Один из самых крепких материалов в природе – паутина, и ученые уже давно с переменным успехом пытаются воспроизвести ее свойства в лабораторных условиях. из нее маленькие тарзаны плетут страховочные нити, которые защищают от падения при прыжках.
Петербургские учёные создали материал для имплантологии из паутины
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? Спидроины — белки довольно крупные, состоящие в среднем из 3 500 аминокислот, большей частью организованных в повторяющиеся последовательности. Наиболее важными для создания паутинной нити являются аминокислоты на концах полипептидной цепи, и у разных пауков концевые последовательности спидроинов сходны между собой. Образуя нить, молекулы белков меняют пространственную структуру. Происходит это под влиянием градиента рН в паутинных железах пауков: в одном их конце кислотность выше, чем в другом, и в какой-то точке перепад рН заставляет спидроины приобретать особо прочную укладку. Детали процесса попытались выяснить Марлен Андерссон Marlene Andersson и её коллеги из Института сельскохозяйственных наук в Упсале и Каролинского института.
Также они применяются в текстильной промышленности. Виды волокон Различают также следующие виды волокон: Липкие предназначены для ловли добычи Крепкие поддерживают перекладины, по которым передвигается паук и которые не липнут Для коконов предназначены для яиц. Различают как пушистые и мягкие, так и жесткие и твердые Известен тот факт, что пауки делают разного рода рисунки в виде спиралей, крестов и т. Но этим занимаются далеко не все пауки, а только некоторые подвиды, так называемые аранеоморфные пауки.
Образуя нить, молекулы белков меняют пространственную структуру. Происходит это под влиянием градиента рН в паутинных железах пауков: в одном их конце кислотность выше, чем в другом, и в какой-то точке перепад рН заставляет спидроины приобретать особо прочную укладку. Детали процесса попытались выяснить Марлен Андерссон Marlene Andersson и её коллеги из Института сельскохозяйственных наук в Упсале и Каролинского института. Одновременно удалось выяснить, что в паутинном аппарате по мере приближения к выходу растёт концентрация бикарбонат-ионов остатков угольной кислоты и количество СО2. Дальнейшие эксперименты подтвердили предположение о карбоангидразе как создателе «паутинного» кислотного градиента. 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.
Дальнейшие эксперименты подтвердили предположение о карбоангидразе как создателе «паутинного» кислотного градиента. 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.
Как пауки делают паутину
Исследователи из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) изучили механизм, который делает паутину прочнее стали. По мнению ученых, именно PPII helix подвергается внутримолекулярным взаимодействиям, из-за которых паутина моментально становится прочной. Видео: Из чего сделана паутина? Видео: Что будет, если угодить в самую большую паутину в мире 2024, Марш. Американские учёные, работающие в Вашингтонском университете, сообщили, что им удалось создать шёлковую синтетическую паутину.
Новости отрасли
Когда паутина уже полностью готова, хищники вовсе стараются ходить только по радиальным нитям. Паутина остается на месте благодаря прилипанию к поверхности, и это позволяет пауку успешно поймать свою жертву. Пауки плетут паутину, в которую попадают насекомые и которым выбраться из нее практически невозможно.
Материал прочнее паутины
Ученые из университета ИТМО выяснили, что паутина может залечивать раны Читать 360 в Паутинный шелк является одним из самых прочных материалов на планете. К такому выводу в результате исследований пришли ученые из университета ИТМО вместе с иностранными коллегами. По их словам, на основе паутины можно разрабатывать ранозаживляющие повязки и пластыри, написал Piter. Ученые отметили, что в химическом составе паутины есть глобулярные клубочки, которые богаты аминокислотами.
Ученые выяснили, что делает паутину такой крепкой Исследователи из Института физико-химических исследований RIKEN Япония изучили механизм, который делает паутину прочнее стали. Секрет прочности оказался в специфической конформации домена белка Об удивительных свойствах паутины известно давно, но узнать секрет ее прочности ученые не могли. Проблема в том, что нить получается из растворимых белков, которые очень быстро кристаллизуются в твердую форму.
Японские специалисты преодолели эту трудность. Они сформировали растворимые протеины, используя генетически модифицированные бактерии пауков Nephila clavipes.
Образцы паутинного шелка без наноточек слева и с ними справа. Новый материал биосовместимый и биоразлагаемый: швы безвредно разрушаются сами.
Чтобы создать новый материал, ученые смешали натуральный паутинный шелк с веществом, правильным образом модифицирующим поверхность углеродных точек. Потом ее промыли.
При выделении через многочисленные прядильные трубочки, открывающиеся на поверхности паутинных бородавок , происходит изменение структуры белка, вследствие чего он затвердевает в форме тонкой нити. В дальнейшем паук переплетает эти первичные нити в более толстое паутинное волокно. По прочности паутина близка к нейлону и значительно прочнее сходного с ней по составу секрета насекомых например, гусениц тутового шелкопряда.
Согласно одному из предположений различия обусловлены тем, что пауки формируют волокно, свисая на нём. Пойманную добычу пауки также часто заворачивают в сеть. У аранеоморфных пауков с ловчими сетями связано очень сложное брачное поведение.
Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал
Животные , Природа Для большинства из нас самое завораживающие в пауках — это их паутина. Но в действительности паук — очень удивительное создание и во многих других отношениях. 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.
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.
Вначале создается основа — тяжелые внешние нити, натянутые между ветками или стволами. Потом намечается центр конструкции, от которого протягиваются «спицы» будущего колеса. И, наконец, появляются клейкие спирали, густо заполняющие всю эту созданную основу. К ним-то и прилипают насекомые, составляющие добычу паука. Сам архитектор-охотник перемещается по своей паутине по расходящимся от центра неклейким нитям.
Обычно, когда мы облучаем наш материал синим светом, он становится красным. Но после взаимодействия с патогенами материал перестает светиться. Таким образом врачи смогут проверять, как проходит заживление ран после операции», — объяснила ведущий автор исследования Елизавета Мальцева.
Как паутина может собирать воду
Из чего сделана паутина? Тончайшая паутинка в несколько раз прочнее полимерных нитей, а при этом еще и эластичнее. Возможно, именно высокое содержание глициновых остатков во внешних доменах спидроинов (остальные аминокислотные остатки находятся внутри структуры белков паутины) и делает паучий шелк биосовместимым. В спидроине наблюдается высокое содержание остатков аланина и глицина, эти аминокислотные остатки являются причиной исключительной механической прочности волокон паутины. Основной материал паутины — это два вида белков: более прочный спидроин I и более упругий спидроин II.
Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины
Вот паучата и используют паутинку как парашют, чтобы ветер отнес их в дальние края. Такие сети в основном плетут разные виды пауков-крестовиков. Паук-крестовик на паутине. Фото из Википедии Как же они плетут паутину так, что их нити протягиваются между опорами? Иногда даже на значительное расстояние. Вы замечали, что в лесу паутина, бывает, натянута поперек тропинки, крепясь за деревья на противоположных ее сторонах?
Делают они это следующим образом. Паук выпускает длинную нить. При благоприятном стечении обстоятельств, воздушный поток подхватывает эту паутинку, и она зацепляется за ветки близлежащего дерева 1-2. А дальше все просто и волшебно: перебравшись на середину этой вспомогательной нити, паук сплетает еще одну свободно висящую нить, потом перебирается на ее середину и, свисая вертикально вниз, прядет еще одну паутинку, пока не достигнет какой-нибудь опоры 3. Так получается основа под каркас в виде буквы Y.
Знает ли малыш эту букву английского алфавита? На какую русскую букву она похожа? Дальше начинается колдовство: паук соединяет точку пересечения паутинки еще несколькими радиусами 4. И на них он плетет вспомогательную спираль, двигаясь из центра 5. Пока все нити, которые он сплел, сделаны из нелипкой паутины.
Кстати, в этом и секрет того, что сами пауки никогда не прилипают на свою сеть — они бегают только по этим нитям, лежащим в основе паутины. А, дойдя до края, он начинает плести вторую спираль от края к середине уже с использованием липкой паутины 6. Как паук плетет паутину Видите, как сложно? Но это еще не самое удивительное. Удивительно то, что паутина пауков-крестовиков всегда имеет одну и ту же геометрическую структуру.
Первая спираль имеет мало витков и расстояние между ними с каждым кругом увеличивается. В результате у него получается кривая линия. Чтобы малыш понял это название, достаточно сказать ему, что логарифм — это такое слово из математики. Он его будет учить в школе. А вот витки второй, липкой, спирали расположены между собой всегда на одном и том же расстоянии.
Эта спираль называется архимедова, в честь великого древнегреческого ученого Архимеда. Вот какой, оказывается, паук хороший математик!
Но самые сложные «колесообразные» конструкции для ловли добычи создают пауки-кругопряды. У них и паутинных желез больше, чем у других пауков, поэтому паутинная нить получается… шести разных типов. Комбинируя их, паук и строит свою ловчую сеть, находясь в постоянном движении. Вначале создается основа — тяжелые внешние нити, натянутые между ветками или стволами. Потом намечается центр конструкции, от которого протягиваются «спицы» будущего колеса. И, наконец, появляются клейкие спирали, густо заполняющие всю эту созданную основу.
Целые десятилетия инженеры не прекращали свои попытки по созданию некоего синтетического имитатора. Он должен был формировать паутинные шёлковые нити из дрожжей, козьего молока или же генетически модифицированных бактерий. Некоторые попытки выглядели, как многообещающие, однако, не привели к ожидаемому успеху. Дело в том, что полученные в результате них продукты не отличались своей долговечностью. Да и с прочностью были значительные проблемы.
Она могла бы быть применена в хирургии, в качестве замены поврежденных сухожилий у человека. Получить ее в большом объеме естественным путем очень сложно. Многие ведущие компании принялись воспроизводить ее путем синтеза белка и внедрение в кишечную палочку. Долгое время этого не удавалось сделать. Это сделала компания AMSilk. После скрещивания молекул кишечной палочки с генами садового паука-крестовика, они получили четыре вида паутины, с 20 степенями прочности. Компания уже продает готовый продукт синтезированной паучьей нити, косметическим фирмам по производству шампуней и другой косметики. Шампуни, в которые входит такой элемент, делают волосы более гладкими, прочными, а заодно он и восстанавливает их.
Клуб почемучек: Как паук плетет паутину?
На основу крепятся радиальные нити, каждый конец которых крепится к опоре в виде ветки дерева, листьев растений и так далее. На радиальные нити паук наносит ловчую спираль, которая является самой липкой частью ловушки. Именно на нее и попадаются жертвы пауков — чтобы добыча не смогла освободиться, хищник быстро к ней прибегает и впрыскивает яд. Эти вещества превращают внутренности попавшихся в сеть насекомых в питательную массу, которую пауки просто всасывают в себя. Строение паутины Как пауки ходят по паутине? Если паук наступит на ловчую сеть, он легко может в ней запутаться.
Чтобы этого избежать, членистоногие касаются их только кончиками ног, которые покрыты большим количеством волосков — они уменьшают площадь контакта с клейкими веществами. Вдобавок к этому, конечности пауков обладают определенной долей маслянистости, что препятствует приклеиванию. Когда паутина уже полностью готова, хищники вовсе стараются ходить только по радиальным нитям. Пауки не запутываются в паутине, потому что знают, как правильно по ней ходить Как пауки создают сложную структуру паутины?
По мнению ученых, именно PPII helix подвергается внутримолекулярным взаимодействиям, из-за которых паутина моментально становится прочной. Это открытие поможет в создании крепких материалов, которые пригодятся в промышленности и медицине. Среди этих инструментов были: спектроскопия ядерного магнитного резонанса, спектроскопия дальнего ультрафиолетового кругового дихроизма и спектроскопия вибрационного кругового дихроизма. Я очень рада, что нам удалось отыскать эту специальную конформацию».
Хотя некоторым удается ограничиться незначительным увеличением, для большинства это становится серьезной проблемой. Как сообщает журнал International Immunopharmacology, долгое… Тема дня Среди противников России на Западе очередной раскол, на сей раз по живому. К тем, кто не хочет допус...
Хотелось бы отметить только то, что они входят в состав некоторых высокопрочных клеев и лакокрасочных покрытий. Также они применяются в текстильной промышленности. Виды волокон Различают также следующие виды волокон: Липкие предназначены для ловли добычи Крепкие поддерживают перекладины, по которым передвигается паук и которые не липнут Для коконов предназначены для яиц. Различают как пушистые и мягкие, так и жесткие и твердые Известен тот факт, что пауки делают разного рода рисунки в виде спиралей, крестов и т.