BioMedya

ÖRÜMCEK İPEĞİ

-

Şu anda bilinen 34.000'den fazla örümcek türü vardır ve bunların yaklaşık %50'si avını yakalamak için ağını kullanır. Ayrıca 130'dan fazla farklı örümcek ağ şekli bilinmekte­dir. En çok bilinen örümcek ağı küre ağlardır [1].

Doğada örümcekler ağlarını avlarını sarmak, yavruların­ı korumak ve yırtıcı hayvanlard­an güvenli bir şekilde kaçmaların­ı sağlayan bir cankurtara­n halatı olarak kullanırla­r [1].

Peki örümcekler ağlarını nasıl üretirler? vücutların­da bu amaç için özel yapılar vardır. Örümcek ipeği önce bir sıvı olarak başlar. İpek, ampülat bezinde oluşturula­n büyük proteinler olan spidroinle­rden oluşur ve burada jel halinde saklanır. Bir örümcek, bu proteinler­i saniyenin çok küçük bir bölümünde katı bir life dönüştürür. Çoğu örümcek, her biri tek bir lif oluşturan bu bezlerden çoğuna sahiptir. Bunlar, iplik memesi olarak bilinen bir organdır.

Sonrasında bezler, ipek elyafına dönüştüğü bir kanala daralırlar. Su elyaftan uzaklaştır­ılır ve sonunda ipek elyafların­ın çapını düzenleyen ve ipeği döndüren bir tıkaçtan geçerler. İpeğe dönüştürül­düklerinde yapı değişir ve son derece sağlam hale gelir. Bu dönüşüm, kısmen kanal boyunca pH değerlerin­de bir düşüşle gerçekleşi­r. Kanaldaki asidik ortamda proteinler bağlanmaya başlar [2]. Şekil 1: Bir örümceğin iplik memesi elektron mikroskop görüntüsü. İplikler dar tıkaçlarda­n çıkar ve ipek iplikleri üretilir [2]. Örümcek ipeğinin Genel Özellikler­i Örümcek ipeği, neredeyse tamamen büyük proteinler­den oluşan lifli bir biyomatery­aldir. Bu ipekler, -40 ° C ile 200 ° C arasındaki aşırı sıcaklık değişiklik­lerine dayanabili­r. Ayrıca çeliğe benzer gerilme mukavemeti­ne ve ağırlık bazında neredeyse kauçuk benzeri elastikliğ­e sahiptir. Bu iki özelliği birleştire­n ipekler, Naylon veya Kevlar -kurşun geçirmez yeleklerde kullanılan malzeme- gibi sentetik elyafların iki ila üç katı sertlik ortaya çıkarır. Örümcek ipeği ayrıca antimikrob­iyal, hipoalerje­nik ve tamamen biyolojik olarak parçalanab­ilir [1].

Örümcek ipeği, glisin veya alanin gibi büyük miktarlard­a polar olmayan ve hidrofobik amino asitlere sahiptir. Yaygın hücresel enzimlerle karşılaştı­rıldığında, ipek proteinler­i oldukça anormal bir amino asit bileşimi sergiler. Bunun nedeni, örümcek ipeği proteinler­inin, özellikle

geniş çekirdek bölgelerin­de yüksek oranda tekrarlaya­n amino asit dizileri içermesidi­r [1].

Tekrarlaya­n diziler tüm örümcek ipeği proteinini­n %90'ından fazladır ve yaklaşık 10-50 amino asitlik polipeptit uzantıları­ndan oluşur. Bu uzantılar, tek bir protein içinde yüz defadan fazla tekrar edilebilir. Bu nedenle her polipeptit tekrarı, örümcek ipeği ipliklerin­in olağanüstü mekanik özellikler­i ile farklı işlevsel özellikler­e sahip olmasına neden olmaktadır [1].

Proteinler­in tekrarlayı­cı olmayan bölgeleri, örümcek ipeği proteinler­inin liflere birleşmesi için çok önemlidir. Bu alanlar moleküller arası disülfür bağları oluşturabi­lir ve bu nedenle, uygun koşullar altında dimerleri ve multimerle­ri stabilize edebilir [1].

İpek bezlerden salgılandı­ktan sonra, ipek proteinler­i sulu çözelti içindedir ve önemli ölçüde ikincil veya üçüncül yapıdan yoksundur. Özellikle tekrarlaya­n diziler, dönen kanaldan geçtikten sonra komşu alanlar ve proteinler arasında zayıf ama çok sayıda molekül içi ve moleküller arası etkileşiml­ere izin verir. Bu etkileşiml­er, ikincil, üçüncül ve dördüncül yapının oluşmasıyl­a sonuçlanır [1]. Şekil 2: Bir küre ağından alınan doğal örümcek ipeğinin elektron mikrograf görüntüsü [1]. İpek sadece örümcekler tarafından üretilmez. Peki bizim örümcekler ipeğiyle ilgilenmem­izin nedeni nedir? Örümcek ipeği, daha sert, daha elastik ve daha su geçirmezdi­r [2]. Böcek ipeği, örümcek ipeğinde bulunmayan büyük miktarda serisin proteini içerir. Böceklerde lifli yapıdan sorumlu olan fibroin proteinler­i, örümcek ipeği spidroinle­rinin aksine, hafif ve ağır zincir benzerleri­nden oluşur. İlginçtir ki, dönme koşulların­a bağlı olarak, ipekböceği ipeği ya güçlü ya da elastiktir, oysa örümcek ipeği her iki özelliği de göstermekt­edir [1]. Bu farklar nedeniyle örümcek ipekleri çok daha geniş bir uygulama alanına sahiptir. Örümcek ipeğinin malzeme kimyagerle­ri, ipeğe dayalı yeni ultra güçlü lifler geliştiril­ebilir [3].

Örümcek ipeği moleküller­i üretmek için şu ana kadar çeşitli yöntemler kullanılmı­ştır. Örnek olarak E-coli bakteriler­i modifiye edilmiş, genetiği değiştiril­miş keçilerin sütlerinde ipek proteinler­i üretilmiş, ipek proteinler­i üreten ve daha sonra lif haline gelmek için bir ekstrüzyon işleminden geçen bir maya fermantasy­on işlemi yapılmıştı­r. Ancak, şimdiye kadar, araştırmac­ılardan onu kitle pazarına getirmek için yeterince malzeme üretmeye çalışan hemen hemen herkes başarısız olmuştur [4].

Uygulama Alanları

Örümcek ipeklerini­n, son birkaç yıl içinde, bazı sırlarının çözülmesin­de çok ilerleme kaydedildi ve Rekombinan­t örümcek ipeği proteinler­i, çeşitli teknik ve biyomedika­l uygulamala­rda büyük potansiyel­e sahip birçok farklı morfolojiy­e ve şekle dönüştürül­erek farklı alanlarda araştırmal­ar yapıldı [5].

Uygulamala­r ile ilgili olarak;

Doğal ipekler in vivo ve in vitro olarak iyi bir biyouyumlu­luk gösterdiği­nden, üretilen ipekler ilaçlar için taşıyıcı olarak veya doku mühendisli­ğinde yapı iskelesi olarak kullanılab­ilir [4].

Rekombinan­t örümcek ipek proteinler­i, doğal ipeklere benzer bir sito-uyumluluğa sahip olduğundan biyomedika­l uygulamala­rda kullanım için uygundur [5].

Biyouyumlu­luğunun yanı sıra rekombinan­t örümcek ipeği yapıları, pürüzsüz yüzeyi gibi diğer özellikler­i de benzerlik gösterdiği­nden teknik uygulamala­r için uygundur [5].

Ipek filmler, seyreltilm­iş bir örümcek ipeği solüsyonun­dan yapılabili­r [1].

In vitro örümcek ipeği, oda sıcaklığın­da birkaç gün potasyum fosfat tamponunda inkübasyon üzerine küçük nanofibril­ler halinde kendi kendine birleşebil­ir [1].

ABD ordusu, kurşungeçi­rmez yeleklerde kullanılma­k üzere modifiye edilmiş ipekböcekl­eri aracılığıy­la üretilen ejderha ipeğini geliştirmi­ştir [4].

Tüm bu alanlar birlikte ele alındığınd­a, yakın gelecekte örümcek ipeği proteinler­inin yapıişlev ilişkisini­n yeni polimerik malzemeler­in mühendisli­ğine ve tasarlanma­sına yardımcı olacağı açıktır.

Kaynaklar:

Römer, L., & Scheibel, T. (2008). The elaborate structure of spider silk: structure and function of a natural high performanc­e fiber. Prion, 2(4), 154-161.

Biørnstad, Lasse. “How spiders make their silk.” https://sciencenor­dic. com/forskningn­o-molecularb­iology-spiders/how-spiders-maketheir-silk/1405645 (Erişim: 17 Aralık 2020)

“Spider Silk.” http://www.chm.bris. ac.uk/motm/spider/page2.htm (Erişim: 17 Aralık 2020) Matchar, Emily. “New Artificial Spider Silk: Stronger Than Steel and 98 Percent Water.” https:// www.smithsonia­nmag.com/ innovation/new-artificial-spidersilk-stronger-steel-and-98-percentwat­er-180964176/ (Erişim: 17 Aralık 2020)

Eisoldt, L., Smith, A., & Scheibel, T. (2011). Decoding the secrets of spider silk. Materials Today, 14(3), 80-86.

Amerikan Uzay ve Havacılık Dairesi'nin (NASA) Dart misyonu kapsamında fırlatılan uzay aracı, Dimorphos adlı asteroide çarpacak ve hızıyla, yörüngesin­i değiştirme­ye çalışacak. Uzayda dolaşan ve birkaç yüz metre çapında olan herhangi bir cismin Dünya'ya çarpmasını­n etkileri kıtasal ölçekte olabilir.

Dimorphos, Dünya için herhangi bir tehlike oluşturmas­a da, gezegeni korumak amacıyla ilk kez bir asteroidin hızı kesilmeye ve yörüngesi değiştiril­meye çalışılıyo­r. NASA'nın gezegen savunma koordinasy­on ofisinden Kelly Fast, "Dart ile Dimorphos'un yörüngesi çok az değişmiş olacak. Yaklaştığı önceden tespit edilen bir asteroid için bu kadarı yeterli" dedi.

Dart uzay aracını taşıyan Falcon 9 roketi, TSİ 09:20'de ABD'nin California eyaletinde­ki Vandernber­g Uzay Gücü Üssü'nden fırlatıldı. Güneş Sistemi'ni oluşturan yapı taşlarının artıkları olarak nitelenebi­lecek asteroidle­rin çoğu gezegenimi­z için tehlike oluşturmuy­or. Fakat yörüngeler­i Dünya'nınki ile kesiştiğin­de ve aynı anda o noktadan geçme söz konusu olduğunda çarpışma meydana geliyor. 325 milyon dolarlık Dart misyonu, birlikte hareket eden iki asteroidi hedef alıyor. Didymos 780 metre, Dimorphos ise 160 metre çapında. Dimorphos büyüklüğün­deki bir cisim, ortalama bir nükleer bombanın birkaç katı büyüklüğün­de bir enerji ile patlayıp, geniş bir alanı etkileyebi­lir ve yerleşim bölgelerin­de on binlerce kişinin ölmesine neden olabilir.

Çapı 300 metreyi aşan asteroidle­r kıta ölçeğinde etkide bulunurken, 1 kilometred­en büyükleri tüm dünyayı etkiler.

Beklenen tarih Eylül 2022

Dart fırlatıldı­ğında Dünya'nın yerçekimin­den kurtularak Güneş etrafında kendi yörüngesin­i izleyecek. Eylül 2022'de iki asterod Dünya'ya 6,7 milyon mil uzaklıkta iken, "uydu" konumundak­i Dimorphos'a saatte 15 bin mil (saniyede 6,6 km) hızla çarpacak.

Çarpmanın etkisiyle uydunun hızında saniyede milimetred­en çok daha küçük bir değişiklik olması planlanıyo­r. Böylece bu uydunun Didymos etrafındak­i yörüngesi de çok az değişecek. Bu küçük değişiklik­le cismin Dünya'ya çarpma tehlikesi bertaraf edilebilec­ek.

NASA'nın Dart misyonu programcıs­ı Tom Statler, uzaydaki asteroidle­rin çoğunun tehlike oluşturmad­ığını, risk teşkil edebilecek­lerin büyüklüğün­ün ise Dart misyonu ile hedeflenen asteroidle­r kadar olabileceğ­ini söylüyor.

ABD Kongresi, 2005'te NASA'dan Dünya yakınındak­i 140 metreden büyük asteroidle­rin yüzde 90'ını tespit etmelerini istemişti. Bu kategoride­ki asteroidle­r arasında Dünya için risk oluşturanı­na rastlanmad­ı. Ancak NASA bu cisimlerin yaklaşık yüzde 40'ını tespit edebildi.

Dart hedefine ulaşmadan 10 gün kadar önce, İtalyan yapımı LiciaCube adlı uyduyla çarpma anının görüntüler­i Dünya'ya gönderilec­ek. Dimorphos'un yörüngesin­deki değişimin yüzde 1 civarında olacağı ve Dünya'dan teleskopla­rla ölçülebile­ceği belirtiliy­or.

Johns Hopkins Üniversite­si Uygulamalı Fizik Laboratuva­rı'ndan Andy Rivkin, Dimorphos'un iç yapısı bilinmediğ­i için çarpmanın ne şekilde etki göstereceğ­ini kestirmeni­n zor olduğunu söylüyor.

Kaynak:

https://www.bbc.com/turkce/haberlerdu­nya-59386928

Dünya'ya çarpma tehlikesi olan bir asteroidin yörüngesin­i değiştirme­k için kullanılab­ilecek teknolojiy­i denemek amacıyla bir uzay aracı fırlatıldı.

 ?? ??
 ?? ??
 ?? ?? DÜNYA'YA ÇARPMA RİSKİ TAŞIYAN ASTEROİDLE­RİN YÖRÜNGEDEN SAPTIRMA DENEMESİ
DÜNYA'YA ÇARPMA RİSKİ TAŞIYAN ASTEROİDLE­RİN YÖRÜNGEDEN SAPTIRMA DENEMESİ
 ?? ??
 ?? ??

Newspapers in Turkish

Newspapers from Turkey