科學研究 - 日本查明離子在蜘蛛纖維紡絲過程中的效果，有助於製造堅韌的人工蛛絲

日本理化學研究所（簡稱「理研」）的特別研究員Nur Alia Oktaviani和組長沼田圭司等人組成的研究小組，查清了在蜘蛛吐絲織網過程中，各種離子對蛛絲蛋白的影響。

此次的研究成果有助於查明蛛絲織網機制和開發出堅韌的人工蛛絲。

圖：各種離子在蜘蛛纖維紡絲過程中對絲蛋白結構的影響

已知蛛絲的主要成分絲蛋白是通過連接兩個末端——N端和C端的結構來形成蛛絲（圖1）。離子被認為對纖維紡絲過程中的分子結構變化起到了重要作用，但此前一直沒有關於分子結構和離子種類等具體研究報告。

圖1：絲蛋白的模式圖

此次，研究小組首先利用基於大腸桿菌的基因重組技術，合成了絲蛋白的硬質晶體結構域和軟質非晶結構域的重複序列，在試管内再現了蛛絲形成前的溶液狀態。然後，利用溶液核磁共振光譜法調查了絲蛋白的分子結構。目標是通過在離子種類和濃度不同的多種條件下評估絲蛋白的分子結構和動態，明確離子的效果。

調查發現，蛛絲形成之前的溶液狀絲蛋白被離液（Chaotropic）離子（鈉離子、氯離子、鎂離子、鈣離子等）抑制了分子内及分子之間的相輔作用，因此具備疎水性分子結構，濃度非常高，但會充分溶解於蜘蛛體內的水分中。另外還確認，Kosmotropic離子（磷酸根離子、硫酸根離子等）在含有大量胺基酸殘基甘胺酸的區域會促進氫鍵的形成，這對形成蛛絲時產生的β片層結構來說是必不可少的（圖2）。