蚕丝在蚕腺中逐阶段的巨分子组装及其结构演变

《Nature Communications》：The stage-wise macromolecular assembly and structure evolution of silk along the silk gland

　　

摘要

丝虫在极低的能量消耗下自然产生具有特殊性能的纤维。由于丝蛋白（丝素）原料的不稳定性，人们对丝纤维形成机制的探索主要局限于对某些腺体组织的体外研究，这导致了对这一过程的片面和不完整的理解。在这里，我们揭示了丝素在分子层面逐步组装及结构转变的关键过程，这些过程对于将液态原料转化为层次分明、结构稳定的固体纤维至关重要。通过结合冷冻电子显微镜技术，我们能够在纳米到微米尺度上实时观察家蚕（Bombyx mori）丝腺中丝蛋白的加工过程，并揭示其纳米级的组织结构。在储存过程中，丝素会形成微米级的球形“隔室”，从而保持蛋白质的稳定性并防止其过早纤维化。纺丝过程始于这些隔室的解体，随后通过一系列结构转变进行：从蛋白质的排列到形成多个纤维化的纳米结构，最终形成物理交联的纳米束网络，这些结构决定了最终丝纤维的形态和性能。