由于蛋白質具有多種多樣的功能,，許多蛋白質，例如有催化活性的酶,，在制藥工業(yè)和很多生物技術領域中已經(jīng)得到廣泛的使用,。最近在材料科學中，蛋白質也倍受重視,。在2005年8月出版的Current Opinion in Biotechnology(第24卷第5期)上同時刊登了三篇有關蛋白質在材料科學中應用的文,。他們的題目分別是：在材料世界中新的蛋白質（New proteins in material world）、生物材料設計的蛋白質工程方法（Protein engineering approaches to biomaterial design）和作為效用蛋白質的蛋白質纖維：新技術和應用(Protein fibers as performance proteins: new technology and application),。
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征是都有一些重復的小肽片段組成,，膠原蛋白的重復片段為GAPGAPGSQGAPGLQ,，角蛋白的重復序列為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等重復片段。這樣的結構賦予了這些結構蛋白質特定的機械強度,，為此可以作為特制的材料,。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,。最近發(fā)現(xiàn)不同來源的絲蛋白具有不同的結構,，例如足絲的重復片段為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,，目前人們還利用這些重復片段合成嵌合型的纖維,，這類分子被命名為重復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復片段（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自組裝后的產(chǎn)物呈現(xiàn)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復片段,，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卷曲的螺旋。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，還能構成許多復合生物材料,，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(chǎn)物的40%。這些硅藻細胞合成的產(chǎn)物多數(shù)是復合生物材料,，也可以利用,，特別是設法用其它的金屬取代其中的硅元素，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(fā)新型的蛋白質材料外,，經(jīng)過深入的研究，也發(fā)現(xiàn)了一些天然存在的蛋白質具有新的用途,。
小麥的谷蛋白經(jīng)修飾,，變成帶有巰基的分支狀衍生物后，可以生產(chǎn)具有高度韌性的塑料樣產(chǎn)品,。這樣的產(chǎn)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41000 cm2/g,。這些產(chǎn)品不僅具有生物可降解性,，還具有優(yōu)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層被用于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涂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(fā)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,，用于材料科學的各個方面,。
參考文獻：
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