Spinzijde is een van de taaiste vezels in de natuur en heeft verbazingwekkende eigenschappen. Wetenschappers van de Universiteit van Würzburg ontdekten nieuwe moleculaire details van zelfassemblage van een spinzijdevezeleiwit.

Ze zijn lichtgewicht, bijna onzichtbaar, zeer rekbaar en sterk, en natuurlijk biologisch afbreekbaar:de draden die spinnen gebruiken om hun web te bouwen. In feite, spinrag behoort tot de taaiste vezels in de natuur. Op basis van zijn lage gewicht vervangt het zelfs hightech schroefdraad zoals Kevlar of Carbon. De unieke combinatie van sterkte en rekbaarheid maakt het bijzonder aantrekkelijk voor de industrie. Of het nu gaat om de luchtvaartindustrie, textielindustrie, of geneeskunde – mogelijke toepassingen van dit prachtige materiaal zijn legio.

Sinds lange tijd blijven materiaalwetenschappers proberen de vezel in het laboratorium te reproduceren, maar met beperkt succes. Vandaag, het is mogelijk om kunstmatige spinzijde te vervaardigen met vergelijkbare eigenschappen als het prototype, maar de structurele details op moleculair niveau die verantwoordelijk zijn voor materiaaleigenschappen wachten om te worden onthuld. Nutsvoorzieningen, wetenschappers van de Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) leverden nieuwe inzichten. Dr. Hannes Neuweiler, docent aan het Instituut voor Biotechnologie en Biofysica van de JMU, is verantwoordelijk voor dit project. Zijn resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuurcommunicatie .

Een moleculaire klem verbindt eiwitbouwstenen

"De zijdevezels bestaan ​​uit eiwitbouwstenen, zogenaamde spidroïnes, die worden geassembleerd door spinnen in hun draaiende klier, " legt Neuweiler uit. De uiteinden van bouwstenen spelen een speciale rol in dit proces. De twee uiteinden van een spidroïne worden beëindigd door een N- en een C-terminaal domein.

De domeinen aan beide uiteinden verbinden eiwitbouwstenen. In de huidige studie, Neuweiler en collega's hebben het C-terminale domein onder de loep genomen. Het C-terminale domein verbindt twee spidroins door vorming van een verweven structuur die lijkt op een moleculaire klem. Neuweiler beschrijft het centrale resultaat van het onderzoek:"We hebben waargenomen dat de klem zichzelf assembleert in twee discrete stappen. Terwijl de eerste stap de associatie van twee kettinguiteinden omvat, de tweede stap omvat het vouwen van labiele helices in de periferie van het domein."

Dit tweestapsproces van zelfassemblage was voorheen onbekend en kan bijdragen aan de uitbreidbaarheid van spinnenzijde. Het is bekend dat het uitrekken van spinnenzijde gepaard gaat met het ontvouwen van de helix. Vorig werk, echter, herleidde rekbaarheid terug naar het ontvouwen van helices in het centrale segment van spidroins. "We stellen voor dat het C-terminale domein ook kan fungeren als module die bijdraagt ​​aan uitbreidbaarheid", legt Neuweiler uit.

Assisteren van materiaalwetenschap

In hun onderzoek onderzochten Neuweiler en collega's eiwitbouwstenen van de kraamwebspin Euprosthenops australis. Ze gebruikten genetische manipulatie om individuele delen van bouwstenen uit te wisselen en wijzigden het eiwit chemisch met behulp van fluorescerende kleurstoffen. Eindelijk, de interactie van licht met oplosbare eiwitten onthulde dat het domein zich in twee discrete stappen assembleert.

Neuweiler beschrijft het resultaat als "een bijdrage aan ons begrip van structuur op moleculair niveau, assemblage en mechanische eigenschappen van spinzijde." Het kan materiaalwetenschappers helpen om natuurlijke spinzijde in het laboratorium te reproduceren. Hiervoor worden gemodificeerde en synthetische spidroins gebruikt. "Mocht het C-terminale domein bijdragen aan de flexibiliteit van de draad, materiaalwetenschappers kunnen mechanische eigenschappen van de vezel moduleren door modulatie van het C-terminale domein, ' zegt Neuweiler.