角蛋白的分布与应用

角蛋白是纤维结构蛋白家族之一，它是构成头发、角、爪和人体皮肤外层的主要蛋白质。角蛋白可保护上皮组织细胞免受损伤或压力。角蛋白单体组成束以形成中间纤维蛋白。

一、基本信息

角蛋白肽链为多结构域肽链，分为高度保留的棒状的中间区域和端肽区域。棒状结构域的肽链存在8肽重复的周期性序列结构。所有的中间纤丝蛋都具有相似的肽链构造。角蛋白肽链是典型的α螺旋。酸性和碱性角蛋白肽链相互结合形成的异体复合螺旋是角蛋白的特征构象形式。

现已发现的角蛋白肽链超过20种，毛角蛋白和表皮角蛋白分别由不同的角蛋白肤链构成。角蛋白含有较高的半胱氨酸，半胱氨酸的交联是角蛋白的主要交联结构，角蛋白的物理和化学性质主要与该交联结构相关。

二、性质与结构

不溶于水、盐液、稀酸或稀碱。角蛋白来源于外胚层分化而来的细胞，是这些细胞内的结构蛋白之一。故角蛋白存在于发、毛、鳞、羽、甲、蹄、角、爪、喙、丝及其他表皮结构中，是羽毛、毛发、爪、喙、蹄、角以及脑灰质、脊髓和视网膜神经的蛋白质。

根据X射线衍射分析，角蛋白的空间结构有α-螺旋结构（α-角蛋白）和β-折叠片层结构（β-角蛋白）两种类型。前者如羊毛，后者如丝心蛋白。由于角蛋白含有较多的胱氨酸，故二硫键含量特别多，在蛋白质肽链中起交联作用，因此角蛋白化学性质特别稳定，有较高的机械强度。它们不易溶解和消化，含较多的胱氨酸（14-15%），较多的氮含量（21-24.5%）。粉碎的羽毛和猪毛，在15-20磅蒸气压力下加热处理一小时，其消化率可提高到70-80%，胱氨酸含量则减少5-6%。

三、分布

角蛋白是外胚层细胞的结构蛋白，包括毛发、指甲、羽毛等。角蛋白是一种不能直接为畜禽吸收利用的硬蛋白，主要存在于动物的毛发、羽毛和蹄中，资源非常丰富，它必须经高温、高压、酸、碱或酶处理，变成短肽或游离氨基酸，才能被畜禽利用。羽毛主要由角蛋白构成，蛋白质含量及必需氨基酸含量极高，氨基酸组成相对稳定，是一种公认的具有较高营养价值，质量稳定的潜在优质蛋白源。

四、角蛋白的应用

1、饲料和食品工业

羽毛角蛋白可作为优质饲料蛋白。利用角蛋白还可以生产氨基酸微量元素鳌合剂，可与畜禽生长所必需的微量金属离子反应生成具有环状结构的配位化合物，提高微量元素的利用率。羽毛角蛋白中还含有丰富的谷氨酸、天冬氨酸等鲜味氨基酸，可以用来制作新型食品添加剂应用到食品加工业中。

2、制药

研究发现，部分皮肤病是由真菌类物质产生的角蛋白酶渗透皮肤后引起的，利用这一特性可以进行治疗真菌类皮肤病药物的研制与开发。复合角蛋白氨基酸溶液可以直接注入人体补充营养，替代部分人血浆。角蛋白中的胱氨酸有护肝作用，可以有效防止脂肪肝、肝硬化以及其他肝病，在治疗膀肌炎、脱发、中毒性病症等方面也有显著疗效。

3、肥料、农药与环保

处理后的羽毛粗粉中含有高达5%左右的氮源，可以用来生产液体氨基酸复合肥，作为动物性粪便的替代品，成为更廉价的肥料。角蛋白水解制得的氨基酸及其衍生物、金属络合物对农作物具有杀菌防病和刺激生长的双重效果，可以用作杀菌剂、杀虫剂、除草剂和植物生长促进剂。水解羽毛制取复合氨基酸，并与碳酸钙反应制得复合氨基酸钙化合物，该化合物可以通过水解有机磷农药中的磷酸酯键降低作物中的农药残留。

4、制革业

用羽毛水解产物对牛皮面革进行填充，可明显提高坯革的柔软度和伸长率，而对坯革的抗张强度、撕裂强度和染料的吸收率不产生明显影响。经过适当的碱降解处理，可以将从羽毛获得蛋白质混合物用作鞋面革及服装革的填充材料，改善皮革的染色性能，并使皮革具有更好的弹性。另外，羽毛蛋白还可以用作铬革的复蹂剂。

5、化妆品

角蛋白可用于化妆品。角蛋白具有高抗性的理化性质和特殊的生物学作用，在维持表皮正常的生理功能中起着重要的作用。角蛋白酶应用于美容护肤品，帮助活性因子透过皮肤屏障，祛除皮肤多余角质，实现皮肤深层护理以及脱毛的研究，在皮肤美容领域有着良好的前景。