Tesina di maturità vertente sui capelli

Tesina sperimentale di:

Orciani Chiara; Micello Fabiola; Mugianesi Sara; Talacchia Ludovica e

Pieroni Federica.

Classe 5C/B Anno scolastico 2007/2008

Obiettivo

Scopo della ricerca è quella di individuare e

quantificare i mutamenti che si verificano a

livello della struttura secondaria del

costituente proteico principale dei capelli

(cheratina) prima e dopo acconciature. Per

acconciatura si deve intendere il solo

trattamento al calore umido o secco dei

capelli per arricciarli.

Tecnica impiegata

La tecnica impiegata per l’indagine è la

spettroscopia infrarossa FTIR che utilizza il

sistema di campionamento ATR. Si focalizza

l’attenzione sulle frequenze di assorbimento

gruppi funzionali caratteristici della cheratina

sia prima che dopo il trattamento dei capelli.

Come è fatto un capello?

Il capello è costituito

prevalentemente da cheratina

(~90 %), una proteina fibrosa

che risulta dalla

policondensazione di vari α–

aminoacidi. I più importanti

sono:

cistina 17.5 % ;

 serina 11.7 %;

 acido glutammico 11.1 %;

 treonina 6.9 %;

 glicina 6.5 %;

 arginina 5.6 %.

 Come è fatto un capello?

E’ costituito da catene polimeriche

disposte parallelamente all’asse del

capello in forma ripiegata (β–cheratina)

o a spirale (α–cheratina).

Come è fatto un capello?

Nella struttura a foglietto β (detto anche foglietto β ripiegato)

è formato dai piani dei vari legami peptidici.

Tra i gruppi N–H e C=O delle catene che si interfacciano si formano legami

idrogeno (legami idrogeno intercatena); perciò i foglietti sono tenuti assieme da

interazioni dedoli. figura

1(struttura

β foglietto

del

polipeptide

CysSerGlu

)

ThrGlyArg

Come è fatto un capello?

In tutte le figure che rappresentano le superfici molecolari e la carica parziale, gli

atomi con elevata carica parziale negativa sono blu intenso; gli atomi con elevata

carica parziale positiva sono rosso intenso. Quando la carica parziale si avvicina

allo zero, l’atomo è più scolorito. Gli atomi con carica parziale nulla sono bianchi.

figura 2

(superficie

molecolare e

distribuzio

ne della

carica

parziale

della struttura

β–foglietto

del

polipeptide)

Come è fatto un capello?

Nella struttura ad α–elica i piani dei legami peptidici sono paralleli

all’asse dell’elica. All’interno dell’elica ogni legame peptidico partecipa alla

formazione di legami idrogeno (legami idrogeno intracatena).

figura 5 (struttura α– elica destrorsa,

a nastro , del polipeptide

figura 3 (struttura α– elica del CysSerGluThrGlyArg)

polipeptide CysSerGluThrGlyArg)

Come è fatto un capello?

figura 4 (superficie

molecolare e

distribuzione della

carica parziale della

struttura α–elica del

polipeptide

CysSerGluThrGlyArg

Come è fatto un capello?

Da cosa deriva l’estensibilità del capello?

 Ogni giro dell’elica è tenuto unito a quelli adiacenti da

altri legami idrogeno. Da ciò deriva la notevole

estensibilità del capello sottoposto a trazione. In

ambiente umido è possibile raggiungere allungamenti

fino al doppio della lunghezza in quanto si ha una

transizione dalla forma α alla forma β.

Parte sperimentale

APPARECCHIATURE E STRUMENTI: Piastra professionale per acconciature

 capelli: liscia e mini frisée; arriccia capelli; riscaldatore elettrico ; termometro;

spettrofotometro FTIR.

REAGENTI: n–pentano ; etere etilico.

 MATERIALI: Vetreria di laboratorio , pinze metalliche

 PROCEDIMENTO:

 I capelli scelti sono lisci naturali e le acconciature consistono nell’arricciarli.

1) Si prendono diversi campioni di ciocche di capelli (non lavati con shampoo od

altri detergenti da qualche giorno ) e si puliscono, prima con n–pentano poi con

etere etilico per eliminare eventuale grasso presente.

2) Si lasciano asciugare all’aria e, quindi, si registrano gli spettri IR prima e dopo

acconciatura.

3) Per l’acconciatura al calor umido, la ciocca di capelli viene avvolta e fissata

attorno ad una piccola bacchetta di vetro che viene esposta, ad una distanza di

circa 7 cm, al vapore emesso da acqua bollente; successivamente viene

asciugata con asciugacapelli. Per le altre acconciature le ciocche di capelli

vengono inserite nella piastra o nell’arriccia capelli e riscaldate per pochi

secondi ad una temperatura elevata.

N.B. Gli spettri, dopo l’acconciatura, sono stati registrati campionando la zona che,

visivamente, presentava il cambiamento fisico più evidente (le zone che

presentavano la curvatura più marcata).

Parte sperimentale tabella1

Tipo di Aspetto del Trattamento termico

campi capello

one

1 s.m. Liscio naturale Nessuno

2 s.m. Arricciato Vapore acqueo a 75 °C per 50 minuti e

successiva asciugatura con asciuga

capelli.

1 s.b. Liscio naturale Nessuno

2 s.b. Frisée Piastra mini frisée

1 f. m. Liscio naturale Nessuno

2 f. m. Arricciato Arriccia capelli

Parte sperimentale

Risultati sperimentali spettri IR dei capelli prima e dopo

l’acconciatura:

figura 61

Spettri IR dei

sm

capelli : (1

blu) capelli tal

quali ; (2 nero)

capelli

arricciati con

vapore acqueo

ed asciugati

con aria calda. Parte sperimentale

Cosa andiamo ad osservare sullo spettro?

Le bande caratteristiche dei gruppi amidici delle proteine (simili alle bande di

assorbimento delle amidi secondarie, riportate nella tabella).

composto vibrazione di gruppo numero d’onda commenti

(cm )

– 1

amidi Stretching di N–H 3480 – 3440 (m) NH libero,

secondarie 3320 – 3270 trans–

(m) NH legato,

trans–

Stretching di C=O (Amide 1680 – 1630 (s) fase solida

I) 1700 – 1680 (s) soluzione

diluita

Deformazione N–H 1570 – 1515 (s) fase solida

(Amide II) 1550 – 1510 (s) soluzione

Parte sperimentale

Cos’è la banda AMIDE I ?

La banda amide I è una banda dello Spettro IR che cade

nell’intervallo tra certo

1630 cm –1 e 1640 cm –1. Essa è costituita da un

numero di bande componenti che si sovrappongono e che

rappresentano eliche , strutture β, avvolgimenti , strutture casuali,

catene laterali di aminoacidi.

Il numero e la loro posizione di tali bande componenti sono ottenuti

dagli spettri ad alta risoluzione.

Come si ottiene la sua risoluzione?

per ottenere la risoluzione della banda dell’amide I viene usato un algoritmo

detto deconvoluzione.

Parte sperimentale

Quindi per calcolare la percentuale delle singole strutture

prima e dopo l’acconciatura:

Dopo aver risolto la banda Amide I:

1) Si assegnano alle bande componenti le singole conformazioni

in base a delle tabelle di correlazione (che vedremo dopo);

2) Si calcolano le aree delle singole bande componenti

(corrispondenti alle conformazioni) direttamente sullo spettro;

3) Si eseguono i calcoli come suggerisce il metodo, usando le

aree corrette.

TABELLA di CORRELAZIONE

Legenda:

α (α–elica ); β (β–struttura ) ; 3t (3–turn è considerata una forma di elica )] ; R (random

coil) ; S (vibrazioni degli aminoacidi di catena laterale) ; T [turns and bends

(ripiegamenti ed anse che provocano un cambiamento di direzione della catena

polipeptidica e collegano le estremità di due segmenti con strutture ad α–elica oppure

a foglietto β. Comuni sono i ripiegamenti che uniscono segmenti consecutivi di un

foglietto β antiparallelo chiamati ripiegamenti β (β turns).

Numero d’onda (cm ) Assegnazione Simbolo

– 1

1695 – 1670 Struttura β intermolecolare β

1690 – 1680 Struttura β intramolecolare β

1666 – 1659 Elica “ 3–turn “ 3t

1657 – 1648 α–elica α

1645 – 1640 Random–coil R

1640 – 1630 Struttura β intramolecolare β

1625 – 1610 Struttura β intermolecolare β

1667, 1684, 1693 Turns and Bands T

1660–1610 Deformazione NH } S

(+)

3

1600–1560 Stretching CO (-)

2

TABELLA di CORRELAZIONE

Composto Vibrazione di Numero d’onda (cm Commenti

gruppo )

– 1

Aminoacid Deformazione 1660 – 1610 (w) (asym)

i NH 1550 – 1485 (m) sm.

(+)

3

Stretching 1600 – 1560 (s) asym

CO 1410 sym.

(-)

2 Parte sperimentale

Ecco la banda amide I visibile attraverso lo SPETTRO DECONVOLUTO

dei capelli sm prima dell’acconciatura figura 9

(a) spettro

normale ; (b)

spettro

deconvoluto.

(aree riportate in

tab. 5)