Investigadores descubren un aspecto clave en la forma en que las arañas expulsan su tela

Cinco veces más resistente que el acero y el triple que la mejor de las fibras sintéticas: la tela de araña es un material fascinante. Sin embargo, nadie ha tenido éxito, hasta ahora, en la producción de esta superfibra de forma sintética. ¿Cómo forman las arañas fibras largas, muy estables y elásticas a partir de las proteínas almacenadas en su glándula de tela en pocos segundos? Científicos alemanes de la Technische Universitaet Muenchen (TUM) y la Unviersidad de Bayreuth han conseguido desvelar el secreto. Presentan sus resultados en el último número de la prestigiosa revista científica Nature.

“La alta elasticidad y la extrema resistencia de la tela natural son inigualables, ni siquiera la alcanzan las fibras producidas a partir de proteínas de tela de araña”, dijo el profesor Horst Kessler, profesor del instituto de Estudios Avanzados del TUM. Esto resalta la pregunta principal de cara a la producción artificial de fibras de tela: ¿cómo pueden las arañas mantener concentraciones tan altas de materias primas disponibles en su glándula y mantenerlas listas para producir fibras de alta resistencia en unos pocos segundos? Thomas Scheibel ha estado persiguiendo el secreto de la tela de araña durante años, hasta 2007 en la TUM y desde entonces en la Universidad de Bayreuth.

Tela de araña

Tela de araña. Wikipedia.

La tela de araña está formada por moléculas proteínicas, largas cadenas con cientos de aminoácidos. Análisis por rayos-X de la estructura muestran que la fibra final tiene áreas en las que varias cadenas proteínicas se interrelacionan por conexiones físicas estables. Estas conexiones dan una gran estabilidad. Entre estas conexiones hay áreas que no están conectadas que dan a las fibras su gran elasticidad.

La situación dentro de la glándula es, sin embargo, muy diferente: las proteínas de la tela se almacenan en grandes concentraciones en un entorno acuoso, esperando ser lanzadas. Las áreas responsables de las interconexiones no se encuentran cerca unas de otras; por el contrario, las proteínas se agrupan de forma instantánea. Por ello, estas moléculas deben tener algún tipo de configuración especial cuando están almacenadas.

Los análisis estructurales por rayos-X, que tienen tanto éxito en otros campos, no ayudaron mucho aquí, dado que sólo se puede utilizar para analizar cristales. Y hasta el momento en que la fibra se forma, todo tiene lugar en una solución acuosa. El método elegido fue entonces una resonancia magnética de espectroscopía (NMR). Utilizando el equipamiento del Centro NMR de Baviera, un bioquímico del grupo de Horst Kessler de TUM, pudo descubrir la estructura del elemento de control responsable de la formación de la fibra sólida. Ahora los investigadores podían, junto con Lukas Eisoldt y John Hardy del grupo de Scheibel, arrojar luz sobre la forma en que trabajan estos elementos de control.

“En la glándula, estos controles están conectados por parejas de tal manera que las áreas interconectadas de ambas cadenas no pueden estar paralelas unas de otras”, explicó Scheibel. Las cadenas de proteínas se almacenan en los extremos y las partes hidrofóbicas en el interior, asegurando buena solubilidad en el ambiente acuoso.

Cuando las proteínas protegidas entran en el conducto de expulsión, encuentran un ambiente con una concentración salina diferente. Esto crea dos puentes salinos que hacen la cadena inestable y se rompe. Es más, el flujo a través del conducto da como resultado fuerzas de corte muy grandes. Las largas cadenas proteínicas están alineadas en paralelo, colocando así las áreas responsables de las interconexiones a los lados. Es entonces cuando se forma la fibra de la tela estable.

“Nuestros resultados muestran que el interruptor molecular descubierto en el terminal C de la cadena proteínica es decisivo, tanto para el almacenamiento como para el proceso de formación”, dijo Franz Hagn. Un fundamento importante para estos resultados fue establecido mediante cooperación con el profesor Andreas Bausch del Departamento de Física de TUM. Utilizando una microtecnología, desarrollaron un conducto artificial. Mientras tanto, los científicos de Bayreuth trabajan intensamente para desarrollar los parámetros biométricos del conducto. Las aplicaciones potenciales son incontables, desde materiales para sutura hasta fibras para automoción.

Más información: A conserved spider silk domain acts as a molecular switch that controls fibre assembly, Franz Hagn, Lukas Eisoldt, John G. Hardy, Charlotte Vendrely, Murray Coles, Thomas Scheibel, Horst Kessler Nature, May 13, 2010, DOI:10.1038/nature08936

Este artículo ha sido traducido de Physorg y publicado bajo licencia CC by-sa

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