거미줄이 강한 힘을 내는 이유가 뭔가요?

Question

거미줄의 경우 그 무게에 비해서 몇십배나 되는 벌레들을 잡아둘 수 있잖아요.

근데 이 거미줄이 강한 힘을 내는 이유가 뭔가요? 어떤 구조로 돼 있죠?

Answer 1

거미줄의 장점은 매우 튼튼한데도 잘 늘어나며 내구성이 강합니다. 게다가 가늘고 가벼워서 다양한 분야에 활용할 수 있는 친환경적인 천연 소재이기도 하지요. 철에 비해 5배의 강도를 지니고 있으며, 초경량의 뛰어난 신축성은 어떤 신소재도 따라오기 힘들 정도라고 합니다.

거미줄로 만든 로프로 거대한 거미줄을 만들 경우 비행 중인 제트여객기를 멈출 수 있다는 연구결과도 있습니다. 최근에는 다양한 기업들이 거미줄에 사용되는 단백질 성분을 이용해 운동화, 파카 등을 시판하기도 했습니다. 이런 제품은 다른 합성섬유보다 가볍고 튼튼하면서도 버리면 토양에서 완전히 분해되기 때문에 친환경 소재로 각광받는 것입니다.

도대체 단백질을 어떻게 결합하기에 거미줄은 그토록 강한 것일까요? 다량의 단백질로 구성된 거미줄은 섬유 같은 생분해성 물질입니다. 거미가 아미노산을 단백질로 만들고, 단백질을 다시 교질 입자인 '미셸(Micelle, 작은 분자의 응집에 의해 형성된 교질입자)'로 만들고, 미셸을 집합물질로, 집합물질을 섬유질과 거미줄로 만든다고 합니다.

Answer 2

안녕하세요. 방민기 과학전문가입니다.

거미줄은 방탄복의 소재인 케블라 섬유에 비견될 만큼 뛰어난 강도와 탄성을 자랑한다. 핵심 비결은 거미줄을 구성하는 단백질의 ‘베타시트(β-Sheet)’ 구조다. 최근 일본 이화학연구소(RIKEN) 연구팀이 베타시트 구조가 형성되는 과정을 처음으로 밝혔다.

널 알리아 옥타비아니 이화학연구소 지속가능한자원과학센터(CSRS) 연구원팀은 ‘황금 원형그물 거미(Nephila clavipes)’를 이용해 거미줄을 생산할 수 있는 유전자 변형 박테리아를 만든 뒤, 이것으로 단백질을 만들면서 베타시트 구조가 어떻게 형성되는지 분석했다.

그 결과, 말단 부분이 불규칙적인 코일 형태와 폴리프롤린Ⅱ형 나선 등 두 가지 패턴으로 만들어진다는 사실을 알아냈다. 특히 나선형 말단은 용액 형태의 단백질을 신속하게 굳히고 거미줄의 인장력을 높이는 데 중요한 역할을 했다.