ΚΕΡΑΤΙΝΕΣ (ΕΝΔΙΑΜΕΣΑ ΙΝΙΔΙΑ) - ΜΑΛΛΙΩΝ, ΝΥΧΙΩΝ, ΟΠΛΩΝ (ΘΗΛΑΣΤΙΚΑ)

Transcript

1 ΚΕΡΑΤΙΝΕΣ (ΕΝΔΙΑΜΕΣΑ ΙΝΙΔΙΑ) ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ: -ΚΥΤΤΑΡΟΣΚΕΛΕΤΟΥ - ΜΑΛΛΙΩΝ, ΝΥΧΙΩΝ, ΟΠΛΩΝ (ΘΗΛΑΣΤΙΚΑ) - ΦΤΕΡΩΝ (ΠΤΗΝΑ) - ΔΕΡΜΑΤΟΣ ΕΡΠΕΤΩΝ

2 Οι ιστοί που περιέχουν κερατίνες Είναι συνήθως ισχυροί και αδιάλυτοι - πρέπει να έχουν παίξει σημαντικό ρόλο στη εξέλιξη των σπονδυλωτών -Χωρίζονται σε μαλακές και σκληρές κερατίνες -Μαλακές: επιδερμίδα, κάλοι -Σκληρές: μαλλιά, νύχια, οπλές -Δομική μονάδα και στα δύο είδη: Το σπειροειδές σπείραμα Αλφα-ελίκων (coiled-coil)

3 Δομικά χαρακτηριστικά : Επαναλήψιμες αλληλουχίες κάθε 7 αμινοξέα (heptad repeat, a g) Όπου a, d υδρόφοβα αμινοξέα (συνήθως λευκίνη) e, g φορτισμένα αμινοξέα Το σπειροειδές σπείραμα Αλφα-ελίκων (coiled-coil)

4 Δομικά χαρακτηριστικά : -Οι δύο έλικες περιελίσσονται -Είναι ελαφρά στρεβλωμένες (3, 5 αμινοξέα / στροφή) περιοδικότητα 7 αμινοξέων -Υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις Δια μέσου των αμινοξέων a,d -ιοντικές αλληλεπιδράσεις Δια μέσου των αμινοξέων e, g

5 Οι δύο έλικες περιελίσσονται Αποτέλεσμα: Ηυπερέλικατούσπειροειδούςσπειράματος Αλφα-ελίκων (coiled-coil)

6 Τα σπειροειδή σπειράματα αυτο-οργανώνονται ιεραρχικά και σχηματίζουν τα ενδιάμεσα ινίδια Του κυτταρικού σκελετού

7 Κυτταροσκελετός: Δίκτυο πρωτεϊνικών ινιδίων που εκτείνεται Σε όλο το κυτταρόπλασμα

8 Κυτταροσκελετός: Τρία είδη ινιδίων Τα ενδιάμεσα ινίδια είναι τα σκληρώτερα και ανθεκτικώτερα

9 Σπουδαιότερη λειτουργία των ενδιάμεσων ινιδίων: Εξασφάλιση της αντοχής των κυττάρων στην μηχανική πίεση Τέντωμα των ινιδίων κατανομή των δυνάμεων πού Εφαρμόζονται εξωτερικά προστασία από την ρήξη αναλογία με τα σύνθετα υλικά, (εγκλεισμός ινών σε πολυμερική μήτρα, fiber-embedded composite)

10 Κερατίνες: ανήκουν στην οικογένεια τωνενδιάμεσωνινιδίων Ινώδες συστατικό των μαλλιών, νυχιών, κεράτων Στα θηλαστικά Διατομή ανθρώπινης τρίχας μαλλιών: Ίνες κερατίνης μέσα σε μήτρα από μη ινώδεις πρωτείνες και λιπίδια

11 Διατομή ανθρώπινης τρίχας μαλλιών: Μακρο ινίδια μικρο ινίδια www. hair-science.com

12 Διατομή ανθρώπινης τρίχας μαλλιών: πρωτο- ινίδια (καλώδιο 4 ελίκων κερατίνης)

13 Χημική σύσταση ανθρώπινης τρίχας μαλλιών: Ίνες κερατίνης μέσα σε μήτρα από μη ινώδεις πρωτείνες Και λιπίδια Σημαντικό χαρακτηριστικο: μεγάλη περιεκτικότητα σε κυστεϊνη που είναι οξειδωμένη υπό μορφή δισουλφιδικών δεσμών (διακρίνει τις κερατίνες από άλλες δομικές ίνες) Οι ίνες κερατίνης έχουν χαμηλή περιεκτικότητα σε κυστεϊνη Οι μη ινώδεις πρωτείνες έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε κυστεϊνη Δισουλφιδικοί δεσμοί ανάμεσα στις ίνες κερατίνης Καθορίζουν το σχήμα των μαλλιών Οσο περισσότεροι δισουλφιδικοί δεσμοί, Τόσο πιο σγουρά είναι τα μαλλιά Ποιες είναι οι πρακτικές εφαρμογές?

14 Οσο περισσότεροι δισουλφιδικοί δεσμοί, Τόσο πιο σγουρά είναι τα μαλλιά Ποιες είναι οι πρακτικές εφαρμογές?

15 Μηχανικές ιδιότητες μαλλιού (πρόβατο) Υλικο Μέτρο ελαστικότητας (GPa) Μαλλι 0.5 Συνθετικο καουτσουκ Ναυλον 5 Kevlar 130 Ατσάλι υψηλής αντοχής 200

16 Μηχανικές ιδιότητες μαλλιού (πρόβατο) Υλικο αντοχή, σ max (GPa) Μαλλι 0.2 Συνθετικο καουτσουκ 0.05 Ναυλον 0.95 Kevlar 3.6 Ατσάλι υψηλής αντοχής 1.5

17 Μηχανικές ιδιότητες μαλλιού (πρόβατο) Υλικο εκτατικότητα, ε max Μαλλι 0.5 Συνθετικο καουτσουκ 8.5 Ναυλον 0.18 Kevlar Ατσάλι υψηλής αντοχής 0.008

18 Μηχανικές ιδιότητες μαλλιού (πρόβατο) Υλικο ανθεκτικότητα (MJ/m 3 ) Μαλλι 60 Συνθετικο καουτσουκ 100 Ναυλον 80 Kevlar 50 Ατσάλι υψηλής αντοχής 6

19 Μηχανικές ιδιότητες ανθρώπινης τρίχας μαλλιών Τι μας λένε οι καμπύλες τάσης- παραμόρφωσης?

20 Μηχανικές ιδιότητες ανθρώπινης τρίχας μαλλιών Τι μας λένε οι καμπύλες τάσης- παραμόρφωσης? 1) Συμπεριφορά σύνθετου υλικού (επιμήκυνση αρχικά των ελίκων της ινώδους φάσης, με κατόπιν σπάσιμο των δεσμών υδρογόνου και αποδίπλωση) Με αποτέλεσμα: Δημιουργία εκτεταμένων βήτα-πτυχωτών επιφανειών και Μετάπτωση από δομή α-έλικας σε Δομή β-πτυχωτών φύλλων

21 Μετάπτωση από δομή α-έλικας σε Δομή β-πτυχωτών φύλλων

22 Μηχανικές ιδιότητες ανθρώπινης τρίχας μαλλιών Τι μας λένε οι καμπύλες τάσης- παραμόρφωσης? 2) Υλικό με μεγάλη υστέρηση (i.e. ενέργεια χάνεται στην επαναφορά αντί να είναι διαθέσιμη για θραύση) Φαίνεται ότι οι δισουλφιδικοί δεσμοί Μεταξύ των αλφα-ελίκων συνεισφέρουν Στις δυνάμεις επαναφοράς

23 Μηχανικές ιδιότητες τρίχας ουράς αλόγου (χρησιμοποιείται στα δοξάρια των βιολιών)

24 Αρχιτεκτονική οπλών και κεράτων

25 Μηχανικές ιδιότητες κεράτων ρινόκερου Τι μας λένε οι καμπύλες τάσης- παραμόρφωσης?

26 Ιστορικά, οι κερατίνες είναι μιά πολύ μελετημένη οικογένεια πρωτεϊνών λόγω Της μεγάλης οικονομικής τους σπουδαιότητας : -ζωϊκές ίνες υφασμάτων (μαλλί) -συνθετικήπαραγωγήμαλλιού? -ανάπτυξη συνθετικών υποκαταστάτων μαλλιών και επιδερμίδας

27 CSIRO (Australian Commonwealth Scientific and Research Organization) OPTIM TM FIBERS

28 WRONZ (WOOL RESEARCH ORGANIZATION OF NEW ZEALAND) KERATEC TM

29 Kερατίνες των πτηνών και ερπετών (Φτερά πτηνών, ποδαράκια του gecko )

30 Οι κερατίνες των πτηνών και ερπετών Έχουν δομή βητα- πτυχωτών φύλλων, π.χ, Φτερά πτηνών, ποδαράκια του gecko

31 Δομικά χαρακτηριστικά κερατίνης φτερών κότας Βασική επαναλαμβανόμενη μονάδα: αντιπαράλληλη στραμμένη πτυχωτή επιφάνεια 4 πτυχώσεων Σχηματίζεται έλικα με 4 μονάδες/στροφή Δύο έλικες περιελίσσονται σε υπερέλικα

32 Δομικά χαρακτηριστικά υπερέλικας: Βημα 95 Å, πάχος περιπου 25 Å