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Fate ciò chì i ragni ùn ponu micca fà -- Strada di Sintesi di Fibra di Seta Super Artificial Spider

U tempu:2021-03-08 Hits:

In natura, spiders ponu creà e fibre di sita più forti in u mondu, è ponu ancu creà fibre cù proprietà meccaniche megliu cà fibre di seta artificiale in ogni mumentu è in ogni circustanza.. L'abilità di i Spiders è a seta chì creanu anu longu interessu à i circadori. Oghje, i scientisti anu sviluppatu fibre di sita di spider artificiali chì sò usati in una varietà di applicazioni, da tessili d'alta prestazione à cumpunenti sustinibili in l'equipaggiu è e macchine sportive. U metudu di pruduzzione di a sita di spider naturali si basa principarmenti in a ripruduzzione agricula di l'aragni per cullà a sita, ma stu modu di cullizzioni hà sempre bisognu di industrializazione è efficienza. Da l'altra parte, fibre sintetiche di sita di spider sò sempre affruntate alcune sfide, cum'è e proteine ​​​​di sita di ragna (spidroins) deve esse pruduciutu in un ospite straneru. Ancu s'è i scientisti anu identificatu una quantità di ospiti adattati, cum'è certi microorganismi procarioti, eucarioti, piante, è ancu animali transgenici, i so renditi sò bassi, è i proteini di sita di spider chì producianu anu una solu solubilità in acqua. Ancu s'è u prucessu di filatura sussegwenti pò daveru fà una grande migliione in u metudu di fabricazione è a struttura di fibra sintetica., e so proprietà meccaniche sò sempre inadegwate cumparatu cù a fibra di seta naturale pura. Allora Jan Johansson è Anna Rising da l'Istitutu Karolinka in Svezia anu identificatu i fatturi chjave chì affettanu e proprietà di fibre di sita di spider., è paragunendu i vantaghji è i disadvantages di e diverse suluzioni, anu ideatu una strada per sintetizà novi fibre di seta di spider artificiale. E so osservazioni avanti sò publicate in l'ultimu numeru di a rivista ACS Nano, intitulatu "Fendu ciò chì i Spiders ùn ponu micca - una strada di strada per fibre di seta artificiale supreme."




In generale, ogni spider pò creà sette sfarenti tippi di fibre di seta, ognuna di quale hà diverse proprietà meccaniche. Sti fibri di sita sò cumposti principarmenti di proteini di sita di spider, chì sparte duminii terminali globulari di rigioni ripetute chì cuntenenu 110-130 aminoacidi. Questi duminii terminali in proteine ​​​​di seta sò unichi è regulanu a solubilità di a seta è cuntrullà a furmazione di fibre., mentre chì i duminii ripetuti cuntrollanu e proprietà meccaniche di a sita. À mezu à elli, a fibra di seta più dura (Dragline) hè principalmente cumpostu di proteina di seta ampullary (MASP), è a so regione di ripetizione cuntene principalmente segmentu poli-Ala iterativu è regione ripetitiva ricca di glicina (Gly). In i glanduli di sita di l'aragni, a cuncintrazione di a proteina di sita hè alta quant'è 50% (W/V). Ancu s'ellu ùn avemu micca capitu cumplettamente cumu a proteina di sita d'aragnu ferma in una cuncentrazione cusì alta è ùn pruduce micca sedimentu., ma oghje hè cunnisciutu, U modu di almacenamento hè principalmente di ripetiri l'area in una manera aleatoria in spirale almacenata in i glanduli di seta, è u duminiu terminale alfa helix pò fà a proteina di seta per mantene una certa idrofilia, principarmenti attaccatu à aiutà in a superficia strata di almacenamentu internu silkgland. A sintesi di fibre di seta di spider si svolge principalmente in u tubu di consegna, cumpresa a diminuzione di u valore di pH è l'aumentu di a tensione di tagliolu relative, chì porta à a pultrusione è infine a furmazione di a proteina di sita di spider. Ciò chì hè più interessante hè chì i duminii terminali N è C di e proteine ​​​​di sita spider agisce cum'è "lock and trigger" durante a sintesi. U duminiu n-terminale dimerizes à un pH più bassu, in una manera chì imita l'accoppiamentu di a reta, chjude a proteina di seta di ragna. Sottu l'influenza di u valore di pH è u stress di cisella, si forma a regione C-terminale β-lamellar nucleus, chì prumove a trasfurmazioni di a regione ripetitiva di l'aminoacidu in β-lnucleu lamserratura è triggerente, questu "lock and trigger" U meccanismo trasforma a proteina di seta liquida in una fibra solida.



I cumpunenti principali di fibrina in a sita di spider


Parechji fattori chjave chì affettanu e fibre di sita di spider
A proteina di seta macroampullary hè anisotropica in a struttura nanoscala, è u so laminatu β-I nuclei lamellari formanu un duminiu cristalinu (β-cristallu), chì hè incrustatu in a matrice amorfa. A so funzione principale hè di cuntrullà a forza di tensione di fibre di sita di spider. Sta struttura hè a chjave per determinà e so proprietà meccaniche. Ancu se a relazione specifica trà u gradu di cristallizazione è e proprietà meccaniche ùn hè micca chjaru, si trova chì u voluminu di u duminiu di u cristallu stessu ghjoca un rolu decisivu in l'ottenimentu di una forza di tensione alta., riducendu a putenza è a tenacità attraversu a simulazione cinetica.
I proteini di seta sò proteini secretori, per quessa, devenu passà per l'omentum endoplasmaticu per entra in a via secretoria. A necessità di trasportà e proteine ​​​​di seta à l'omentum endoplasmaticu impedisce l'usu di catene laterali chì medianu e reazzioni trà β-segmenti è strati cristallini, chì hè una considerazione maiò per e fibre di sita sintetica.
A polialanina hè significativamente megliu cà una sola alanina in a repellenza di l'acqua è a fabricazione di fibra di seta. Previsioni da a basa di dati Zipper basati in poliaminoacidi (Poly-Ala, Poly-Val, Poly-Ile) indicanu chì più poliaminoacidi idrorepellenti producenu veramente più stabili β-interazioni nucleari lamellari. U mutivu chì l'aragnu hà sceltu di ùn utilizà micca sti dui aminoacidi cum'è a proteina di seta macroampullary pò esse per via di a so repellenza di l'acqua relativamente forte è di u fattu chì tali regioni ripetute ponu esse intrappulate quandu passanu per l'omentum endoplasmaticu.. Of course, A tecnulugia di l'oghje hà permessu a sintesi di fibre artificiali di seta di spider in sistemi eucarioti, liendu catene di aminoacidi cum'è valina è isoleucina à altre catene è esprimendu direttamente in a cellula., evitendu a necessità di attraversà u reticulum endoplasmaticu. Tuttavia, l'alta idrofobicità di sti dui catene di aminoacidi rende difficiule per l'ospite di pruduce fibre in u nucBenintesacourse, fà fibre artificialmente cù solventi organici è filatura puderia riduce i requisiti di solubilità, ma averebbe ancu bisognu di metudi sintetici più sufisticati.

Roadmap per sintetizà novi fibre di seta di spider artificiale
Basatu nantu à teorii è metudi cunnisciuti, l'autori anu riassuntu una strada per a sintesi di fibre di seta di spider super artificiale. Primu, i metudi usati in bioinformatica (in silico) pò esse usatu per sintetizà polyamino acid (poli-val, poli-ile) ripete regioni è β-cristalli da varianti chì aumentanu u spaziu di sequenza. Questi cristalli risultanti ponu esse valutati per a stabilità è a durezza da simulazioni di dinamica moleculare. Siccomu l'armi stessi ùn sò micca capaci di fà a sita cù materiali non polari chì sò stesi à longu distanzi, l'elementu di novu introduttu, senza dubbitu, portarà qualchi vantaghji in a sita sintetica. Benintesa, i rigioni ripetuti furmati da i novi sintetizzati β-cristalli dinù bisognu à esse evaluatu da simulazioni di dinamica moleculare è testi spirimintali. Infine, e novi fibre di sita sintetica prodotte da filatura ponu esse pruvati per e proprietà meccaniche è strutture per paragunà cù e fibre di seta prodotte da i ragni..



Roadmap per sintetizà novi fibre di seta di spider artificiale


I ligami di tesi: https://doi.org/10.1021/acsnano.0c08933

(Fonte: Frontiere in a scienza di i polimeri)