{"id":12638,"date":"2011-08-18T00:00:00","date_gmt":"2011-08-17T22:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bio-based.eu\/news\/index.php?startid=20110818-02n"},"modified":"2011-08-18T00:00:00","modified_gmt":"2011-08-17T22:00:00","slug":"raffinierte-querstreben-machen-spinnenseide-enorm-reissfest","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/raffinierte-querstreben-machen-spinnenseide-enorm-reissfest\/","title":{"rendered":"Raffinierte Querstreben machen Spinnenseide enorm rei\u00dffest"},"content":{"rendered":"

Spinnenseide steht bei Materialforschern hoch im Kurs. Nur zu gerne w\u00fcrden sie die Eiwei\u00dfmolek\u00fcle k\u00fcnstlich nachbauen. Schlie\u00dflich ist das nat\u00fcrliche Vorbild nicht nur f\u00fcnfmal rei\u00dffester als Stahl sondern auch gleichzeitig so dehnbar wie Nylon. Um Spinnenseide im industriellen Ma\u00dfstab herzustellen, versuchen Forscher den Aufbau der F\u00e4den im Detail zu verstehen. Wissenschaftler der TU M\u00fcnchen und der Universit\u00e4t Bayreuth haben ein weiteres Geheimnis der Seidenproteine gel\u00fcftet. Sie sind dem Mechanismus auf die Spur gekommen, der die F\u00e4den so stabil macht. Ihre Ergebnisse ver\u00f6ffentlichten sie in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie (2011, Bd. 50, S.310)<\/a>. In einer weiteren Arbeit haben die Forscher untersucht, wie sich die Spinnenseidenproteine als Biomaterial f\u00fcr die Medizin nutzen lassen (Biomacromolecules, Bd. 12, S.2488)<\/a>.<\/b><\/p>\n

“Die Festigkeit des Abseilfadens der Spinnen \u00fcbertrifft die jedes im Labor hergestellten Materials bei weitem. Alle Versuche, F\u00e4den \u00e4hnlicher Festigkeiten herzustellen, scheiterten bisher”, sagt Horst Kessler, Carl-von-Linde Professor am Insitute for Advanced Study der TU M\u00fcnchen. Zusammen mit der Arbeitsgruppe um Thomas Scheibel vom Lehrstuhl f\u00fcr Biomaterialien der Universit\u00e4t Bayreuth ist sein Team seit einigen Jahren dem Geheimnis der Spinnenseidef\u00e4den auf der Spur. Wie schafft es die Spinne zuerst die Seideproteine in der Spinndr\u00fcse zu speichern und diese dann im Spinnkanal innerhalb von Sekundenbruchteilen zu F\u00e4den mit den hervorragenden Eigenschaften zusammenzusetzen? Und was verleiht dem Faden dann seine ungeheure Zugfestigkeit? Diesen Schl\u00fcsselfragen zur Herstellung k\u00fcnstlicher Spinnenseide sind die Wissenschaftler nun einen Schritt n\u00e4her gekommen.<\/p>\n

Spinnenf\u00e4den bestehen aus langen Ketten tausender sich wiederholender Sequenzen von Eiwei\u00dfmolek\u00fclen. In der Spinndr\u00fcse lagern diese Seidenproteine zun\u00e4chst in hoher Konzentration und warten auf ihren Einsatz. Die langen Ketten mit den Wiederholungseinheiten sind dabei ungeordnet. Sie d\u00fcrfen sich hier nicht zu nahe kommen, da sonst die Eiwei\u00dfe augenblicklich verklumpen w\u00fcrden. Erst im Spinnkanal, kurz vor der Verwendung, werden die F\u00e4den parallel orientiert und bilden sogenannte Mikrokristallite, die sich wiederum durch Quervernetzungen zu festen F\u00e4den zusammen setzen. Im letzten Jahr hatten die Wissenschaftler aus Bayern am Beispiel der gemeinen Gartenspinne (“Kreuzspinne”) gekl\u00e4rt, wie die Tiere eine Anti-Klump-Technik nutzen, damit ihre F\u00e4den ohne Probleme entstehen k\u00f6nnen.<\/p>\n

Kopfst\u00fccke lagern sich zusammen<\/b>
Jetzt gelang es den gleichen Forschergruppen ein weiteres Teil im Puzzle der Spinnenseide aufzudecken. Sie zeigten, dass ein Ende des langen Fadens, die sogenannte N-terminale Dom\u00e4ne, eine wichtige Rolle f\u00fcr die Konstruktion eines stabilen und rei\u00dffesten Fadens spielt. Diesmal untersuchten die Wissenschaftler Kopfst\u00fccke der Spinnenseideproteine der “schwarzen Witwe” (Latrodectus hesperus). Das Ergebnis: Die N-terminalen Kopfst\u00fccke liegen in der Spinndr\u00fcse einzeln (als Monomere) vor, und lagern sich erst im Spinnkanal zu Kopf-Schwanz-Paaren (Dimere) zusammen.<\/p>\n

Um die Struktur der Spinnenseide zu analysieren, nutzen die Forscher die Methode der Kernmagnetischen Resonanz Spektroskopie (NMR). Reguliert wird die Zusammenlagerung dabei durch die Ver\u00e4nderung des pH Wertes und der Salzkonzentration zwischen Spinndr\u00fcse und Spinnkanal. In der Spinndr\u00fcse verhindern ein neutraler pH Wert von 7,2 und eine hohe Salzkonzentration, dass sich die N-terminalen Kopfst\u00fccke verbinden. Im Spinnkanal jedoch wird die Umgebung saurer (pH Wert von etwa 6,2) und das Salz entfernt. Nun k\u00f6nnen sich die Enden zusammen lagern. Bei diesem Vorgang verkn\u00fcpfen sich die jeweiligen N-terminalen Enden wiederum mit einem zweiten Ende \u2013 eine praktisch endlose Kette der zusammen gelagerten Spinnenseidenproteine entsteht. “In unserer Arbeit konnten wir zus\u00e4tzlich zu fr\u00fcheren Arbeiten zeigen, dass sowohl der pH Wert, als auch die Salzkonzentration das Monomer-Dimer Gleichgewicht beeinflussen”, fasst Franz Hagn, Erstautor der Studie, die Ergebnisse zusammen. “Beide Faktoren beeinflussen die Bildung von Dimeren und dadurch die effiziente Vernetzung zu sehr langen Seidenproteinen.”<\/p>\n

Die Kunst der Quervernetzung<\/b>
Diese Vernetzung schlie\u00dflich verleiht dem Spinnenseidefaden seine enorme Festigkeit. Die kleinen Kristallite, die sich durch paralleles Zusammenlagern der Proteinketten nach dem kontrollierten Entfalten der C-terminalen Dom\u00e4ne zuerst gebildet haben, werden nun untereinander durch die N-terminale Dom\u00e4ne des Spinnenproteins noch zu einer sehr langen Kette verbunden. “Erst dieser Effekt erkl\u00e4rt die ungeheure Festigkeit des Seidenfadens der Spinne”, sagt Kessler. Eine derartig raffinierte Ausnutzung dieser als “Multivalenz” bezeichneten Quervernetzung gibt es in k\u00fcnstlichen Polymeren bislang nicht. “Die meisten Polymerchemiker konzentrierten sich auf L\u00e4nge des Fadens. Auf die Idee die Enden auch noch einmal quer zu vernetzen und dadurch praktisch unendliche Kettenl\u00e4ngen zu erhalten kam man bislang nicht”, meint Kessler. Die neuen Erkenntnisse k\u00f6nnten nun den Chemikern als Vorlage dienen, neue Materialien mit verbesserten Eigenschaften herzustellen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Spinnenseide steht bei Materialforschern hoch im Kurs. Nur zu gerne würden sie die Eiweißmoleküle künstlich nachbauen. Schließlich ist das natürliche Vorbild nicht nur fünfmal reißfester<\/b><\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[],"supplier":[187,263,655],"class_list":["post-12638","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","supplier-bundesministerium-fuer-bildung-und-forschung-bmbf","supplier-technische-universitaet-muenchen","supplier-universitaet-bayreuth"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/12638","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=12638"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/12638\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=12638"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=12638"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=12638"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=12638"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}