Биология
Тип волос на Уровне молекУл
Прямые, вьющиеся, кудрявые волосы — эту данность мы получаем от природы. Сегодня индустрия красоты даёт возможность изменить предначертанное генетикой. Каждое выпрямление или химическая завивка — это не просто парикмахерская услуга, а полноценная биохимическая операция на молекулярном уровне.
Что определяет тип волос?
ДНК — молекула-код для всей жизни на Земле. Разве это не удивительно? И у носорога, и у хламидомонады один язык, на котором «написан» их организм. Это вам не программирование, где понапридумывали Python, C++, C#, Java, Go, Паскаль. В природе всего четыре буквы для написания кода: А — аденин, Г — гуанин, Т — тимин, Ц — цитозин. Эти четыре буквы образуют, по сути, двоичный код: А всегда связывается с Т, а Г — с Ц. Эта строгая система и лежит в основе хранения генетической информации.
Этот «двоичный код» — инструкция, по которой дальше работает весь организм. Часть этой инструкции посвящена волосяному покрову. В ней записано, что волосы должны состоять из белка α-кератина. Этот белок имеет форму спирали. В природе существуют разные типы вторичных структур белков, основные из которых — α-спирали и β-листы.
ДНК — молекула-код для всей жизни на Земле. Разве это не удивительно? И у носорога, и у хламидомонады один язык, на котором «написан» их организм. Это вам не программирование, где понапридумывали Python, C++, C#, Java, Go, Паскаль. В природе всего четыре буквы для написания кода: А — аденин, Г — гуанин, Т — тимин, Ц — цитозин. Эти четыре буквы образуют, по сути, двоичный код: А всегда связывается с Т, а Г — с Ц. Эта строгая система и лежит в основе хранения генетической информации.
Этот «двоичный код» — инструкция, по которой дальше работает весь организм. Часть этой инструкции посвящена волосяному покрову. В ней записано, что волосы должны состоять из белка α-кератина. Этот белок имеет форму спирали. В природе существуют разные типы вторичных структур белков, основные из которых — α-спирали и β-листы.
Дисульфидная связь
Кроме разной формы молекулы, у β-листов и α-спиралей есть важное для понимания этой статьи отличие — разное количество дисульфидных связей (они же мостики). В α-спиралях больше дисульфидных связей, чем в β-листах: в β-листах мостики могут возникать только по бокам структуры, а в α-спиралях — на протяжении всей длины. Дисульфидная связь образуется между двумя атомами серы. Это очень прочная связь, спонтанно сломаться она не может.
Кроме разной формы молекулы, у β-листов и α-спиралей есть важное для понимания этой статьи отличие — разное количество дисульфидных связей (они же мостики). В α-спиралях больше дисульфидных связей, чем в β-листах: в β-листах мостики могут возникать только по бокам структуры, а в α-спиралях — на протяжении всей длины. Дисульфидная связь образуется между двумя атомами серы. Это очень прочная связь, спонтанно сломаться она не может.
В молекулярной структуре (снизу) жёлтым цветом обозначены атомы серы. Изображения белков взяты из Protein Data Bank [1], [2], [3]
Как работают бигуди/плойки/утюжки/гофре?
При нагревании волос дисульфидные мостики разрушаются, кератин из α-спирали превращается в β-лист. Образовавшийся β-кератин длиннее, чем α-кератин, поэтому волосы буквально вытягиваются.
Этот процесс разрушения α-кератина называется денатурацией белка. Так с помощью горячих плоек можно легко придать волосам нужную форму. Кератин — очень эластичный белок, поэтому при остывании дисульфидные мостики снова восстанавливаются, и возвращается α-структура кератина. Если не обрабатывать волосы специальным раствором, то они постепенно вернут свою форму, заданную природой, то есть инструкцией, зашифрованной в ДНК.
При нагревании волос дисульфидные мостики разрушаются, кератин из α-спирали превращается в β-лист. Образовавшийся β-кератин длиннее, чем α-кератин, поэтому волосы буквально вытягиваются.
Этот процесс разрушения α-кератина называется денатурацией белка. Так с помощью горячих плоек можно легко придать волосам нужную форму. Кератин — очень эластичный белок, поэтому при остывании дисульфидные мостики снова восстанавливаются, и возвращается α-структура кератина. Если не обрабатывать волосы специальным раствором, то они постепенно вернут свою форму, заданную природой, то есть инструкцией, зашифрованной в ДНК.
Как работает биозавивка?
Чтобы кудрявую форму волос закрепить надолго, прибегают к процедуре биозавивки. В этой процедуре порядок следующий: волосы нагревают, придают им желаемую форму и наносят на них восстановитель. Это вещество разрушает все дисульфидные мостики. Потом восстановитель смывают и наносят окислитель. Это вещество создаёт новые дисульфидные мостики таким образом, чтобы новая α-спираль кератина была закреплена в нужном положении. При этом новый α-кератин отличается от изначального: дисульфидные связи построены в новых местах для образования другой формы завитка.
Чтобы кудрявую форму волос закрепить надолго, прибегают к процедуре биозавивки. В этой процедуре порядок следующий: волосы нагревают, придают им желаемую форму и наносят на них восстановитель. Это вещество разрушает все дисульфидные мостики. Потом восстановитель смывают и наносят окислитель. Это вещество создаёт новые дисульфидные мостики таким образом, чтобы новая α-спираль кератина была закреплена в нужном положении. При этом новый α-кератин отличается от изначального: дисульфидные связи построены в новых местах для образования другой формы завитка.
Схема действия биозавивки на молекулярном уровне [4]
Отличие биозавивки от естественных волос
Биозавивка не вечна: новые волосы отрастают такими, какими они заложены природой.
Биозавивка не вечна: новые волосы отрастают такими, какими они заложены природой.
Тип волос определяется не дисульфидными мостиками, а формой волосяной луковицы.
Чем сильнее форма луковицы отличается от круглой, тем больше волосы вьются.
Таким образом, химическая завивка или выпрямление — это биохимическая имитация натуральной структуры, достигаемая перестройкой белка кератина. Природа же создаёт кудри или прямые волосы на более ранней стадии — через геометрию роста в фолликуле.
Таким образом, химическая завивка или выпрямление — это биохимическая имитация натуральной структуры, достигаемая перестройкой белка кератина. Природа же создаёт кудри или прямые волосы на более ранней стадии — через геометрию роста в фолликуле.
Естественные тип волос определяется формой и изгибом волосяной луковицы
Источники:
- PDB структура α-кератина
- PDB структура β-кератина вторичная структура
- PDB молекулярная структура β-кератина
- Д. Нельсон, М. Кокс, Основы биохимии Ленинджера, том 1., стр. 187
- Willietta Gibson, The Biochemistry of Curlyand Straight Hair
Автор и иллюстратор: Тобольченко Екатерина, студентка физического факультета МГУ
