Este pequeno truque molecular torna a seda da aranha quase inquebrável

O estudo, publicado na revista Anais da Academia Nacional de Ciências por cientistas do King’s College London e da San Diego State University (SDSU), descreve princípios fundamentais de design que podem orientar a criação de 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 contidos 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 de Materiais Computacionais no King’s College London e líder da equipe de pesquisa do Reino Unido, destacou o amplo potencial das descobertas. “As aplicações potenciais são vastas – roupas de proteção leves, componentes de aviões, implantes médicos biodegradáveis ​​e até robótica leve poderiam se beneficiar de fibras projetadas usando esses princípios naturais”, disse ele.

Por que a seda da aranha é mais forte que o aço

A seda da dragline Spider é conhecida por seu desempenho extraordinário. Libra por libra, é mais forte que o aço e mais resistente que o Kevlar – o material usado para fabricar coletes à prova de balas. As aranhas dependem deste material para construir a estrutura estrutural das suas teias e para se suspenderem, e os cientistas há muito que ficam fascinados pela forma como a natureza produz uma fibra tão excepcional.

Esse tipo de seda é produzido dentro da glândula de seda de uma aranha, onde as proteínas da seda são armazenadas como um líquido espesso chamado “dope da seda”. Quando necessário, a aranha transforma esse líquido em fibras sólidas com propriedades mecânicas notáveis.

Os cientistas já sabiam que as proteínas primeiro se reúnem em gotículas líquidas antes de serem transformadas em fibras. No entanto, os passos moleculares que ligam este agrupamento inicial à resistência final da seda permaneceram um mistério.

As interações moleculares por trás da formação da seda

Para resolver esse quebra-cabeça, uma equipe interdisciplinar de químicos, biofísicos e engenheiros utilizou uma série de técnicas computacionais e laboratoriais avançadas. Estes incluíram simulações de dinâmica molecular, modelagem estrutural AlphaFold3 e espectroscopia de ressonância magnética nuclear.

A sua análise revelou que dois aminoácidos, arginina e tirosina, interagem de uma forma específica que faz com que as proteínas da seda se agrupem nas fases iniciais. Estas interações não desaparecem à medida que a seda se solidifica. Em vez disso, permanecem activos à medida que a fibra se forma, ajudando a construir a intrincada nanoestrutura que dá à seda da aranha a sua força e flexibilidade excepcionais.

“Este estudo fornece uma explicação em nível atomístico 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 norte-americano do estudo, disse que a complexidade química do processo era inesperada.

“O que nos surpreendeu foi que a seda – algo que normalmente consideramos uma fibra natural lindamente simples – na verdade depende de um truque molecular muito sofisticado”, disse Holland. “Os mesmos tipos de interações que descobrimos são usados ​​nos receptores de neurotransmissores e na sinalização hormonal”.

Devido a esta sobreposição, os investigadores acreditam que as descobertas podem ter implicações para além da ciência dos materiais.

“A forma como as proteínas da seda passam pela separação de fases e depois formam estruturas ricas em folhas β espelha os mecanismos que vemos em doenças neurodegenerativas como a doença de Alzheimer”, disse Holland. “O estudo da seda nos dá um sistema limpo e evolutivamente otimizado para entender como a separação de fases e a formação de folhas β podem ser controladas.”