角蛋白是纖維結(jié)構(gòu)蛋白家族之一，它是構(gòu)成頭發(fā)、角、爪和人體皮膚外層的主要蛋白質(zhì)。角蛋白可保護(hù)上皮組織細(xì)胞免受損傷或壓力。角蛋白單體組成束以形成中間纖維蛋白。
一、基本信息
角蛋白肽鏈為多結(jié)構(gòu)域肽鏈，分為高度保留的棒狀的中間區(qū)域和端肽區(qū)域。棒狀結(jié)構(gòu)域的肽鏈存在8肽重復(fù)的周期性序列結(jié)構(gòu)。所有的中間纖絲蛋都具有相似的肽鏈構(gòu)造。角蛋白肽鏈?zhǔn)堑湫偷摩谅菪?。酸性和堿性角蛋白肽鏈相互結(jié)合形成的異體復(fù)合螺旋是角蛋白的特征構(gòu)象形式。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的角蛋白肽鏈超過(guò)20種，毛角蛋白和表皮角蛋白分別由不同的角蛋白膚鏈構(gòu)成。角蛋白含有較高的半胱氨酸，半胱氨酸的交聯(lián)是角蛋白的主要交聯(lián)結(jié)構(gòu)，角蛋白的物理和化學(xué)性質(zhì)主要與該交聯(lián)結(jié)構(gòu)相關(guān)。
二、性質(zhì)與結(jié)構(gòu)
不溶于水、鹽液、稀酸或稀堿。角蛋白來(lái)源于外胚層分化而來(lái)的細(xì)胞，是這些細(xì)胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)蛋白之一。故角蛋白存在于發(fā)、毛、鱗、羽、甲、蹄、角、爪、喙、絲及其他表皮結(jié)構(gòu)中，是羽毛、毛發(fā)、爪、喙、蹄、角以及腦灰質(zhì)、脊髓和視網(wǎng)膜神經(jīng)的蛋白質(zhì)。
根據(jù)X射線衍射分析，角蛋白的空間結(jié)構(gòu)有α-螺旋結(jié)構(gòu)（α-角蛋白）和β-折疊片層結(jié)構(gòu)（β-角蛋白）兩種類型。前者如羊毛，后者如絲心蛋白。
由于角蛋白含有較多的胱氨酸，故二硫鍵含量特別多，在蛋白質(zhì)肽鏈中起交聯(lián)作用，因此角蛋白化學(xué)性質(zhì)特別穩(wěn)定，有較高的機(jī)械強(qiáng)度。它們不易溶解和消化，含較多的胱氨酸（14-15%），較多的氮含量（21-24.5%）。粉碎的羽毛和豬毛，在15-20磅蒸氣壓力下加熱處理一小時(shí)，其消化率可提高到70-80%，胱氨酸含量則減少5-6%。
三、分布
角蛋白是外胚層細(xì)胞的結(jié)構(gòu)蛋白，包括毛發(fā)、指甲、羽毛等。角蛋白是一種不能直接為畜禽吸收利用的硬蛋白，主要存在于動(dòng)物的毛發(fā)、羽毛和蹄中，資源非常豐富，它必須經(jīng)高溫、高壓、酸、堿或酶處理，變成短肽或游離氨基酸，才能被畜禽利用。羽毛主要由角蛋白構(gòu)成，蛋白質(zhì)含量及必需氨基酸含量極高，氨基酸組成相對(duì)穩(wěn)定，是一種公認(rèn)的具有較高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，質(zhì)量穩(wěn)定的潛在優(yōu)質(zhì)蛋白源。
四、角蛋白的應(yīng)用
1、飼料和食品工業(yè)
羽毛角蛋白可作為優(yōu)質(zhì)飼料蛋白。利用角蛋白還可以生產(chǎn)氨基酸微量元素鰲合劑，可與畜禽生長(zhǎng)所必需的微量金屬離子反應(yīng)生成具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配位化合物，提高微量元素的利用率。羽毛角蛋白中還含有豐富的谷氨酸、天冬氨酸等鮮味氨基酸，可以用來(lái)制作新型食品添加劑應(yīng)用到食品加工業(yè)中。
2、制藥
研究發(fā)現(xiàn)，部分皮膚病是由真菌類物質(zhì)產(chǎn)生的角蛋白酶滲透皮膚后引起的，利用這一特性可以進(jìn)行治療真菌類皮膚病藥物的研制與開(kāi)發(fā)。復(fù)合角蛋白氨基酸溶液可以直接注入人體補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，替代部分人血漿。角蛋白中的胱氨酸有護(hù)肝作用，可以有效防止脂肪肝、肝硬化以及其他肝病，在治療膀肌炎、脫發(fā)、中毒性病癥等方面也有顯著療效。
3、肥料、農(nóng)藥與環(huán)保
處理后的羽毛粗粉中含有高達(dá)5%左右的氮源，可以用來(lái)生產(chǎn)液體氨基酸復(fù)合肥，作為動(dòng)物性糞便的替代品，成為更廉價(jià)的肥料。
角蛋白水解制得的氨基酸及其衍生物、金屬絡(luò)合物對(duì)農(nóng)作物具有殺菌防病和刺激生長(zhǎng)的雙重效果，可以用作殺菌劑、殺蟲(chóng)劑、除草劑和植物生長(zhǎng)促進(jìn)劑。水解羽毛制取復(fù)合氨基酸，并與碳酸鈣反應(yīng)制得復(fù)合氨基酸鈣化合物，該化合物可以通過(guò)水解有機(jī)磷農(nóng)藥中的磷酸酯鍵降低作物中的農(nóng)藥殘留。
4、制革業(yè)
用羽毛水解產(chǎn)物對(duì)牛皮面革進(jìn)行填充，可明顯提高坯革的柔軟度和伸長(zhǎng)率，而對(duì)坯革的抗張強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和染料的吸收率不產(chǎn)生明顯影響。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)膲A降解處理，可以將從羽毛獲得蛋白質(zhì)混合物用作鞋面革及服裝革的填充材料，改善皮革的染色性能，并使皮革具有更好的彈性。另外，羽毛蛋白還可以用作鉻革的復(fù)蹂劑。
5、化妝品
角蛋白可用于化妝品。角蛋白具有高抗性的理化性質(zhì)和特殊的生物學(xué)作用，在維持表皮正常的生理功能中起著重要的作用。角蛋白酶應(yīng)用于美容護(hù)膚品，幫助活性因子透過(guò)皮膚屏障，祛除皮膚多余角質(zhì)，實(shí)現(xiàn)皮膚深層護(hù)理以及脫毛的研究，在皮膚美容領(lǐng)域有著良好的前景。
刷題鞏固
例題：角蛋白是一種控制細(xì)胞形狀和穩(wěn)定性的蛋白。以下對(duì)角蛋白認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤的是：
A.人的頭發(fā)、指甲主要是由角蛋白構(gòu)成的
B.角蛋白是爬行動(dòng)物鱗片、羽毛、爪子的主要成分
C.在人的皮膚中，角蛋白主要分布在真皮層
D.角蛋白來(lái)源于外胚層分化而來(lái)的細(xì)胞，是一種硬蛋白
正確答案：C
解析：C項(xiàng)錯(cuò)誤：角蛋白是硬蛋白之一，是一類具有結(jié)締和保護(hù)功能的纖維狀蛋白質(zhì)，來(lái)源于外胚層分化而來(lái)的細(xì)胞。它是外胚層細(xì)胞的結(jié)構(gòu)蛋白，包括毛發(fā)、指甲、羽毛等，它還是一種不能直接為畜禽所吸收利用的硬蛋白，主要存在于動(dòng)物的鱗片、毛發(fā)、羽毛和蹄中。在人體的皮膚中，角蛋白主要分布在表皮層。A、B、D三項(xiàng)均正確。
故正確答案為C。
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