Жизнь замечательных веществ

Термин «кератин» происходит от греческого слова «кера» – рог. Рождение этого названия датируется серединой XIX века. Первое упоминание о кератине появилось в литературе в научной работе 1849 года, в которой говорится, что белок «кератине» Саймона (именно так – «Simon’s keratine») входит в состав рогов, волос и копыт. К сожалению, это единственное упоминание о вероятном первооткрывателе кератина – Саймоне, и история не донесла до нас более подробную информацию о нем. Столь ранее описание кератина как белка, возможно, связано с тем, что кератин (как и большинство других фибриллярных белков) не похож на другие природные полимеры, с которыми работали химики XIX века: в отличие от большинства белков, открытых на заре становления биохимии, он не растворяется не только в воде, но и во множестве других растворителей, способных растворять белки. Не растворяется, однако к нашему счастью – представьте, что бы было, если бы он растворялся, – решили вы, скажем, помыть голову, а волосы смылись (хотя не исключаю, что некоторых такая перспектива даже порадовала бы).

Написать точную формулу кератина сложно, примерно так же сложно, как записать в общем виде формулу ДНК – и то и другое вещество индивидуально для того типа организма, из которого мы его выделяем. Сложность тут еще и в том, что молекулы кератинов различного типа обладают различным набором вторичных структур. В кератинах комбинируются и альфа-спиралевидная вторичная структура (правозакрученные спирали белка, сохраняющие устойчивость благодаря сетке водородных связей), так и бета-складчатая структура – в ней противолежащие цепи белков также за счет водородных связей объединяются в почти плоские листовидные агломераты. Отдельные участки кератинов с альфа– и бета-вторичной структурой связываются друг с другом за счет дисульфидных мостиков – связей S – S. Именно комбинация этих взаимодействий и придает кератинам их прочность. Различное соотношение альфа– и бета-фрагментов кератинов, различная плотность дисульфидных связей могут быть характерны и для кератинов одного организма, образующих различные ткани и обладающих различной прочностью – например, кератинов волос и ногтей.

Если говорить конкретно о кератине волос человека, то этот кератин является плотным в сравнении с другими веществами биологического происхождения веществом (плотность равна 1,3 г/см³), практически не проводит электричество, зато способен накапливать на поверхности статические заряды (вспоминаем детский сюжет «Ералаша»).

При комнатной температуре волос человека можно растянуть на 30–60 %. С повышением температуры и влажности окружающей среды растяжимость волоса увеличивается, а в чрезвычайно влажной атмосфере растяжимость может достичь 100 %. Прочность кератина при растяжении зависит от межмолекулярных связей. Прочность сухого волоса больше, чем мокрого. Это объясняется тем, что вода, вызывая набухание кератина, ослабляет межмолекулярные связи (например, водородные и солевые). На прочность сухого кератина разрыв дисульфидных связей существенно не влияет.

При создании новых межмолекулярных связей в кератине увеличивается прочность волос к растяжению и снижается их способность к сворачиванию (это происходит при известной парикмахерской процедуре, известной под названием «химия», суть которой заключается, если объяснять на пальцах, в том, что сначала дисульфидные и межмолекулярные водородные связи между молекулами кератина внутри волоса разрушаются, а потом опять же искусственно создаются при помощи тиогликолевой кислоты). Если говорить не о волосах, то дополнительные связи между нитями кератинов способствуют повышению устойчивости шерсти к действию различных химических реагентов, а также к действию моли, плесени, бактерий и ферментов.

Кератин волос человека характеризуется значительным сродством к воде. В нем содержится около 5 % связанной воды. Количество удерживаемой в кератине влаги при его насыщении достигает 33 % сухой массы. Диаметр волоса при насыщении его водой может увеличиваться приблизительно на 20 %, а длина – на 1–2 %.

Кератины обладают высокой химической стойкостью. Они более устойчивы к воздействию кислот, чем щелочей. Пищеварительный сок, выделяемый гусеницами моли, питающимися шерстью, имеет щелочную среду (рН = 9,9) и содержит вещества, способные разрушать дисульфидные связи кератинов, чем и пользуются эти проклятые поедатели шуб и других изделий из шерсти и меха.