La seta di ragno è una delle fibre più resistenti in natura e ha proprietà sorprendenti. Scienziati dell'Università di Würzburg hanno scoperto nuovi dettagli molecolari dell'autoassemblaggio di una proteina della fibra della seta di ragno.

sono leggeri, quasi invisibile, altamente estensibile e forte, e naturalmente biodegradabili:i fili che i ragni usano per costruire le loro tele. Infatti, la seta di ragno è tra le fibre più dure in natura. Grazie al suo peso ridotto, sostituisce persino i fili high-tech come Kevlar o Carbon. La sua combinazione unica di resistenza ed estensibilità lo rende particolarmente attraente per l'industria. Sia nell'industria aeronautica, industria tessile, o medicina:le potenziali applicazioni di questo magnifico materiale sono molteplici.

Da tempo gli scienziati dei materiali continuano a provare a riprodurre la fibra in laboratorio, ma con scarso successo. Oggi, è possibile produrre seta di ragno artificiale con proprietà simili a quelle del prototipo, ma i dettagli strutturali a livello molecolare responsabili delle proprietà dei materiali attendono di essere resi noti. Ora, scienziati della Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) hanno fornito nuove intuizioni. Dott. Hannes Neuweiler, docente presso l'Istituto di Biotecnologie e Biofisica presso la JMU, è responsabile di questo progetto. I suoi risultati sono pubblicati sulla rivista scientifica Comunicazioni sulla natura .

Un morsetto molecolare collega gli elementi costitutivi delle proteine

"Le fibre di seta sono costituite da mattoni proteici, i cosiddetti spidroini, che sono assemblati dai ragni all'interno della loro ghiandola rotante, " spiega Neuweiler. Le estremità terminali degli elementi costitutivi assumono ruoli speciali in questo processo. Le due estremità di uno spidroin sono terminate da un dominio N e C-terminale.

I domini ad entrambe le estremità collegano i mattoni delle proteine. In questo studio, Neuweiler e colleghi hanno esaminato da vicino il dominio C-terminale. Il dominio C-terminale collega due spidroini attraverso la formazione di una struttura intrecciata che assomiglia a un morsetto molecolare. Neuweiler descrive il risultato centrale dello studio:"Abbiamo osservato che il morsetto si autoassembla in due passaggi discreti. Mentre il primo passaggio comprende l'associazione di due estremità della catena, il secondo passaggio prevede il ripiegamento delle eliche labili nella periferia del dominio."

Questo processo in due fasi di autoassemblaggio era precedentemente sconosciuto e potrebbe contribuire all'estensibilità della seta di ragno. È noto che lo stiramento della seta di ragno è associato allo spiegamento dell'elica. Lavoro precedente, però, estensibilità riconducibile allo spiegamento delle eliche nel segmento centrale degli spidroini. "Proponiamo che il dominio C-terminale possa anche fungere da modulo che contribuisce all'estensibilità", spiega Neuweiler.

Aiutare la scienza dei materiali

Nel loro studio Neuweiler e collaboratori hanno studiato i mattoni proteici della ragnatela da vivaio Euprosthenops australis. Hanno usato l'ingegneria genetica per scambiare singole frazioni di elementi costitutivi e hanno modificato chimicamente la proteina usando coloranti fluorescenti. Finalmente, l'interazione della luce con le proteine ​​solubili ha rivelato che il dominio si assembla in due fasi distinte.

Neuweiler descrive il risultato come "un contributo alla nostra comprensione a livello molecolare della struttura, assemblaggio e proprietà meccaniche della seta di ragno." Può aiutare gli scienziati dei materiali a riprodurre la seta di ragno naturale in laboratorio. Attualmente, a tale scopo vengono utilizzati spidroini modificati e sintetici. "Se il dominio C-terminale contribuisce alla flessibilità del thread, gli scienziati dei materiali possono modulare le proprietà meccaniche della fibra attraverso la modulazione del dominio C-terminale, "Dice Neuweiler.