Los investigadores de la Universidad Northwestern y la Universidad Estatal de San Diego SDSU han descifrado mejor el complejo proceso de cómo las arañas de la viuda negra transforman proteínas en fibras resistentes al acero. Este conocimiento promete ayudar a los científicos a crear materiales sintéticos igualmente fuertes.
Las arañas viudas negras y sus parientes, nativas de climas templados en América del Norte, Europa, Asia, Australia, África y América del Sur, producen una gran variedad de sedas con propiedades de materiales excepcionales.
Los científicos conocen desde hace tiempo la secuencia primaria de aminoácidos que forman algunas proteínas de seda de araña y entienden la estructura de las fibras y las redes. Investigaciones previas teorizaron que las proteínas de seda de araña esperan el proceso de hilatura como micelas esféricas anfifílicas de tamaño nanométrico grupos demoléculas solubles y no solubles en agua antes de ser canalizadas a través del aparato de hilado de la araña para formar fibras de seda. Sin embargo, cuando los científicos intentaron replicar este proceso, no pudieron crear materiales sintéticos con las fortalezas y propiedades de las fibras de seda de araña nativas.
"La brecha de conocimiento estaba literalmente en el medio", dijo Nathan C. Gianneschi de Northwestern. "Lo que no entendimos completamente es lo que sucede a nanoescala en las glándulas de seda o el conducto giratorio: el almacenamiento, la transformación yproceso de transporte involucrado en proteínas convirtiéndose en fibras ".
Gianneschi es profesor de Jacob y Rosaline Cohn en el departamento de química del Weinberg College of Arts and Sciences y en los departamentos de ciencia e ingeniería de materiales y de ingeniería biomédica en la McCormick School of Engineering. Él y Gregory P. Holland,profesor asociado en el departamento de química y bioquímica en SDSU y el autor de más de 40 artículos sobre seda de araña, son los autores correspondientes del artículo.
La investigación se publicará en línea la semana del 22 de octubre en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS .
Utilizando técnicas complementarias de última generación: espectroscopía de resonancia magnética nuclear RMN, la misma tecnología utilizada en MRI, en SDSU, seguida de microscopía electrónica en Northwestern, el equipo de investigación pudo ver más de cercadentro de la glándula proteica donde se originan las fibras de seda, revelando un ensamblaje proteico jerárquico mucho más complejo.
Esta "teoría de las micelas modificadas" concluye que las proteínas de seda de araña no comienzan como micelas esféricas simples, como se pensaba anteriormente, sino como micelas compuestas complejas. Esta estructura única es potencialmente necesaria para crear las impresionantes fibras de la araña viuda negra.
"Ahora sabemos que las sedas de araña viuda negra se hilan a partir de nanoensambles jerárquicos 200 a 500 nanómetros de diámetro de proteínas almacenadas en el abdomen de la araña, en lugar de una solución aleatoria de proteínas individuales o de partículas esféricas simples".Holland dijo.
Si se duplica, "las aplicaciones prácticas para un material como este son esencialmente ilimitadas", dijo Holland, y podrían incluir textiles de alto rendimiento para militares, personal de primera respuesta y atletas; materiales de construcción para puentes de cables y otras construcciones; reemplazos ecológicos paraplásticos y aplicaciones biomédicas.
"Uno no puede exagerar el impacto potencial en los materiales y la ingeniería si podemos replicar sintéticamente este proceso natural para producir fibras artificiales a escala", dijo Gianneschi, quien también es el director asociado del Instituto Internacional de Nanotecnología y miembro de SimpsonQuerrey Institute y el Chemistry of Life Processes Institute en Northwestern. "En pocas palabras, sería transformador".
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Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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