Молекулярные биологи из нескольких американских университетов впервые выяснили строение паутины пауков-кругопрядов.
Паутина пауков: образование, состав, физические свойства
Одни из них мягкие и пушистые, другие — твердые и жесткие. Пауки могут плести все эти виды паутины. Колесообразная паутина используется только для ловли добычи. Вначале создается «фундамент» — нижние внешние тяжелые нити, в форме неправильного четырехугольника. Следующими конструируются спицы колеса, поддерживающие 3—4 витка спирали. В последнюю очередь появляются густо заполняющие пустое пространство липкие спирали. Другой вид паутины называется листовой паутиной. Это плоские воронкообразные или куполообразные поверхности волокон.
Паук живет с обратной стороны.
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.
Одиночная нить, производимая пауком, столь же прочна, как стальная проволока равного диаметра. Канат, сплетенный из паутины, толщиной всего примерно с карандаш, мог бы удержать на месте бульдозер, танк и даже такой мощный аэробус, как «Боинг-747». Но плотность стали в шесть раз больше, чем паутины. Известно, сколь высока прочность шелковых нитей. Классическим примером служит наблюдение, сделанное аризонским врачом еще в 1881 г. На глазах этого врача произошла перестрелка, в которой один из стрелявших был убит. Две пули попали в грудь и прошли навылет. При этом с обратной стороны каждой раны торчали кусочки шелкового носового платка. Пули прошли сквозь одежду, мышцы и кости, но не смогли разорвать попавшегося им на пути шелка. Почему же в технике применяют стальные конструкции, а не более легкие и эластичные — из материала, подобного паутине?
Почему шелковые парашюты не заменяют этим же материалом? Ответ прост: попробуйте-ка сделать такой материал, какой ежедневно легко производят пауки, — не получится! Ученые разных стран мира долго изучали химический состав паутины восьминогих ткачей, и сегодня картина ее строения раскрыта более или менее полно. Нить паутины имеет внутреннее ядро из белка, называемого фиброином, и окружающие это ядро концентрические слои гликопротеидных нановолокон. Это вязкая, сиропообразная жидкость, полимеризующаяся и затвердевающая на воздухе.
Первый — случайные катушки, составляющие 65 процентов; второй — конформация polyproline type II helix PPII helix , занимающая 24 процента. 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.
Паутина паука: как плетёт, где она образуется, откуда выходит, роль паутины в жизни паука?
Поражают они и своим многообразием: ученым известно свыше тридцати тысяч различных пауков. Ну и, конечно, не может не удивлять поразительное искусство, с каким они плетут свои сети — паутины. Сам материал, из которого эти ажурные конструкции сделаны, тоже удивителен. Тончайшая паутинка в несколько раз прочнее полимерных нитей, а при этом еще и эластичнее. Такой эффект достигается тем, что ее волокна содержат одновременно как твердые, так и упругие белковые вещества. Ну а само это слово — белок — подсказывает, что пауки сами же и производят паутину.
Паутина — специальный жидкий секрет, выделяемый паутинными железами, который застывая, превращается в тонкую прочную нить. Вырабатывать паутину могут паукообразные пауки, некоторые разновидности клещей, ложноскорпионы , а также губоногие многоножки. Состав паутины По химическому составу паутина схожа с шелком, который вырабатывают некоторые виды насекомых, например, тутовый шелкопряд.
Однако по прочности вещество, вырабатываемое паукообразными, намного превосходит секрет гусениц. Паутина Паутина состоит из двух видов веществ: органические; неорганические. Основная нить состоит из фиброина. Это нерастворимый в воде белок, состоящий из комплекса простых белков. Именно он — то вещество, которое дает паутине высокую прочность и эластичность. Серицин — компонент, обеспечивающий паутине клейкость. Также в списке ингредиентов гидрофосфат и нитрат калия. Они обладают антисептическими свойствами и защищают нить от поражения грибками и бактериями.
Конструктивные особенности и виды паутины Ловушки, созданные пауками разных видов, могут довольно заметно отличаться друг от друг по технологии плетения паутины и внешнему виду. Различают несколько основных типов ловушек: Круглая. Самая распространенная. Из центра в стороны лучами расходятся утолщенные нити. Они соединены кругами различного диаметра, идущими от центра к краям. Интересный факт — расстояние между всеми окружностями примерно одинаковое. Плетение такой сети паук начинает с натяжения основных нитей. А после он тянет нить меньшей толщины, и начиная с внешнего края соединяет основу круговыми линиями, радиус которых по мере приближения к центру уменьшается.
В процессе охоты паук либо остается в центре ловушки, либо сидит на конце сигнальной нити. Некоторые разновидности паукообразных формируют сеть в форме зигзагов. Такая конструкция привлекает внимание потенциальных жертв, а кроме того, выбраться из нее намного сложнее. В форме конуса.
Десятки математических вычислений показали, что ни одна липучка не сможет дать нужный результат. Хукчейн Тогда Джей Ти решил создать систему крюков, которую он назвал хукчейн hookchain. Он перебрал десятки вариантов, пока с помощью формул не вывел идеальную форму, которая бы подходила для его паутины. Создав первый прототип гаджета, Джей Ти отправился в зал, чтобы испытать его с другом. Приятели устроили настоящий бой, воссоздав драку Спайдермена с условным преступником из Нью-Йорка. Джей Ти устроил настоящий бой К радости блогера, его паутина работала отлично. Она легко цеплялась за предметы в руках соперника и крепко связывала ему ноги. Паутина легко цеплялась за предметы Вторым этапом проверки паутины стали, конечно же, полёты. Джей Ти выбрасывал нить впереди себя, цеплялся за перекладину и спокойно пролетал над матрасами.
Механизмы кроме раздатчика , выбрасывателя и музыкального блока не могут быть поставлены на паутину. На паутину можно устанавливать таблички и картины. Паутина, как и сахарный тростник , создаёт под водой воздушный карман. Но паутина, в отличии от тростника, сразу смывается. Зомби , находящиеся в паутине, не будут гореть на солнце. Паутина иногда используется для изображения дыма на каких-либо картах.
Как пауки делают паутину
Прочная, упругая и эластичная: такие свойства делают паутину интересным материалом не только для биологов, но и для проектировщиков. В первую очередь специалисты хотели проверить гипотезу о том, что компоненты паутины способны напрямую убивать бактерии. © Shutterstock Паутина — уникальный биоматериал, который появился в ходе эволюции более 200 миллионов лет назад. Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины.
Биологи определили молекулярную структуру паутины
Паутина остается на месте благодаря прилипанию к поверхности, и это позволяет пауку успешно поймать свою жертву. Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины. Это вещество помогает паутине противостоять действию грибков и бактерий.
Как пауки плетут паутину
- Чтобы сделать паутину сверхпрочной, просто добавьте титан
- Паутина. Большая российская энциклопедия
- Где образуется и откуда выходит
- Главные новости
Из чего состоит паутина и как пауки плетут свои ловушки?
Ученые химико-биологического кластера петербургского Университета ИТМО разработали гибридный материал с флуоресцентными свойствами из натуральной паутины и наночастиц. Команда российских исследователей создала уникальный материал, способный заживлять раны человека и ускорять его выздоровление. Он сделан на основе «искусственной паутины». Это совместная разработка НИЦ «Курчатовский институт», МГУ имени М. В. Ломоносова. Ученые отметили, что в химическом составе паутины есть глобулярные клубочки, которые богаты аминокислотами. Круглая паутина средних размеров имеет более тысячи точечных соединений, а для её изготовления требуется более двадцати метров паутинного шёлка, что делает конструкцию не только очень легкой, но и невероятно прочной. Образование паутины Выделяя паутину, паук вытягивает вязкий секрет из паутинных трубочек при помощи задних ног, но чаще просто прижимает паутинные бородавки к субстрату. Стоит отметить, что большинство паутин строится под покровом ночи, чтобы паутина быстрей переходила из жидкого в твёрдое состояние.
Исследование показало, почему паутина не гниет
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. Главными качествами паутины являются эластичность и прочность, которым в природе нет аналогов.
Для выяснения особенностей расплетения карбоксильных фрагментов исследователи изучили строение этих доменов в растворе методом ядерного магнитного резонанса. Было обнаружено, что при переносе белков из раствора хлорида натрия в раствор его фосфата такое изменение среды происходит при переходе спидроина из паутинной железы в прядильную трубочку в белке разрушается два солевых мостика, что позволяет молекулам спидроина изменить взаимное расположение и образовать волокна. Кесслер добавляет, что изменение конформации и расплетение белка происходит также и под воздействием напряжения сдвига, которому подвергается спидроин при прохождении через прядильную трубочку. Другие процессы протекают с другого конца белковой цепи. Исследователи из группы Найта и Йоханссона обнаружил, что ключевым фактором, управляющим агрегацией N-концевого домена спидроина, является понижение уровня рН в прядильном аппарате паука. Спидроин представляет собой заряженный белок, в котором наличие у доменов противоположных по знаку зарядов позволяет им самоорганизовываться в димеры по принципу голова-к-хвосту.
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.
Однако к решению материаловедческой проблемы приблизились биохимики. Сначала были выявлены и расшифрованы паучьи гены, программирующие образование нитей того или иного строения. Сегодня это касается пауков 14 видов. Затем американские специалисты из нескольких исследовательских центров каждая группа самостоятельно ввели эти гены бактериям, пытаясь получить нужные белки в растворе. Ученые канадской биотехнологической фирмы «Нексиа» ввели такие гены мышам, затем перешли на коз, и козы стали давать молоко с тем самым белком, который образует нить паутины. Летом 1999 г. Эта порода хороша тем, что потомство становится взрослым уже в трехмесячном возрасте. Фирма пока хранит молчание, как делать нити из молока, но уже зарегистрировала название созданного ею нового материала — «BioSteel» «биосталь». Статья о свойствах «биостали» опубликована в журнале «Science» «Наука», 2002, т. Другим путем пошли немецкие специалисты из Гатерслебена: они ввели гены, подобные паучьим, в растения — картофель и табак. Предполагается, что, когда количества производимого спидроина станут значительными, из него в первую очередь будут делать медицинские бинты. Молоко, полученное от генетически измененных коз, вряд ли можно отличить по вкусу от натурального. Генетически модифицированный картофель похож на обычный: его в принципе тоже можно варить и жарить. Материал подготовил Э.
Из чего и как пауки плетут свои сети.
- Оглавление:
- Ученые узнали, почему паутина не гниет
- Наука в вопросах и ответах. Из чего сделана паутина? (Владимир Малов, 2020)
- Исследование показало, почему паутина не гниет
- Как паутина может собирать воду