首頁 奇妙的材料:改變世界的12種化學物質和它們背後的科學傳奇

絹絲的奧秘

雖說到了今天,價廉而質優的合成纖維已進入千家萬戶,但是人們對絲綢的喜愛之情絲毫沒有變化。絲綢不僅有順滑的手感、豔麗的光澤,而且經久耐用,可染成各種顏色,可以縫製出繽紛絢麗的衣物,令人愛不釋手。

絹絲的主要成分是一種名為絲蛋白的蛋白質。蛋白質是在生命體中身負重任的大分子團,是由氨基酸組成的長鏈分子。20世紀初葉,人類就是以蠶絲作為研究對象,才逐步探索、揭開了蛋白質的奧秘。蛋白質研究的先行者是德國化學家埃米爾·費歇爾(1852—1919),他從絲蛋白的水解物中發現了多種氨基酸。在人類的生物化學研究曆程中,絹絲扮演了極其重要的角色。

絲蛋白的結構

正如前文所述,絹絲不僅極為堅韌而且經久不腐。作為蛋白質卻能經久不腐,這一點確實令人費解。蛋白質本身就是一種極易腐壞的物質,以蛋白質組成的肉類為例,如果在酷暑時節,把一塊肉放置在露天,幾小時之內細菌就開始瘋狂繁殖,肌肉組織開始出現水解現象。在細菌釋放的消化酶的作用下,蛋白質開始分解成單個的氨基酸,最終被細菌消化。

但是,絹絲不僅不會像肉類那樣出現快速水解現象,甚至能曆經數千年歲月而不腐。其中的奧秘在於,絲蛋白中的氨基酸共價鍵形成多個β-折疊結構與β-轉角結構,這種結構難以分解,具有極強的抗消化液特性。

近年最新的研究發現,絹絲內含有一種名為胰蛋白酶抑製素的蛋白質,可以捕捉胰蛋白酶使其失去功效。正是在胰蛋白酶抑製素的保護下,絹絲才具備了免受消化酶攻擊的本領,換句話說,它是絹絲自備的天然防腐劑。

研究表明,蠶體內的絲蛋白呈黏液狀。神奇的是,從蠶的口器噴出時,絲蛋白卻變為固態形成細絲,並產生大量的β-折疊結構,這種情況在所有蛋白質中獨一無二。經過這些獨特的步驟,極為堅韌的絲蛋白纖維就生成了。絲蛋白纖維再組合成一束束絹絲就會擁有令人驚異的強度,甚至超過了同等直徑的鋼鐵。