La toile d'araignée
Le fil d'araignée est un matériau exceptionnel avec des propriétés pouvant servir dans nombreux domaines. Décelons ensemble les secrets de ces toiles.
La production des fils
La composition des fils n'est pas homogène, en effet, une même espèce peut produire 8 types de fils différents pour fabriquer sa toile. Chaque type de fils possèdent des propriétés différentes: plus ou moins solides, adhésifs ou élastiques... Les plus fins, sont les plus sensibles aux vibrations, afin de prévenir l'araignée de l'arrivée d'une proie mais néanmoins très résistants pour supporter les mouvements rapides et vifs des insectes piégés qui se débattent. Les plus solides assurent la stabilité de la toile et sa longévité. Il existe aussi des fils parfumés permettant d’attirer l’araignée mâle , de stocker la nourriture et les œufs.
Composition physico-chimique des fils
Les fils sont composés de protéines (cliquez) constituées de longues chaînes d'acides aminés reliés entre eux par des liaisions peptidiques. Celles-ci sont des "fibroïnes" appartenant aux polymères. On appelle polymère une grande molécule constituée de monomères (c'est un composé constitué de molécules simples ayant une faible masse moléculaire) reliées par des liaisons covalentes. Les deux principaux acides aminés constituant la fibroïne sont l'alanine et la glycine. Ces deux acides aminés sont tous les deux de petites tailles ce qui facilitera le compactage.
Modèle éclaté de la Modèle éclaté de la
molécule de Glycine molécule d’alanine
Fonctionnement de la fabrication de la soie:
Dans une des glandes de l'araignée (au nombre de 7, chacune sécrétant un type de fil particulier) est secrété un fluide pour la fabrication du fil. Ce fluide est une solution aqueuse très concentrée de fibroïnes dépliées et désordonnées: on appelle cela un liquide cristallin. Après la sortie de la glande sécrétoire, le fluide passe par des tubes très fins. Les protéines s'allongent, s'alignent, des liaisons se forment, le pH chute provoquant une cristallisation (cliquez) partielle. Différentes structures apparaissent donc:
1- Les régions riches en glycine adoptent une forme en hélice, et une organisation plutôt aléatoire : on parle de régions amorphes
2- Les régions riches en alanine se lient via des liaisons hydrogènes et adoptent une architecture en feuillets : c’est une structure cristalline.
3- Des régions semi-cristallines (moins ordonnées), permettent de connecter les feuillets plats aux régions amorphes.
Schéma de la protéine qui structure le fil de soie
Le lien entre la médecine et le fil d'araignée
Dans l'hémisphère sud, se trouve une araignée Nephila Clavipes dont le femelle tisse des toiles qui "valent de l'or". La toile de la femelle adulte peut atteindre un mètre de large avec des filaments dorées. La soie naturelle de cette araignée est légère, très élastique et flexible tout en étant plus résistante que certains métaux. En effet, le fil d’araignée en général est 5 fois plus résistant que l’acier et 3 fois plus que les fibres synthétiques (cependant moins que le Kevlar). De plus, il peut s'allonger de 40 % sans se rompre (certaines araignées produisent même des fils pouvant s’allonger de 200%). C’est également un fil très fin avec une soie régulière car ses macromolécules sont mieux alignées. Cette soie amortit les forces de torsion et possède aussi une mémoire de forme, on peut donc parler de matériau de génie.
La soie naturelle de la Nephila Edulis est biocompatible et biodégradable (cliquez) donc elle n'engendre ni rejet, ni inflammation. L'ingénierie biomédicale est beaucoup attiré par ce matériau. La soie permet la réparation des tendons car elle est très résistante mais également assez flexible pour permettre la mobilité articulaire.
Elle pourrait être aussi potentiellement utile comme maintien pour les tissus en croissance comme pour aider la réparation des os, pour les sutures et les pansements. Elle favoriserait la cicatrisation des plaies et pourrait servir à la régénération de la peau, du cartilage et des cellules nerveuses. Des tests cliniques sont envisagés prochainement.
Les industriels sont très attirés par les propriétés de cette soie. Cependant, certaines espèces sont cannibales ce qui complique l'élevage intensif et la production naturelle à grande échelle. Les fibres obtenues synthétiquement pourraient servir en médecine, mais aussi à la fabrication de vêtements et d’accessoires sportifs, de pièces d’automobiles, de films transparents, de revêtements, d’adhésifs et de gels.
Explications des propriétés de la fil de soie
Nous avons donc une union avec les régions cristallines et amorphes ce qui va faire naître des propriétés permettant le retour à l'état initial après déformation:
-Une grande résistance (attribuée aux zones cristallines): sont les liaisons hydrogènes qui assurent une grande stabilité chez les différentes molécules.
-Une importante élasticité (attribuée aux zones amorphes): les enchaînements d'acides aminés non organisés s'effilochent et se détendent en premier d’où un phénomène d'extension. Plus la séquence de cinq acides aminés glycine est répétée, plus le fil est élastique.
