acide aminé Bombyx mori Nephila clavipes
Glycine 44,1% 37,1%
Alanine 29,7% 21,2%
Serine 12,4% 4,5%
Tyr Phe 7,5% 10,2%
Leu Ile Val Asx Glx 3,6% 11,7%
Proline � 4,5%
His Cys Lys � 1,0%
Autre 2,1% 7,8%
Des fils de la glande flagelliforme ont également été observés, ils ont une composition de 811 acides ami- nés répartis en 27 sections complètes de 30 acides aminés et une section réduite, avec comme motif répétitif (GPGGX) où X peut être une alanine, une sérine, une tyrosine, une valine ou une thréonine [Haya 98]. En chan- geant de famille, on obtient le même résultat avec un motif répétitif basé sur la séquence ((GGX)m,(GPGGX)n
chez les Nephilengys cruentata [Bitt 07].
Il existe également un séquençage complet de Latrodectus hesperus. La MaSp1 est constituée de 94 sections avec deux segments, un de type (GX)m(GGY)noù X et Y peuvent être une alanine, une tyrosine, une thréonine
ou une arginine et l’autre de type poly(alanine). La MaSp2 est constituée de 131 sections de deux segments, l’un structuré autour du motif (GPGX) où X peut être une glycine, une sérine, une tyrosine, une thréonine ou une arginine, entouré de séquences de type, (GGA), (GGQQ), (AG) et (GY), et l’autre d’une séquence poly(alanine)
[Ayou 07].
En conclusion on peut dire que la MaSp1 est caractérisée par une séquence [(GGX)m, (A)n], et la MaSp2 est
caractérisée par une séquence [(GPGX)m, (A)n], où X peut être Ala, Gly, Ser, Tyr, Thr, Arg.
Nanostructure : structure secondaire
La nanostructure de la MaSp a principalement été étudiée chez les Nephila notamment l’espèce clavipes. Les nanostructures de cette protéine sont étudiées à l’échelle de l’acide aminé, elles sont donc similaires pour tous les types d’araignées, c’est par contre leur proportion qui peut varier en fonction de la composition des spidroïnes propres à chaque espèce. Nous n’aborderons pas l’étude des autres types de soies car leurs propriétés et composition s’éloignent fortement du cas de la soie de Bombyx mori.
Les segments précédemment décrits présentent une microstructure propre. Les études ont utilisé principa- lement la diffraction aux rayons X (WAXS et SAXS) ainsi que la NMR pour résoudre la nanostructure. Ainsi, les segments de type poly(alanine) sont caractérisés par une structure en feuillets-β anti-parallèles avec un arrangement syndiotactique, voir le tableau 1.8[Simm 94]. Les segments de type (Gly-X)i ou (Gly-Gly-Y)j et
(Gly-Pro-Gly-Gly-Z)k sont quant à eux disposés respectivement en hélices-310 et en spirale de tours-β de type
II [Kumm 96] [Haya 99] [Beek 02]. Les segments de type (Gly-X)i et (Gly-Gly-Y)j semblent pouvoir prendre
une conformation en feuillets-β. Les segments plus spécifiques de type (Gly-Ala)n sont également disposés en
feuillets-β comme chez le Bombyx mori [Park 97].
Distances Nephila clavipes Nephila clavipes Nephila clavipes Lactrodectus hesperus
[Park 97] selon Becker 1994* [Riek 99b] [Tran 06]
a (distance interchaines) 0,936nm 0,944nm 0,970nm 0,940nm
b (distance interplans) 0,108nm 0,106nm 0,109nm 0,108nm
c (axe de la fibre) 0,695nm 0,695nm 0,697nm 0,700nm
TAB. 1.8 – Dimensions de la maille cristalline orthorhombique de la MaSp, * : voir [Mill 00]
Cette nanostructure reflète une microstructure où cristaux de feuillets-β sont entourés de matière plutôt ordonnée en hélices-310 ou en tours-β, le tout au milieu de matière amorphe. En effet, il est à noter que les
hélices-310, contrairement aux hélices-α, présentent la possibilité de former des liaisons hydrogènes inter-hélices
et donc de renforcer le réseau de liaisons faibles [Kumm 96]. Une conformation de la protéine à été proposée par calculs mathématiques statistiques [Term 04], elle reflète une disposition en série de cristallites à petite échelle et pouvant former des réticulations intramoléculaires ou intermoléculaires à plus grande échelle. Les macromolécules pourraient ainsi former un réseau reliant les cristallites par liaisons covalentes et liaisons faibles
[Gosl 99] [Beck 03]. Au niveau des dimensions, les cristallites ont été calculées aux alentours de (6)x(2)x(5)nm
[Riek 99a] , 10x10nm [Pere 07] et plus précisément à (6,4-7,3)x(2,1-2,4)x(2,7-3,5)nm [Du 06], la plus grande
longueur étant dans l’axe de la fibre. Cette organisation formerait des microfibrilles de 59-160nm de large et de 100-230nm de long, successions de domaines plus orientés sphériques de 70-100nm de diamètre [Mill 00]. Ces valeurs sont dans l’ordre de grandeur d’autres observations évaluant les sphères et donc la largeur des microfibrilles à 40-80nm [Orou 02] [Du 06]. Une proportion de ces nanostructures est rapportée dans le tableau 1.9. Il reste à noter que ces feuillets-β sont très bien alignés par rapport à l’axe de la fibre, voir figure 1.14
[Rous 04] [Du 06].
Comme pour le ver à soie, les conditions physico-chimiques sont importantes quant à l’état de la soie et sa susceptibilité à cristalliser et obtenir sa conformation finale. Ainsi, un contrôle des ions est nécessaire, les ions chlorides ne semblent pas avoir d’impact significatif, par contre, les ions phosphates ont un effet kosmotropique
Nanostructures Nephila clavipes Nephila edulis
Amorphe 12% 11%
Hélices-310 18% 22%
Feuillets-β 37% 36%
Tours-β de type II 31% 33%
TAB. 1.9 – Proportion des nanostructures présentes dans la soie d’araignée Nephila [Lefe 07]
l’acidité mène en effet à une agrégation [Aska 10]. Enfin, le cisaillement lors du filage a également son impor- tance quant à la conformation finale, d’où l’observation de l’influence de la vitesse de filage sur la microstructure et les propriétés mécaniques [Du 06]. Il est intéressant de noter que la microstructure est stabilisée rapidement après la sortie du fil. A une vitesse de filage de 7mm.s−1, la cristallisation est déjà effective à 2,4mm de la filière,
cependant, celle-ci n’est pas finie jusqu’à 4,9mm [Riek 99b] [Riek 00] [Riek 01]. Il y donc une croissance des cristallites hors de la glande, certainement due à une déshydratation ultime. La transition vers une conformation en feuillets-β a été étudiée par FTIR [Chen 02], Circular Dichroism [Dick 04] et NMR [Hron 04], ce qui permet à certains auteurs de proposer une structure de cristal liquide [Voll 01] [Knig 02]. Cisaillement et hydratation sont donc deux facteurs clefs quant à l’organisation et le taux de cristallinité de la matière.
Pour finir, on peut remarquer l’observation d’une peau et d’un coeur pour la fibre de soie d’araignée de Nephila clavipes observé par microscopie électronique [Fris 98].