{"id":59071,"date":"2018-12-14T06:41:48","date_gmt":"2018-12-14T05:41:48","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.innovations-report.de%2Fhtml%2Fberichte%2Fmaterialwissenschaften%2Fmolekulare-einblicke-in-spinnenseide.html"},"modified":"2018-12-12T17:53:05","modified_gmt":"2018-12-12T16:53:05","slug":"molekulare-einblicke-in-spinnenseide","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/molekulare-einblicke-in-spinnenseide\/","title":{"rendered":"Molekulare Einblicke in Spinnenseide"},"content":{"rendered":"

Spinnenseide ist eine der st\u00e4rksten Fasern der Natur und verf\u00fcgt \u00fcber etliche verbl\u00fcffende Eigenschaften. Wissenschaftler der Universit\u00e4t W\u00fcrzburg haben jetzt neue Details ihres Aufbaus entschl\u00fcsselt.<\/strong><\/p>\n

\"Schematische
Schematische Abbildung eines Spidroins, bestehend aus einer verkn\u00fcpften C-terminalen Dom\u00e4ne (cyan), der entfalteten mittleren Dom\u00e4ne (wei\u00dfe Linie) und den N-terminalen Dom\u00e4nen (gr\u00fcn), neben dem Schema eines sich verj\u00fcngenden Spinnkanals. (Bild: Hannes Neuweiler\/Universit\u00e4t W\u00fcrzburg)<\/figcaption><\/figure>\n

Sie sind leicht, beinahe unsichtbar, extrem dehnbar und rei\u00dffest und nat\u00fcrlich biologisch abbaubar: die F\u00e4den, mit denen Spinnen ihre Netze bauen. Tats\u00e4chlich z\u00e4hlt Spinnenseide zu den belastbarsten Fasern der Natur. Bezogen auf ihr geringes Gewicht \u00fcbertrifft sie sogar Hightech-Fasern wie Kevlar oder Carbon. Vor allem ihre einzigartige Kombination von Rei\u00dffestigkeit und Dehnbarkeit macht sie f\u00fcr die Industrie \u00e4u\u00dferst attraktiv. Ob im Flugzeugbau, in der Textilindustrie oder in der Medizin \u2013 die potenziellen Einsatzgebiete des Wundermaterials sind zahlreich.<\/p>\n

Materialwissenschaftler versuchen deshalb seit Langem, die Faser im Labor zu reproduzieren, allerdings mit begrenztem Erfolg. Zwar ist es mittlerweile m\u00f6glich, k\u00fcnstliche Spinnenseide zu produzieren, die dem nat\u00fcrlichen Vorbild nahe kommt, dennoch ist noch immer nicht bis ins letzte Detail gekl\u00e4rt, welche molekularen Strukturen f\u00fcr diese einzigartige Kombination von Eigenschaften verantwortlich ist. Wissenschaftler der Julius-Maximilians-Universit\u00e4t W\u00fcrzburg (JMU) haben jetzt neue Einblicke gewonnen. Verantwortlich daf\u00fcr ist Dr. Hannes Neuweiler, Privatdozent am Lehrstuhl f\u00fcr Biotechnologie und Biophysik der JMU. In der Fachzeitschrift Nature Communications stellt er seine Forschungsergebnisse vor.<\/p>\n

Eine molekulare Klammer tr\u00e4gt zum Zusammenhalt der Bausteine bei<\/h3>\n

\u201eSpinnenfasern besteht aus Proteinbausteinen, sogenannten Spidroinen, die die Spinne in ihrer Spinndr\u00fcse zu einem Seidenfaden zusammensetzt\u201c, beschreibt Neuweiler den Aufbau der F\u00e4den. Besondere Aufgaben kommen in diesem Prozess den jeweiligen Enden der einzelnen Bausteine zu \u2013 den sogenannten \u201eterminalen Dom\u00e4nen\u201c. Bei den Enden unterscheidet man die N- und C-terminale Dom\u00e4ne.<\/p>\n

Beide erf\u00fcllen besondere Funktionen beim Zusammenf\u00fcgen der Proteinbausteine. F\u00fcr die jetzt ver\u00f6ffentlichte Arbeit hat Neuweiler die C-terminale Dom\u00e4ne genauer unter die Lupe genommen. Sie verkn\u00fcpft zwei Spidroine mithilfe einer verschlungenen Struktur, die einer molekularen Klammer \u00e4hnelt. \u201eWir konnten beobachten, dass die Dom\u00e4ne sich in zwei getrennten Schritten aufbaut. W\u00e4hrend der erste Schritt die Zusammenlagerung beinhaltet, stellt der zweite Schritt die Faltung einer \u00e4u\u00dferen, labilen Helix-Struktur der Dom\u00e4ne dar\u201c, schildert Neuweiler das zentrale Ergebnis dieser Studie.<\/p>\n

Dieser getrennte Faltungsschritt war bisher unbekannt und k\u00f6nnte zur Dehnbarkeit von Spinnenseide beitragen. Schlie\u00dflich sei bereits bekannt, dass sich bei einer Dehnung der Faser Helix-Strukturen entfalten. Allerdings hatten vorherige Arbeiten gezeigt, dass die Dehnbarkeit der Faser auf die Entfaltung helikaler Strukturen im zentralen Bereich eines Spidroins zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. \u201eUnsere Ergebnisse zeigen neu, dass auch die C-terminale Dom\u00e4ne als Modul fungieren kann, das zur Dehnbarkeit der Faser beitr\u00e4gt\u201c, so Neuweiler.<\/p>\n

Hilfreich f\u00fcr die Materialforschung<\/h3>\n

F\u00fcr seine Studie hat Neuweiler die Proteinbausteine der Raubspinne Euprosthenops australis untersucht. Mit gentechnischen Methoden hat er einzelne Bestandteile dieser Bausteine ausgetauscht und das Protein mit Fluoreszenzfarbstoffen chemisch modifiziert. Durch Wechselwirkung des l\u00f6slichen Proteins mit Licht konnte er anschlie\u00dfend zeigen, dass die Dom\u00e4ne sich in zwei getrennten Schritten aufbaut.<\/p>\n

Als \u201eeinen Beitrag zum molekularen Verst\u00e4ndnis von Aufbau, Struktur und mechanischen Eigenschaften von Spinnenseide\u201c versteht Neuweiler dieses Forschungsergebnis. Es k\u00f6nne Materialforscher dabei unterst\u00fctzen, m\u00f6glichst naturgetreue Spinnenseide im Labor nachzubauen. Dabei kommen momentan k\u00fcnstlich ver\u00e4nderte Spidroine als Bausteine zum Einsatz. \u201eWenn die C-terminale Dom\u00e4ne zur Flexibilit\u00e4t des Fadens beitr\u00e4gt, lie\u00dfen sich in der Materialforschung die mechanischen Eigenschaften des Fadens durch molekulare Ver\u00e4nderungen in der C-terminalen Dom\u00e4ne steuern\u201c, ist Neuweiler \u00fcberzeugt.<\/p>\n

Two-step self-assembly of a spider silk molecular clamp. Charlotte Rat, Julia C. Heiby, Jessica P. Bunz & Hannes Neuweiler. Nature Communications. https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41467-018-07227-5<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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