EN
Барлық санаттар
EN

Жаңалықтар

Өрмекшілер не істей алмайды -- Super Artificial Spider Жібек талшығын синтезмаршруты

Уақыт:2021-03-08 Хитс:

Табиғатта, Өрмекшілер әлемдегі ең мықты жібек талшықтарын жасай алады, және олар кез келген уақытта және кез келген жағдайда жасанды жібек талшықтарына қарағанда жақсы механикалық қасиеттері бар талшықтар жасай алады. Өрмекшілер\қабілеті мен олар жасайтын жібек зерттеушілерге көптен бері қызығушылық танытып келеді. Бүгін, ғалымдар түрлі қосымшаларда қолданылатын жасанды өрмекші жібек талшықтар жасады, жоғары өнімді тоқымадан спорттық жабдықтар мен машиналардағы тұрақты компоненттерге дейін. Табиғи өрмекші жібекті өндіру әдісі негізінен жібек жинау үшін өрмекшілердің шаруашылық өсіміне тәуелді, бірақ бұл жинау режимі әлі де индустрияландыру мен тиімділікті қажет етеді. Екінші жағынан, синтетикалық өрмекші жібек талшықтары әлі күнге дейін кейбір сын-тегеуріндермен бетпе-бет келеді, мысалы, өрмекші жібек ақуыздары (Шпиндер) шетелдік қабылдаушы тарапта шығарылуы тиіс. Дегенмен ғалымдар бірқатар қолайлы хосттарды анықтады, оның ішінде кейбір прокариоттық микроорганизмдер, eukaryotes, өсімдіктер, және тіпті трансгендік жануарлар, олардың өнімділігі төмен, және өрмекші жібек ақуыздары олар шығаратын су ерігіштігі төмен. Кейінгі иіру процесі өндіріс әдісі мен синтетикалық талшықтықұрылымның айтарлықтай жақсаруына алып келеді., оның механикалық қасиеттері әлі күнге дейін таза табиғи жібек талшығымен салыстырғанда жеткіліксіз. Осылайша, Ян Йоханссон мен Анна Швециядағы Каролинка институтының көтерілуі өрмекші жібек талшықтарының қасиеттеріне әсер ететін негізгі факторларды анықтады, және әртүрлі шешімдердің артықшылықтары мен кемшіліктерін салыстыру арқылы, олар жаңа супер жасанды өрмекші жібек талшықтарын синтездеудің жол картасын жетілдірді. Олардың перспективалық бақылаулары ACS Nano журналының соңғы нөмірінде жарияланды, құқық беру құқығын да "Өрмекшілер жоғары жасанды жібек талшықтарға жол картасын жасай алмайды."




Жалпы алғанда, әр өрмекші жібек талшықтарының жеті түрін жасай алады, олардың әрқайсысының әр түрлі механикалық қасиеттері бар. Бұл жібек талшықтары ең алдымен өрмекші жібек ақуыздардан құралған, құрамында қайталама аймақтардың глобулярлы терминал домендерін бөлісетін 110-130 амин қышқылдары. Жібек ақуыздарындағы бұл терминалдық домендер бірегей болып табылады және жібектің ерігіштігімен және талшықтың пайда болуын бақылаумен регламенттейді, қайталау домендері жібектің механикалық қасиеттерін бақылап тұрғанда. Олардың ішінде, ең қиын жібек талшығы (Драглайн) негізінен ампулалық жібек ақуызы бар (МАСС), және оның қайталанатын аймағы негізінен итеративті поли-ала сегментін және глицинге бай қайталама аймақты қамтиды (Гли). Өрмекшілердің жібек бездерінде, жібек ақуызының концентрациясы жоғары 50% (W/V). Дегенмен, біз өрмекші жібек ақуызының осындай жоғары концентрацияда қалай сақталатынын және шөгінділер өндірмейтінін әлі толық түсінбеген, бірақ бүгін белгілі, сақтау режимі негізінен жібек бездерінің шегінде сақталатын катушкалы катушкада кездейсоқ қайталанады, және альфа геликс терминалының домені белгілі бір гидрофильді сақтау үшін жібек ақуызын жасай алады, ол негізінен жібек тің ішкі сақтау ының беттік қабатында көмекке бекітілген. Өрмекші жібек талшықтарының синтезі негізінен жеткізу түтігінде орын алады, оның ішінде рН мәнінің төмендеуі және салыстырмалы ширсақ кернеудің артуы, пультрузияға әкеледі және сайып келгенде өрмекші жібек ақуызының пайда болуына әкеледі. Өрмекші жібек ақуыздарының N және C терминалдық домендері әрекет етеді деген қызық нәрсе "lock and trigger" синтез кезінде. n-терминал домені төмен рН кезінде, желіні тартып алу тәсілімен, өрмекші жібек ақуызын бекіту. РН мәнінің және ширсету кернеуінің әсерінен, C-терминал аймағы құрылды β-lamellar nucleus, оның іқұлыптау және іске қосун қышқылдарының қайталама айламеллар ядросырансформациясына ықпал еткен β-lamellar nucleus. Ақыр соңында, бұл "lock and trigger" тетiктi сұйық жiбек ақуызын қатты талшыққа айналдырады.



Өрмекші жібектегі фибриннің негізгі компоненттері


Өрмекші жібек талшықтарына әсер ететін бірнеше негізгі факторлар
Макроампулалық жібек ақуызы наномасштабқұрылымындағы анизотроптық, және оның ламинатталған β-lamellar nuclei пішіні кристалдық домен (β-кристалдар), аморфты матрицаға ендірілген. Оның негізгі функциясы өрмекші жібек талшықтарының қауырт күшін бақылау болып табылады. Бұл құрылым оның механикалық қасиеттерін анықтаудың кілті болып табылады. Дегенмен кристалдану дәрежесі мен механикалық қасиеттері арасындағы нақты қатынас айқын емес, Кристалдың доменнің көлемі жоғары кернеулі күшке қол жеткізуде шешуші рөл атқаратыны анықталды, кинетикалық симуляция арқылы қуатты және қатаңдықты төмендету.
Жібек ақуыздары - ақуыздар, сондықтан олар эндоплазмалық оменум арқылы өтіп, секретариат жолына шығу үшін өтуі тиіс. Жібек ақуыздарын эндоплазмалық оменумға тасымалдау қажеттілігі реакцияларды жасушаға тасымалдайтын бүйіртізбектерді қолдануды болдырмады β-кристалды сегменттер және қабаттар, бұл синтетикалық жібек талшықтары үшін негізгі қарау болып табылады.
Полиалалин су репелленті мен жібек талшықтарын өндіруде бір ғана алаинге қарағанда едәуір жақсы. Полиаминқышқылдары негізіндегі «Сыдырма» дерекқорынан болжамдар (Көпес-Ала, Көп-Валь, Көп-іле) су өткізбейтін полиаминқышқылдардың шын мәнінде неғұрлым тұрақты екенін көрсету β-ламеллар ядролық өзара іс-қимыл. Өрмекші осы екі амин қышқылдарын макроампулалық жібек ақуызы ретінде пайдаланбаусебебіоның салыстырмалы түрде күшті су репелленті салдарынан және мұндай қайталама аймақтар эндоплазмалық оменум арқылы өткенде тұзаққа ұшырауы мүмкін.. Of course, бүгінгі технология валин және изолецин сияқты амин қышқылдарының тізбектерін басқа тізбектерге байланыстыру және оларды тікелей ұяшықішінде көрсету арқылы эукариотиялық жүйелердегі жасанды өрмекші жібек талшықтарынӘринентезін қамтамасыз етті, эндоплазмалық ретикулумды кесіп өту қажеттілігін болдырмау. Алайда, осы екі амин қышқылтізбегінің жоғары гидрофобиясы қожайында талшықтар өндіруді қиындатады. Of course, Органикалық еріткіштермен жасанды түрде талшықтар дайындау және иіру еріту талаптарын төмендетуі мүмкін, бірақ ол сондай-ақ неғұрлым күрделі синтетикалық әдістерді қажет етеді.

Жаңа супержасанды жібек талшықтарын синтездеудің жол картасы
Белгілі теориялар мен әдістернегізінде, Авторлар супер жасанды өрмекші жібек талшықтарын синтезінің жол картасын қорытындылады. Бірінші, биоинформатикада қолданылатын әдістер (силиконы) полиамин қышқылын синтездеу үшін қолданылуы мүмкін (поли- валь, поли- іле- ген) қайталанатын және β-тізбек кеңістігін ұлғайтатын нұсқалардан алынған кристалдар. Бұл алынған кристалдар өз кезегінде молекулярлық динамикаимен тұрақтылық пен қаттылыққа бағалануы мүмкін. Өйткені, шииттердің өздері алыс қашықтыққа созылған полярлық емес материалдарды пайдалана отырып жібек жасай алмайтындықтан, жаңадан енгізілетін элемент синтетикалық жібектің кейбір артықшылықтарын алып келеді. Әрине, жаңа синтезделген қайталанған аймақтар β-Кристалдарды молекулярлық динамиканың имитациясы мен эксперименттік сынақтары бойынша бағалау қажет. Ақырында, иіру жолымен өндірілетін жаңа синтетикалық жібек талшықтары өрмекшілер өндірген жібек талшықтарымен салыстыру үшін механикалық қасиеттері мен конструкцияларына сыналуы мүмкін.



Жаңа супержасанды жібек талшықтарын синтездеудің жол картасы


Дипломдық жұмыс сілтемелері: https://doi.org/10.1021/acsnano.0c08933

(Дереккөз: Полимерлік ғылым дағы шекаралар)