거미줄에 대한 미스터리

방적 공정의 결정 단계가 명확 해짐

이슬 방울이있는 거미줄 : 이슬 방울이 거미줄에 쌓여 있습니다. © Thorsten Naeser / TUM
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스파이더 실크는 강철보다 5 배, 인열 저항성이 5 배, 현재 합성 섬유보다 3 배 강합니다. 그러나 지금까지 아무도 기술적으로 수퍼 스레드를 생산할 수 없습니다. 거미는 거미줄 안에 저장된 거미 실크 단백질에서 길고 매우 안정적이고 탄력있는 실을 몇 분의 1 초 안에 어떻게자를 수 있습니까? 독일의 비밀 연구원들은 이제이 비밀을 발견했습니다. 그들은 과학 저널 "Nature"에 새로운 연구 결과를 발표합니다.

뮌헨 기술 대학 (TUM-IAS)의 고급 연구 연구소의 Horst Kessler 교수는“천연 거미 실크의 높은 탄성과 극한의 인열 저항성은 순수한 거미 실크 단백질로 만들어진 섬유에도 아직 도달하지 못했다”고 설명했다.

인공 거미 실크로가는 길에

따라서, 안정적인 거미줄의 인공 생산에서 중요한 문제는 어떻게 거미가 거미줄의 원료를 고농도로 준비하고 필요한 경우 눈물 방지 스레드를 몇 분의 1 초 안에 채울 수 있는가? 바이로이트 대학교 (University of Bayreuth)의 토마스 슈이 벨 (Thomas Scheibel) 교수는 몇 년 동안 수수께끼의 회전 과정을 조사해 왔습니다.

거미줄은 단백질 분자, 수천 개의 아미노산 빌딩 블록으로 구성된 긴 사슬로 구성됩니다. X- 선 산란 실험은 완성 된 실에 여러 개의 단백질 사슬이 안정적인 물리적 결합을 통해 서로 연결된 영역이 있음을 보여줍니다. 그들은 안정성을 가져옵니다. 가교되지 않은 영역 사이에는 높은 탄성이 있습니다.

거미 실크 섬유의 편광 현미경 사진 © John Hardy / University of Bayreuth

실크 단백질의 사용을 기다리고 있습니다

거미줄에서는 완전히 다른 조건이 우세합니다. 수성 환경에서 실크 단백질은 고농도로 저장되고 사용을 기다립니다. 고정 가교를 담당하는 영역은 너무 가까워서는 안되며, 그렇지 않으면 단백질이 즉시 응집됩니다. 따라서이 분자들에는 일종의 저장 형태가 있어야했습니다. 디스플레이

그렇지 않으면 성공적인 엑스레이 구조 분석은 결정 만 분석 할 수 있기 때문에 설명에 아무런 영향을 미치지 않습니다. 그러나 스레드가 시작될 때까지 모든 것이 해결됩니다. 따라서 조사 방법은 핵 자기 공명 분광법 (NMR)이었다. 바이저 NMR 센터의 시설에서, 케슬러 팀의 생화학 자 Franz Hagn은 고체 필라멘트의 형성을 담당하는 규제 요소의 구조를 밝히는 데 성공했습니다. 또한 Scheibel 그룹의 Lukas Eisoldt 및 John Hardy와 함께이 규제 요소의 작동 방식을 명확히 할 수있었습니다.

연결이 끊긴 네트워킹

스피넬의 보관 조건에서 두 체인의 교차 영역이 서로 평행 할 수 없도록 두 규제 영역 중 하나가 항상 연결되어 있습니다. "가교는 효과적으로 방지된다."그런 다음 단백질 사슬은 극성 영역이 바깥 쪽과 사슬의 발수 부분에 있도록 결합합니다. 이것은 물 환경에서 우수한 용해도를 보장합니다.

이렇게 보호 된 단백질이 스핀 채널로 들어가면 완전히 다른 소금 농도와 구성을 찾습니다. 레귤레이터의 2 개의 염교가 불안정 해지고 체인이 펴질 수 있습니다. 좁은 스핀 채널의 흐름으로 인해 강한 전단력이 발생합니다. 긴 난백은 서로 평행하게 정렬되어 있으며, 이제 가교를 담당하는 영역이 서로 바로 인접 해 있습니다. 연구원들은 안정적인 거미줄이 발생한다고 말했다.

인공 거미 실크 단백질 eADF4 (C16)로 구성된 섬유의 현미경 이미지. 존 G. 하디 / 바이로이트 대학

매우 중요한 분자 스위치

"우리의 결과는 우리가 단백질 사슬의 C- 말단에서 발견 한 분자 스위치가 안전한 저장과 섬유 형성 과정 모두에 중요하다는 것을 보여 주었다." Hagn. 이러한 결과에 대한 중요한 기초는 Scheibel 팀과 TUM 물리학과 Andreas Bausch 교수의 협력이었습니다. 그곳에서 인공 방사 채널이 마이크로 시스템 기술로 개발되었습니다.

이러한 연구 결과를 바탕으로 Bayreuth의 과학자들은 현재 BMBF 프로젝트의 일환으로 생체 모방 방사 장치 개발을 위해 산업 회사와 열심히 노력하고 있습니다. 재 흡수성 봉합사 재료부터 자동차 부문의 기술 섬유에 이르기까지 많은 응용 분야가 있습니다.

(뮌헨 기술 대학, 14.05.2010-DLO)