蛛丝蛋白的示意图：青色为C端结构域，白线为展开的中心结构域，绿色为N端结构域。右侧：锥形纺丝管模式图。
蜘蛛丝是自然界最坚韧的纤维，具有惊人的性能：轻量级、几乎不可见、高度延展性，并且可被生物降解。由于重量轻，蜘蛛丝甚至取代了凯夫拉尔纤维或碳纤维等高科技纤维。其独特的强度和延展性使其对工业尤其具有吸引力。无论是在航空工业、纺织工业还是医药行业，这种神奇材料的潜在应用是多方面的。
材料科学家长期以来一直试图在实验室中复制蛛丝纤维，但收效甚微。目前，制造具有与原型相似性能的人造蜘蛛丝已经成为可能，但是负责材料性能的分子级结构细节还有待披露。现在，来自维尔茨堡大学(JMU)生物技术与生物物理研究所的讲师Hannes Neuweiler博士在科学杂志《自然·通讯》上就该问题发表了新的见解。
Neuweiler解释说:“蛛丝由蛛丝蛋白构成，在蜘蛛的纺丝腺内组装。”构建模块的末端在这个过程中扮演了特殊的角色。蛛丝蛋白的两端由N和C端结构域终止，它们连接了蛋白质构建模块。在本研究中，Neuweiler和他的同事们研究了育儿网蛛蛛丝的蛋白质构建模块，对其C端结构域进行了近距离观察。结果发现，C端结构域通过分子钳样相互缠绕的结构连接了两个蛛丝蛋白。
他们利用基因工程交换了构建模块的独立部分，并用荧光染料对蛋白质进行化学修饰。荧光与可溶性蛋白质的相互作用揭示了结构域的组装分为两个独立的步骤。Neuweiler描述了这项研究的核心结果：“这两个独立的步骤分别是：第一步为两条链末端的连接，第二步为结构域周围不稳定螺旋的折叠。
自组装的两个步骤可能有助于提高蛛丝的延展性，这在之前是未知的。众所周知，蛛丝的拉伸与螺旋的展开有关。先前的工作已将蛛丝的延展性追溯到在蛛丝蛋白中央段螺旋的展开。Neuweiler解释说：“我们认为C端结构域也可以作为有助于提高蛛丝延展性的模块。”
Neuweiler认为这一结果将会对我们在分子水平上理解蜘蛛丝的结构、装配和机械性能作出贡献，可能会帮助材料学家在实验室里复制天然蜘蛛丝。目前，科学家们正在使用修饰和合成的蛛丝蛋白达到这一目的。Neuweiler说：“如果C端结构域有助于提高蛛丝的柔韧性，材料科学家可以通过调整C端结构域来调节纤维的力学性能。”
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编译：花花
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责编：张梦
期刊来源：《自然·通讯》
期刊编号：2041-1723
原文链接：
https://www.sciencedaily.com/releases/2018/12/181207112741.htm
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