同学们,大家好!
今天我们在前两讲的基础上
进一步来探讨生活中的蛋白质科学
在前两讲当中
我们知道蛋白质是生物体的外在表现形式
没有蛋白质就没有生命
在这众多的蛋白质当中有一类蛋白质
它广泛分布于脊椎和无脊椎动物体内
它是这些动物体的基本支架和外保护成分
占脊椎动物体蛋白含量的一半或者是一半以上
这类蛋白质就是纤维状蛋白质
说到纤维状蛋白大家可能比较陌生
但是如果说到胶原蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白
大家可能就比较熟悉了
因为这些蛋白已经在生活中广泛应用
比如说我们用的各种护肤品
或者美容用品当中的胶原蛋白
我们穿的蚕丝衣 盖的蚕丝被的丝心蛋白
这些都是纤维状蛋白
胶原蛋白是否有它们说的那样神奇的美容功效
我们又为什么喜欢盖蚕丝被呢
今天我们就共同探讨生活中的纤维状蛋白
首先我们来看一下这堂课的主要内容
这堂课我们主要讲解的是生活中的纤维状蛋白
主要是硬蛋白 包括角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白
它的结构、性质以及功能 让我们从不同层次
不同角度来理解这些纤维状蛋白
好 首先我们来看一下 什么是纤维状蛋白
它的形状呈细棒状或者是纤维素状
它的长轴也就是它的长
和它的宽短轴大概是10倍以上
我们把这样形状的蛋白质称之为纤维状蛋白
纤维状蛋白分为可溶性蛋白和不溶性蛋白
一般不溶性蛋白又叫做硬蛋白
而我们所说的角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白
就是硬蛋白
它们有各自的结构和各自的功能
但是它们都会有一个统一的内部一个结构
就是它的分子是由规则的线型结构构成的
而这些规则的线型结构
又与其规则二级结构有关
而这些规则的二级结构又是
它们的蛋白质一级结构所决定的
在我们深入的了解探讨纤维状蛋白之前
让我们一起先来看一下
什么是蛋白质的一级结构和蛋白质的二级结构
我们都知道蛋白质的基本组成单位是什么呀
氨基酸 一个氨基酸连接羧基、连接氨基 两个氨基酸
其中一个提供羧基 另一个提供氨基
它们脱水缩合而形成二肽
这里面这个键就是肽键
那这样很多个氨基酸
都通过肽键而形成了这条肽链
一条或者几条这样的肽链就形成了我们所说的蛋白质
然后我们再看这条肽链
在这条肽链当中 CH也就是碳原子加这是什么
我们说这是什么键 肽键
然后碳原子加肽键碳原子再加肽键
那这样形成的一条链就成为这条肽链的主链
而这些R基R1 R2 R3 R4 RN
而这些R基就构成了多肽链的侧链
我们还是再看这条肽链
在这条肽链当中所形成的氨基酸所提供的
氨基酸(蛋白质)还是完整的氨基酸吗
还是吗 不是 它都提供了缺失自身的一部分 (氨基酸)
所以在这条肽链当中所形成的所提供的氨基酸(蛋白质)
都叫做氨基酸残基
氨基酸的排列顺序就构成了蛋白质的一级结构
比如说 这是胰岛素的一级结构
我们来看一下 它大概是由 51个氨基酸所构成
包括A链和B链两条链 A链当中是由20个氨基酸(构成)
而B链是由30个氨基酸(构成)
两条链之间是通过二硫键进行连接的
主要是半胱氨酸它们提供巯基而形成的二硫键
在这里面 两条链可以通过链间二硫键连接
而在A链当中也有一个链内的二硫键
在这里面 二硫键和肽键都是共价键
如果你想打开这个键 使这个结构没有二硫键
那么它是需要很强的力
或者是我们在降解蛋白的过程当中
要打开这些肽键需要很强的力
这个氨基酸的排列顺序
就构成了蛋白质的一级结构
构成的蛋白质的一级结构又是
如何形成蛋白质的二级结构呢
我们一起来看一下
刚才我们讲肽链的主链
肽链的主链在局部区域当中形成的有规则的空间区域
就构成了蛋白质的二级结构
蛋白质的二级结构主要是由氢键来维系的
大家可以看一下氢键 亚氨基氢和羰基氧形成
那么其实对于我们蛋白质来讲主要就是
羰基氧和亚氨基氢之间形成的氢键
我们刚才看二硫键的时候 它们之间画的是一条实线
我们讲它也是一种共价键
当氢键的时候 我们画的是虚线
它是一种次级键 非共价键
每一个氢键的力很弱的
但是很多个氢键维系起来的力就是很强大的
典型的二级结构包括α-螺旋
β-折叠、β-转角β-凸起以及无规卷曲
形成我们纤维状蛋白的主要的二级结构
就是α-螺旋和β-折叠
我们也将重点给大家介绍α-螺旋和β-折叠
首先我们来看一下α-螺旋
一条肽链围绕着假想的一个中心轴而形成右手螺旋
什么是右手螺旋呢 大家把你们的右手伸出来
你的拇指的方向就是螺旋轴上升的方向
你四指的方向就是螺旋上升的方向
它们形成的是右手螺旋
在这里面边它的氢键在哪形成的呢
形成螺旋轴的时候 羰基氧和它同侧的
酰胺氢之间形成氢键
在这个螺旋轴当中 就由很多个氢键
并且是链内的氢键
这条链内形成的氢键就是链内氢键 这是α-螺旋
然后我们看下β-折叠
是由一条多肽链的自身回折或者
是由两条或者两条以上的多肽链形成的平行
或者反平行的构型就是β-折叠
β-折叠片层当中 一条肽链的羰基氧可以和
临侧的酰胺氢形成链间氢键
β-折叠所形成的的是链间氢键
而α-螺旋所形成的的是链内氢键
一条链内所形成的的氢键
那大家现在来看一下
α-螺旋和β-折叠有什么样的区别呢
谁的结构更加伸展一些
谁的结构更加致密呢
β-折叠的结构更加的伸展
α-螺旋它相对比较致密一些
就是由它这些结构赋予了蛋白质不同的功能
那这些二级结构是如何构成纤维状蛋白的呢
我们就一个一个来看
首先看第一个 角蛋白
角蛋白也分为α-角蛋白和β-角蛋白
它都是一种结构性的蛋白
主要存在于动物体的外表面
比如说α-角蛋白主要存在于有蹄类（动物）的蹄
比如说马、牛 或者是鸟类的羽毛
它的喙 或者是鱼的鳞 这些都是α-角蛋白
还有人的头发也是α-角蛋白
就拿人的一根头发为例
我们来看一下它的结构
人的头发最主要的蛋白质就是α-角蛋白
这是一跟头发的模式图
我们可以看到 一根头发大概分为三个层次
最外面是表皮层
表皮层是由毛鳞片构成的 中间是皮质层
皮质层是构成头发的主体
它就是α-角蛋白 中间的是髓质层
我们主要看一下皮质层当中的α-角蛋白
它是右手的α-螺旋 然后左旋形成初原纤维
11根这样的初原纤维进而形成微原纤维
很多个微原纤维再形成大原纤维
在很多个大原纤维进而形成成束α-角蛋白
这样就构成了一根头发的主体
它相当于我们一根绳在不断不断的拧而形成的
它就决定头发的强度和韧性
其实这是一根头发的结构 它具有高度致密的结构
那么其实人大概有多少根头发呢你们知道么
人平均有头发10万根左右
头发的平均生长速度大概是每天0.44mm
也就是说我们要是1个月不剪头发
要想保持原有发型大概剪掉多少
0.44mm*30等于大概1cm左右
如果你一个月剪一次头发
要想保持自己原有发型的话那就是大概剪掉1cm
那还有呢 每天每个人都会正常的脱发
大概脱发多少根
大概在50根到60根左右 如果脱发过于严重
可能代表你身体处于一种亚健康状态
比如说你过度的疲劳 或者精神压力比较大
可能导致脱发的严重
头发作为装饰物
千百年来人们一直在寻找着如何通过改变自己的头发
使自己变得更加的美丽
如何才能让头发由直变卷呢
这就是我们要讲的下面一个问题 烫发的生化基础
其实 烫发的历史有3000多年
埃及有象形文字记载的时候
尼罗河畔的妇女早晨的时候就用木棍
当然她得找稍微粗一点儿这样的木棍
将头发卷起
再涂上尼罗河旁边的河泥
晒上一整天 之后晚上把这些河泥洗掉
就出现了靓丽的波形
这个其实就是烫发的开始 也称之为水烫
从此之后呢 烫发经历了火烫 电烫
什么是火烫呢
我不知道大家看没看过少年方世玉里面他妈妈卷头发
她是用一个钳 然后烧的很热把头发卷起
头发都已经冒烟了
其实那个就是火烫的一种
还有呢电烫 电烫就是我们现在用的加热棒
通过加电使电棒变热将头发发生卷曲
经过了水烫 火烫以及电烫之后
在1936年英国的SPekman教授用巯基乙醇的碱性溶液
涂抹于头发和毛发上面
成功的将头发由直变弯 这个就是化学冷烫的开始
它是用化学试剂使头发发生弯曲
在1938年～1939年美国加州首先采用这种方法
在1940年很多国家都普及了这种方法
我国主要是在1950年开始试用
由于这种方法操作比较方便
而且没有什么危险性 广泛流传至今
现在想一想如果我们要是烫发的话
理发师都对我们的头发都做了些什么呢
我们就记得抹药水 反复的抹药水
刚开始抹然后洗掉
又抹药水 又洗掉 我们在进入理发店之后
理发师让我们坐在那
开始抹一些药水 这些药水很好闻吗
不好闻 带有些刺激性的气味
之后呢 他把你的头发抻 原来这么长抻到这么长
理发师说头发软化好了
可以做定型了把这些药水洗 又抹些药水
通过加热方式 把这些药水洗掉之后
就得到我们想要的发型
大致是不是都是这样的过程
其实现在馥发的产品和烫发的技术已经日臻完善
有很多的烫发的方法 比如说有什么陶瓷烫
玉米须烫 现在还有麻辣烫
我不知道大家听没听说过 有很多的烫发方式
但是其实无论你怎么烫发它都是经过两个过程
一个是软化另外一个就是定型
软化的过程主要是通过化学反应
将头发中的二硫键和氢键打开
也就是软化的过程
另外发芯结构重新组合并使之稳定 就是定型
比如说 这是我们的一根头发
那么维系这根头发的主要作用力是什么
我们刚才讲的 它是角蛋白都是α-螺旋
首先二级结构是氢键
除了氢键之外就是二硫键 那么涂抹的
Spekman教授涂抹的巯基乙醇的
碱性溶液主要是一种还原剂
它能够将头发中的二硫键断开
那么这些游离的二硫键断开之后
再通过加热的方式能够使头发当中的氢键也断开
这时候在涂抹些 卷发球大的、小的
还是什么形状的给它卷到头发上之后
这些巯基SH这个是半胱氨酸的巯基它的次序
或者顺序发生了改变
在涂抹上氧化剂 再通过加热的方式
这些就近的二硫键就会连接在一起
而形成新的共价键 这就得到了我们想要的一个发型
这个过程就是化学冷烫
主要就是通过化学药水使我们的头发发生的一些改变
那我们刚才说的水烫、电烫、火烫
主要是通过什么方式改变头发什么呢
大家想一想 刚才以上所讲的三种方式都是通过加热
主要是加热的方式不同
主要打开的是能打开这些二硫键吗
对 不能 二硫键是共价键
只有通过这些化学试剂才能够打开
而加热的方式是通过氢键 打开氢键而形成的
比如说我们用的卷发烫 就是电棒
它能够使头发维持多长时间的卷发呢
可能最长维持到你下次洗头 就可以了
但是化学冷烫
由于它改变的是头发内部的共价键
所以它能够使卷发维持的时间更长一些
这就是烫发的生化基础
烫发既然能使我们这么美丽
是不是我们可以经常烫发呢
不能 为什么呢
有经常烫发的同学会发现自己的头发怎么样
对 容易断 然后干枯 变黄
还没有光泽 是不是这样的 那是为什么呢
主要就是那些难闻的刺激性气味
那些难闻的刺激性气味是一种碱性的溶液
它能够破坏头发最外面那一层 叫表皮层
表皮层的毛鳞片被遭到破坏之后呢
头发内部的角蛋白就处于一种没有保护的状态
那么这个时候内部的营养成分和水分就会流失
也会或多或少的使角蛋白发生变性
也就是我们看到的发黄、易断
然后失去光泽 并且没有弹性
所以 专家建议 一年内切勿超过两次
烫发的频率不能太过频繁 自然健康才是最美丽的
以上我们讲的就是α-角蛋白
除了α-角蛋白之外呢
角蛋白当中还包括β-角蛋白
比如这些丝芯蛋白
蚕丝和蜘蛛丝所组成的丝心蛋白就是β-角蛋白
这是我们日常生活中经常见到的
现在日常生活中还算常见吗
对 它主要是蜘蛛用来捕食
用的蜘蛛网它具有一定的弹性或者是粘性
β-角蛋白它的结构都是β折叠片层以平行的方式
进行堆积而形成的 这样的多层结构
这里面都是链内氢键还是链间氢键
这条链的羰基氧和上一条链相邻肽链的酰胺氢之间
所形成的氢键
是链间氢键
那么由于这样的结构
使丝心蛋白具有抗张强度高
质地柔软这样的特点
但是 它能不能拉伸呢
大家看这个结构能不能拉伸呢
β-折叠本身是一种伸展的构象 它就不能拉伸
这样的结构赋予了它特殊的功能
比如说 我们经常喜欢穿的蚕丝（衣）
我们为什么喜欢穿蚕丝（衣）呢
舒服 比较凉爽 比较贴身透气是不是这样
所以我们喜欢蚕丝做的衣服
主要是蚕丝是自然界中集轻、柔、细为一体的天然纤维
它素有"人体第二肌肤"的美誉
并且被业界称为"纤维皇后"
这些蚕丝它的主要成分和结构与人类的皮肤是很相近的
它所含多种人体必须的氨基酸
有防风、除湿、安神、滋养以及平衡人体肌肤多重功效
所以人们愿意用它做一些贴身的衣物
也是贴身衣物的上乘首选的料子
除了我们穿的这些蚕丝衣和围巾之外
蚕丝还能做什么 我们在家里盖的蚕丝被
蚕丝被它比较轻 蓬松 透气
所以人们愿意用蚕丝被
认为它是也是一种最舒服的被子
古代的皇亲国戚盖的都是这种蚕丝被
以上我们介绍了角蛋白当中两种α-角蛋白和β-角蛋白
下面我们介绍纤维状蛋白中的另外一种—胶原蛋白
说到胶原蛋白的时候 大家首先反应的是什么
现在电视当中 铺天盖地的美容产品当中都会有胶原蛋白
它或多或少的提到它具有胶原蛋白
说胶原蛋白有多么神奇的美容功效、能够永葆青春
用现在一个时髦的话说 能够逆生长
那胶原蛋白是否真的具有这样神奇的功效呢
我们来一起看看
其实胶原蛋白就是动物体中普遍存在的一种大分子
是细胞外基质的一种结构成分
主要存在于动物的结缔组织中
包括在骨骼中的蛋白质约80%都是胶原蛋白
关节中软骨的59%也是胶原蛋白
皮肤中的蛋白质约75%也是胶原蛋白
胶原蛋白还存在于牙齿、眼睛和血管等组织和器官当中
所以胶原蛋白被称之为骨中之骨 肤中之肤
那胶原蛋白的结构又是什么样的呢
它是三条多肽链形成的三股螺旋形成的一种胶原域
再以氢键相互咬合形成牢固的超螺旋结构。
大家可以看一下它 这就是胶原蛋白
它像什么
像弹簧一样
所以它能够具有强韧的弹力和坚固的支撑力的双重特性
胶原蛋白一般都比较细长
它的长轴和短轴的比大概是200倍以上
形成的螺旋状犹如弹簧一样回旋形成网状结构
具有坚韧的弹力和坚固的支撑力的双重作用
胶原蛋白具有哪些应用呢
首先它可以在保护肠胃方面
它能够在人体胃肠道表面形成保护膜
能够有效地的缓解胃溃疡等消化系统的疾病功效
另外胶原蛋白可以作为一种补钙食品
我们刚才讲了在骨骼中大约有多少是胶原蛋白
80%都是胶原蛋白
而这些胶原蛋白中有一种特殊的氨基酸
是羟基脯氨酸 这种氨基酸是运载氨基酸
能够将钙由血浆当中运输到骨细胞中
所以我们要是补钙的同时
最好要补充一些胶原蛋白
这样才能够使钙良好的吸收
胶原蛋白还能够改善血管的弹性
可以加快血管壁的新陈代谢
使血管壁具有弹性 使之不易变脆变硬
保证血液流通的畅通 有效地防止血栓的形成
另外胶原蛋白现在一个重要的功能在美容方面
防止皮肤的老化和去皱纹
我们都知道随着年龄的增长
皮肤可能会出现细纹 干燥
尤其是在30岁以后会出现一些皮肤问题
那主要是什么原因
对 主要就是随着年龄的增长 胶原蛋白会流失
胶原蛋白流失之后
我们刚才看到的弹簧网状胶原肽键就会断裂
而刚才的弹簧的网状就会坍塌
皮肤(组织）能够萎缩、坍塌
肌肤表现出来就是干燥、皱纹 松弛没有弹性等衰老现象
在动物当中提取的胶原蛋白能够有效地保湿
美白 防皱 这样的一个功能
我们可以看一下这两幅图
一个是富含胶原蛋白的皮肤组织
一个是缺少胶原蛋白的皮肤组织
那么这个就是不健康的皮肤组织 它比较暗淡
细纹也比较多 松弛 干燥
而有胶原蛋白的皮肤组织
白皙 平滑 结实具有保湿这样的功能
所以想永葆青春 我们要多食用胶原蛋白
那现在用胶原蛋白有几种方式能够美容
大家现在想一想 尤其是女同学
我们会一个星期做2到3次的面膜
或者护肤品当中都会有胶原蛋白
这些胶原蛋白其实能在一定程度上
能够具有保湿和防皱的功效
但是由于胶原蛋白的分子比较大 它只能作用于表皮
很难进入到真皮当中
所以现在护肤品一般都会把胶原蛋白进行水解
形成小分子 大概小于2KD的这样才能进入到皮肤当中
这是外敷
另外呢 就是外部注射 就是现在非常时髦的微整形
注射胶原蛋白 它能起到立竿见影的效果
现在各种明星现在就愿意哪里皱纹多了
或者坍塌了打一针 它能起到立竿见影的效果
但是也存在肌肤排斥、或者是有没有过敏反应
并且注射胶原蛋白价格昂贵 维持的时间也较短暂
其实最直接最有效的补充方式 就是食补
但要你要坚持2个月以上
才能够将流失的胶原蛋白补充回来
其实在生活当中有很多食物是富含胶原蛋白的
比如这个是皮冻
皮冻是由什么得来的 猪皮
猪皮熬的皮冻它就富含胶原蛋白
还有这个是猪脚黄豆汤 也是上乘的美容的汤
以上我们介绍的就是胶原蛋白
胶原蛋白虽然能够给组织或器官强度和韧性
但有些组织除了强度和韧性之外还要有一定的弹力
比如说心脏 心脏在收缩的时候 都需要弹性
还有肺 肺泡 和氧结和的时候也需要弹性
那么这个时候就需要另外一种纤维状蛋白
这个叫做弹性蛋白 弹性蛋白能够构成弹性纤维
它就像橡皮筋一样 能够伸长到原来正常长度的几倍
也能够收缩回来 到正常长度
那么 体内的很多组织和器官就是
靠弹性蛋白的含量的多少来进行调节自身的弹性的
弹性蛋白分布虽然没有胶原蛋白广泛
但是在组织当中也是大量存在的
比如富有弹性的组织 某些韧带 大动脉 肺当中
以及耳部软骨当中都含有这些弹性蛋白
尤其是在这些皮肤当中也含有弹性蛋白
我一讲到弹性蛋白的时候就会想到有一个广告
就是什么弹弹弹 弹走鱼尾纹
那么可能是弹性蛋白和胶原蛋白的混合体
所以如果在美容的同时
同时补充胶原蛋白再补充弹性蛋白
就能够达到更好的美容护肤的效果
以上就是我们这堂课的全部内容
大家一起跟我回忆下都讲了什么内容
角蛋白 胶原蛋白和弹性蛋白
我们从它的结构和功能入手 从不同层次
给大家介绍了生活中的纤维状蛋白
下一堂课我们给大家继续介绍蛋白质的应用
我们这一讲就到此结束
谢谢大家！