La Composition de la Soie d’Araignée (Le fil de traîne)

Le fil de soie d’araignée est presque entièrement constitué de protéine (cf. Reaction du Biuret). Une protéine est une chaîne (dite polypeptidique) d’acides aminés (que nous noterons a.a par la suite).
Un a.a est constitué d’une partie acide ( R-COOH ) et d’une partie amine ( -NH ). Différents a.a s’associent formant des liaisons peptidiques, il s’agit d’une réaction entre une partie acide d’un a.a et une partie amine d’un autre a.a, où une molécule d’eau est éliminée. En conséquent, la disposition spatiale des atomes va être dérangée, et, selon les atomes présents, différents rapprochements vont se mettre en place. C’est ainsi qu’apparaissent les structures :

• En hélices, appelés hélices alpha, formées par l’enroulement régulier d’une chaîne polypeptidique sur elle même

Hélice Alpha :

(Les pointillés violets représentant des liaisons hydrogène),

• En feuillets, appelés feuillets bêta, qui se matérialisent sous forme d’un pli successif avec différentes ondulations de la chaîne polypeptidique tel un accordéon.

Feuillet Bêta :

• Sans organisation particulière :  Pelote Statistique.

les différentes organisation, à l’échelle atomique, des hélices, feuillets et pelotes vont influer les propriétés de la protéine (de la soie).

Avant d’aborder ce qui va suivre il est nécessaire de faire une mise au point sur ce que l’on appelle La spidroïne. Propre à l’araignée, c’est une protéine que l’on classe dans le groupe des scléroprotéines* (dites : protéines fibreuses). Cette protéine fait partie de la famille des grandes protéines structurales, particulièrement longues et répétitives. On distingue deux types de spidroine : la spidroïne 1 et la spidroïne 2 qui diffèrent par leur nombres d’acides aminés proline et tyrosine. Les chercheurs tentent aujourd’hui de synthétiser la spidroïne 2 (après que la spidroïne 1 ait été synthétisée en 1999). Beaucoup utilisent néanmoins le terme, plus général, de fibroïne qui, dans le cas de la Dragline (fil de traîne) est composée de Spidroïne 1 et de Spidroïne 2.

Les deux protéines constituant la soie d’araignée sont : une protéine fibroïne  (63.1 %) et la séricine (22.6 %), les autres composants de la soie sont (par quantité décroissante) : l’eau, les matières minérales, les matières cireuses et colorantes et de la matière grasse.
La fibroïne est la partie centrale du brin qui donne à la soie ses propriétés remarquables tandis que la séricine recouvre cette partie centrale et va donner à la soie sa coloration.

Sur cette image est représentée un fibrille ( un fil de soie d’araignée se compose d’une multitude de fibrille ).

La séricine n’étant pas à l’origine des qualités textiles, mécaniques ou chimiques de la soie, sera laissée de côté pour la suite de l’étude. Nous nous focaliserons sur la fibroïne.
La protéine fibroïne est un polymère, qui contient la kératine une protéine de structure (présente dans les poils, plumes, cornes, ongles, becs de nombreux animaux). Les deux principaux a.a présents dans la fibroïne sont la glycine (plus ou moins 42%) et l’alanine (environ 25%). Ces deux a.a sont de petites tailles (c’est à dire qu’il n’y a pas de groupement carboné sur les cotés), ce qui facilite le compactage et la cristallisation.

molécule de glycine :

molécule d’alanine :

Des glandes séricigènes sort une solution aqueuse très concentrée de fibroïnes dépliées et désordonnées (liquide cristallin) qui passe dans des tubes très fins où toute une série de processus opèrent pour obtenir la soie : les protéines s’allongent, s’alignent, des liaisons hydrogènes se forment et le pH chute provoquant une cristallisation partielle. Selon les a.a mis en jeu, différentes structures apparaissent :

• les régions où plusieurs séquences de 5 a.a glycine se succèdent vont prendre une forme en hélice : c’est une organisation plutôt aléatoire, on parle de régions amorphes.
• les régions riches en alanine se lient via des liaisons hydrogènes et vont prendre un forme en feuillets : c’est une structure très organisée, on parle de structure cristalline.
• Des régions semi-cristallines

Il y a donc, au sein d’un fil de soie d’araignée, une cohabitation entre des régions cristallines et des régions amorphes, de laquelle découlent issus les propriétés d’élasticité et de résistance caractérisant les fils.

Le schéma représente :

• En jaune les feuillets β riches en alanine qui se lient via des liaisons hydrogènes. Des cristaux de 2 à 5 nanomètres de côté (fibroïne de 6 à 10 acides aminés à blocs hydrophobes) : c’est la composante cristalline qui représente 10 à 25% de la composition de la soie d’araignée, responsable de la solidité de la fibre.
• En noir les hélices alpha surtout constituées de glycine : c’est la composante amorphe, molle (fibroïne à blocs hydrophiles) qui représente 75 à 90 % de la composition de la soie d’araignée responsable de l’élasticité de la soie (sa taille peut s’accroître de 35% jusqu’à  200%).

Les régions semi-cristallines, en très faible quantité, lient les feuillets plats aux régions amorphes.

Cette description protéïque correspond au fil de traîne, le fameux DragLine, qui comprends les propriétés de résistances les plus surprenantes.

Cependant Les chaînes polypeptidiques varient étonnamment d’une soie à l’autre (au sein de la même espèce) C’est ce que nous verrons dans autre partie.