Os pesquisadores descobriram as interações moleculares que conferem à seda da aranha sua extraordinária combinação de força e flexibilidade. A descoberta poderá ajudar os cientistas a projetar novos materiais de inspiração biológica para aeronaves, equipamentos de proteção e uso médico, bem como fornecer informações sobre distúrbios neurológicos, como a doença de Alzheimer.
A pesquisa está publicada na revista Anais da Academia Nacional de Ciências elaborado por cientistas do King’s College London e da San Diego State University (SDSU), descreve princípios fundamentais de design que podem levar a uma nova geração de fibras de alto desempenho e ecologicamente corretas.
É importante ressaltar que a pesquisa é a primeira a explicar como os aminoácidos nas proteínas da seda das aranhas interagem de uma forma que lhes permite agir como “adesivos” moleculares, mantendo o material unido à medida que ele se forma.
Chris Lorenz, professor de ciência computacional de materiais no King’s College London e líder da equipe de pesquisa do Reino Unido, destacou as amplas possibilidades das descobertas. “As aplicações potenciais são enormes – roupas de proteção leves, componentes de aeronaves, implantes médicos biodegradáveis e até robótica leve poderiam se beneficiar de fibras feitas com esses princípios naturais”, disse ele.
Por que a seda da aranha é mais forte que o aço
Spider Dragline Silk é conhecido por seu excelente desempenho. Libra por libra, é mais forte que o aço e mais resistente que o Kevlar – o material usado para fazer coletes à prova de balas. As aranhas dependem deste material para construir a estrutura estrutural das suas teias e suspender-se, e os cientistas há muito que ficam fascinados pela forma como a natureza cria uma fibra tão excepcional.
Este tipo de seda é feito dentro da glândula de seda de uma aranha, onde as proteínas da seda são armazenadas como um líquido espesso chamado “dope de seda”. Quando necessário, a aranha transforma esse fluido em fibras resistentes com propriedades mecânicas notáveis.
Os cientistas já sabiam que as proteínas primeiro se reúnem em gotículas líquidas e são transformadas em fibras. No entanto, os passos moleculares que ligam este agrupamento inicial à resistência final da seda permanecem um mistério.
Interações moleculares por trás da formação da seda
Para resolver este quebra-cabeça, uma equipe interdisciplinar de químicos, biofísicos e engenheiros utilizou uma série de técnicas computacionais e laboratoriais avançadas. Estes incluem simulações de dinâmica molecular, modelagem estrutural alfafold 3 e espectroscopia de ressonância magnética nuclear.
A análise mostrou que dois aminoácidos, arginina e tirosina, interagem de uma forma específica que liga as proteínas da seda numa fase inicial. Estas interações não desaparecem à medida que a seda endurece. Em vez disso, permanecem ativos como formas de fibra, ajudando a criar nanoestruturas complexas que conferem à seda da aranha a sua força e flexibilidade excecionais.
“Este estudo fornece uma explicação em nível atômico de como as proteínas desordenadas se reúnem em estruturas altamente ordenadas e de alto desempenho”, disse Lorenz.
Links para ciência do cérebro e pesquisa sobre Alzheimer
Gregory Holland, professor de química física e analítica da SDSU que liderou o lado americano da pesquisa, disse que a complexidade química do processo era inesperada.
“O que nos surpreendeu foi que a seda – que normalmente consideramos uma fibra natural bastante simples – na verdade depende de uma técnica molecular muito sofisticada”, disse Holland. “O tipo de interação que descobrimos é usado em receptores de neurotransmissores e sinalização hormonal”.
Devido a esta sobreposição, os investigadores acreditam que as descobertas podem ter implicações para além das ciências dos materiais.
“Como as proteínas da seda passam pela separação de fases e então formam as estruturas ricas em folhas β que vemos em doenças neurodegenerativas como o Alzheimer.” “O estudo da seda nos dá um sistema claro e evolutivamente otimizado de como controlar a separação de fases e a formação de folhas β.”
