21 de Febrero de 2012.
Junto con la fotosíntesis, la pared celular vegetal es una de las características que más figuran en plantas aparte de los animales. Una molécula estructural llamada celulosa es necesario para la fabricación de estas paredes. La celulosa se sintetiza en un estado semi-cristalino que es esencial para su función en la función de la pared celular, pero los mecanismos que controlan su cristalinidad son poco conocidos. Una nueva investigación de un equipo que incluye a actuales y antiguos de los científicos de Carnegie David Ehrhardt (Carnegie), Ryan Gutiérrez (Carnegie), Chris Somerville (UC Berkeley), Seth Debolt (U. de Kentucky), Darío Bonetta (U. de Ontario) y José Estévez (U . de Buenos Aires) muestra información clave acerca de este proceso, así como un medio para reducir la cristalinidad de la celulosa, que es un principal obstáculo en el desarrollo de los biocombustibles.
La pared celular de una planta sirve para varias funciones esenciales, tales como soporte mecánico: permite a la planta soportar los embates del viento y el clima, y permitir que crezca a gran altura - a cientos de metros de árboles como la secuoya gigante - y proporciona una barrera esencial contra los patógenos invasores. La pared celular es también la fuente de materiales que han sido utilizados durante mucho tiempo por los seres humanos, incluyendo madera y algodón, además de servir como una fuente potencial de energía para biocombustible.
La celulosa es el componente principal de la pared celular y, como tal es el biopolímero más abundante en el planeta. También es la molécula clave que proporciona a la pared celular una de sus propiedades mecánicas esenciales.
Para abordar la cuestión de su fabricación en las células vegetales, el equipo de investigación, se centró en diferentes aspectos de la síntesis de complejos de celulosa.
Se desarrollado un método para la observación de este complejo por el marcado con un marcador fluorescente derivado de las medusas y las imágenes de la proteína de la etiqueta mediante una técnica llamada microscopia confocal de disco giratorio. Esta técnica permite que los complejos individuales de biosíntesis sean vistos y estudiados en las células vivas, produciendo un nivel inusualmente alto de la resolución.
Darío Bonetta de la Universidad de Ontario Institute of Technology, Debolt, Somerville y Ehrhardt, todos participaron en el cribado de un gran número de pequeñas moléculas para determinar cuáles interfieren con la construcción de la pared celular. Aquellos que interfieren fueron examinados a nivel celular-con el marcador fluorescente- con el fin de ver cómo afectan a los complejos de síntesis de celulosa.
Una vez que los candidatos interesantes fueron identificados, la búsqueda se llevó a cabo en busca de plantas mutantes que mostraron respuestas reducidas a estas moléculas. Se suponía que, debido a que estas plantas eran o no afectadas o afectadas de manera diferente por estas moléculas, entonces tendrían paredes celulares vegetales que están comprometidas o de alguna manera inusual.
El uso de este proceso de eliminación, dos mutaciones, llamadas CESA1 y CESA3, fueron encontrados en los genes que codifican ciertas proteínas de celulosa sintasa y de estos genes mutados fueron estudiados. Ambas mutaciones se prevé que se encuentra en la parte de estas proteínas que atraviesan la membrana de la célula de la planta, que se forma justo dentro de la pared celular.
Otros miembros del equipo analizaron la celulosa fabricada por las células vegetales que tenían estas mutaciones y se encontró defectos en la estructura de la celulosa que estas proteínas alteradas produjeron.
Normalmente, las cadenas de azúcar individuales que componen un enlace de la celulosa entre sí para hacer una fibra semicristalina. Esta estructura cristalina proporciona a la celulosa sus propiedades esenciales mecánicas como la rigidez y la resistencia a la tracción. Esta estructura es también la responsable de la resistencia a la digestión de la celulosa, que proporciona una barrera clave para la utilización de la celulosa como una fuente para producir combustible líquido.
El mutante CESAs, 1 y 3, producen celulosa con una menor cristalinidad. Esta celulosa también se digiere más fácilmente, un proceso que se necesita para liberar azúcares de la celulosa por lo que se puede convertir en combustibles útiles.
"El equipo hizo una conexión entre la estructura de las proteínas que producen celulosa, y la estructura de su producto", dijo Ehrhardt. "Este es un primer paso en la comprensión de cómo esta importante propiedad de la celulosa puede ser regulada, la apertura de posibilidades para el desarrollo de biomateriales útiles y de cultivos para biocombustibles celulósicos".
Fuente: Instituto para la Ciencia Carnegie.
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