Las proteínas sintéticas basadas en las que se encuentran en una variedad de dientes de anillo de las especies de calamar pueden abrir el camino a polímeros autocurativos cuidadosamente construidos para la dureza y la capacidad de estiramiento específicas que podrían tener aplicaciones en textiles, cosméticos y medicamentos, según los investigadores de Penn State.
"Observamos lo que es común entre las proteínas de los dientes de calamar para todas las especies de calamares que estudiamos", dijo Abdon Pena-Francesch, estudiante graduado en ciencias de la ingeniería y mecánica. "Observamos qué propiedades cambiaron dramáticamente para cada conjunto de proteínas".
Huihun Jung, un estudiante de doctorado en el grupo de laboratorio de Melik Demirel, observó cuatro especies de calamares de todo el mundo: calamar hawaiano, calamar de aleta larga, calamar europeo y calamar japonés volador.
"Era un misterio por qué la naturaleza usa más de una proteína para fabricar los dientes del anillo en las ventosas", dijo Demirel, profesor de ingeniería y mecánica. "¿Por qué necesitábamos tantas? Resulta que cada una tiene una mecánica diferentepropiedades "
Las proteínas en los dientes del anillo son semicristalinas, una combinación de piezas cristalinas y amorfas. Las proteínas naturales también tienen repeticiones variables, cadenas de aminoácidos que se repiten una o muchas veces. Estas repeticiones alteran las longitudes de la proteína. Sin embargo, un clarono se conocía la función de estas repeticiones.
Después de secuenciar las diversas proteínas de calamar, los investigadores reunieron una variedad de proteínas de dientes de anillo sintéticos con un número variable de repeticiones. Informan sus resultados en la edición actual en línea de Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"Se ha trabajado mucho para crear estructuras para imitar proteínas", dijo Demirel, quien también es miembro de los Institutos Huck de Ciencias de la Vida. "La gente ha observado la estructura de las proteínas en seda, la elastina enpiel, la resilina en las alas de los insectos y el colágeno en un gran conjunto de estructuras, pero nadie ha visto los calamares de esta manera. Los imitadores de calamares no se han hecho antes ".
Junto con Benjamin Allen, investigador asociado en bioquímica y biología molecular y los Institutos Huck, el grupo Demirel fabricó diferentes longitudes de cadenas de aminoácidos, polipéptidos, y descubrió que en el material sintético, la dureza y la extensibilidad aumentan a medida que aumenta el peso molecularaumenta. Cuanto más larga es la cadena de polipéptidos, mayor es el peso molecular. También encontraron que el equilibrio entre la elasticidad, cuánto se estirará el material sin deformarse, y la plasticidad, el punto en el que se deformará, se mantuvo sin cambios.
"Podemos controlar qué aminoácidos usamos, por lo que podemos controlar los pesos moleculares", dijo Pena-Francesch. "Podemos diseñar cada segmento y ver qué fundamentos de la mecánica se aplican".
Los investigadores sugieren que "las repeticiones en las proteínas de calamar nativas podrían tener una ventaja genética para una mayor dureza y flexibilidad".
"Descubrimos que las cadenas de polipéptidos más cortas eran frágiles", dijo Demirel. "A medida que se alargan, son elásticas".
Las propiedades estructurales en este material son altamente programables. Los materiales extremadamente elásticos, como la porción amorfa de estas proteínas, absorben energía y son útiles en cosas como parachoques de automóviles, mientras que la porción cristalina actúa como un resorte y se parece más al material enel tablero de instrumentos de un automóvil. El equilibrio adecuado de cada uno podría proporcionar las características de materiales deseadas.
Sus componentes básicos, los aminoácidos sintéticos, son producidos por bacterias, por lo que ya no es necesario cosechar calamares vivos. Además, los materiales sintéticos son autocurables, por lo que se pueden reparar pequeñas grietas y roturas. Demirel y su equipo señalanque el imitador sintético de las proteínas de los dientes de anillo de calamar puede procesarse para formar una variedad de formas tridimensionales que incluyen cintas, patrones litográficos y nanotubos con una amplia gama de usos potenciales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por A'ndrea Elyse Messer. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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