神奇的角蛋白

角蛋白：最复杂的中间丝蛋白

角蛋白（keratin，K）是上皮细胞中间丝的主要组成成分，占细胞总蛋白的17% ~ 27%，是哺乳动物，鸟类和爬行动物体内发现的最丰富的蛋白质之一。

角蛋白主要存在于羊毛、羽毛、人发、指甲、牛角和羊蹄中。从人发、羊毛和羽毛等生物材料提取得到的角蛋白副产物中，约含有3%的矿物质，1%的脂肪和90%的蛋白质角蛋白是一类最复杂的中间丝蛋白，目前为止已鉴定出54种角蛋白。

根据氨基酸序列和等电点，可将角蛋白分为I型酸性角蛋白和II型碱性角蛋白两大类。角蛋白在细胞内形成复杂的网络结构锚定整个细胞，通过细胞桥粒的斑蛋白链接周围细胞，通过半桥粒的网蛋白链接细胞及其附件底物，对维持上皮细胞的形态和细胞间连接起主要作用。

角蛋白：结构决定性质

角蛋白的结构和存在形式决定了它作为重要的生物聚合物，具有保护防御、运动支持和生命构建等生物学功能。

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。角蛋白具有优良的生物相容性、在复合材料中的机械力学可调性、生物可吸收降解性、液体气体可渗透性和化学可修饰性。

角蛋白的独特功效

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。

羊膜可用于眼表的重建，与羊膜相比角蛋白膜是透明的。角蛋白膜具有较高的机械性能和良好的促细胞迁移能力。角蛋白带负电，可以用作聚电解质在带正电荷的表面上逐层沉积。

有研究表明角蛋白在石英薄片上的逐层沉积，并证明角蛋白涂层可以提供适合于组织修复的表面。抗静电药（紫杉醇）和双氯芬酸等药物通过静电相互作用成功地掺入了角蛋白中。也有学者研究将角蛋白分别与明胶，壳聚糖，丝素蛋白和海藻糖等混合以改善生物材料的柔韧性和膨胀性。

此外，基于角蛋白的支架材料已成功地用于神经再生。有研究发现角蛋白水凝胶可促进成纤维细胞增殖和胶原蛋白的合成。另外还有学者使用光刻技术成功地制备了3D打印的角蛋白支架。

角蛋白与牙周炎

牙周炎是一种以牙周支持组织炎症为特征的慢性感染性疾病，具体表现为牙龈红肿、牙周袋形成、附着丧失以及牙槽骨吸收等，是成人失牙最主要的原因。牙龈上皮作为牙周致病菌攻击牙周组织的首道屏障，在牙周炎的发生发展中扮演着重要角色。

牙龈上皮细胞是牙龈上皮组织的重要组成部分，具有强大的自我更新和修复能力。近来有许多研究表明，牙龈上皮细胞中角蛋白异常表达与牙周炎在病因及进展上存在一定联系。

角蛋白与伤口愈合

角蛋白可模拟细胞外基质（ECM）的环境，从而有利于细胞附着和增殖，可增强细胞在角蛋白基材料上的粘附增殖。

角蛋白还具有聚集红细胞和快速凝血的作用，聚集红细胞可以使得角蛋白基敷料更好地与伤口处结合。且角蛋白基敷料在伤口处能以更快的速率引起纤维蛋白原聚合成纤维蛋白，从而达到快速凝血的作用，并且该凝血机制还与凝血因子的温度和浓度无关。

此外，角蛋白还可刺激人角质形成细胞迁移和IV、VII型胶原蛋白的表达。以上特点使得角蛋白基材料在伤口愈合中具有更大的优势，可促进伤口愈合，缩短伤口愈合时间。

角蛋白与食品

羽毛等角蛋白中含有丰富的天冬氨酸、谷氨酸等鲜味氨基酸，用角蛋白酶处理并提取胱氨酸后的母液可生产味道鲜美、营养丰富的新型食用浓缩调味液，并可做成新型氨基酸类食品添加剂直接添加到饮料、罐头、面包中。

经精制提纯后的角蛋白水解液可作为食品增鲜剂用于鸡精、酱油、汤料、熟食制品中，使其风味加以调整或使营养得到强化。角蛋白酶解得到的短肽和氨基酸可用来生产肉胨、鱼露等高级营养品。可溶性角蛋白是一种表面活性物质，具有良好的乳化性能，可作为奶粉的母乳化剂及面粉的添加剂。

作者简介：

Kevin.Fang，食品科学研究生，主要从事功能性食品研发，尤其擅长于糖尿病、痛风、体重管理等领域的产品开发。