Una situación pegajosa

Los investigadores estudiar y mejorar una pequeña molécula que posee una impresionante capacidad de adherirse en ambientes húmedos

Universidad de California – Santa Bárbara

IMAGEN: Adhesión en húmedo a una superficie de mica: Una amina catiónico (rosa) penetra en la capa de hidratación, desalojando a los iones de potasio (bolas de oro) y la preparación de la superficie de la mica para el enlace de hidrógeno (aura verde) .Ver más

Crédito: Ilustración por Peter Allen

adhesión en húmedo es un verdadero reto de ingeniería. Los animales marinos tales como mejillones, ostras y percebes son, naturalmente, equipados con los medios para adherir a la roca, boyas y otras estructuras bajo el agua y permanecen en su lugar, no importa lo fuerte que las olas y las corrientes.

materiales adhesivos húmedos sintéticos, por otra parte, son una historia diferente.

Siguiendo el ejemplo de la madre naturaleza y la composición química de las proteínas del pie del mejillón, el Mayordomo Lab Alison en la UC Santa Barbara decidió mejorar una pequeña molécula llamada del sideróforo trichrysobactin cíclico (CTC) que habían descubierto previamente. Modificaron la molécula y luego probaron su fuerza adhesiva en ambientes acuosos. El resultado: un compuesto que rivaliza con la capacidad de resistencia de la cola de mejillón.

Sus conclusiones aparecen hoy en la revista Science.

“No hay necesidad real en muchos entornos, incluyendo la medicina, para poder tener colas que trabajarían en un entorno acuoso,” dijo el co-autor Butler, profesor en el Departamento de Química y Bioquímica de la UCSB. “Así que ahora tenemos la base de lo que se podría tratar de desarrollar de aquí.”

También forma parte del esfuerzo interdisciplinario eran interfaciales Ciencias de Laboratorio de Jacob Israelachvili en el Departamento de Ingeniería Química y J. Herbert Waite, profesor en el Departamento de Biología Molecular, Biología Celular y del Desarrollo, cuyo trabajo se centra en la propia adhesión en húmedo de la UCSB.

“Sólo pasó a ver una similitud visual entre los compuestos de la CTC y de sideróforos en las proteínas del pie del mejillón”, explicó Butler. Los sideróforos son moléculas que se unen y el hierro de transporte en los microorganismos como las bacterias. “Nos miramos específicamente la sinergia entre el papel del aminoácido lisina y catecol,” agregó. “Ambos están presentes en las proteínas del pie de mejillones y en CTC.”

proteínas pie de mejillones contienen cantidades similares de lisina y la dopa catecol. Los catecoles son compuestos químicos utilizados en tales funciones biológicas como la neurotransmisión. Sin embargo, ciertas proteínas han adoptado dopa para fines adhesivos.

De discusiones con Waite, Butler dio cuenta de que CTC contenía no sólo lisina sino también un compuesto similar a dopa. Además, CTC emparejado su catecol con lisina, al igual que las proteínas del pie mejillón hacen.

“Hemos desarrollado un mejor molécula, más estable que el CTC real”, explicó Butler. “Luego modificamos para desentrañar la importancia de las contribuciones de cualquiera de lisina o la catecol.”

Co-autor principal Greg Maier, un estudiante graduado en el laboratorio de Butler, creó seis compuestos diferentes con diferentes cantidades de lisina y catecol. El laboratorio Israelachvili probó cada compuesto por sus características de adhesión de superficie y. Co-autor principal, Michael Rapp utiliza un aparato de fuerza superficial desarrollado en el laboratorio para medir las interacciones entre superficies de mica en una solución salina.

Sólo los dos compuestos que contienen una amina catiónica, tales como lisina, y catecol exhibido resistencia adhesiva y un espesor de película intervenir reducido, que mide la cantidad de dos superficies pueden ser apretados. Los compuestos sin catecol habían disminuido en gran medida los niveles de adherencia, pero un espesor de película igualmente reducido. Sin lisina, los compuestos muestran ninguna característica. “Nuestras pruebas demostraron que la lisina fue clave, ayudando a eliminar los iones de sal de la superficie para permitir que el pegamento para llegar a la superficie subyacente,” dijo Maier.

“La consulta de un biosistema diferente que tiene características similares a algunas de las colas de mejillones con mejores resultados, pudimos deducir que estos dos componentes pequeños trabajan juntos en sinergia para crear un entorno favorable a las superficies para promover la adhesión”, explicó Rapp, una estudiante graduado de ingeniería química. “Nuestros resultados demuestran que estos dos grupos moleculares no sólo imprime la superficie, sino también trabajar en conjunto para construir mejores adhesivos que se pegan a las superficies.”

“En pocas palabras, nuestro descubrimiento es que se necesita lisina y necesita el catecol,” concluyó Butler. “Hay un doble golpe: la lisina se despeja y los primos de la superficie y el catecol se reduce y enlaces de hidrógeno a la superficie de la mica. Esta es una visión sin precedentes sobre lo que debe suceder durante la adhesión en húmedo “.

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