丝胶蛋白是什么，作用有哪些

概述

丝胶蛋白是包裹在丝素纤维表层的一种天然大分子蛋白。它主要是由蚕的丝腺分泌，是构成蚕茧的主要蛋白之一。丝胶蛋白因其良好的水溶性、促细胞黏附和增殖活性、更低的免疫原性，以及独特的原位荧光性、抗氧化活性和酪氨酸酶抑制作用等性能，而被广泛应用在织物后整理涂层、化妆品添加剂，以及食品、医药、功能性生物材料。

结构

丝胶蛋白是一种水溶性的球状蛋白，它的分子量大约为10～300kDa，丝胶蛋白在溶液中的分子量受到温度、pH等影响。丝胶蛋白由18种氨基酸残基组成，其中主要氨基酸残基为丝氨酸(Ser)、天门冬氨酸(Asp)、甘氨酸(Gly)，它们的含量分别约为33%、20%和14%（如表1）。氨基酸残基中含有大量的羟基、羧基、氨基等强极性基团，在丝胶蛋白中极性侧链氨基酸占据70%以上。丝胶蛋白的二级结构主要以无规卷曲为主，并含有部分β折叠结构及几乎不含α螺旋结构，且约接近丝素β折叠结构的含量越高，但是现在关于丝胶蛋白的分子构象还存在一定的争议。 由于丝胶蛋白中含有大量的羧基，氨基，通过与氢离子或者氢氧根离子结合而显现出两性性质，而蛋白质的等电点是两性性质的体现，丝胶蛋白的等电点为3.8～4.5。

当蛋白质上结合的氢离子和氢氧根离子达到平衡，蛋白质上的净电荷为零时，此时溶液的pH就是该蛋白质的等电点。当溶液中得pH值较低时，丝胶蛋白以正离子形式存在，当溶液中pH值较高时，丝胶蛋白以负离子形式存在。 丝胶蛋白是一种球状蛋白，其多肽链通过紧密折叠，疏水的氨基酸侧链位于分子内部，亲水的氨基酸侧链处于外部暴露于水溶剂中，因此球状蛋白在水溶剂中得溶解性好。但是丝胶蛋白的分子量对其溶解性有很大影响，小分子丝胶蛋白能溶于冷水，大分子丝胶蛋白能溶于热水。丝胶蛋白是天然的生物高分子，其分子量较大，因此丝胶蛋白颗粒尺寸一般在1～100nm之间，属于胶体粒子的范围，所以丝胶蛋白溶液也会显现出的透析、凝聚、胶凝和胶溶等胶体溶液的特性。

图1为蚕茧丝胶蛋白的主要氨基酸组成

性质

1.丝胶蛋白两性性质和等电点 丝胶蛋白含有自由的梭基和氨基,可相互作用而形成双极离子,具有两性性质。在pH值较小的溶液里,丝胶蛋白以正离子形式存在在值较大的溶液里，丝胶蛋白以负离子形式存在。丝胶蛋白的等电点是：3.8-4.5。

2.丝胶蛋白胶体性质 丝胶蛋白是一种高分子化合物,它的分子量较大,颗粒直径在1-100nm,由于颗粒大小在胶体粒子的范围内,因而显示出溶胶特有的透析、凝聚、胶凝和胶溶性质。

3.丝胶蛋白变性 丝胶蛋白分子在受到外界的一些物理因素或化学因素影响时,性质常会改变,但是这些变化都不涉及一级结构的变化,肤链的共价键并未断裂,只是发生了分子构象的改变,从而引起性质的改变。其主要表现为物理性质、化学性质的改变和生物活性的丧失,最突出的表现为溶解性下降,这将大大降低它的使用价值。引起丝胶蛋白变性的因素主要有温度、pH值和有机溶剂。

4.丝胶蛋白膨润和溶解 丝胶蛋白是一种高分子,它和适当的液体接触时会自动地吸收液体而膨胀变软,经无限膨润后就能溶解于液体。一般情况下,丝素蛋白在水中只能膨润而不溶解,但丝胶蛋白却能在热水中溶解。这是丝胶蛋白最重要的性质,也是人们能用水来制丝、精练脱胶的根据。

药理作用

1.活性因子 丝胶蛋白除了与人体皮肤角质层中天然调湿因子类似,能保持皮肤适量水分使皮肤光滑、柔软、富有弹性以外,丝胶及其水解物也是一种天然抗氧化剂川,其抑制脂肪过氧化能力可与VC相媲美。它还具有抑制酪氨酸酶活性的作用图,当丝胶浓度)0.5%时就具有抑制酪氨酸酶活性能力。即使加热煮沸处理,上述这二种作用活性也持续不变。所以,这种具有天然抗氧化剂和酪氨酸活性抑制剂安全性高、有效、稳定又廉价,在医药、化妆品、食品添加剂等领域有广泛的应用前景。除此以外,还发现丝胶蛋白是一种高温DNA聚合酶的活性增强剂。在DNA扩增反应系统(代)R中有高温DNA聚合酶存在情况下,加人0.1mg/mL-2.0mg/mL,而止丝胶蛋白溶液后,不但能显著促进这种高温DNA聚合酶的聚合活性,而且还可以减少这种聚合酶用量进行有效地低剂量DNA扩增。

2.皮肤消炎作用 水溶性丝胶及其水解物对某些皮肤病有明显的疗效。丝胶蛋白也是治疗某些皮肤病良好消炎剂。当丝胶蛋白与酶或酸水解获得的酵母抽提物混合后也可成为一种新的皮肤外用药膏。这种外用膏也能促进真皮纤维细胞的胶原生产,有效防治或减缓各种皮肤病症如皮肤起皱老化、弹性下降、粗糙、发黑、松弛等。另外,丝胶蛋白与木质葡聚糖、紫外吸收剂、加厚剂粘多糖和梭基乙烯聚合物或其衍生物混合可制成另一种外用剂药膏。

3.防止脑老化 脑脊髓星形细胞分泌的非必需氨基酸一丝氨酸是脑神经元生存和生长所必需的卜台],神经胶质细胞通过营养因子的供给促使中央神经元细胞的生存和发育。而甘氨酸和L一丝氨酸一样也是由神经胶质细胞产生的营养因子,能促进小脑培养神经元生存、树突发生以及电生理发育。丝胶蛋白中L一丝氨酸占33%,而甘氨酸含16%,加起来约占总量一半。因此,多摄取丝胶及其水解产物有利于提高人的记忆力、防止脑老化、预防痴呆症等。所以,丝胶及其水解物作为饮食用水或做饭用水的添加剂已出现,这种饮食用水可用作食物蒸煮、炊饭、沏茶、化妆品、饮料加工等的水源。它能抑制自体氧化,在食品中添加后不仅起杀菌、防腐等作用,而且还能使食品品质稳定、美味、长期保存。长期饮用或食用加有丝胶的水制成食品、饭、茶、饮料等能维持健康、抑制病菌、延迟衰老、美容养颜。

4.抑制大肠杆菌作用 丝胶及其水解物能抑制大肠杆菌的生长,并有助于肠道生理功能的改善、增强人体体质。

5.降血糖、胆固醇作用 根据氨基酸的功能可知,甘氨酸和丝氨酸能降低血液中胆固醇含量,排泄人体内的有害物,具有解毒功效。丝胶还是一种降血糖药物的主要成分。

6.抗大肠癌和皮肤癌作用 丝胶及其水解物对大肠癌有明显抑制作用。

7.抗凝剂与抗艾滋病活性 丝胶或丝素进行硫酸化处理可制成另一种抗凝药剂。在丝胶或丝素溶液中加人浓硫酸,其加人量为丝胶或丝素蛋白量0.5倍-500倍,在20℃-100℃温度下搅拌硫酸化处理数十分钟到几小时,获得硫酸化丝胶或丝素产物,经过滤、洗净后溶于水,再透析、冷冻干燥,最后获得水溶性的硫酸化丝胶或丝素粉末,经抗血液凝固活性试验,发现它象肝素一样,具有抗血液凝固活性,而未经硫酸化的丝胶或丝素就没有这种抗凝活性。所以,硫酸化丝胶或丝素可替代肝素,具有低价、生产效力高和安全性高的特点,有广泛的医疗用途如尿毒症病人人工透析或体外循环时血液中的抗凝剂,病人检查或治疗时与血液接触的医疗用材料表面的抗凝处理等。

8.药物缓释 丝胶与丙烯酸(PAA)发生聚合反应后制成一种新颖的粘膜粘附性高聚物。

9.人工器官 丝蛋白可以溶于卤代醋酸制成无毒、透明、均质的人工器官和医用生物材料。

10.人工皮肤 由非结晶的丝素蛋白膜制成的人工皮肤既能加快皮肤伤口修复,又能易剥离而不易与新生皮肤产生粘连。这种丝素膜透湿性良好,覆盖创面后愈合时间明显提前,能促进表皮细胞生长。

11.医用生物材料 丝胶和丝素混合制成的丝蛋白膜具有良好的氧透过性,其性能与人角膜相似,可望在人工角膜得到应用国。这种膜也是一种有效的用于细胞增殖的培养基质,可取代胶原蛋白。

12.高分子水凝胶 由丝胶或丝素与聚乙烯醇(VP)A混合制成的水凝胶具有优异吸、放湿性和弹性。

分离方法

1.高温热水法 即通过将蚕丝浸泡于热水中，丝胶溶解于热水而丝素不溶。再采用过滤或离心等方法去除丝素获得丝胶蛋白水溶液。丝胶蛋白溶液再经干燥即得到丝胶粉。此方法获得的丝胶不会引入其他化学物质，但产率较低。

2.碳酸钠法 即将蚕丝浸于碳酸钠水溶液中，在一定温度下，丝胶蛋白溶解于碳酸钠水溶液中而丝素不溶解。通过过滤或离心等方法去除丝素；再将获得的碳酸钠丝胶蛋白水溶液进行透析、浓缩或干燥获得丝胶蛋白。

3.酸析法 利用丝胶蛋白在等电点（pH 3.8-4.5）溶解度降低的特点，丝胶蛋白从水溶液中析出，再通过回收加以利用的方法。此方法是工业中分离蛋白质最常用的方法之一。

4.柠檬酸法 利用丝胶可溶解于柠檬酸水溶液沸水中，而丝素不溶解的特性，将溶解后的丝胶柠檬酸溶液进行透析和浓缩即可获得丝胶蛋白。但此方法蛋白在透析的过程中便从溶液中析出，而析出的丝胶难以复溶。

5.尿素法 采用尿素水溶液溶解丝胶，再经透析和浓缩获得丝胶蛋白的一种方法。此方法对丝胶蛋白分子量的影响比起高温热水法和碳酸钠法等要轻得多，然而采用此方法获得的丝胶蛋白有较明显的细胞毒性。

6.溴化锂法 此方法是采用溴化锂水溶液在较低温度下溶解丝胶，再经透析、浓缩以获得理想浓度的丝胶蛋白水溶液。此方法是目前已报道的从蚕丝中分离丝胶比较温和的一种方法。

应用

1.化妆品领域的应用 一般来说，正常的皮肤角质层中应该保有10%~20%的水分，才能够使皮肤富有弹性，饱满有光泽而不龟裂。角质层中之所以保有一定含量的水分一方面是因为皮脂膜具有防止水分蒸发的能力，而且另一方面是角质层中含有具有吸湿和保湿功能的天然保湿因子（naturalmoistarizing,NMF)；丝胶富含极性氨基酸，他含有-OH、-COOH、-NH2等极性基团，具有与保湿因子相似的成分和功能，日本已有含有丝胶的化妆品，如润肤乳、洗面奶、洁面乳等。 研究表明，皮肤变黑是因为黑色素细胞中络氨酸酶具有的氧化作用，山田英幸研究发现，丝胶能抑制这种酶的活性，并且在煮沸处理后仍保有这种能力。在丝胶蛋白中，络氨酸（Tyr）、色氨酸（Trp）和苯丙氨酸（Phe）等能吸收紫外线，使皮肤不被晒黑和晒伤。

2.食用领域的应用 丝胶所含的氨基酸中，超过90%都能被人体所吸收，且所含氨基酸中人体所必须的达到17%以上。而其中丝氨酸，甘氨酸，天门冬氨酸又具有特殊的药理作用：丝氨酸能有效的抑制血液中胆固醇的升高，可预防治疗高血压；抑制结核菌，可以用来治疗肺病。甘氨酸能同时降低胆固醇，并且具有降血糖的功效，防治血栓、血凝，治疗糖尿病等。天门冬氨酸可降血氨，保护心肌，治疗心绞痛，同时对肝也有保护作用。丝氨酸与甘氨酸又是神经胶质细胞的营养因子，摄取的丝胶蛋白（丝氨酸和甘氨酸占约一半）可提高记忆，预防痴呆症的作用。 丝胶作为一种抗氧化剂，能应用于食品领域，丝胶能有效的抑制脂肪过氧化（食品氧化主是要脂肪氧化），并且抑制多酚氧化酶，从而抑制食品褐变。研究还发现]丝胶能促进小鼠对于锌、铁、钙等元素的吸收，分子量较大的丝胶不能被胃肠所吸收，随粪便被排出体外，具有防止便秘的功能。

3.纤维改性领域 将丝胶通过交联剂固着在纤维织物的表面，使纤维即具有原先的性能，又具有丝胶的功能特性，提高了织物的服用性和价值。 涤纶强度高，回弹性能好，但是吸湿透气性能较差，穿着舒适性差，无法作为一种较好的服用面料。用丝胶对涤纶进行表面改性，可以提高涤纶服用的舒适性.

4.生物材料 许多研究表明丝胶蛋白有能力作为一种医用敷料。丝胶的吸水性能帮助皮肤表面维持一个相对潮湿的环境，而且能吸收伤口的渗出液体。用丝胶制备的二维膜和三维水凝胶、多孔支架已经有所报道。在小鼠实验中，不仅是作为一种敷料，而且作为一种丝胶精华也呈现出非常好的伤口愈合性能，并且不会引起过敏反应。与对照组相比，用丝胶处理伤口表现出更少的炎症反应。用胶原蛋白和丝胶蛋白处理伤口，丝胶处理的实验组表皮生长的更快。

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