EN
هەموو جۆرەکان
EN

هەواڵ

Tiştê ku spider nikarin bikin bikin -- Super Artificial Spider Silk Fiber Synthesis Route

کات:2021-03-08 لێدانەکان:

Di xwezayê de, spider dikarin di cîhanê de têlên hevrîşimê yên herî xurt biafirînin, û ew tewra dikarin di her dem û di bin her şert û mercî de fîberên bi taybetmendiyên mekanîkî çêtir ji fîberên hevrîşimê yên çêkirî biafirînin.. Qabiliyetên Spider û hevrîşê ku ew diafirînin ji mêj ve bala lêkolîneran dikişîne. ئەمڕۆ, zanyar fîberên hevrîşimê yên sûnî yên ku di cûrbecûr sepanan de têne bikar anîn pêşve xistine, ji tekstîlên bi performansa bilind bigire heya pêkhateyên domdar ên di amûr û makîneyên werzîşê de. Rêbaza hilberîna hevrîşê spiderê xwezayî bi giranî xwe dispêre hilberîna cotkariyê ya spideran ku hevrîşim berhev bike., lê ev awayê berhevkirinê hîn jî pêdivî bi pîşesazî û bikêrhatîbûnê heye. Ji alîyek dî, fiberên hevrîşimê yên sentetîk hê jî bi hin pirsgirêkan re rû bi rû dimînin, wek proteînên hevrîşimê spider (spidroins) divê di hosteyek biyanî de were hilberandin. Her çend zanyaran hejmarek mêvandarên guncan destnîşan kirine, wek hin mîkroorganîzmayên prokaryotî, eukaryots, nebatan, û heta heywanên transgenic, berhemên wan kêm in, û proteînên hevrîşimê spider ku ew hildiberînin xwedan çareserbûna avê kêm in. Her çend pêvajoya rijandina paşîn bi rastî dikare di rêbaza çêkirinê û avahiya fîberê sentetîk de pêşkeftinek mezin çêbike., taybetmendiyên wê yên mekanîkî li gorî fîbera hevrîşimê ya xwezayî ya saf hîn jî têr nake. Ji ber vê yekê Jan Johansson û Anna Rising ji Enstîtuya Karolinka ya li Swêdê faktorên sereke yên ku bandorê li taybetmendiyên fîberên hevrîşimê spider dikin nas kirin., û bi berhevkirina awantaj û dezawantajên çareseriyên cihêreng, wan nexşeyek rê ji bo sentezkirina fîbên hevrîşimê yên nû yên super sûnî çêkiriye. Çavdêriyên wan ên pêşeroj di hejmara herî dawî ya kovara ACS Nano de têne weşandin, mafdar "Tiştê ku Spiders nikaribin dikin - nexşeyek rê ji fîberên hevrîşimê yên çêkirî yên bilind re."




Dibe hûn bin, her spider dikare heft cureyên cuda yên hevrîşimê çêbike, ku her yek ji wan taybetmendiyên mekanîkî yên cuda hene. Van tîrêjên hevrîşimê di serî de ji proteînên hevrîşimê spider pêk tên, yên ku qadên termînalê globular ên herêmên dubare yên ku tê de hene parve dikin 110-130 asîdên amînî. Van domên termînalê yên di proteînên hevrîşimê de bêhempa ne û helbûna hevrîşimê birêkûpêk dikin û avakirina fiberê kontrol dikin., dema ku domên dubare taybetmendiyên mekanîkî yên hevrîşimê kontrol dikin. Di nav wan de, fibera hevrîşimê ya herî dijwar (Dragline) bi piranî ji proteîna hevrîşim a ampular pêk tê (MASPs), û herêma dubareya wê bi piranî beşa polî-Ala ya dubare û herêma dubare ya dewlemend-glycine vedihewîne (Gly). Di keriyên hevrîşimê yên spiran de, giraniya proteîna hevrîşimê bi qasî 50% (W/V). Her çend me hîna bi tevahî fêm nekiribe dê çawa proteîna hevrîşimê spider di nav giraniyek wusa zêde de bimîne û sedimentê çê neke., lê îro tê zanîn, moda hilanînê bi giranî dubarekirina deverê ye ku bi rengek bêserûber hatî hilanîn ku di nav gewherên hevrîşê de hatî hilanîn, û domana termînalê alpha helix dikare proteîna hevrîşimê çêbike da ku hin hîdrofîlîtî biparêze, ew bi piranî ji bo arîkariya di qata rûkala hilanîna hundurîn a silkgland de ve girêdayî ye. Senteza fiberên hevrîşimê spider bi piranî di lûleya radestkirinê de pêk tê, di nav de kêmbûna nirxa pH û zêdekirina tansiyona rijandinê ya nisbî, ku dibe sedema pirbûn û di dawiyê de pêkhatina proteîna hevrîşimê spider. Ya balkêştir ev e ku qadên termînalê N û C yên proteînên hevrîşimê spider wekî tevdigerin "lock and trigger" di dema sentezê de. Domana n-termînalê di pH-a jêrîn de dimerize, bi awayekî ku hevgirtina torê teqlîd dike, girtina proteîna hevrîşê spider. Di bin bandora nirxa pH û stresê de, herêma C-termînalê ava kirin β-lamellar nucleus, ku veguherîna herêma dubarekirina asîda amînî di nav de pêşve xist β-nucleus lamellar. Paştirîn, ev "lokilît û tetikêmekanîzma proteîna hevrîşê şil vediguherîne fîberek hişk.



Pêkhateyên sereke yên fibrin di hevrîşê spider de


Gelek faktorên sereke yên ku li ser pêlên hevrîşê spider bandor dikin
Proteîna hevrîşim a makroampular di avahiya nanopîvan de anizotropîk e, û wê laminated β-navokên lamellar domînek krîstal ava dikin (β-krîstal), ku di matrixa amorf de cih girtiye. Fonksiyona wê ya sereke ew e ku hêza tîrêjê ya fiberên hevrîşimê spider kontrol bike. Ev avahî mifteya diyarkirina taybetmendiyên wê yên mekanîkî ye. Her çend pêwendiya taybetî ya di navbera asta krîstalîzasyonê û taybetmendiyên mekanîkî de ne diyar e, tê dîtin ku qebareya qada krîstal bixwe di bidestxistina hêza tansiyonê ya bilind de rolek diyarker dilîze., kêmkirina hêz û serhişkiyê bi riya simulasyona kînetîk.
Proteînên hevrîşim proteînên veşartî ne, ji ber vê yekê divê ew ji omentuma endoplazmî derbas bibin da ku bikevin rêya razanê. Pêdiviya veguheztina proteînên hevrîşimê berbi omentuma endoplazmî asteng dike ku pêşiya karanîna zincîreyên alîgir ên ku navbeynkariya reaksiyonên di navbera β-beş û qatên krîstalî, ku ji bo fiberên hevrîşimê yên sentetîk girîngiyek girîng e.
Polyalanîn di hilberîna avê de û çêkirina fîberê hevrîşim de ji alanînek yekane bi girîngî çêtir e.. Pêşbîniyên ji Database Zipper li ser bingeha asîdên polyamino (Poly-Ala, Poly-Val, Poly-Ile) destnîşan dikin ku bêtir asîdên polîmînoyî yên avgiran bi rastî aramtir çêdikin β-têkiliyên navokî yên lamellar. Sedema ku spider hilbijart ku van her du asîdên amînî wekî proteîna hevrîşimê makroampular bikar neanîne, dibe ku ji ber vekêşana wê ya nisbeten bihêz a avê be û ji ber vê yekê ku deverên weha yên dubare dibe ku dema ku di nav omentuma endoplazmî re derbas dibin werin girtin.. Of course, Teknolojiya îroyîn bi girêdana zincîrên asîda amînoyî yên wekî valine û isoleucine bi zincîreyên din re û eşkerekirina wan rasterast di hundurê şaneyê de pêkaniye ku di pergalên eukaryotî de senteza tîrêjên hevrîşimê yên sûnî pêk were., ji hewcedariya derbaskirina retîkûlûma endoplazmî dûr dikeve. لەگەڵ ئەوەشدا, hîdrofobiya bilind a van her du zincîreyBê guman amînî ji bo hostayê çêkirina fîberan di navokê de dijwar dike.. Of course, çêkirina fîberan bi awayekî sûnî bi halên organîk û rijandin dibe ku hewcedariyên çareserbûnê kêm bike, lê di heman demê de pêdivî bi rêbazên sentetîk ên sofîstîke jî heye.

Nexşeya rê ji bo sentezkirina fîbên hevrîşimê yên nû yên super sûnî
Li ser teorî û rêbazên naskirî, nivîskaran nexşeyek rê ji bo senteza tîrêjên hevrîşimê yên super sûnî yên spider kurt kirine. Yekem, rêbazên ku di biyoinformatics de têne bikaranîn (li silico) dikare ji bo sentezkirina asîda polyamino-yê were bikar anîn (poly-val, poly-ile) herêmên dubare û β-krîstalên ji variantên ku cihê rêzê zêde dikin. Van krîstalên ku têne encamdan dikarin ji hêla simulasyonên dînamîkên molekulî ve ji bo aramî û serhişkiyê bêne nirxandin.. Ji ber ku spider bi xwe nikanin hevrîşimê bi karanîna materyalên ne-polar ên ku li ser dûr û dirêj têne dirêj kirin çêbikin, hêmana ku ji nû ve hatî destnîşan kirin bê guman dê di hevrîşimê sentetîk de hin feydeyan bîne. Bê guman, herêmên dubarekirî yên ku ji hêla nû ve hatine sentez kirin β-krîstal jî pêdivî ye ku ji hêla simulasyonên dînamîkên molekulî û ceribandinên ceribandinê ve bêne nirxandin. Paşan, lebatên hevrîşimê yên sentetîk ên nû yên ku bi rijandinê têne hilberandin dikarin ji bo taybetmendiyên mekanîkî û strukturên mekanîkî werin ceribandin da ku bi fîberên hevrîşimê yên ku ji hêla spideran ve têne hilberandin bidin berhev..



Nexşeya rê ji bo sentezkirina fîbên hevrîşimê yên nû yên super sûnî


Têzê girêdan: https://doi.org/10.1021/acsnano.0c08933

(Kanî: Sînorên di Zanistiya Polymer de)