纖維狀蛋白質廣泛的分布於脊椎和無脊椎動物體內，它是動物體的基本支架和外保護成分，占脊椎動物體內蛋白質總量的一半或一半以上。纖維狀蛋白的特點是富含單一類型的二級結構,如α-角蛋白富含α-螺旋絲心蛋白富含β-摺疊片。
基本介紹
- 中文名：纖維狀蛋白
- 英文名： fibrous protein
- 水溶性： 難溶於水和其他溶劑
- 外觀：纖維狀或細棒狀
結構,分類,不溶性蛋白,可溶性蛋白,研究歷史,
結構
纖維狀蛋白外形呈纖維狀或細棒狀，分子是有規則的線性結構。
分類
纖維狀蛋白可分為不溶性蛋白和可溶性蛋白，不溶性蛋白包括：角蛋白、膠原蛋白和彈性蛋白等；可溶性蛋白包括肌球蛋白和血纖維蛋白原。
不溶性蛋白
角蛋白（keratin ）
生物高分子，動物結締組織中的主要成分，也是哺乳動物體內含量最多、分布最廣的功能性蛋白，占蛋白質總量的25%～30%。與組織的形成、成熟、細胞間信息的傳遞，以及關節潤滑、傷口癒合、鈣化作用、血液凝固和衰老等有著密切的關係。膠原蛋白也是生物科技產業最具關鍵性的原材料之一，在醫學材料、化妝品、食品工業等均有著廣泛套用。
可溶性蛋白
肌球蛋白 （myosin）
肌原纖維粗絲的組成單位。存在於平滑肌中。在肌肉運動中起重要作用。其分子形狀如豆芽狀，由兩條重鏈和多條輕鏈構成。兩條重鏈的大部分相互螺旋形地纏繞為桿狀，構成豆芽狀的桿；重鏈的剩餘部分與輕鏈一起，構成豆芽的瓣。被激活後，具有活性的、能分解ATP的ATP酶。其分子量約為51萬。在粗絲中，都是分子的頭朝向粗絲的兩端，呈縱向線性締合排列。
血纖維蛋白（fibrin）
一種蛋白質，由凝血酶作用於血纖維蛋白原而形成的，它聚合而成血凝塊。它的單體，可溶形式的，以血纖維蛋白—S來表示；多聚體，不溶形式的，以血纖維蛋白—I來表示。是硬蛋白的一種．亦稱為纖維素，是凝血酶作用於血纖維蛋白原，在游離出血纖維蛋白肽A和B後而殘留下來的蛋白質（單體）．及以這種蛋白為結構單位的高分子（多聚體）的總稱。是一種無色或白色的無定形纖維狀的彈性固體。在血液凝固時．它捕捉紅血球而硬化，變成血餅。
研究歷史
在六、七十年前，利用X射線衍射技術對蛋白質進行結構研究是以一組纖維狀蛋白質開始，其中包括絲蛋白、角蛋白和膠原蛋白等。這些纖維狀蛋白質在結構上的共同特徵是都有一些重複的小肽片段組成，膠原蛋白的重複片段為GAPGAPGSQGAPGLQ，角蛋白的重複序列為AKLKLAEAKLELA，蠶絲的絲原蛋白的小肽片段為GAGAGS，另一種動物體內的彈性蛋白也有GVGVP、PVGG和APGVGV等重複片段。這樣的結構賦予了這些結構蛋白質特定的機械強度，為此可以作為特製的材料。特別是蠶絲在中國的使用可以追溯到上古時代黃帝的妃子嫘祖，至今約有四五千年的歷史。發現不同來源的絲蛋白具有不同的結構，例如足絲的重複片段為GPGGG，鞭毛狀絲的則是GPGGX，拖絲的為GPGQQ、GPGGY和GGYGPGS。這些絲蛋白的強度甚至超過了家蠶的絲蛋白。在利用天然的纖維狀蛋白質作為材料外，人們還利用這些重複片段合成嵌合型的纖維，這類分子被命名為重複序列的蛋白質高聚物（RSPP）。例如將絲原蛋白的GAGAGS（圖1中的S）和彈性蛋白的GVGVP（圖1中的E），以及含有一個賴氨酸殘基的彈性蛋白重複片段（圖1中的EK）形成一種新的人工蛋白質材料，稱為SELP47K。其結構見圖1。這種新的蛋白質材料兼有絲蛋白和彈性蛋白的特點，而且具有RSPP的特點，可以自組裝，成為納米材料。SELP47K自組裝後的產物呈現高度的均一性，在原子力顯微鏡下外形如圖2所示。SELP47K除了高強度外，還可形成親水凝膠，作為細胞外基質。
另有一種蛋白質/肽纖維的構建是利用又一種蛋白質纖維的結構原理。在另一些蛋白質中，存在著所謂的七元重複片段，這樣的結構不僅自身可以形成α螺旋，而且這樣的肽鏈進一步可以形成雙股甚至三股的捲曲的螺旋。增強螺旋的強度。以這樣方式設計的新的蛋白質纖維有SAF-p1和SAF-p2。
蛋白質不僅可以作為纖維狀的材料，還能構成許多複合生物材料，例如骨和甲殼等。在自然界中海洋中的硅藻通過光合作用，每年合成大量的含碳的化合物，約有200億噸，占中海洋生物光合作用產物的40%。這些矽藻細胞合成的產物多數是複合生物材料，也可以利用，特別是設法用其它的金屬取代其中的矽元素，可以得到具有光學、化學、電學、熱學和生物學功能各異的材料。
除了開發新型的蛋白質材料外，經過深入的研究，也發現了一些天然存在的蛋白質具有新的用途。
小麥的谷蛋白經修飾，變成帶有巰基的分支狀衍生物後，可以生產具有高度韌性的塑膠樣產品。這樣的產品，價格低廉，生物可降解，在市場上具有一定的競爭力。
蠶絲和血纖維蛋白通過靜電紡織，可以得到納米水平的纖維。例如學纖維蛋白的靜電織物，直徑僅80納米，表面積/重量比為41000cm2/g。這些產品不僅具有生物可降解性，還具有優良的生物相容性，因此，不廣泛地用作組織工程的支架、與鈣和羥基磷灰石一起形成骨模擬物。
一些微生物表面有組織的S層被用於作為各種配體固定化的陣列。革藍氏陽性菌表面的孔蛋白正在設法塗在半導體或導體的表面，用作信息記錄裝置。
作為光傳導蛋白質的細菌視紫質正在開發成為新的光活性材料，例如光記憶裝置和電池。
總之，蛋白質在材料科學中的再次興起，這可謂是老兵新傳。一些蛋白質可以提供機械強度；另一些蛋白質可以提供特定的黏著能力；等等。凡此種種，不同功能的蛋白質將各得其所，用於材料科學的各個方面。
另有一種蛋白質/肽纖維的構建是利用又一種蛋白質纖維的結構原理。在另一些蛋白質中，存在著所謂的七元重複片段，這樣的結構不僅自身可以形成α螺旋，而且這樣的肽鏈進一步可以形成雙股甚至三股的捲曲的螺旋。增強螺旋的強度。以這樣方式設計的新的蛋白質纖維有SAF-p1和SAF-p2。
蛋白質不僅可以作為纖維狀的材料，還能構成許多複合生物材料，例如骨和甲殼等。在自然界中海洋中的硅藻通過光合作用，每年合成大量的含碳的化合物，約有200億噸，占中海洋生物光合作用產物的40%。這些矽藻細胞合成的產物多數是複合生物材料，也可以利用，特別是設法用其它的金屬取代其中的矽元素，可以得到具有光學、化學、電學、熱學和生物學功能各異的材料。
除了開發新型的蛋白質材料外，經過深入的研究，也發現了一些天然存在的蛋白質具有新的用途。
小麥的谷蛋白經修飾，變成帶有巰基的分支狀衍生物後，可以生產具有高度韌性的塑膠樣產品。這樣的產品，價格低廉，生物可降解，在市場上具有一定的競爭力。
蠶絲和血纖維蛋白通過靜電紡織，可以得到納米水平的纖維。例如學纖維蛋白的靜電織物，直徑僅80納米，表面積/重量比為41000cm2/g。這些產品不僅具有生物可降解性，還具有優良的生物相容性，因此，不廣泛地用作組織工程的支架、與鈣和羥基磷灰石一起形成骨模擬物。
一些微生物表面有組織的S層被用於作為各種配體固定化的陣列。革藍氏陽性菌表面的孔蛋白正在設法塗在半導體或導體的表面，用作信息記錄裝置。
作為光傳導蛋白質的細菌視紫質正在開發成為新的光活性材料，例如光記憶裝置和電池。
總之，蛋白質在材料科學中的再次興起，這可謂是老兵新傳。一些蛋白質可以提供機械強度；另一些蛋白質可以提供特定的黏著能力；等等。凡此種種，不同功能的蛋白質將各得其所，用於材料科學的各個方面。
