Görsel Açıklama: Yukarıdaki ana görselde spidroinin moleküler yapısı görülüyor. Mavimsi renkte karbon ucu* (C-terminal) oluşturan birleşmiş moleküllerden oluşan parçası, yeşil renkte azot ucu (N-terminal) olan kısmı oluşturan parçası ve aradaki beyaz çizgide de katlanmamış (unfolded) merkez protein parçası görülüyor. Görselin sağ kısmında ise kendi ekseninde dönen ve gittikçe incelen bir boru benzeri şekil görülüyor. Tüm bunların ne anlama geldiği ise yazının ilerleyen kısmında daha iyi anlaşılacaktır.
Örümcek ipliği veya ipeği, doğanın bilinen en sağlam lif yapılarından birisidir ve oldukça şaşırtıcı özelliklere sahiptir. University of Würzburg'dan araştırmacılar, bu ilginç doğal malzemenin kendiliğinden birleşmesinin moleküler detaylarına ilişkin yeni keşiflerde bulundular.
Neredeyse görünmez olduğu halde, büyük oranda esneyebilen son derece hafif ve biyoçözünür olma özelliği taşıyan örümcek ipliği, aynı zamanda da oldukça güçlü bir malzeme. Öyle ki, doğanın en sağlam lifleri grubunun bir üyesi. Çok düşük olan ağırlığı da hesaba katılacak olursa, yüksek teknoloji ürünü kevlar ve karbonfiber gibi malzemelerin önünde olduğunu dahi söyleyebiliriz.
Gücüne karşın esnekliği ise bu malzemeyi endüstrinin tüm ilgisini üzerine toplamasını sağlıyor. Havacılık, tekstil, giyilebilir teknoloji ve tıp teknolojileri endüstrilerinin potansiyel uygulama alanlarının en gözde üyesi olmaya da aday. Malzeme bilimcilerin uzun zamandır, bu lifi laboratuvarda üretmenin bir yolunu aradıklarını biliyoruz. Ancak şimdiye kadar bu girişimler çok da etkili sonuçlar vermemişti. Bugün geldiğimiz noktada ise artık prototip olarak benzer özellikler gösteren yapay örümcek ipliği üretmek mümkün ancak tüm bu özellikleri sağlayan moleküler seviyedeki yapısal detay hala keşfedilmeyi bekliyordu.
İpliğin lifleri, spidroin adı verilen protein bloklarından oluşuyor ve bu bloklar örümceklerin (görselde görülen dönen tüp illüstrasyonu) dönen salgı kanalları tarafından birleştirilip iplik haline geliyor. Spidroinlerin bir ucu N bir ucu da C-terminal adı verilen protein parçaları ile son buluyor.
İki uçtaki protein yapı blokları spidroinleri birbirine bağlama görevi görüyorlar. C-ucu parçasına özellikle odaklanılan araştırmada, iki spidroini birleştiren C-ucu kendi içinde birbirine dönüp elele tutuşan ikizler gibi bir moleküler yapı oluşturur. Bu moleküler kıskaç benzeri yapı birbirinden ayrı iki adımda kendiliğinden birleşip ipliği oluşturabiliyor. İlk adımda iki zincir ucun birleşmesi iken, ikinci adımda protein parçasının dış çeperini oluşturacak kısımda sarmallar oluşur.
Bu iki aşamanın ipliğe esnekliğini veren temel yapının oluşmasından sorumlu olduğu öne sürüldü. Yine, örümcek ipliğinin esneme payının, bahsi geçen sarmalların kopmadan açılabilmesinde yattığı biliniyor.
Araştırmada, genetik değişimler uygulanarak ipliği oluşturan proteinin belirli kısımları birer birer farklılaştırıldı ve her bir değiştirilen kısım analiz için belirlenebilmesi amacı ile flüoresan boyalar ile işaretlendi ve modifiye edildi. Bu kimyasal ve yapısal modifikasyonlar sonucu, protein domainlerin iki ayrı adımda bir araya geldikleri gözlemlendi. Işığın da yardımı ile katalize edilen bu süreç ile endüstriyel olarak bu malzemenin daha kolay ve büyük ölçeklerde üretilmesine olanak verebileceği düşünülüyor.
Araştırma, Nature Communications'ta yayımlandı.
* Her aminoasit bir radikal grubun etrafında dört koldan birleşmiş ek gruplardan oluşur. (Bazı istisnalarda iki grup tek bir molekül halinde bağlanarak tıpkı aromatik bileşiklerdeki gibi kapalı bir yapı görünümü verebilir.) Ancak genelde bu gruplardan ikisi karbonlu (özel olarak karboksil) ve azotlu bileşiklerdir. Karbonlu grup bir aminoasitin C ucunu (C-terminal), azotlu grup ise bir aminoasidin N-ucunu (N-terminal) oluşturur. Aminoasitler birbirleri ile normal şartlarda bu uçlarından birleşmektedir.Her protein de bir zincir halinde sadece aminoasitlerden oluştuğundan bir ucu o uçtaki aminoasidin açıkta kalan N-ucu, diğer ucu diğer uçtaki aminoasidin açıkta kalan C-ucu ile anılır. Domain adı verilen bu protein parçaları (fragman veya kısım da denebilir) işte son aminoasitlerinin hangi grubunu açıkta bırakıyorsa (karbonlu 'C' veya azotlu 'N') o grubun simgesi ile N-terminal veya N-ucu ya da C-terminal veya C-ucu şeklinde anılırlar.
Kaynaklar
1)Bilimfili.com-Örümcek Ağının Moleküler İç Yapısı-11 Aralık 2018-https://bilimfili.com/orumcek-aginin-molekuler-icyuzu- Bilimfili.com
2)Charlotte Rat, Julia C. Heiby, Jessica P. Bunz, Hannes Neuweiler. Two-step self-assembly of a spider silk molecular clamp. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI:https://www.nature.com/articles/s41467-018-07227-5
3)Julius-Maximilians-Universität Würzburg News Webpage, Molecular insights into spider silk, 6 Aralık 2018";s
