蜘蛛丝是自然界中最坚韧的纤维 具有惊人的特性

它们重量轻，几乎看不见，高度可扩展和坚固，当然也是可生物降解的：蜘蛛被用来织网。事实上，蜘蛛丝是自然界中最坚韧的纤维。基于其重量轻，它甚至取代了高科技螺纹，如凯夫拉尔或碳。其强度和扩展性的独特组合使其特别适合工业应用。无论是在航空工业、纺织工业还是医学领域，这种材料的潜在应用都是多方面的。

材料科学家长期以来一直寻求在实验室中复制纤维，但结果有限。今天，可以制造出与原型性质相似的人造蜘蛛丝，但需要披露负责材料性质的分子结构细节。现在，来自JMU朱利叶斯-马克西米利安大学的科学家们提供了新的见解。JMU生物技术和生物物理研究所的讲师汉尼斯纽韦勒博士负责这个项目。他的研究成果发表在《自然通讯科学杂志》上。

分子钳连接蛋白质积木

“丝纤维由蛋白质结构单元组成，即所谓的蜘蛛丝蛋白，它们由蜘蛛在其旋转的腺体中组装而成，”Neuweiler解释道。在这一过程中，封端起着特殊的作用。蜘蛛丝蛋白的两端都以N-和C-末端结构域为末端。

两端的结构域与蛋白质构建模块相连。在这项研究中，Neuweiler和他的同事仔细研究了C端结构域。c端结构域通过形成类似分子钳的交织结构连接两个蜘蛛丝蛋白。Neuweiler描述了这项研究的核心结果：“我们观察到颌骨在两个不连续的步骤中自我组装。虽然第一步涉及两个链端的结合，但第二步涉及在结构域的外围折叠不稳定的螺旋。”

这种两步自组装过程以前是未知的，这可能有助于蜘蛛丝的延展性。已知蜘蛛丝的拉伸与螺旋的展开有关。然而，以前的工作追溯到蛛丝蛋白中心区域的螺旋发育。Neuweiler解释说，“我们建议C末端结构域也可以用作有助于可扩展性的模块”。

辅助材料科学

在他们的研究中，Neuweiler和他的同事们研究了苗圃蜘蛛Euprosthenops的蛋白质组成部分。他们利用基因工程来交换部分构件，并使用荧光染料来化学修饰蛋白质。最后，光和可溶性蛋白质之间的相互作用揭示了该结构域在两个离散的步骤中组装。

Neuweiler将该结果描述为“对我们在分子水平上理解蜘蛛丝的结构、组装和机械性能的贡献”。它可以帮助材料科学家在实验室里复制天然蜘蛛丝。目前，改性和合成的蜘蛛丝蛋白用于此目的。“如果C端结构域有助于线的灵活性，材料科学家可以通过调整C端结构域来调整纤维的机械性能，”Neuweiler说。

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