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Conocimientos moleculares de la seda de araña


La seda de araña es una de las fibras más resistentes de la naturaleza y tiene propiedades sorprendentes. Científicos de la Universidad de Würzburg descubrieron nuevos detalles moleculares del autoensamblaje de una proteína de fibra de seda de araña.


Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Son ligeros, casi invisibles, altamente extensibles y fuertes, y por supuesto, biodegradables: los hilos que las arañas usan para construir sus redes. De hecho, la seda de araña se encuentra entre las fibras más resistentes de la naturaleza. Basado en su bajo peso, incluso reemplaza hilos de alta tecnología como Kevlar o Carbón. Su combinación única de resistencia y extensibilidad lo hace especialmente atractivo para la industria. Ya sea en la industria de la aviación , la industria textil o la medicina, las aplicaciones potenciales de este magnífico material son múltiples.

Desde hace mucho tiempo, los científicos continúan intentando reproducir la fibra en el laboratorio, pero con un éxito limitado. Hoy en día, es posible fabricar seda artificial de araña con propiedades similares a las del prototipo, pero los detalles estructurales a nivel molecular responsables de las propiedades del material esperan ser revelados. Ahora, los científicos de Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) presentaron nuevas ideas. El Dr. Hannes Neuweiler, profesor del Instituto de Biotecnología y Biofísica de la JMU, está a cargo de este proyecto. Sus resultados se publican en la revista científica Nature Communications .

Una pinza molecular conecta proteínas de bloques de construcción

“Las fibras de seda consisten en bloques de construcción de proteínas , llamadas spidroins, que son ensambladas por las arañas dentro de su glándula giratoria”, explica Neuweiler. Los extremos terminales de los bloques de construcción tienen roles especiales en este proceso. Los dos extremos de una spidroin están terminados por un dominio N- y un C-terminal .

Conocimientos moleculares de la seda de araña.
Modelo del dominio C-terminal parcialmente desplegado, fuertemente expandido. Crédito: Figura: Hannes Neuweiler / Universität Würzburg

Los dominios en ambos extremos conectan los bloques de construcción de proteínas. En el presente estudio, Neuweiler y sus colegas observaron de cerca el dominio C-terminal. El dominio C-terminal conecta dos spidroins a través de la formación de una estructura entrelazada que se asemeja a una pinza molecular. Neuweiler describe el resultado central del estudio: “Observamos que la abrazadera se autoensambla en dos pasos discretos. Mientras que el primer paso comprende la asociación de dos extremos de cadena, el segundo paso implica el plegado de las hélices lábiles en la periferia del dominio. “

Este proceso de dos pasos de autoensamblaje era previamente desconocido y puede contribuir a la extensibilidad de la seda de araña. Se sabe que el estiramiento de la seda de araña está asociado con el despliegue de la hélice. El trabajo anterior, sin embargo, remontaba la extensibilidad hasta el despliegue de las hélices en el segmento central de spidroins. “Proponemos que el dominio C-terminal también pueda actuar como módulo que contribuya a la extensibilidad”, explica Neuweiler.

Ayudar a la ciencia material

En su estudio, Neuweiler y sus colaboradores investigaron los bloques de construcción de proteínas de la araña de tela de vivero Euprosthenops australis. Usaron ingeniería genética para intercambiar restos individuales de bloques de construcción y modificaron la proteína químicamente utilizando tintes fluorescentes. Finalmente, la interacción de la luz con proteínas solubles reveló que el dominio se ensambla en dos pasos discretos.

Neuweiler describe el resultado como “una contribución a nuestra comprensión a nivel molecular de la estructura, el ensamblaje y las propiedades mecánicas de la seda de araña”. Puede ayudar a los científicos del material a reproducir la seda de araña natural en el laboratorio. Actualmente, se utilizan spidroins modificadas y sintéticas para este propósito. “Si el dominio C-terminal contribuye a la flexibilidad del hilo, los científicos de materiales pueden modular las propiedades mecánicas de la fibra mediante la modulación del dominio C-terminal”, dice Neuweiler.

Más información: Charlotte Rat et al. Autoensamblaje en dos pasos de una pinza molecular de seda de araña, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038 / s41467-018-07227-5 

Referencia del diario: Nature Communications  

Proporcionado por: Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Información de: phys


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