Проблема с рекомбинантным волокном паутины в том, что главный компонент натуральных паучьих нитей — бета-нанокристаллы — трудно получить без значительной генной модификации. В спидроине наблюдается высокое содержание остатков аланина и глицина, эти аминокислотные остатки являются причиной исключительной механической прочности волокон паутины. Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины. Молекулярные биологи из нескольких американских университетов впервые выяснили строение паутины пауков-кругопрядов.
Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины
?p=82730 Американский учёный создаёт своеобразную библиотеку паутины. Исследование этого природного материала может помочь усовершенствовать. Паутина – застывшая жидкость, которую членистоногие вытягивают из концентрированного белкового раствора, образующегося в их особых паутинных железах. — Вообще, паутина — очень перспективный природный материал — полимер, который сочетает в себе превосходные механические и биологические свойства. Паутина, или паучий шелк – это один из изумляющих примеров материалов, создаваемых природой и проявляющих исключительные физические свойства. Молекулярные биологи из нескольких американских университетов впервые выяснили строение паутины пауков-кругопрядов. Да, безусловно, из паутины пауки делают ловчие сети для «охоты» на насекомых.
Откуда пауки берут паутину?
Но самое важное — это то, что пауки не являются насекомыми. Они принадлежат к группе, называемой «паукообразные». Они отличаются от насекомых тем, что имеют 8 ног вместо обычных шести, 8 глаз и только две части тела. Волокно, которое пауки используют для своей паутины, производится специальными брюшными железами. Паутинка вытягивается из многих крошечных углублений на плетущих органах, расположенных на кончике брюшка. Она появляется в виде жидкости, которая на воздухе тут же затвердевает. Существует несколько разновидностей волокон: липкие, необходимые для ловли добычи; крепкие, поддерживающие перекладины, к которым не прилипают; и для коконов, в которые откладывают яйца. Одни из них мягкие и пушистые, другие — твердые и жесткие.
Пауки могут плести все эти виды паутины.
Поэтому ученым пришлось модифицировать гены шелка, введя амилоидные цепочки с высокой склонностью к образованию бета-нанокристаллов. Они создали другие полимерные амилоидные белки из хорошо изученных амилоидных цепочек. Полученные белки имели меньше повторяющихся последовательностей аминокислот, чем у паутины, то есть бактериям было проще их создавать.
В итоге получался гибридный амилоидный белок с 128 повторяющимися единицами. Это меньше, чем 192 в предыдущей разработке ученых, но наличие бета-нанокристаллов с лихвой компенсирует этот недостаток высокой прочностью. Показатель предела прочности на разрыв составляет около 1 ГПа, а средняя ударная вязкость — 161 мегаджоуль на м3.
Возглавлявший одну из исследовательских групп Томас Шайбель Thomas Scheibel из Университета Байройт Германия отмечает, что исследователи достаточно быстро пришли к выводу о том, что аланин и глицин, а также другие основные структурные элементы спидроина не могут контролировать образование волокон паутины из белкового раствора.
Для того чтобы ответить на вопрос о механизме образования волокон, исследователи решили обратить пристальное внимание на концевые домены белка паутины уже сравнительно давно известно, что концевые домены белка контролируют самоорганизацию других белков, как, например, коллагена. Предварительные эксперименты демонстрировали, что концевые домены оказывают влияние и на образование волокон спидроина, однако точный механизм образования волокон до настоящего времени так и не был установлен. Различные концевые домены спидроина оказывают различные эффекты. Кесслер поясняет, что С-концевые домены образуют димеры за счет дисульфидных мостиков.
Для выяснения особенностей расплетения карбоксильных фрагментов исследователи изучили строение этих доменов в растворе методом ядерного магнитного резонанса.
Исследователи из Королевского технологического института KTH разработали новый биоматериал из древесных нановолокон, который превзошел прочность паутины. Ранее август 2017-го года ученым Италии и Великобритании удалось модифицировать паутину , сделав её намного сильнее.
Но в том случае ученые использовали различные виды пауков и углеродные нанотрубки или графен. Дерево является одним из самых прочных природных материалов, но это не значит, что его нельзя улучшить. Недавно исследователи «уплотнили» материал, чтобы сделать так называемую «супер древесину», а предыдущие работы из команды KTH сделали древесные волокна такими же прочными, как сталь.
Ключем к подобным метаморфозам стали целлюлозные нанофибриллы CNFs. Эти крошечные волокна собираются вместе, чтобы стенки клеток древесины были сильными и жесткими.
Из чего сделана паутина?
Новое исследование позволило раскрыть тайну паутины. Часто бывает так, что листья и насекомые, угодившие в паутину, разлагаются гораздо быстрее, чем она сама. Что странно, если учесть, что паутина сделана из органического материала.
Как пауки делают паутину Пауки создают паутину, понижая кислотность в растворе с паутинными белками.
Паутина давно интригует исследователей своими уникальными характеристиками: при необычайной растяжимости и лёгкости она ещё и необычайно прочна. Если сравнивать паутинную нить со стальной проволокой такого же диаметра, то они выдержат примерно одинаковый вес. Но паутина в шесть раз легче, а значит, в шесть раз прочнее.
Но едва ли не большая загадка — это как пауки её делают. Известно, что паутина состоит из белков, называемых спидроинами, которые изначально находятся в растворе, а потом как-то превращаются в твёрдую нить. Превращение происходит опять же в водном растворе то есть белки не обезвоживаются , при обычной температуре и при том довольно быстро.
Что же заставляет растворённые паутинные белки превращаться в твёрдую и гибкую нить?
Паутина, как наши волосы, шерсть животных, нити шелковичных червей, состоит в основном из белков. Но полипептидные цепи в каждой паутинной нити переплетены столь необычным образом, что обрели почти рекордную прочность. Одиночная нить, производимая пауком, столь же прочна, как стальная проволока равного диаметра. Канат, сплетенный из паутины, толщиной всего примерно с карандаш, мог бы удержать на месте бульдозер, танк и даже такой мощный аэробус, как «Боинг-747».
Но плотность стали в шесть раз больше, чем паутины. Известно, сколь высока прочность шелковых нитей. Классическим примером служит наблюдение, сделанное аризонским врачом еще в 1881 г. На глазах этого врача произошла перестрелка, в которой один из стрелявших был убит. Две пули попали в грудь и прошли навылет.
При этом с обратной стороны каждой раны торчали кусочки шелкового носового платка. Пули прошли сквозь одежду, мышцы и кости, но не смогли разорвать попавшегося им на пути шелка. Почему же в технике применяют стальные конструкции, а не более легкие и эластичные — из материала, подобного паутине? Почему шелковые парашюты не заменяют этим же материалом? Ответ прост: попробуйте-ка сделать такой материал, какой ежедневно легко производят пауки, — не получится!
Ученые разных стран мира долго изучали химический состав паутины восьминогих ткачей, и сегодня картина ее строения раскрыта более или менее полно.
Он привязывает нить к какому-либо предмету - ветке, углу комнаты, дверному косяку - везде, где плетет свою паутину. Человек из паутины создан? Исследователи из Южной Кореи. Откуда взялась паутина Человека-паука?
Synthetic Webbing - это вещество, полученное из Web Fluid, разработанное Питером Паркером, чтобы помочь ему в его роли Человека-паука. Изготовленный из химических веществ, которые можно найти в химической лаборатории Школы науки и технологий Мидтауна, он имитирует свойства настоящего шелка, производимого пауками.
Чтобы сделать паутину сверхпрочной, просто добавьте титан
Из чего состоит паутина и какими свойствами она обладает? Паутина позволяет пауку ловить добычу без необходимости тратить энергию на то, чтобы догонять ее, что делает ее эффективным методом сбора пищи. Среди ученых далеко не новость, что паутина состоит из нановолокон.
Паутина пауков: образование, состав, физические свойства
Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины 15 марта 2023, 12:05 To view this video please enable JavaScript, and consider upgrading to a web browser that supports HTML5 video Фото: unsplash. Сейчас это довольно модная тема, которой занимаются как в России, так и за рубежом.
Это открытие позволит им синтезировать новые сверхпрочные материалы. Контент недоступен Черная вдова — вид пауков, распространенный в Северной и Южной Америке, но встречается и на других континентах. Взрослый паук окрашен в чёрный цвет. У самок можно заметить красное пятно в виде песочных часов на нижней стороне брюшка. Ученым давно известна аминокислотная последовательность для создания протеинов паучьего шелка.
Пауки живут во всех климатических зонах в зависимости от вида, как в воздухе, так и на воде, на земле и в почве.
Их размеры колеблются от 8 см до едва различимых. Некоторые виды могут обходиться целый год без воды, а один подвид — большой тарантул — питается птицами и живет около 15 лет. Однако большинство видов живут только один год. Но самое важное — это то, что пауки не являются насекомыми. Они принадлежат к группе, называемой «паукообразные». Они отличаются от насекомых тем, что имеют 8 ног вместо обычных шести, 8 глаз и только две части тела. Волокно, которое пауки используют для своей паутины, производится специальными брюшными железами.
Паутинка вытягивается из многих крошечных углублений на плетущих органах, расположенных на кончике брюшка.
Джей Ти решил использовать высокопрочное волокно Дальше Джей Ти пообещал не хитрить, но перед ним встала новая задача: сделать так, чтобы его паутина была не только прочной, но и липкой. Десятки математических вычислений показали, что ни одна липучка не сможет дать нужный результат. Хукчейн Тогда Джей Ти решил создать систему крюков, которую он назвал хукчейн hookchain. Он перебрал десятки вариантов, пока с помощью формул не вывел идеальную форму, которая бы подходила для его паутины. Создав первый прототип гаджета, Джей Ти отправился в зал, чтобы испытать его с другом.
Приятели устроили настоящий бой, воссоздав драку Спайдермена с условным преступником из Нью-Йорка. Джей Ти устроил настоящий бой К радости блогера, его паутина работала отлично. Она легко цеплялась за предметы в руках соперника и крепко связывала ему ноги. Паутина легко цеплялась за предметы Вторым этапом проверки паутины стали, конечно же, полёты.
Российские ученые сделали из паутины нити для медицинских швов
| Паутина — Minecraft Wiki | Американские учёные, работающие в Вашингтонском университете, сообщили, что им удалось создать шёлковую синтетическую паутину. |
| Почему паутина такая липучая | Ранее (август 2017-го года) ученым Италии и Великобритании удалось модифицировать паутину, сделав её намного сильнее. |
| Наука в вопросах и ответах | Предполагалось, что белки «ждут» процесса создания паутины в виде «строительных блоков» — сферических мицелл наноразмера. |
| Что за заживляющий материал на основе паутины сделали наши учёные? | Человек легко проходит сквозь паутину лишь потому, что каждая нить имеет толщину всего в три тысячных доли миллиметра в диаметре. |
Ученые узнали, почему паутина не гниет
Отличительная особенность паутины — экологичность. Она состоит из легко усваиваемых природной средой веществ и не вредит этой среде. В этом отношении паутина пока не имеет аналогов, созданных руками человека. Паук может выделять до семи разных по строению и свойствам нитей: одни — для ловчих «сетей», другие — для собственного перемещения, третьи — для сигнализации и т.
Почти все эти нити могли бы найти широкое применение в промышленности и быту, если бы удалось наладить их широкое производство. Однако «приручить» пауков, как тутовых шелкопрядов, организовать своеобразные паучьи фермы вряд ли возможно: агрессивные привычки пауков и черты единоличника в их характере вряд ли позволят это сделать. А для производства всего 1 м ткани из паутины требуется «работа» более 400 пауков.
Можно ли воспроизвести химические процессы, проходящие в теле пауков, и скопировать природный материал? Ученые и инженеры уже довольно давно разработали технологию кевлара — арамидного волокна: получаемого в промышленных масштабах и приближающегося по свойствам к паутине. Волокна из кевлара в пять раз слабее паутины, но все же настолько прочны, что их используют для изготовления легких пуленепробиваемых жилетов, защитных шлемов, перчаток, канатов и др.
Но кевлар получают в среде горячих растворов серной кислоты, в то время как пауку требуется обычная температура. Химики пока не знают, как приблизиться к таким условиям. Однако к решению материаловедческой проблемы приблизились биохимики.
Сначала были выявлены и расшифрованы паучьи гены, программирующие образование нитей того или иного строения. Сегодня это касается пауков 14 видов.
Компания отмечает, что, помимо этого, волокна напоминают шерсть тем, что они способны поглощать и передавать влагу, а также обладают антимикробными свойствами. Кроме того, волокна имеют высокую прочность и обладают эудермичными свойствами. Производитель заявляет, что сегодня не существует никакого другого природного материала, который бы имел большую прочность. Несущая способность таких волокон в 25 раз превышает несущую способность сопоставимой стальной проволоки. Ученые заявляют, что стандартные методы окрашивания могут применяться и для окрашивания подобных волокон. Искусственные волокна имеют предел прочности при растяжении , сопоставимый с пределом прочности натурального шелка и нитей, получаемых тутовым шелкопрядом. В то же время несущая способность новых волокон в 2 раза превышает несущую способность указанных материалов. Источник: Kunststoffe.
Сейчас специалистам США удалось определение уникального генетического кода, для того, чтобы разрабатывать синтетическую шёлковую паутину. Для этих целей они, вновь таки, прибегли к особым модифицированным бактериям. Эта попытка создать искусственную паутину и привела к отличным результатам. Учёные модифицировали бактерии кишечной палочки. В настоящий момент специалисты из Вашингтонского университета уже сообщили, что их открытие может позволить использование новых бактерий для того, чтобы производить другие аналогичные уникальные природные материалы.
Тончайшая паутинка в несколько раз прочнее полимерных нитей, а при этом еще и эластичнее. Такой эффект достигается тем, что ее волокна содержат одновременно как твердые, так и упругие белковые вещества. Образующееся белковое вещество жидкое, но, едва выйдя на воздух, сразу же застывает, превращаясь в тончайшую нить. Паук способен плести паутину благодаря своим спинным железам, в которых производится специальный белковый материал под названием спидроин. Когда паук тянет спидроин из своих желез, он быстро твердеет и становится нитью паутины.
Почему паутина такая липучая
Ранее (август 2017-го года) ученым Италии и Великобритании удалось модифицировать паутину, сделав её намного сильнее. Российские учёные создали из натуральной паутины и наночастиц гибридный материал с флуоресцентными свойствами, который можно использовать при производстве нитей для хирургических швов. Ученые отметили, что в химическом составе паутины есть глобулярные клубочки, которые богаты аминокислотами. Если большинство пауков прядет цилиндрические нити, то паутина этих по факту плоская, как лента — это облегчило исследование под мощным микроскопом. Итак, пауки производят паутину при помощи специализированных желез в своих животах и используют особые движения своего тела для создания различных типов паутины, которая служит им для построения ловушек, укрытий и перемещения. Как паук плетет паутину, этим вопросом часто задаются при виде удивительной ловчей сети.
Паутина пауков: образование, состав, физические свойства
Паутину для пряжи собирают из тенет нефил или разматывают их яйцевые коконы. Нить паутины имеет внутреннее ядро из белка, называемого фиброином, и окружающие это ядро концентрические слои гликопротеидных нановолокон. Проникая сквозь структуру белка паутины, металл делает каждую нить в 10 раз прочнее. Генетики выяснили, из чего состоит секрет паутины пауков Caerostris darwini, считающейся самой прочной. Ученые отметили, что в химическом составе паутины есть глобулярные клубочки, которые богаты аминокислотами.
Как пауки делают паутину и как ее используют люди? Наталья Носова
Как правило, «путешественники» способны пролететь на паутине несколько километров. Пауками-серебрянками паутина применяется в качестве водного транспорта. Для охоты в водоёмах этому пауку требуется дыхание атмосферным воздухом. При спуске на дно, членистоногое способно захватывать порцию воздуха, а на водных растениях из паутины сооружается своеобразный воздушный колокол, который удерживает воздух и позволяет пауку охотиться на свою добычу.
Различие паутины по видам пауков В зависимости от вида, пауками может сплетаться разная паутина, которая является своеобразной «визитной карточкой» членистоногого. Круглая паутинка Такой вариант паутины смотрится необыкновенно красиво, но является смертоносной конструкцией. Как правило, круглая паутина подвешивается в вертикальном положении и имеет часть клейких нитей, что не позволяет выбраться из неё насекомому.
Плетение такой сети осуществляется в определенной последовательности. На первом этапе изготавливается внешняя рамка, после чего выполняется прокладка радиальных волокон от центральной части к краям. Спиральные нити вплетаются в самом конце.
Круглая паутина средних размеров имеет более тысячи точечных соединений, а для её изготовления требуется более двадцати метров паутинного шёлка, что делает конструкцию не только очень легкой, но и невероятно прочной. Информация о наличии добычи в такой ловушке поступает к «охотнику» посредством специально вплетаемых сигнальных нитей. Появление каких-либо разрывов в такой паутине вынуждает паука заниматься плетением новой сети.
Старая паутина, как правило, поедается членистоногими. Прочная паутина Такой вид паутины присущ для пауков-нефилов, широко распространённых на территории Юго-Восточной Азии. Построенные ими ловчие сети часто достигают в диаметре пару метров, а их прочность позволяет легко выдерживать вес взрослого человека.
Такие пауки ловят в свою прочную паутину не только обычных насекомых, но и некоторых мелких птиц. Как показывают результаты исследований, пауками такого вида может вырабатываться порядка трёх сотен метров паутинного шёлка ежедневно. Паутина-гамак Маленькие, круглые «пауки-монетки» плетут одну из самых сложных паутинных конструкций.
В статье в PLoS Biology авторы работы пишут, что кислотность среды по-разному влияла на разные концы молекулы спидроина. Если один из концов полипептидной цепи N-конец в кислой среде слипался с другими N-концами других спидроиновых молекул, и чем выше была кислотность чем ниже рН , тем стабильней была структура N-концов, то другой конец белка С-конец , наоборот, терял стабильность с понижением рН и оставался без какой-либо оформленной структуры до самого последнего момента, когда белок принимал окончательную «паутинную» структуру. То есть на разные участки одной и той же молекулы изменение химической среды действовало по-разному. Но это не всё — С-концевой конец паучьих спидроинов, как оказалось, похож на амилоидные белки, которые образуют белковые отложения в нервных клетках при нейродегенеративных болезнях синдроме Альцгеймера, например.
Амилоидные белки образуют полимерные комплексы в виде длинных нитей, тяжей, оседающих в нервной ткани. Очевидно, в случае паутины механизм в чём схож: неструктурированный конец спидроина нужен, чтобы молекулы белков быстро слипались в нить. Однако, если бы молекулы спидроинов слипались, как им вздумается, то паутинной нити не получалось бы. Чтобы каждая молекула знала своё место, существует N-конец, который по мере возрастания кислотности только сильнее стабилизируется и крепче держится за соседние молекулы.
Два солевых мостика способствуют тому, что спидроин принимает конформацию, в которой С-концевой домен белка оказывается в изоляции; эти солевые мостики разрушаются под совместным воздействием механической силы и фосфата натрия. Рисунок из Nature, 2010 DOI: 10. В спидроине наблюдается высокое содержание остатков аланина и глицина, эти аминокислотные остатки являются причиной исключительной механической прочности волокон паутины. Возглавлявший одну из исследовательских групп Томас Шайбель Thomas Scheibel из Университета Байройт Германия отмечает, что исследователи достаточно быстро пришли к выводу о том, что аланин и глицин, а также другие основные структурные элементы спидроина не могут контролировать образование волокон паутины из белкового раствора.
Для того чтобы ответить на вопрос о механизме образования волокон, исследователи решили обратить пристальное внимание на концевые домены белка паутины уже сравнительно давно известно, что концевые домены белка контролируют самоорганизацию других белков, как, например, коллагена. Предварительные эксперименты демонстрировали, что концевые домены оказывают влияние и на образование волокон спидроина, однако точный механизм образования волокон до настоящего времени так и не был установлен.
Реклама «Большинство других материалов либо очень прочные, при этом хрупкие, либо у них большая ударная вязкость, но при этом маленькая прочность на разрыв. В паутине сочетаются оба этих свойства. И аналогов этому материалу нет в природе. Если сравнивать с искусственными полимерами, то есть кевлар, из которого делают бронежилеты.