Un pegamento inteligente

El sábado pasado hablamos de como se ensamblan las proteínas de la tela de las arañas, pero hay algo que es mucho más interesante y de gran importancia en la ciencia de los materiales: las gotas de pegamento viscoso que recubren estas fibras. La industria de los pegamentos y adhesivos es una de las que más ha avanzado en los últimos años; claro que muchos nunca se pondrán a pensar todo el tiempo y dinero invertidos en la investigación y desarrollo de sustancias tan comunes como la cinta adhesiva, el Triz® o el pegatodo —la copia barata del UHU. Sin embargo, estas sustancias sólo tienen una función: pegar una cosa a otra. Aún así, encontramos sustancias adhesivas por todos lados: en las pinturas de las paredes, autos, lienzos; en las lacas para puertas, marcos de ventanas, roperos; en los anticorrosivos de joyas de oro, plata, placas de bronce, hasta en los tintes para pelo; es por esta razón que tienen tanta importancia en la industria.

La naturaleza siempre ha sido una fuente de inspiración para el desarrollo de nuevos productos. Por ejemplo, los mejillones secretan una sustancia en forma de hilos del biso que les permiten adherirse fuertemente a las rocas y soportar la inclemencia de las olas. Esta sustancia es tan adhesiva que además les permite pegarse a los barcos, a otras conchas y hasta a las plumas de ciertas aves y la piel de ciertos peces y ballenas. Estas sustancias, además, deben tener un cierto grado de elasticidad para no desprenderse ante el embate de las olas y determinadas moléculas que le permitan mantener el agarre en entornos donde la mayoría de los adhesivos pierden su función, como en el agua.

Es así que Sahni et al. estudiaron las gotas adhesivas que recubrían la tela de las arañas la cual tiene la propiedad de ser extremadamente pegajosa y elástica a la vez. Las gotitas están compuestas principalmente de glicoproteínas y moléculas de sal que regulan la cantidad de agua. El rol de cada uno de los componentes que la conforman no se han podido estudiar a profundidad debido a que cuando son separadas, pierden completamente su función. Así que los investigadores inmovilizaron las gotitas en una lámina de vidrio (Fig. a) y usando una puntita cónica de vidrio de 10um de diámetro (sonda) la pegaron en la gotita (Fig. b) y empezaron a jalar perpendicularmente a diferentes a diferentes velocidades (Fig. c) y midieron la extensión que la gotita se estiraba hasta el momento de romperse y la fuerza requerida para hacerlo.

Lo que encontraron fue que la respuesta fuerza-distancia depende de la velocidad en que la sonda era jalada (Fig. d). Si la sonda era jalada muy rápido, la gotita se volvía más viscosa (se necesitaba más fuerza para romperla y tenía menos elasticidad) y cuando la sonda era jalada a una velocidad lenta, la gotita se volvía menos viscosa (era más elástica pero se necesitaba menos fuerza para romperla). Este comportamiento tiene una relación directa con las dos funciones que cumple la gotita: la captura y la retención de la presa. Cuando una presa viene a gran velocidad, la gotita debe ser lo suficientemente viscosa como para no romperse ante el choque del insecto (mayor fuerza). Una vez la presa ha sido capturada por la red intentará escapar con movimientos más lentos, la gotita se podrá estirar para evitar que la tela se deforme y se destruya. El insecto se cansará de luchar y sucumbirá ante su depredador. Por esta razón, las gotas adhesivas secretadas por las arañas constituyen una pegamento ‘inteligente’.

Y ¿cuál es la base molecular de esto? En el caso de las sustancias adhesivas de los mejillones, la clave está en las repeticiones de un par de aminoácidos: Lisina y 3,4-dihidroxi-L-fenilalanina (L-DOPA). Proteínas que tengan repeticiones Lys-DOPA en su estructura tendrán la característica de ser adhesivas a través de enlaces covalentes y no covalentes con la superficie. Es así que los iones metálicos del agua de mar se infiltran en la estructura de esta proteína e interaccionan con las repeticiones Lys-DOPA. Estos iones darán especificidad a las sustancias adhesivas. Sin embargo, no se conocer a profundidad las bases moleculares de las gotitas de las arañas. Se han reportado que a parte de las glicoproteínas poseen neurotransmisores y pequeños péptidos. Posiblemente sean los azúcares encontrados en las glicoproteínas quienes les den sus caracteríscas adhesivas y especificidades. Por ejemplo: la N-acetil-D-glucosamida es importante para la adhesión de ciertas bacterias como Caulobacter crescentus.

Referencia:

Vasav Sahni,, Todd A. Blackledge,, & Ali Dhinojwala (2010). Viscoelastic solids explain spider web stickiness Nature Communications, 1 : 10.1038/ncomms1019