Molekylær indsigt i edderkoppesilke

Edderkoppesilke er en af ​​de hårdeste fibre i naturen og har forbløffende egenskaber. Forskere fra universitetet i Würzburg opdagede nye molekylære detaljer ved selvsamling af et edderkoppesilkefiberprotein.

De er lette, næsten usynlig, meget strækbar og stærk, og selvfølgelig biologisk nedbrydeligt:​​de tråde, edderkopper bruger til at bygge deres spind. Faktisk, edderkoppesilke er blandt de hårdeste fibre i naturen. Baseret på dens lave vægt erstatter den endda højteknologiske tråde som Kevlar eller Carbon. Dens unikke kombination af styrke og strækbarhed gør den særligt attraktiv for industrien. Uanset om det er i luftfartsindustrien, tekstilindustrien, eller medicin – potentielle anvendelser af dette storslåede materiale er mangfoldige.

Siden lang tid fortsætter materialeforskere med at forsøge at reproducere fiberen i laboratoriet, men med begrænset succes. I dag, det er muligt at fremstille kunstig edderkoppesilke med lignende egenskaber som prototypen, men de strukturelle detaljer på molekylært niveau, der er ansvarlige for materialeegenskaber, venter på at blive afsløret. Nu, videnskabsmænd fra Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) leverede ny indsigt. Dr. Hannes Neuweiler, underviser ved Institut for Bioteknologi og Biofysik ved JMU, er ansvarlig for dette projekt. Hans resultater er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Naturkommunikation .

En molekylær klemme forbinder proteinbyggesten

"Silkefibrene består af proteinbyggesten, såkaldte spidroins, som er samlet af edderkopper i deres spindende kirtel, " forklarer Neuweiler. De terminale ender af byggeklodser spiller særlige roller i denne proces. De to ender af en spidroin afsluttes af et N- og et C-terminalt domæne.

Domænerne i begge ender forbinder proteinbyggesten. I nærværende undersøgelse, Neuweiler og kolleger kiggede nærmere på C-terminal-domænet. Det C-terminale domæne forbinder to spidroiner gennem dannelse af en sammenflettet struktur, der ligner en molekylær klemme. Neuweiler beskriver det centrale resultat af undersøgelsen:"Vi observerede, at klemmen samles selv i to diskrete trin. Mens det første trin omfatter sammenkædning af to kædeender, det andet trin involverer foldning af labile helixer i periferien af ​​domænet."

Denne to-trins proces med selvsamling var tidligere ukendt og kan bidrage til strækbarheden af ​​edderkoppesilke. Det er kendt, at strækning af edderkoppesilke er forbundet med udfoldning af helix. Tidligere arbejde, imidlertid, spores strækbarhed tilbage til udfoldelsen af ​​spiraler i det centrale segment af spidroins. "Vi foreslår, at C-terminal-domænet også kan fungere som modul, der bidrager til udvidelsesmuligheder" forklarer Neuweiler.

Assisterende materialevidenskab

I deres undersøgelse undersøgte Neuweiler og kollegaer proteinbyggesten i planteskolespindlen Euprosthenops australis. De brugte genteknologi til at udveksle individuelle dele af byggesten og modificerede proteinet kemisk ved hjælp af fluorescerende farvestoffer. Endelig, interaktionen af ​​lys med opløselige proteiner viste, at domænet samles i to adskilte trin.

Neuweiler beskriver resultatet som "et bidrag til vores forståelse af struktur på molekylært niveau, samling og mekaniske egenskaber af edderkoppesilke." Det kan hjælpe materialeforskere med at reproducere naturlig edderkoppesilke i laboratoriet. I øjeblikket, modificerede og syntetiske spidroins bliver brugt til dette formål. "Skal C-terminal-domænet bidrage til fleksibiliteten af ​​tråden, materialeforskere kan modulere fiberens mekaniske egenskaber gennem modulering af det C-terminale domæne, " siger Neuweiler.