Esquema esquemático de una espidroína que consta de un dominio C-terminal ensamblado (cian), el dominio central desplegado (línea blanca) y los dominios N-terminales (verde). Lado derecho:esquema de un conducto giratorio ahusado. Crédito:Figura:Hannes Neuweiler / Universität Würzburg. Imagen:Hannes Neuweiler / Universität Würzburg
La seda de araña es una de las fibras más resistentes de la naturaleza y tiene propiedades asombrosas. Científicos de la Universidad de Würzburg descubrieron nuevos detalles moleculares del autoensamblaje de una proteína de fibra de seda de araña.
Son ligeros, casi invisible, altamente extensible y fuerte, y por supuesto biodegradable:los hilos que usan las arañas para construir sus redes. De hecho, La seda de araña se encuentra entre las fibras más resistentes de la naturaleza. Debido a su bajo peso, incluso reemplaza a los hilos de alta tecnología como Kevlar o Carbon. Su combinación única de resistencia y extensibilidad lo hace especialmente atractivo para la industria. Ya sea en la industria de la aviación, industria textil, o medicina:las aplicaciones potenciales de este magnífico material son múltiples.
Desde hace mucho tiempo que los científicos de materiales continúan intentando reproducir la fibra en el laboratorio, pero con un éxito limitado. Hoy dia, es posible fabricar seda de araña artificial de propiedades similares a las del prototipo, pero los detalles estructurales a nivel molecular responsables de las propiedades de los materiales esperan ser revelados. Ahora, Los científicos de la Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) aportaron nuevos conocimientos. 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 Comunicaciones de la naturaleza .
Una abrazadera molecular conecta los bloques de construcción de proteínas
"Las fibras de seda consisten en bloques de construcción de proteínas, las llamadas spidroínas, que son ensambladas por arañas dentro de su glándula giratoria, ", explica Neuweiler. Los extremos terminales de los bloques de construcción desempeñan funciones especiales en este proceso. Los dos extremos de una espidroína terminan en un dominio N- y uno C-terminal.
Modelo del parcialmente desplegado, dominio C-terminal fuertemente expandido. Crédito:Figura:Hannes Neuweiler / Universität Würzburg
Los dominios en ambos extremos conectan los componentes básicos de las proteínas. En el presente estudio, Neuweiler y sus colegas observaron de cerca el dominio C-terminal. El dominio C-terminal conecta dos espidroínas mediante la formación de una estructura entrelazada que se asemeja a una abrazadera 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 hélices lábiles en la periferia del dominio ".
Este proceso de autoensamblaje de dos pasos 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. Trabajo previo, sin embargo, rastreó la extensibilidad hasta el despliegue de hélices en el segmento central de spidroins. "Proponemos que el dominio C-terminal también podría actuar como módulo que contribuye a la extensibilidad", explica Neuweiler.
Ayudar a la ciencia de los materiales
En su estudio, Neuweiler y sus colaboradores investigaron los componentes básicos de las proteínas de la araña de tela de vivero Euprosthenops australis. Utilizaron ingeniería genética para intercambiar porciones individuales de bloques de construcción y modificaron la proteína químicamente usando 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 de la estructura a nivel molecular, ensamblaje y propiedades mecánicas de la seda de araña ". Puede ayudar a los científicos de materiales a reproducir la seda de araña natural en el laboratorio. Actualmente, spidroins modificados y sintéticos se están utilizando para este propósito. "¿Debería el dominio C-terminal contribuir 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.
