或微溶于水的起着保护或结构作用的蛋白质。

胶原蛋白

生物高分子，动物结缔组织中的主要成分，也是哺乳动物体内含量最多、分布最广的功能性蛋白，占蛋白质总量的25%～30%。与组织的形成、成熟、细胞间信息的传递，以及关节润滑、伤口愈合、钙化作用、血液凝固和衰老等有着密切的关系。胶原蛋白也是生物科技产业最具关键性的原材料之一，在医学材料、化妆品、食品工业等均有着广泛应用。

弹性蛋白

弹性纤维(elastic fibers)的主要成分。弹性纤维主要存在于韧带和脉管壁。弹性纤维与胶原纤维共同存在，赋予组织以弹性和抗张能力。

可溶性蛋白

肌球蛋白（myosin）

肌原纤维粗丝的组成单位。存在于平滑肌中。在肌肉运动中起重要作用。其分子形状如豆芽状，由两条重链和多条轻链构成。两条重链的大部分相互螺旋形地缠绕为杆状，构成豆芽状的杆；重链的剩余部分与轻链一起，构成豆芽的瓣。被激活后，具有活性的、能分解ATP的ATP酶。其分子量约为51万。在粗丝中，都是分子的头朝向粗丝的两端，呈纵向线性缔合排列。

血纤维蛋白（fibrin）

一种蛋白质，由凝血酶作用于血纤维蛋白原而形成的，它聚合而成血凝块。它的单体，可溶形式的，以血纤维蛋白—S来表示；多聚体，不溶形式的，以血纤维蛋白—I来表示。是硬蛋白的一种．亦称为纤维素，是凝血酶作用于血纤维蛋白原，在游离出血纤维蛋白肽A和B后而残留下来的蛋白质（单体）．及以这种蛋白为结构单位的高分子（多聚体）的总称。是一种无色或白色的无定形纤维状的弹性固体。在血液凝固时．它捕捉红血球而硬化，变成血饼。

研究历史

在六、七十年前，利用X射线衍射技术对蛋白质进行结构研究是以一组纤维状蛋白质开始，其中包括丝蛋白、角蛋白和胶原蛋白等。这些纤维状蛋白质在结构上的共同特征是都有一些重复的小肽片段组成，胶原蛋白的重复片段为GAPGAPGSQGAPGLQ，角蛋白的重复序列为AKLKLAEAKLELA，蚕丝的丝原蛋白的小肽片段为GAGAGS，另一种动物体内的弹性蛋白也有GVGVP、PVGG和APGVGV等重复片段。这样的结构赋予了这些结构蛋白质特定的机械强度，为此可以作为特制的材料。特别是蚕丝在中国的使用可以追溯到上古时代黄帝的妃子嫘祖，至今约有四五千年的历史。发现不同来源的丝蛋白具有不同的结构，例如足丝的重复片段为GPGGG，鞭毛状丝的则是GPGGX，拖丝的为GPGQQ、GPGGY和GGYGPGS。这些丝蛋白的强度甚至超过了家蚕的丝蛋白。在利用天然的纤维状蛋白质作为材料外，人们还利用这些重复片段合成嵌合型的纤维，这类分子被命名为重复序列的蛋白质高聚物（RSPP）。例如将丝原蛋白的GAGAGS和弹性蛋白的GVGVP，以及含有一个赖氨酸残基的弹性蛋白重复片段形成一种新的人工蛋白质材料，称为SELP47K。这种新的蛋白质材料兼有丝蛋白和弹性蛋白的特点，而且具有RSPP的特点，可以自组装，成为纳米材料。SELP47K自组装后的产物呈现高度的均一性，在原子力显微镜下SELP47K除了高强度外，还可形成亲水凝胶，作为细胞外基质。

另有一种蛋白质/肽纤维的构建是利用又一种蛋白质纤维的结构原理。在另一些蛋白质中，存在着所谓的七元重复片段，这样的结构不仅自身可以形成α螺旋，而且这样的肽链进一步可以形成双股甚至三股的卷曲的螺旋。增强螺旋的强度。以这样方式设计的新的蛋白质纤维有SAF-p1和SAF-p2。

蛋白质不仅可以作为纤维状的材料，还能构成许多复合生物材料，例如骨和甲壳等。在自然界中海洋中的硅藻通过光合作用，每年合成大量的含碳的化合物，约有200亿吨，占中海洋生物光合作用产物的40%。这些硅藻细胞合成的产物多数是复合生物材料，也可以利用，特别是设法用其它的金属取代其中的硅元素，可以得到具有光学、化学、电学、热学和生物学功能各异的材料。

除了开发新型的蛋白质材料外，经过深入的研究，也发现了一些天然存在的蛋白质具有新的用途。

小麦的谷蛋白经修饰，变成带有巯基的分支状衍生物后，可以生产具有高度韧性的塑料样产品。这样的产品，价格低廉，生物可降解，在市场上具有一定的竞争力。

蚕丝和血纤维蛋白通过静电纺织，可以得到纳米水平的纤维。例如学纤维蛋白的静电织物，直径仅80纳米，表面积/重量比为41000cm2/g。这些产品不仅具有生物可降解性，还具有优良的生物相容性，因此，不广泛地用作组织工程的支架、与钙和羟基磷灰石一起形成骨模拟物。

一些微生物表面有组织的S层被用于作为各种配体固定化的阵列。革蓝氏阳性菌表面的孔蛋白正在设法涂在半导体或导体的表面，用作信息记录装置。

作为光传导蛋白质的细菌视紫质正在开发成为新的光活性材料，例如光记忆装置和电池。

总之，蛋白质在材料科学中的再次兴起，这可谓是老兵新传。一些蛋白质可以提供机械强度；另一些蛋白质可以提供特定的黏着能力；等等。凡此种种，不同功能的蛋白质将各得其所，用于材料科学的各个方面。

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