由動(dòng)物上皮細(xì)胞所產(chǎn)生的纖維蛋白。構(gòu)成毛發(fā)、羽、角、甲、蹄、絲等的主要成分,對(duì)動(dòng)物有保護(hù)作用??煞譃閮深悾阂活愂?alpha;-角蛋白,如毛發(fā)、角、甲、蹄等的蛋白,分子中胱氨酸含量豐富;另一類是β-角蛋白,如蠶絲絲心蛋白,分子中不含胱氨酸和半胱氨酸,但甘氨酸、丙氨酸和絲氨酸含量很高?;瘜W(xué)性質(zhì)極穩(wěn)定,二硫鍵含量特別多,在一般條件下都不溶于水、鹽溶液、稀酸和稀堿溶液,但能溶于無機(jī)硫化物溶液,制革工業(yè)用無機(jī)硫化物使皮革脫毛即利用此性質(zhì)。以角蛋白為主要成分的羊毛、蠶絲是極為重要的紡織原料。蠶絲中絲心蛋白是角蛋白,占蠶絲的70~75%,為蠶絲的不溶解部分,其外層包有絲膠蛋白(屬球蛋白)約占22~24%,不呈絲狀,能溶于熱水。
角蛋白是外胚層細(xì)胞的結(jié)構(gòu)蛋白,廣泛存在于生物體的組織結(jié)構(gòu)中。在不同機(jī)體組織、不同個(gè)體乃至不同物種之間角蛋白含量有較大差異。高等脊椎動(dòng)物的上皮組織中角蛋白含量較高;而一般植物體內(nèi)角蛋白的含量較低。根據(jù)是否纖維化,角蛋白可分為軟角蛋白和硬角蛋白兩大類。軟角蛋白和硬角蛋白的含硫氨基酸含量有所不同,軟角蛋白存在于皮膚和其它一些細(xì)胞組織中。纖維化的硬角蛋白,無營養(yǎng)作用,廣泛存在于人和動(dòng)物的表皮及蛋殼的內(nèi)膜中。細(xì)胞外的硬角蛋白是構(gòu)成毛發(fā)、羽毛、蹄、殼、爪、角、鱗片等的主要成分,是結(jié)締組織及其重要的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì),起著保護(hù)機(jī)體的作用。細(xì)胞內(nèi)的軟角蛋白是構(gòu)成細(xì)胞膜、腦灰質(zhì)、脊髓、視網(wǎng)膜神經(jīng)等組織的主要成分。
一般情況下,角蛋白分子內(nèi)的二硫鍵使肽鏈內(nèi)部和肽鏈之間發(fā)生交聯(lián),形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使天然角蛋白難以溶解,給毛發(fā)中角蛋白的提取帶來困難。普通的溶劑或溫和的酸堿都不能溶解毛發(fā)纖維中的角蛋白,比較強(qiáng)的酸堿能溶解毛發(fā)蛋白,可在破壞分子間作用力及角蛋白二、三級(jí)結(jié)構(gòu)的同時(shí)使肽鏈發(fā)生斷裂,得到的產(chǎn)物往往是分子量較小的蛋白,甚至是多肽,且產(chǎn)率偏低。要制得分子量較高、溶解性較好的角蛋白,只能通過選擇性的打開二硫鍵、破壞氫鍵等方法來實(shí)現(xiàn)。目前提取角蛋白的方法大致有機(jī)械法、化學(xué)法和生物法等,其中化學(xué)法又可分為酸堿水解法、還原法和氧化法等。其它方法和化學(xué)法往往可相互結(jié)合應(yīng)用。
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。
角蛋白中含有一些具有細(xì)胞粘附特性的短肽序列。基于角蛋白的生物材料在生物醫(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。