Мистерија решена за паукову свилу

Одлучан корак предења се разјаснио

Паукова мрежа са капљицама росе: капи росе постављене су на свилене нити паука. © Тхорстен Наесер / ТУМ
читају наглас

Пет пута отпорнији на сузе од челика и три пута јачи од тренутно најбољих синтетичких влакана: паук-свила је фасцинантан материјал. Али нико до сада не може технички произвести супер нити. Како паук успева да извади дуге, високо стабилне и еластичне нити у делићу секунде из протеина паукове свиле, смештених унутар паукове жлезде? Немачки тајни истраживачи су сада открили ову тајну. Резултате своје нове студије представљају у научном часопису "Натуре".

„Висока еластичност и екстремна отпорност на кидање природне паукове свиле још увек нису достигле чак влакна направљена од чистог протеина паукове свиле“, објашњава професор Хорст Кесслер са Института за напредне студије Техничког универзитета у Минхену (ТУМ-ИАС).

На путу до вештачке паукове свиле

Стога је кључно питање у вештачкој производњи стабилних свилених нити паука: како паук успева да одржи сировину у паучној жлезди у високој концентрацији и, ако је потребно, да у секунди увуче нит отпорну на сузу? Професор Тхомас Сцхеибел са Универзитета у Баиреутху истражује загонетни процес предења већ неколико година.

Паучане нити састоје се од протеинских молекула, дугачких ланаца који се састоје од хиљада грађевинских блокова аминокиселина. Експерименти распршивања рендгенских зрака показују да у завршној нити постоје подручја где је неколико протеинских ланаца повезаних међусобно стабилним физичким везама. Доносе стабилност. Између њих постоје непрекинута подручја која су одговорна за високу еластичност.

Поларизациона микрографија паукових свилених влакана © Јохн Харди / Университи оф Баиреутх

Протеини свиле чекају на њихову употребу

У паучној жлезди преовлађују потпуно различити услови: у воденом окружењу протеини свиле се складиште у високој концентрацији и чекају на њихову употребу. Области одговорне за фиксно умрежавање не смију се превише приближити, јер би се иначе протеини одмах спојили. Морао је постојати нека врста складиштења ових молекула. дисплеј

Иначе успешна анализа рендгенских зрака не може ништа допринети објашњењу, јер може анализирати само кристале. Међутим, све до тренутка када нит крене, све се одвија у решењу. Метода испитивања која је била одабрана је стога нуклеарна магнетна резонанца (НМР). У просторијама баварског НМР центра биохемичар Франз Хагн из Кесслеровог тима успео је да расветли структуру регулаторног елемента одговорног за стварање чврстог влакна. Поред тога, заједно са Лукасом Еисолдтом и Јохном Хардијем из Сцхеибел-ове групе, начин деловања овог регулаторног елемента могао би се разјаснити.

Искључено умрежавање

Под условима складиштења у спинелу, две од ових регулаторних области су увек повезане тако да умрежујуће регије оба ланца не могу бити паралелне једна с другом, објашњава Сцхеибел резултате. „Умрежавање се на тај начин ефикасно спречава.“ Протеински ланци се тада комбинују тако да су поларна подручја на спољашњој страни, а водоодбојни делови ланца изнутра. Ово осигурава добру растворљивост у воденом окружењу.

Једном када на тај начин протеини заштићени уђу у спин канал, проналазе потпуно другачију концентрацију и састав соли. Два слана моста Регулатордом не постају нестабилна и ланац се може одвити. Због протока у уском спинозном каналу такође се јављају јаке силе смицања. Дуги бјелањци су поредани паралелно један према другом, а сада су подручја одговорна за умрежавање смјештена директно једна поред друге. Истраживачи кажу да је стабилна свилена нит од паука.

Слика микроскопа влакана која се састоји од вештачког протеина свилене пауке еАДФ4 (Ц16). Јохн Г. Харди / Университи оф Баиреутх

Молекуларни прекидач од великог значаја

"Наши резултати су показали да је молекуларна склопка коју смо открили на Ц-крају протеинског ланца пресудна како за сигурно складиштење, тако и за процес стварања влакана", каже Хагн. Важна основа за ове резултате била је сарадња Сцхеибел-овог тима са оним професора Андреаса Баусцха на Катедри за физику ТУМ-а. Тамо је развијен вештачки предење канал у микросистемској технологији.

Градећи на овим налазима, научници из Баиреутха сада напорно раде са индустријским компанијама на развоју биомиметичког апарата за предење као дела БМБФ пројекта. Постоји много примена, од распрострањеног материјала за шивање за операције до техничких влакана за аутомобилски сектор.

(Технички универзитет у Минхену, 14.05.2010. - ДЛО)