Schéma d'une spidroïne constituée d'un domaine C-terminal assemblé (cyan), le domaine central déplié (ligne blanche) et les domaines N-terminaux (vert). Côté droit :schéma d'un conduit de filage effilé. Crédit :Figure :Hannes Neuweiler/Universität Würzburg. Image :Hannes Neuweiler/Universität Würzburg
La soie d'araignée est l'une des fibres les plus résistantes de la nature et possède des propriétés étonnantes. Des scientifiques de l'Université de Würzburg ont découvert de nouveaux détails moléculaires de l'auto-assemblage d'une protéine de fibre de soie d'araignée.
Ils sont légers, presque invisible, très extensible et solide, et bien sûr biodégradables :les fils que les araignées utilisent pour construire leurs toiles. En réalité, la soie d'araignée fait partie des fibres les plus résistantes de la nature. Sur la base de son faible poids, il remplace même les fils de haute technologie comme le Kevlar ou le Carbone. Sa combinaison unique de résistance et d'extensibilité le rend particulièrement attrayant pour l'industrie. Que ce soit dans l'industrie aéronautique, industrie textile, ou la médecine - les applications potentielles de ce magnifique matériau sont multiples.
Depuis longtemps, les scientifiques des matériaux continuent d'essayer de reproduire la fibre en laboratoire, mais avec un succès limité. Aujourd'hui, il est possible de fabriquer de la soie d'araignée artificielle de propriétés similaires à celles du prototype, mais les détails structurels au niveau moléculaire responsables des propriétés des matériaux attendent d'être divulgués. Maintenant, des scientifiques de la Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) ont apporté de nouvelles connaissances. Dr Hannes Neuweiler, maître de conférences à l'Institut de biotechnologie et de biophysique de la JMU, est en charge de ce projet. Ses résultats sont publiés dans la revue scientifique Communication Nature .
Une pince moléculaire relie les blocs de construction des protéines
"Les fibres de soie sont constituées de blocs de construction de protéines, les soi-disant spidroins, qui sont assemblés par les araignées dans leur glande tournante, " explique Neuweiler. Les extrémités terminales des blocs de construction jouent un rôle particulier dans ce processus. Les deux extrémités d'un spidroïne sont terminées par un domaine N- et un domaine C-terminal.
Maquette du partiellement déplié, domaine C-terminal fortement étendu. Crédit :Figure :Hannes Neuweiler/Universität Würzburg
Les domaines aux deux extrémités relient les blocs de construction des protéines. Dans la présente étude, Neuweiler et ses collègues ont examiné de près le domaine C-terminal. Le domaine C-terminal relie deux spidroïnes par la formation d'une structure entrelacée qui ressemble à une pince moléculaire. Neuweiler décrit le résultat central de l'étude :« Nous avons observé que la pince s'auto-assemble en deux étapes discrètes. Alors que la première étape comprend l'association de deux extrémités de chaîne, la deuxième étape implique le repliement des hélices labiles à la périphérie du domaine."
Ce processus d'auto-assemblage en deux étapes était auparavant inconnu et pourrait contribuer à l'extensibilité de la soie d'araignée. On sait que l'étirement de la soie d'araignée est associé au dépliement de l'hélice. Précédent travail, cependant, l'extensibilité remonte au déploiement des hélices dans le segment central des spidroins. "Nous proposons que le domaine C-terminal puisse également agir comme module qui contribue à l'extensibilité", explique Neuweiler.
Aider la science des matériaux
Dans leur étude, Neuweiler et ses collègues ont étudié les éléments constitutifs des protéines de l'araignée à toile de pépinière Euprosthenops australis. Ils ont utilisé le génie génétique pour échanger des fragments individuels de blocs de construction et ont modifié chimiquement la protéine à l'aide de colorants fluorescents. Finalement, l'interaction de la lumière avec des protéines solubles a révélé que le domaine s'assemble en deux étapes discrètes.
Neuweiler décrit le résultat comme « une contribution à notre compréhension de la structure au niveau moléculaire, l'assemblage et les propriétés mécaniques de la soie d'araignée." Cela peut aider les scientifiques des matériaux à reproduire la soie d'araignée naturelle en laboratoire. Actuellement, des spidroins modifiés et synthétiques sont utilisés à cette fin. "Si le domaine C-terminal contribue à la flexibilité du fil, les scientifiques des matériaux peuvent moduler les propriétés mécaniques de la fibre grâce à la modulation du domaine C-terminal, ", dit Neuweiler.
