EN
bütün kateqoriyalar
EN

xəbər

Hörümçəklərin edə bilmədiklərini edin -- Super Süni Hörümçək İpək Elyaf Sintez Yolu

vaxt:2021-03-08 Oxunub:

Təbiətdə, hörümçəklər dünyanın ən güclü ipək liflərini yarada bilər, və hətta istənilən vaxt və heç bir şəraitdə süni ipək liflərdən daha yaxşı mexaniki xüsusiyyətlərə malik liflər yarada bilərlər. Hörümçəklərin qabiliyyətləri və yaratdıqları ipək çoxdan tədqiqatçıların marağına səbəb olub. Bu gün, elm adamları müxtəlif tətbiqlərdə istifadə olunan süni hörümçək ipək lifləri inkişaf etdirdilər, yüksək performanslı tekstildən idman avadanlığı və maşınlarında davamlı komponentlərə qədər. Təbii hörümçək ipəyinin istehsal üsulu əsasən ipək toplamaq üçün hörümçəklərin təsərrüfatda çoxalmasına əsaslanır, lakin bu toplama rejimi hələ də sənayeləşmə və səmərəliliyə ehtiyac duyur. Digər tərəfdən, sintetik hörümçək ipək lifləri hələ də bəzi çətinliklərlə üzləşir, hörümçək ipək zülalları kimi (spidroins) xarici bir ev sahibliyində istehsal olunmalıdır. Elm adamları bir sıra uyğun ev sahiblərini müəyyənləşdirsələr də, bəzi prokaryotik mikroorqanizmlər kimi, ökaryotlar, bitkilər, və hətta transgenik heyvanlar, məhsuldarlığı aşağıdır, və istehsal etdikləri hörümçək ipək zülallarının suda az çözünürlüğü var. Sonrakı əyirmə prosesi həqiqətən istehsal üsulunda və sintetik lif quruluşunda böyük bir inkişaf edə bilsə də, mexaniki xüsusiyyətləri təmiz təbii ipək liflə müqayisədə hələ də qeyri-kafidir. Beləliklə, İsveçdəki Karolinka İnstitutundan Jan Johansson və Anna Rising hörümçək ipək liflərinin xüsusiyyətlərini təsir edən əsas amilləri müəyyən etdilər, və fərqli həll yollarının üstünlüklərini və çatışmazlıqlarını müqayisə etməklə, yeni super süni hörümçək ipək liflərini sintez etmək üçün bir yol xəritəsi hazırladılar. Gələcəyə baxışları ACS Nano jurnalının son sayında dərc edilmişdir, hüquqlu "Hörümçəklərin edə bilmədiklərini etmək - üstün süni ipək liflərinə yol xəritəsi."




Ümumiyyətlə, hər hörümçək yeddi fərqli ipək lif yarada bilər, hər biri fərqli mexaniki xüsusiyyətlərə malikdir. Bu ipək liflər əsasən hörümçək ipək zülallarından ibarətdir, olan, təkrarlanan bölgələrin qlobal terminal sahələrini paylaşan 110-130 amin turşuları. İpək zülallarındakı bu terminal sahələr bənzərsizdir və ipəyin həll olunmasını tənzimləyir və lif əmələ gəlməsini idarə edir, təkrar etki sahələri isə ipəyin mexaniki xüsusiyyətlərini idarə edir. Onların arasında, ən sərt ipək lifi (Sürükləyin) əsasən ampulalı ipək zülalından ibarətdir (MASP-lər), və təkrar bölgəsi əsasən təkrarlanan poli-Ala seqmenti və glisinlə zəngin təkrar bölgəsini ehtiva edir (Gly). Hörümçəklərin ipək bezlərində, ipək zülalının konsentrasiyası o qədər yüksəkdir 50% (W / V.). Hörümçək ipək zülalının bu qədər yüksək konsentrasiyada necə qalacağını və çöküntü çıxarmayacağını hələ tam anlamadığımıza baxmayaraq, amma bu gün məlumdur, saxlama rejimi əsasən ərazini ipək bezlərinin içərisinə yığılmış təsadüfi bir şəkildə təkrarlamaqdır, və alfa sarmal terminal sahəsi müəyyən hidrofilikliyi saxlamaq üçün ipək zülalı hazırlaya bilər, əsasən ipək örtüklü daxili səth qatına kömək etmək üçün əlavə edilmişdir. Hörümçək ipək liflərinin sintezi əsasən çatdırılma borusunda baş verir, pH dəyərinin azalması və nisbi kəsilmə stresinin artması da daxil olmaqla, bu pultrüziyaya və nəhayət hörümçək ipək zülalının meydana gəlməsinə səbəb olur. Daha maraqlısı budur ki, hörümçək ipək zülallarının N və C terminal domenləri kimi fəaliyyət göstərir "lock and trigger" sintez zamanı. N-terminal domeni aşağı pH-da azalır, şəbəkənin birləşməsini təqlid edən bir şəkildə, hörümçək ipək zülalının kilidlənməsi. PH dəyəri və kəsilmə stresinin təsiri altında, C-terminal bölgəsi meydana gəldi β-lamellar nucleus, amin turşusunun təkrar bölgəsinin çevrilməsini təşviq edən β-lamelllamelkilidləyin və tetikleyin "lock and trigger" mexanizm maye ipək zülalını qatı bir lif halına gətirir.



Hörümçək ipəyindəki əsas fibrin komponentləri


Hörümçək ipək liflərini təsir edən bir neçə əsas amil
Makroampullary ipək zülalı nanölçülü quruluşda anizotropdur, və laminat β-lamellar nüvələr bir kristal domen təşkil edir (β-kristal), amorf matrisə yerləşdirilmiş. Əsas funksiyası hörümçək ipək liflərinin çəkilmə gücünə nəzarət etməkdir. Bu quruluş mexaniki xüsusiyyətlərini təyin etmək üçün açardır. Kristallaşma dərəcəsi ilə mexaniki xüsusiyyətlər arasındakı spesifik əlaqə aydın olmasa da, kristal sahəsinin həcminin özünün də yüksək çəkmə gücünə nail olmaq üçün həlledici rol oynadığı aşkar edilmişdir, kinetik simulyasiya yolu ilə güc və sərtliyin azaldılması.
İpək zülalları ifrazedici zülallardır, beləliklə ifrazat yoluna girmək üçün endoplazmik omentumdan keçməlidirlər. İpək zülallarının endoplazmik omentuma daşınması zərurəti arasında reaksiyalara vasitəçilik edən yan zəncirlərin istifadəsini istisna edir. β-kristal seqmentlər və təbəqələr, bu, sintetik ipək lifləri üçün əsas fikirdir.
Polialanin, su itələməsi və ipək lif istehsalında tək alanindən xeyli yaxşıdır. Poliamino turşularına əsaslanan Fermuar Verilənlər Bazasından proqnozlar (Poli-Ala, Poli-Val, Poli-Ile) daha çox su itələyici poliamino turşusunun həqiqətən daha dayanıqlı olduğunu göstərir β-lamel nüvə qarşılıqlı əlaqələri. Hörümçəyin bu iki amin turşusunu makroampullar ipək zülalı olaraq istifadə etməməyi seçməsinin səbəbi nisbətən güclü su itələyiciliyinə və bu kimi təkrarlanan bölgələrin endoplazmik omentumdan keçərkən tələyə düşməsinə səbəb ola bilər.. Of course, günümüzün texnologiyası, valin və izolösin kimi amin turşusu zəncirlərini digər zəncirlərə bağlayaraq birbaşa hüceyrə daxilində ifadə edərək ökaryotik sistemlərdə süni hörümçək ipək liflərinin sintezini təmin etmişdir., endoplazmik retikulumdan keçmək ehtiyacından qaçınmaq. lakin, bu iki amin turşusu zəncirinin yüksək hidrofobiyası, ev sahibinin nüvədə lifƏlbəttəını çətinləşdirir. Of course, Üzvi həlledicilərlə süni şəkildə liflər düzəltmək və həll olma tələblərini azalda bilər, həm də daha mürəkkəb sintetik metodlar tələb edəcəkdir.

Yeni super süni hörümçək ipək liflərinin sintezi üçün yol xəritəsi
Məlum nəzəriyyə və metodlara əsaslanaraq, müəlliflər super süni hörümçək ipək liflərinin sintezi üçün bir yol xəritəsini ümumiləşdirmişdir. Birinci, bioinformatikada istifadə olunan metodlar (silikoda) poliamino turşusunu sintez etmək üçün istifadə edilə bilər (poli-val, poli-ile) təkrar bölgələr və β-ardıcıllıq məkanını artıran variantlardan olan kristallar. Bu yaranan kristallar öz növbəsində molekulyar dinamika simulyasiyaları ilə sabitlik və sərtlik üçün qiymətləndirilə bilər. Hörümçəklər özləri uzun məsafələrə uzanan qütb olmayan materiallardan istifadə edərək ipək edə bilmədikləri üçün, yeni təqdim olunan element, şübhəsiz ki, sintetik ipəkdə bəzi üstünlüklər gətirəcəkdir. Əlbəttə, yeni yaradılan təkrar bölgələr, sintez edilmişdir β-kristalların molekulyar dinamika simulyasiyaları və təcrübə testləri ilə də qiymətləndirilməsi lazımdır. Son olaraq, əyirmə ilə istehsal olunan yeni sintetik ipək lifləri hörümçəklərin istehsal etdiyi ipək lifləri ilə müqayisə etmək üçün mexaniki xüsusiyyətləri və quruluşları üçün test edilə bilər..



Yeni super süni hörümçək ipək liflərinin sintezi üçün yol xəritəsi


Tezis əlaqələri: https://doi.org/10.1021/acsnano.0c08933

(mənbə: Polimer Elmində Sərhədlər)