結(jié)構(gòu)多糖與生物軟組織

結(jié)構(gòu)蛋白復(fù)習(xí)膠原角蛋白絲心蛋白彈性蛋白肌肉收縮蛋白整聯(lián)蛋白第4章生物結(jié)構(gòu)多糖與生物軟組織自然界中糖類通過光合作用合成特點：與基因密碼無聯(lián)系、合成簡單、資源豐富光合作用糖的特點能源物質(zhì)細胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)參與新陳代謝等生理功能與基因密碼無聯(lián)系合成簡單資源豐富1、能源

2、碳源

3、信息識別

4、結(jié)構(gòu)成分糖的生物學(xué)作用韌帶－結(jié)構(gòu)糖結(jié)締組織－結(jié)構(gòu)糖

肌糖原－能源動物干重2％第4章生物結(jié)構(gòu)多糖與生物軟組織4.1糖4.2蛋白質(zhì)與多糖的混合4.3黏液4.4柔性基質(zhì)4.5?？墓羌?.6雌性蝗蟲的節(jié)間膜4.7皮膚4.8應(yīng)力-應(yīng)變性質(zhì)4.9泊松比4.10斷裂4.11水產(chǎn)生的剛化4.1糖4.1.1生物纖維4.1.2固溶膠4.1.3透明質(zhì)酸4.1.4肝素俗稱碳水化合物〔carbohydrate〕Cn(H2O)n〔n>2〕化學(xué)定義：多羥基醛或酮及其縮聚物和衍生物的總稱。糖類的元素組成和化學(xué)本質(zhì)葡萄糖是自然界中普遍存在并充分研究的一類糖。鼠李糖及巖藻糖〔C6H12O5)、脫氧核糖〔C5H10O4)4.1糖糖的分類根據(jù)分子使平面偏正光旋轉(zhuǎn)的方向右旋〔正〕左旋〔負〕鏡像構(gòu)型：D型和L型，生物體中多為D型連接植物細胞的果膠中存在L-鼠李吡喃糖〔L-rhamnopyranose〕糖的分類單糖〔monosaccharide〕寡糖〔oligosaccharide〕多糖〔polysaccharide〕

根據(jù)聚合度不能被水解成更小分子的糖類水解產(chǎn)生20個以上單糖分子的糖類

原子組成、分子式、分子量相同

〔同分〕異構(gòu)〔isomerism〕單糖的構(gòu)象己糖的構(gòu)象己糖-六碳糖任何具有重要機械性能的多糖都是由己糖構(gòu)成。己糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)與構(gòu)象分多羥基醛酮開鏈、半縮醛環(huán)狀兩種形式天然情況以環(huán)狀占絕大多數(shù)。

吡喃環(huán)開鏈OHC=OHC-OHHO-CHHC-OHHC-OHHO-CH2D-〔+〕葡萄糖L-〔-〕葡萄糖對映體異構(gòu)以葡萄糖為例開鏈吡喃環(huán)O半縮醛羥基仍具有醛基還原性環(huán)狀分子的αβ構(gòu)型〔異頭碳〕吡喃環(huán)OHOOHOHH＝？新手性碳新異構(gòu)型αβ吡喃葡萄糖的構(gòu)象船式椅式OCH2OHHOHOOHOHOCH2OHHOHOOHOHOCH2OHOHOHOHOH己糖4C1αβ命名時為α〔β〕—D〔L〕—糖名椅式構(gòu)象與糖命名名？α—D—葡萄糖名？β—D—葡萄糖平面結(jié)構(gòu)空間構(gòu)象通過分子上任意的羥基發(fā)生縮聚反響成鍵這些鍵按照α型或β型，以及在碳環(huán)上的位置命名形成分子內(nèi)半縮醛，五元環(huán)或六元環(huán)六元環(huán)的半縮醛：吡喃糖糖的連接縮聚反響H2O【葡萄糖-α〔1→4〕葡萄糖苷】α—葡萄糖糖苷鍵14COC糖苷最小的糖單元通過改變側(cè)鏈以改變其化學(xué)性質(zhì)糖單元互相連接方式變化多端吡喃糖：5個反響點、2種構(gòu)型、10種位置、100種方式實際采用的連接方式很少，說明糖單體的組裝過程是受到嚴格控制的。纖維素的降解產(chǎn)物兩個β-D-縮葡萄糖單元由β-1,4鍵連接纖維二糖〔cellobiose〕糖單元之間連接由于氫鍵而加強氫鍵可存在任意的H和O原子中間多糖比蛋白質(zhì)具有更多的穩(wěn)定構(gòu)象單體在高分子中主要有兩種組織順序：周期式〔ABABAB….〕嵌段式〔AAAAABBBAAAABBBAA….〕

前者的組織富有規(guī)律性，后者單體以不同塊狀存在；混合連接的周期性鏈可形成從起伏的帶狀到拉長的中空螺旋狀等多糖的很多結(jié)構(gòu)包含不止一種結(jié)合方式和不止一種單體。直鏈淀粉〔amylose〕一級結(jié)構(gòu)α〔1→4〕葡萄糖苷鍵空間結(jié)構(gòu)支鏈淀粉〔amylopectin〕不可溶于熱水可溶水冷水＞6,000個糖分子遇碘呈紫紅色空間結(jié)構(gòu)α〔1→4〕糖苷鍵

α（1→6）糖苷鍵糖與氨基酸在形成聚合體時表現(xiàn)不同：(1)多糖的側(cè)鏈在大小、構(gòu)象、極性、電荷等方面多樣性遠不及蛋白質(zhì)，且無憎水性反響，因此存在高度親水性氫鍵或者離子間相互作用的可能性。(2)多糖單體間可能存在的鍵的種類非常多，從而導(dǎo)致種類繁多的不同周期性結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的糖鏈很長，使較弱吸引力在兩條互補鏈中積累，結(jié)果足以到達穩(wěn)定的兼顧的鍵所具有的強度3種重要的生物材料—

纖維、彈性固溶膠、粘彈性固溶膠都由多糖聚合而成在一定條件下，這三種狀態(tài)可在一定條件下相互轉(zhuǎn)化角叉菜和透明質(zhì)酸制成纖維幾丁質(zhì)和纖維素制備膠4.1.1生物纖維〔1〕纖維素〔2〕幾丁質(zhì)〔殼多糖〕棉花的纖維素含量接近100%，為天然的最純纖維素來源。一般木材中，纖維素占40～50%，還有10～30%的半纖維素和20～30%的木質(zhì)素。一、纖維素纖維素〔cellulose〕是由葡萄糖組成的大分子多糖。不溶于水及一般有機溶劑。是植物細胞壁的主要成分。纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，占植物界碳含量的50%以上。碳、氫、氧三種元素C：44.4%H：5.17%O：43.39%纖維素的組成作為動物、植物或細菌細胞的外壁支撐和保護物質(zhì)，使細胞保持足夠的抗張韌性和剛性。作為生物圈中維持自然界能量和營養(yǎng)物質(zhì)平衡和穩(wěn)定的存儲物質(zhì)。如果自然界中纖維素的含量不是如此巨大，纖維素的化學(xué)性質(zhì)不是如此穩(wěn)定，那么地球大氣中的CO2含量將驟增。纖維素的生物學(xué)功能纖維素分子結(jié)構(gòu)〔cellulose〕〔植物細胞壁結(jié)構(gòu)多糖〕〔一大類生物資源〕葡萄糖β〔1→4〕糖苷鍵連接而成的無分支的多糖一級結(jié)構(gòu)8000~10000分子微纖維核心中纖維分子分長鏈呈現(xiàn)Z形曲折構(gòu)象相鄰兩個葡萄糖殘基互成180°扭轉(zhuǎn)構(gòu)象，吡喃環(huán)各原子根本處于同一平面生成椅式構(gòu)象纖維素的分子結(jié)構(gòu)取自5個纖維素分子中的5個纖維二糖殘基纖維素的晶胞結(jié)構(gòu)纖維二糖殘基纖維素的物理結(jié)構(gòu)模式微晶區(qū)：纖維素微纖維的中部，，微纖維的排列大致平行，有一定規(guī)律，有序結(jié)構(gòu)交織的無定形區(qū)：在微晶區(qū)外圍的長帶區(qū)域，微纖維排列呈無序結(jié)構(gòu)二、幾丁質(zhì)〔殼多糖〕真菌細胞壁的常見組成局部，大量存在于昆蟲和甲殼類動物的甲殼中，甲殼質(zhì)，甲殼素甲殼素和殼聚糖的命名：甲殼素也叫幾丁質(zhì)〔chitin〕、甲殼質(zhì)、聚乙酰氨基葡糖。甚至有人還叫過幾丁、蟹殼素、明角質(zhì)、殼蛋白等。相應(yīng)的甲殼糖(chitosan)也叫殼多糖、殼聚糖、甲殼胺、幾丁糖、幾丁聚糖、蟹殼多糖等。目前用的較多的是甲殼素和殼聚糖。甲殼素的存在：甲殼素是一種動物多糖，存在于蝦、蟹、昆蟲等的殼內(nèi)和蘑菇、真菌、細菌等細胞膜內(nèi)，動物的關(guān)節(jié)、蹄、足等堅硬部位，被譽為人體的第六生命要素。甲殼素在自然界中的產(chǎn)量僅次于纖維素而居第二位，自然界每年生物合成的甲殼素估計有數(shù)十億噸，從每年收獲的甲殼類動物的廢棄物中即可提取數(shù)近百萬噸。人造皮膚等1811年發(fā)現(xiàn)甲殼素，1859年發(fā)現(xiàn)甲殼糖直到1910年全世界僅有20篇論文發(fā)表。1934年美國申請了首個有關(guān)甲殼糖的專利。20世紀70年代以前研究的中心在歐美，70年代后期重心便移到日本，80—90年代幾乎每三年就有一個有關(guān)甲殼素的專利，上世紀末，日本年產(chǎn)甲殼素200噸，還要從中國進口千噸以上，現(xiàn)在美國也從中國進口千噸以上的甲殼素。目前，中國研究甲殼素的單位有上百家，生產(chǎn)廠也有原來的幾十個開展到現(xiàn)在的300多家。開展史：一般與蛋白質(zhì)絡(luò)合或共價結(jié)合分子排列呈微纖維狀，構(gòu)象與纖維素相似幾丁質(zhì)的微纖維為晶體結(jié)構(gòu)，Z形構(gòu)象幾丁質(zhì)〔chitin〕的分子結(jié)構(gòu)[2—N—乙酰—D—氨基葡萄糖β〔1→4〕糖苷]幾丁質(zhì)〔chitin〕的分子結(jié)構(gòu)

N—乙?！狣—葡萄糖胺殘基C-3的羥基與另一個殘基糖苷基氧原子形成氫鍵纖維素和幾丁質(zhì)的性能

纖維素與幾丁質(zhì)都具有很高的彈性模量幾丁質(zhì)的干纖維彈性模量100GPa，比纖維素剛度更高〔乙?；峁└鄽滏I，位阻減少連接流動性〕剛度也與單體數(shù)量有關(guān)，幾丁質(zhì)中氫鍵足夠強的單體個數(shù)700，而纖維素為2500纖維素的應(yīng)力松弛現(xiàn)象與典型的晶態(tài)材料一致，模量和滯后與應(yīng)變速率無關(guān)，松弛速度比聚丁烯和膠原慢得多，是長鏈和高度的水合作用造成的4.1.2固溶膠

果膠，植物細胞壁和相鄰細胞間的一類復(fù)雜的膠狀多糖植物生長過程中起到潤滑作用商業(yè)用膠：藻酸鹽，從干海藻中提取單體：瓊脂糖4.1.2固溶膠互相纏繞的螺旋，或是卷在另一個鏈上的螺旋，在水中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對變形有彈性反響海藻酸簡介repeatunit:(a)β-D-甘露醛酸(M)(b)α-L-古羅糖醛酸(G)1,4糖苷鍵形成嵌段共聚物CaOHOHOOOOHOOOH2+OOOO鈣-海藻酸凝膠結(jié)構(gòu)海藻酸在組織工程和臨床中的應(yīng)用用于疾病治療

治療返流性食管炎；降糖降脂；恢復(fù)血容量用于創(chuàng)傷修復(fù)材料

燒傷、燙傷敷料；止血材料藥物緩釋材料

助懸劑、增稠劑、乳化劑、微囊材料免疫隔離

海藻酸-殼聚糖；海藻酸-聚賴氨酸透明質(zhì)酸〔Hyaluronic〕，通常寫為HA，有稱玻璃酸4.1.3透明質(zhì)酸廣泛存在于動物的皮膚，臍帶，關(guān)節(jié)滑液，軟骨，眼玻璃體，雞冠，雞胚，卵細胞和血管壁中。不同組織和細菌來源的HA無種屬差異，由不同精制方法獲得的HA，相對分子量不同，但無種屬差異。HA是由D--葡萄糖醛酸和N--乙酰氨基葡萄糖的雙糖單位重復(fù)連接構(gòu)成的線形多糖。HA分子在空間上呈剛性的雙螺旋柱形，在水溶液中，HA分子鏈上相鄰的NH和COO-殘基之間的“水橋〞作用，進一步加強其剛性：同時CH基團的連續(xù)定向排列，又在分子鏈上形成疏水區(qū)，為分子鏈內(nèi)部相互纏繞和分子鏈間相互作用提供接點HA分子鏈的親水和疏水特性，使得HA像“分子海綿〞一樣，可以吸收和保持其自身重量上千倍的水份。HA比任何天然或合成的高分子都具有更強的吸水量。分子結(jié)構(gòu)1〕作為保濕劑：HA和蛋白質(zhì)的復(fù)合物對于皮膚的保濕起協(xié)同作用，HA成為化裝品中活性成分傳遞的有效介質(zhì)。2〕抗炎性，促進傷口愈合，組織修復(fù)和防止細胞感染等，對由于紫外線輻射，衰老，新陳代謝紊亂和外傷受到影響的皮膚有良好的修復(fù)保健作用。3〕創(chuàng)傷護理，皮膚保養(yǎng)和藥物緩釋等。它能為嚴重的燒傷提供一層保護膜，既能阻擋細菌，又能讓氧氣透過，還能在創(chuàng)傷和繃帶之間形成隔離層，防止它們粘連。應(yīng)用4.1.4肝素肝素首先從肝臟發(fā)現(xiàn)而得名，是一種酸性黏多糖?，F(xiàn)在主要從牛肺或豬小腸黏膜提取。肺·心·肝·肌肉等組織中含量豐富，生理情況下血漿中含量甚微。無論在體內(nèi)還是體外，肝素的抗凝作用都很強，故臨床把它作為抗凝劑廣泛使用。肝素(heparin,Hp)肝素是一種由葡萄糖胺，L-艾杜糖醛苷、N-乙酰葡萄糖胺和D-葡萄糖醛酸交替組成的黏多糖硫酸脂。4.2蛋白質(zhì)與多糖的混合〔1〕蛋白聚糖〔2〕糖蛋白〔3〕蛋白質(zhì)與多糖的相互作用4.2.1蛋白聚糖蛋白聚糖：1967年提出，由蛋白質(zhì)和糖胺聚糖通過共價鍵相連〔透明質(zhì)酸除外〕而構(gòu)成。糖胺聚糖：長而不分枝的多糖鏈，具有羧基和硫酸基，根本結(jié)構(gòu)單元是糖醛酸與乙酰胺基六糖組成的二糖特點：糖占比例大，約一半以上，具有多糖性質(zhì)。分布：分布于軟骨、結(jié)締組織、角膜基質(zhì)、關(guān)節(jié)滑液、粘液、眼玻璃體等組織。1.調(diào)節(jié)細胞外液的化學(xué)組成：糖胺聚糖對水有的親和力較強，保持組織中的水分，具有較多的酸性基團，可調(diào)節(jié)陽離子分布。2.促進創(chuàng)傷愈合：糖胺聚糖有纖維增生現(xiàn)象3.潤滑作用：糖胺聚糖有較大的粘滯性，緩沖組織之間的機械摩擦蛋白聚糖的功能

蛋白聚糖的結(jié)構(gòu)組成核心蛋白糖胺聚糖糖胺糖醛酸葡萄糖胺半乳糖胺葡萄糖醛酸艾杜糖醛酸糖胺聚糖

〔glycosaminoglycan,GAG〕一般含有氨基己糖或己糖醛酸也稱粘多糖〔mucopolysaccharide〕[己糖醛酸己糖胺]n單糖殘基帶有羧基/硫酸基現(xiàn)以確定結(jié)構(gòu)的糖胺聚糖有7種，主要存在于結(jié)締組織中，起減磨、緩沖和保護作用。與糖胺聚糖鏈共價結(jié)合的蛋白質(zhì)?！?〕含有相應(yīng)的糖胺聚糖結(jié)合結(jié)構(gòu)域〔2〕一些蛋白聚糖通過這一結(jié)構(gòu)錨定在細胞外表或細胞外基質(zhì)的大分子中〔3〕有些含有具特異相互作用的結(jié)構(gòu)域核心蛋白定義：種類很多，分子量從約2萬~25萬，不少已測得氨基酸序列。特點：肽鏈與糖鏈的聯(lián)結(jié)糖肽連鍵的類型

1、O-糖肽鍵：D-木糖+絲氨酸Ser/蘇氨酸Thr2、N-糖肽鍵

N-乙酰葡萄糖胺天冬酰胺-N原子

N-糖苷鍵除透明質(zhì)酸外，糖胺聚糖鏈的延伸都是在一個與核心蛋白共價連接的連接區(qū)〔寡糖鏈〕上進行連接方式N-連接：O-連接：完整的蛋白聚糖分子量大，在溶液中呈高度伸展?fàn)顟B(tài)，負電荷使相鄰片段排斥所致。蛋白聚糖的結(jié)構(gòu)特點蛋白聚糖的種類〔1〕大分子聚集型胞外基質(zhì)蛋白聚糖，如軟骨蛋白聚糖〔2〕小分子富含亮氨酸胞外基質(zhì)蛋白聚糖〔3〕跨膜胞內(nèi)蛋白聚糖由于核心蛋白和糖胺聚糖兩者多樣性，種類很多，尚無統(tǒng)一的命名和分類方法。通?？煞譃榧僭O(shè)干家族：蛋白聚糖聚集體蛋白聚糖呈“瓶刷狀〞結(jié)構(gòu)，以聚合體形式存在定義一種或多種糖以共價鍵連接到肽鏈上的蛋白質(zhì)。自然界中分布十分廣泛，占各種天然蛋白質(zhì)總數(shù)二分之一以上，如細胞膜、溶酶體、細胞外液分布4.2.2糖蛋白〔Glycoprotein〕特點：蛋白質(zhì)含量較多，糖所占比例變動大，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)的特性。其一定部位上以共價鍵與假設(shè)干短的寡糖鏈相連，這些寡糖鏈常常是具分支的雜糖鏈，不呈現(xiàn)重復(fù)的雙糖系列，一般由2-10個單體(少于15)組成形成糖蛋白的單糖的種類葡萄糖(Glu)半乳糖(Gal)甘露糖(Man)N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)巖藻糖(Fuc)N-乙酰葡萄糖胺(GlcNAc)N-乙酰神經(jīng)氨酸(NeuAc)糖與肽鏈結(jié)合上，20種氨基酸只有5種能與水化合成鍵：天冬氨酸、蘇氨酸、羥基賴氨酸、絲氨酸、羥基脯氨酸糖蛋白作為普遍存在的生物高分子，具有以下生物學(xué)功能：作為機體內(nèi)外外表額保護物及潤滑劑。消化道、呼吸道、關(guān)節(jié)滑液中含有糖蛋白黏液。作為載體。與纖維素、激素、離子等結(jié)合，有助于這些物質(zhì)在體內(nèi)轉(zhuǎn)移和分配。作為結(jié)構(gòu)組分。作為組織骨架的一局部，構(gòu)成亞細胞的組分。腦及其他神經(jīng)組織中的蛋白起一種信息儲存和傳遞神經(jīng)沖動的作用。與抗體形成有關(guān)?？梢允强乖瓫Q定簇，參與凝血過程。與動物適應(yīng)一定的生活環(huán)境有關(guān)。南極魚中存在“抗凍糖蛋白〞，與水反響后能引起血清冰點降低，適應(yīng)海水低溫。糖蛋白是細胞識別機理的必要組分，主要功能之一。實驗說明，癌細胞的悪性生長和轉(zhuǎn)移和外表糖蛋白的變化密切相關(guān)，細胞外表化學(xué)的改變造成了生長和位置控制的喪失。4.2.3蛋白質(zhì)與多糖的相互作用

蛋白質(zhì)中帶正電的賴氨酸和精氨酸側(cè)鏈與多糖中帶負電的磺基和羰基離子間有相互作用，控制了膠原纖維的尺寸、方向和生長速度。將糖胺聚糖〔硫酸軟骨素〕參加到膠原蛋白中會影響膠原纖維的形成。現(xiàn)象：原因：動物體中大量柔性的組織是由膠原纖維在蛋白質(zhì)-多糖母中形成。實驗研究4.3黏液

(1)

[植物]∶一種膠粘物質(zhì),主要來自各種植物種皮(褐藻、蜀葵、亞麻),類似樹膠(阿拉伯樹膠),在水中膨大而不溶解,成一種粘滑的團塊

(2)[生理]∶粘膜所產(chǎn)生的一種富含粘蛋白的膠粘而滑潤的分泌物

人和動植物體內(nèi)分泌出來的黏稠液體。

蝸牛的黏液用來減少身體的摩擦。

來源4.3黏液腹足綱動物足上的黏液比高糖膠復(fù)雜的多，因為其中包含一定量的蛋白質(zhì)，但不是纖維蛋白。黏液一種很奇特的生物材料。提高應(yīng)變速率應(yīng)變<0.1%停止再提高應(yīng)變速率低黏液迅速愈合，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)恢復(fù)，變成固體是一種黏彈固體，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)黏性占支配地位，有很少的流動性表現(xiàn)類似于橡膠態(tài)固體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)破壞，變成流體黏液由暫時的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組成，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由單獨的分子在分散點粘附構(gòu)成，有低的剛度。這一液固循環(huán)被用于貫穿足底的收縮運動，靜電作用的介入明顯改變流動性能。十二烷硫酸鈉〔SDS〕能消除分子間或分子內(nèi)一切靜電相互作用，參加或長期儲存能能極大改變其性能，使剪切模量和粘性都下降。靜電作用枯燥含水量降至70%以下，剪切模量突然上升10%時，50MPa干材料，1GPa（玻璃態(tài)模量），但仍有粘彈性結(jié)論4.4柔性基質(zhì)剪切變稀可能是柔韌的生物材料的共同特點，類似于填充了可變的、分散的硬材料的橡膠機械性能。

柔韌的生物復(fù)合材料是相對剛硬的纖維或粒子填充在柔軟的基質(zhì)中，填充物可達56%的體積分數(shù)，并與基質(zhì)緊密結(jié)合。應(yīng)變放大：填充顆粒附近高分子基體的變形量遠大于遠離顆粒處。如填充橡膠。應(yīng)力軟化效應(yīng)：應(yīng)變放大過程吸收能量，整體材料呈現(xiàn)滯后，滯后環(huán)面積表示內(nèi)部重組消耗功，滯后環(huán)的面積大大減小，使前后的應(yīng)力—應(yīng)變曲線不重合。在一切柔性生物材料中都存在，有害的參加填充物，增大滯后，提高黏性，使材料更硬、更韌、強度更高消除方法：反復(fù)拉伸和恢復(fù)屢次〔約100次，指導(dǎo)應(yīng)力-應(yīng)變曲線重合〕。4.5?？闹心z層海葵?？挠|手海葵的中膠層是一種不連續(xù)的膠原纖維和大量多糖組成的簡單結(jié)締組織。含鹽5%,膠原6.7%,基質(zhì)2%，水86%?；|(zhì)中主要含中性的六元多糖及一些蛋白質(zhì)。中膠層?？闹心z層的膠原遠程有序，力學(xué)性能主要取決與基質(zhì)，膠原有一定影響，與膠原長度和位相有關(guān)。在較大應(yīng)力下，膠原纖維取向變化，以便承受更大負載。載荷消失后能彈性恢復(fù)原形。?？煌贩N的中膠層存在差異〔形態(tài)、多糖性質(zhì)〕。中膠層的特點4.6雌性蝗蟲節(jié)間膜雌性蝗蟲的可高度伸長的節(jié)間膜是一種力學(xué)性能與生物的生活方式相適應(yīng)的材料。攜帶的卵處于脫水狀態(tài)，為保持充足水分，雌性蝗蟲必須把卵埋在地下8cm深，需要延展性極好的節(jié)間膜，應(yīng)變可到達15%。節(jié)間膜由12%蛋白質(zhì)，12%幾丁質(zhì)以及水構(gòu)成。幾丁質(zhì)與拉伸方向垂直，對節(jié)間膜彈性恢復(fù)沒奉獻。蛋白質(zhì)是彈性蛋白。幾丁質(zhì)作為重要填充物，促進軟化。4.7皮膚皮膚的結(jié)構(gòu)由表皮、真皮及皮下組織三局部構(gòu)成1、表皮：形狀不一、大小不一的鱗狀上皮細胞由基底發(fā)育而成。按細胞形態(tài)，分5層：〔1〕角質(zhì)層：最外層，厚度因人而異，前臂內(nèi)側(cè)較薄，掌、足處較厚。由數(shù)層角蛋白和角質(zhì)脂肪細胞組成。〔2〕透明層：由1-2層無核、界限不明的透明細胞組成，角母蛋白〔3〕粒層：透明角質(zhì)顆粒，由2-4層扁平的長斜方形或紡錘形細胞組成〔4〕棘層：發(fā)生層，表皮細胞最厚的一層，細胞間有空隙，貯有淋巴液〔5〕底層：決定膚色的色素細胞散布于這層，由一層圓柱狀細胞組成，整齊排列〔2〕真皮位于表皮之下，由膠原纖維、彈力纖維、網(wǎng)狀纖維以及纖維間的基質(zhì)構(gòu)成，向上伸出局部即乳頭，含有豐富的血管和神經(jīng)末梢，皮膚觸覺敏感程度來源于此?！?〕皮下組織真皮之下，由結(jié)締組織纖維束和大量脂肪細胞構(gòu)成，皮下脂肪層。1.防護機械性、物理性刺激2.防護化學(xué)物質(zhì)的腐蝕3.防護生物性侵襲4.皮膚的調(diào)節(jié)作用5.皮膚的滲透能力和吸收作用6.皮膚的分泌和排泄作用皮膚的功能皮膚含大量膠原，占干重75%、多糖含量約為20%。

皮膚的結(jié)構(gòu)各向異性，測試方向不同，響應(yīng)也不同。真皮纖維處于高度無規(guī)狀態(tài)，但拉伸時排列成行，并對伸展起阻止作用。皮膚的成分特點4.8應(yīng)力-應(yīng)變性質(zhì)中膠層和大多數(shù)軟的昆蟲角質(zhì)層都屬此類；皮膚、血管、腸壁以及幾乎所有的其它膠原組織都表現(xiàn)相似的應(yīng)力—應(yīng)變曲線。低模量區(qū)高模量區(qū)膠原彈性蛋白元大多數(shù)軟組織可模型化為填充了纖維或粒子的彈膠體。更普遍的模型——纖維取向模型編織成互為45°的纖維拉長時，由于伸長方向取向的纖維數(shù)目增加，對伸長的抗力增加，直到所有纖維沿拉伸方向取向，此時模量增長為纖維的模量。實驗結(jié)果：沿拉伸方向取向的膠原纖維數(shù)量隨應(yīng)變增加而呈直線增加。豬主動脈管壁拉伸實驗驗證〔拉伸過程膠原取向由X射線衍射跟蹤推算〕評價此模型應(yīng)注意：〔1〕在低應(yīng)變下可能有纖維拉伸到極限而斷裂，這意味著材料的強化機制是以有限的鍵斷裂分散應(yīng)變能，這在低應(yīng)變下也是可行的?！?〕在任何時刻，即使是高應(yīng)變時，并非所有膠原纖維都承受載荷。實際只有40%的纖維以最大應(yīng)力承載，所以在材料開始破壞之后還能繼續(xù)承載。表明：任何軟組織模型不僅應(yīng)考慮膠原纖維，而且應(yīng)考慮應(yīng)變對纖維的取向作用。！4.9泊松比定義：泊松比是試樣在長度方向上的伸長與寬度方向的收縮之比。各向異性材料具有6個泊松比。（1）有擇優(yōu)取向，具各向異