Fibroina

La fibroína es una proteína insoluble presente en la seda producida por numerosos insectos, como las larvas de Bombyx mori y otros géneros de polillas como Antheraea , Cricula , Samia y Gonometa . La seda en su estado crudo consta de dos proteínas principales, sericina y fibroína, con una capa adhesiva de sericina que recubre dos filamentos singulares de fibroína llamados brins. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

El gusano de seda produce fibroína con tres cadenas: la ligera, la pesada y la glicoproteína P25. Las cadenas pesada y ligera están unidas por un enlace disulfuro, y la P25 se asocia con estas cadenas mediante interacciones no covalentes. La P25 desempeña un papel importante en el mantenimiento de la integridad del complejo. ^{[ 4 ]}

La fibroína, una proteína pesada, está compuesta por capas de láminas beta antiparalelas . Su estructura primaria consiste principalmente en la secuencia recurrente de aminoácidos ( Gly - Ser -Gly- Ala -Gly-Ala) _n . El alto contenido de glicina (y, en menor medida, de alanina) permite un empaquetamiento compacto de las láminas, lo que contribuye a la rigidez y resistencia a la tracción de la seda. Esta combinación de rigidez y tenacidad la convierte en un material con aplicaciones en diversos campos, como la biomedicina y la fabricación textil .

Se sabe que la fibroína se organiza en tres estructuras, llamadas seda I, II y III. La seda I es la forma natural de la fibroína, emitida por las glándulas de seda de Bombyx mori . La seda II se refiere a la disposición de las moléculas de fibroína en la seda hilada, que tiene mayor resistencia y se usa frecuentemente en diversas aplicaciones comerciales. La seda III es una estructura de fibroína recientemente descubierta. ^{[ 5 ]} La seda III se forma principalmente en soluciones de fibroína en una interfaz (es decir, interfaz aire-agua, interfaz agua-aceite, etc.).

En la lámina β de la fibroína, existen residuos específicos que se conservan en el dominio N-terminal para evitar la formación prematura de la lámina a pH neutro. Glu98 y Asp100 son ácidos, lo que significa que tienen cargas negativas a pH neutro. Dado que tienen la misma carga, estos residuos generan repulsión electrostática, lo que puede provocar que las cadenas laterales se repelan entre sí. Sin embargo, a pH bajo, estos residuos se protonan y pierden su carga. Cuando no existe repulsión electrostática, los enlaces de hidrógeno y las interacciones hidrofóbicas se convierten en la principal fuerza impulsora de la formación de la lámina β. Por lo tanto, a pH neutro, Glu98 y Asp100 se desprotonan, y se produce la repulsión electrostática. Esta repulsión reduce la estabilidad estructural o incluso puede impedir la formación prematura de la lámina β. Este es solo un ejemplo de esta interacción. Esta repulsión también se produce entre otros aminoácidos que componen la lámina β. Al prevenir la formación prematura, las repulsiones electrostáticas ayudan a asegurar que la lámina β se forme correctamente, lo que permitirá que la fibroína funcione adecuadamente. La regulación de la formación de la lámina β es especialmente importante para la integridad de la seda, ya que la fibroína es una de las principales proteínas estructurales de la seda. ^{[ 6 ]}

Aunque la fibroína de seda se ha utilizado durante milenios en la industria textil, en los últimos 20 años se ha popularizado enormemente en la ciencia de los materiales. Esta popularidad se debe al descubrimiento de que la fibroína de seda (en particular la de Bombyx mori) puede redisolverse en soluciones de sales caotrópicas como el cloruro de calcio o el bromuro de litio. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Este proceso produce una solución acuosa similar a la que se encuentra en la glándula del gusano de seda, la cual puede utilizarse para crear diversos tipos de materiales. Estos materiales incluyen películas, esponjas, hidrogeles, andamios, membranas y papel de fibra de seda , un material laminar similar al papel producido mediante métodos de fabricación de papel.

El análisis microscópico caracteriza los filamentos de fibroína de seda por una sección transversal de prisma triangular, que mejora el brillo óptico mediante refracción, y una superficie longitudinal lisa, que minimiza el coeficiente de fricción en comparación con otras fibras naturales. ^{[ 9 ]}

Muchas especies de bacterias Amycolatopsis y Saccharotrix son capaces de degradar tanto la fibroína de seda como el ácido poliláctico . ^{[ 10 ]}