Видео: Из чего сделана паутина? Видео: Что будет, если угодить в самую большую паутину в мире 2024, Марш. Стоит отметить, что большинство паутин строится под покровом ночи, чтобы паутина быстрей переходила из жидкого в твёрдое состояние. Проблема с рекомбинантным волокном паутины в том, что главный компонент натуральных паучьих нитей — бета-нанокристаллы — трудно получить без значительной генной модификации. Паутина – застывшая жидкость, которую членистоногие вытягивают из концентрированного белкового раствора, образующегося в их особых паутинных железах.
Паутина паука: как плетёт, где она образуется, откуда выходит, роль паутины в жизни паука?
— Вообще, паутина — очень перспективный природный материал — полимер, который сочетает в себе превосходные механические и биологические свойства. Ученые отметили, что в химическом составе паутины есть глобулярные клубочки, которые богаты аминокислотами. Из чего состоит паутина и какими свойствами она обладает? Знаете ли вы, какие гены отвечают за свойства паутины и как их можно использовать для производства сверхпрочных материалов? Созданные из нее паутины бывают разных видов и разного назначения, некоторые, например, служат для пауков убежищами. В зависимости от типа используемых желез паук производит около 7 разновидностей волокон различного химического состава, из чего и сплетает структурные части паутины.
Материал прочнее паутины
По мнению ученых, именно PPII helix подвергается внутримолекулярным взаимодействиям, из-за которых паутина моментально становится прочной. Ученые химико-биологического кластера петербургского Университета ИТМО разработали гибридный материал с флуоресцентными свойствами из натуральной паутины и наночастиц. Паутина, вязкое выделение паутинных желёз некоторых паукообразных, застывающее на воздухе в виде нитей. Пауки плетут паутину, в которую попадают насекомые и которым выбраться из нее практически невозможно. "Понимание вклада этих концевых белковых групп в прочность волокон паутины позволит нам разрабатывать новые белки и делать из них новые типы волокон.
Ученые выяснили, что делает паутину такой крепкой
Знаете ли вы, какие гены отвечают за свойства паутины и как их можно использовать для производства сверхпрочных материалов? из нее маленькие тарзаны плетут страховочные нити, которые защищают от падения при прыжках. Паутина, вязкое выделение паутинных желёз некоторых паукообразных, застывающее на воздухе в виде нитей. Из чего сделана паутина? Паутина пауков представляет собой белок, обогащённый глицином, аланином и серином.
Почему паутина такая липучая
В лаборатории ученым удалось не просто заставить бактерии производить паутину, но и сделать эту паутину прочнее. Правда и с геномным редактором пришлось немало поработать. Ввести в геном бактерии полный ген, отвечающий за производство паутины, не удалось, и ученым пришлось «разрубить» этот ген на несколько частей и ввести его по кусочкам.
Подпишитесь , чтобы быть в курсе. Команда профессор Чжана Фучжона из Вашингтонского университета в Сент-Луисе работала с паутиной и раньше. В 2018 году его лаборатория создала бактерии, которые вырабатывали рекомбинантный паучий шелк, который не уступал природным аналогам по всем важным механическим свойствам. Но затем они задумались, нельзя ли синтезировать нечто более прочное. Цифровой прорыв: как искусственный интеллект меняет медийную рекламу Для этого они модифицировали цепочки аминокислот в белке шелка, чтобы добавить ему новые свойства, сохранив при этом некоторые полезные качества, пишет Phys.
Проблема с рекомбинантным волокном паутины в том, что главный компонент натуральных паучьих нитей — бета-нанокристаллы — трудно получить без значительной генной модификации.
Учёные считают, что их разработка поможет врачам оперативно выявлять появление патогенов на месте раны и вовремя останавливать развитие послеоперационной инфекции. NEWS Учёные химико-биологического кластера Университета ИТМО создали материал на основе натуральной паутины и наночастиц, который можно использовать при производстве нитей для хирургических швов. Такие нити будут превосходить существующие аналоги по ряду характеристик и смогут сигнализировать о наличии патогенных микроорганизмов. Об этом RT сообщили в пресс-службе вуза. Для разработки нового материала исследователи использовали паутину тигровых пауков.
Они очистили её от продуктов жизнедеятельности насекомых, после чего поместили в реакционный аппарат автоклав для сольвотермального синтеза. Там на поверхности волокон паутины были синтезированы углеродные точки класс наночастиц.
Сейчас это довольно модная тема, которой занимаются как в России, так и за рубежом. Наша кафедра заинтересовалась именно натуральными свойствами этой паутины, поэтому сейчас мы развиваем это особое направление», — отметил магистрант химико-биологического кластера Университета ИТМО Дауддин Дауди.
Материал прочнее паутины
Два солевых мостика способствуют тому, что спидроин принимает конформацию, в которой С-концевой домен белка оказывается в изоляции; эти солевые мостики разрушаются под совместным воздействием механической силы и фосфата натрия. Рисунок из Nature, 2010 DOI: 10. В спидроине наблюдается высокое содержание остатков аланина и глицина, эти аминокислотные остатки являются причиной исключительной механической прочности волокон паутины. Возглавлявший одну из исследовательских групп Томас Шайбель Thomas Scheibel из Университета Байройт Германия отмечает, что исследователи достаточно быстро пришли к выводу о том, что аланин и глицин, а также другие основные структурные элементы спидроина не могут контролировать образование волокон паутины из белкового раствора. Для того чтобы ответить на вопрос о механизме образования волокон, исследователи решили обратить пристальное внимание на концевые домены белка паутины уже сравнительно давно известно, что концевые домены белка контролируют самоорганизацию других белков, как, например, коллагена. Предварительные эксперименты демонстрировали, что концевые домены оказывают влияние и на образование волокон спидроина, однако точный механизм образования волокон до настоящего времени так и не был установлен.
Каждый из 41 тыс. Паутина может иметь прочность большую, чем у стали, а также эластичность, сопоставимую с каучуками. Такие нити могут подвергаться рециклингу, имеют малую массу и характеризуются водонепроницаемостью даже несмотря на то, что для них характерна высокая степень обратимого водопоглощения. Пауки не подходят для разведения, а поэтому долгое время такие волокна невозможно было получать в промышленных масштабах. Поэтому с 1980-х годов ученые пытаются интегрировать общие сведения о паутине и использовать их при разведении микроорганизмов, выращиваемых в промышленных масштабах, таких как дрожжи или бактерии. Целью этих работ являлось получение протеинов паутины биотехнологическим способом. Особенно интересным вопросом было то, как пауки плетут свои гнезда, в том числе и для профессора Томаса Шайбеля Thomas Scheibel. Биохимик занялся изучением химических и механических процессов, происходящих при плетении паутины.
Там на поверхности волокон паутины и синтезировали углеродные точки - класс наночастиц. Ученые уверены, что с таким материалом можно будет обнаружить патогенные микроорганизмы, провоцирующие различные заболевания. И уже провели эксперименты в лабораторных условиях - нанесли на материал три самых распространённых патогена: кишечную палочку, стафилококк и грибок Candida. После взаимодействия с ними новый материал перестал светиться в синем спектре.
По словам специалистов, нити на основе такого материала будут экологичнее, функциональнее и эластичнее, чем те, которые сейчас используются в хирургии. Учёные отмечают, что материал также будет способствовать обнаружению патогенных микроорганизмов, провоцирующих различные заболевания. Также эти наночастицы могут служить сенсором для обнаружения патогенов, поскольку при взаимодействии с ними свечение снижается и оптический отклик не наблюдается. Обычно, когда мы светим на наш материал фонарём с синим светодиодом, мы видим, как он материал становится красным. Но после взаимодействия с патогенами он перестаёт светиться. Таким же образом врачи могут проверять, как проходит заживление ран после операции: если при световом тесте материал сохраняет флуоресцентные способности, всё в порядке, если нет — скорее всего, в тканях идёт воспалительный процесс», — объяснила автор исследования, студентка химико-биологического кластера Университета ИТМО Елизавета Мальцева. Образцы паутинного шёлка без наноточек слева и с ними справа.
Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал
В итоге специалисты пришли к выводу, что содержащийся в паутине азот делает её неудобной пищей для бактерий. Ученые химико-биологического кластера петербургского Университета ИТМО разработали гибридный материал с флуоресцентными свойствами из натуральной паутины и наночастиц. В зависимости от типа используемых желез паук производит около 7 разновидностей волокон различного химического состава, из чего и сплетает структурные части паутины. Результаты исследований показали, что белок, входящий в состав паутины, делает ее в пять раз прочнее стали и в три раза прочнее кевлара.
Началось массовое производство паутины в промышленности
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. Волокно, которое пауки используют для своей паутины, производится специальными брюшными железами. Паутинка вытягивается из многих крошечных углублений на плетущих органах, расположенных на кончике брюшка. Она появляется в виде жидкости, которая на воздухе тут же затвердевает. Существует несколько разновидностей волокон: липкие, необходимые для ловли добычи; крепкие, поддерживающие перекладины, к которым не прилипают; и для коконов, в которые откладывают яйца. Одни из них мягкие и пушистые, другие — твердые и жесткие. Пауки могут плести все эти виды паутины. Колесообразная паутина используется только для ловли добычи.
Также, технологию легко масштабировать для практического использования. Кроме того, это самый прочный биоматериал, полученный на сегодня. Созданные здесь бионические наноцеллюлозные волокна в восемь раз более прочные, чем натуральные шелковые паутины пауков-драглайнов. А это «золотой стандарт» прочности для биоматериалов. Удельная прочность нашего материала превосходит удельную прочность металлов, сплавов, керамики и стекловолокна. Даниэль Седерберг, соавтор исследования. Команда измерила жесткость растяжения материала, что составила 86 гигапаскалей, а его предел прочности на разрыв составляет 1,57 гигапаскаля.
Но паутина в шесть раз легче, а значит, в шесть раз прочнее. Но едва ли не большая загадка — это как пауки её делают. 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.
Именно на них во время дождя концентрируется влага. У каждой разновидности пауков свой набор желез. Переключение с одной на другую занимает примерно минуту. Паук-крестовик плетет паутину, используя 6 желез. На его паутинных бородавках расположено от 480 до 560 трубочек и около 20 конусов. Как пауки плетут паутину Все виды пауков предпочитают плести сети или растягивать нити-ловушки по ночам. В это время создаются оптимальные условия: нет жары, ветра, солнечного света, воздух достаточно увлажнен. Для фиксации нити к какой-либо поверхности паук прижимает к ней бородавки, а затем отползает, увлекая застывающее волокно за собой. Вытягивание нити производится при помощи задних ног, одновременно регулируется ее натяжение и положение. Как паук-крестовик плетет паутину: Паук выбирает место, выпускает нить и ждет, пока она в свободном парении зацепится за опору. Расстояние между точками крепления может достигать 2 м и более. Паук по наклонной нити возвращается вверх на опорную, одновременно выпуская новое волокно, но не закрепляя его. Конец будет зафиксирован к опорной нити ближе к ее противоположному концу. Таким образом строится паутиновая рама в форме перевернутого треугольника. Могут быть варианты в виде квадрата или неправильного многоугольника. В плоскости рамы строятся внутренние радиусы от 30 до 50. Паук протягивает их не через единую точку в середине, а крепит к густому паутинному сплетению. По завершении он возвращается в центр и начинает по кругу соединять радиусы временными вспомогательными перемычками провизорная спираль. У временной спирали витков мало, расстояние между ними при приближении к краю рамы увеличивается. Оказавшись на периферии, паук разворачивается и начинает плести уже постоянные перемычки ловчую спираль из клейкой нити , перекусывая временные и скатывая их в комочки. Движение происходит по сужающейся спирали от краев к центру. Расстояние между витками уже одинаковое «спираль Ахимеда». Если подсчитать примерное время, сколько паук плетет паутину, то получится диапазон от 30 минут до часа.
Что за заживляющий материал на основе паутины сделали наши учёные?
Паутина давно интригует исследователей своими уникальными характеристиками: при необычайной растяжимости и лёгкости она ещё и необычайно прочна. Это вещество помогает паутине противостоять действию грибков и бактерий. Предполагалось, что белки «ждут» процесса создания паутины в виде «строительных блоков» — сферических мицелл наноразмера.