Кіріспе

Жұқа талшықтар (лат. fibra) – тірі организмдердің дерлік барлығында кездесетін құрылымдық биологиялық материалдар. Фибрилдерді талшықтармен немесе жіпшелермен шатастырмау керек, олардың диаметрі 10–100 нанометр аралығында болады (ал талшықтар микро-миллиметрлік масштабтағы құрылымдар, ал жіпшелердің диаметрі шамамен 10–50 нанометрге тең). Фибрилдер көбінесе жеке кездеспейді, олар биологиялық жүйелерде кең таралған үлкен иерархиялық құрылымдардың бір бөлігі болып табылады. Биологиялық жүйелерде фибрилдердің көп кездесуіне байланысты, оларды зерттеу микробиология, биомеханика және материалтану салаларында маңызды рөл атқарады.

Табиғи процестер

Табиғатта химиялық құрамы ұқсас, бірақ кристалдық құрылымымен ерекшеленетін 30-дан астам коллагендер бар. I және II типтегі коллагендер ең көп кездесетін түрлері. Олар in vitro жағдайында бастапқыда фибрилдерді құрайды, ал фибронектин, фибронектинмен байланысу, коллагенмен байланысатын интегралдар және V коллаген I коллагенін, ал XI коллаген II коллагенін қалыптастыру үшін қажет. Сондықтан, ақуыздың өзін-өзі жинақтау процесінде жасушалық механизмдер маңызды рөл атқарады.

Коллаген

Коллаген – көптеген жануарлардың ұйқастырылған тіндеріндегі жасушалардың сыртындағы негізгі құрылымдық белок. Ұйқастырылған тіндердің басты құрауы ретінде, ол сүтқоректілердегі ақуыздардың арасында ең көп мөлшерде болады, денедегі барлық ақуыздың 25%-дан 35%-ын құрайды. Коллагендегі талшықтар иілімді құрылымда жиналған. Коллагеннің, мысалы, сіңірдің керілу-деформация қисығын бірнеше аймаққа бөлуге болады. Шағын деформация аймағы, "бас аймағы", жарық микроскопында көрінетін коллаген талшықтарындағы макроскопиялық иілімнің жойылуына сәйкес келеді. Үлкен деформацияларда, "өкше" және "сызықтық" аймақтарда, ешқандай қосымша құрылымдық өзгерістер байқалмайды. Тропоколлаген – молекулалық құрауыш талшық, ол бір-біріне оралған үш сол спиральды полипептидтік тізбектерден (қызыл, жасыл, көк) тұрады, олар оң спиральды үштік спираль құрайды.

Актин және миозин

Бұлшық еттер миозиннің актин талшықтарымен байланысып, жылға қарай қозғалуы арқылы жирылады және созылады. Актин екі полипептидтен тұрады және спираль тәрізді құрылымға ие, ал миозин кішкентай, жүрек пішіндес көлденең көпір құрылысын қалыптастырады. Көлденең көпірлердің актин талшықтарына байланысып, ажыралу процестері осы коллагендердің бір-біріне қатысты қозғалысын, демек, бүкіл бұлшық еттің қозғалысын қамтамасыз етеді.

Эластин және кератин

Эластин – тері, қан тамырлары және өкпе тіндері сияқты әртүрлі жұмсақ тіндерде кездесетін талшықты ақуыз. Әрбір мономер бір-бірімен байланысып, 3D желі құрайды, деформацияға дейін 200%-дан астам созылуға төтеп бере алады. Кератин – шаш, тырнақ, егіздер, мүйіздер, қауырсында негізгі құрылымдық белок. Кератин негізінен полипептидтік тізбектерден тұрады, олар күкірт байланыстарымен α спиральдарға немесе сутекті байланыстармен β-жапырақшаларға жиналады. α конформациясынан берік болатын β кератин, құстар мен бауырымен жорғалаушыларда көбірек кездеседі.

Резилин және жәндік жібі

Резилин – эластомерлі жәндік ақуызы, α спиральдары мен β табақшаларынан тұрады. Табиғаттағы ең төзімді ақуыздардың бірі. Оның қаттылығы шамамен 0.6 МПа, ал энергияны қалпына келтіру көрсеткіші шамамен 98% құрайды, бұл ұшатын жәндіктерге қанат қағуға немесе масаларға секіруге тиімді көмектеседі. Өрмек жібі фибриллісі қатаң кристалдасқан β табақшаларынан тұрады, олар беріктікке жауапты, ал аморфты матрица оны қоршап тұрып, серпімділік пен созылу қабілетін арттырады. Ол басқа табиғи фибрилдерге қарағанда ерекше жоғары созылу беріктігі мен иілгіштігіне ие, сәйкесінше тығыздығы төмен. Оның ерекшеліктері әртүрлі өрмектерде әртүрлі мақсаттарға байланысты өзгереді.

Толысқан сүйек матрицасы

Жетілген сүйек матрицасын имитациялау үшін, берілген минералдық матрицаны реттеуге өздігінен жиналатын фибрилдерді қолдануға болады. Бұл, гидрофобты алкил тізбегі және гидрофильді олигопептид басы бар өздігінен жиналатын молекула арқылы жүзеге асырылады. Бұл молекулалар ішінде мицеллярлық құрылымдарды жасайды және төмен pH деңгейінде дисульфидтік байланыстар пайда болады, нәтижесінде 200 кДа полимерлік нанофибрилдер қалыптасып, кристалданады. Минералдық матрица ақырында синтетикалық фибрилмен фосфосерин қалдығы арқылы өзара әрекеттеседі, бұл минералдың түйірленуіне және өсуіне әкеледі.