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El descubrimiento revela cómo las plantas producen celulosa para fortalecer y crecer


Una nueva investigación de la Facultad de Medicina de la Universidad de Virginia revela cómo las plantas crean las estructuras de carga que les permiten crecer, de forma muy similar a cómo los equipos de construcción enmarcan una casa.


por la Universidad de Virginia


Financiado por el Departamento de Energía de EE. UU., El nuevo descubrimiento revela la maquinaria molecular que las plantas utilizan para tejer cadenas de celulosa en estructuras tipo cable llamadas «microfibrillas». Estas microfibrillas proporcionan un apoyo crucial a las paredes celulares de las plantas terrestres y les permiten acumular presión dentro de sus células. Esta presión permite que las plantas crezcan hacia el cielo.

«La celulosa es el polímero producido en forma natural más abundante, y su componente básico, la glucosa, es un producto directo de la fotosíntesis que captura dióxido de carbono de la atmósfera», dijo el investigador Jochen Zimmer, DPhil, del Departamento de Fisiología Molecular y Física Biológica de la UVA. «Comprender, a nivel molecular, cómo se produce la celulosa nos permite adaptar su biosíntesis para alterar las propiedades físicas de la celulosa, optimizar el secuestro de carbono o extraer la energía almacenada para alimentar procesos artificiales».

Construyendo celulosa

La celulosa es un material duro y ha acompañado y moldeado la evolución humana desde su comienzo. Se utiliza para fabricar materiales de construcción, ropa, papel, aditivos alimentarios e incluso herramientas médicas. El polímero no se disuelve en agua, y los microbios tienen dificultades para descomponerlo. Estos son solo algunos ejemplos de las propiedades únicas del material de celulosa.

Zimmer y sus colegas han arrojado luz sobre cómo las plantas crean este material esencial. Los científicos han sabido que la celulosa está hecha de moléculas de glucosa, un azúcar simple, encadenadas, pero la nueva investigación describe la maquinaria molecular que las plantas usan para hacer esto. En esencia, los científicos han creado un plano de las fábricas que las plantas usan para producir celulosa y transportarla a sus superficies celulares. Estas fábricas se conocen como complejos de celulosa sintasa y se ubican dentro de la membrana celular para permitir el tráfico a través del límite celular.

Los investigadores descubrieron que las fábricas producen tres cadenas de celulosa con partes ubicadas dentro de la célula. También transportan los polímeros a la superficie celular a través de canales que atraviesan el límite celular. Estos canales liberan las cadenas de celulosa hacia un único punto de salida para alinearlas en «protofibrillas» fibrilares delgadas. Las protofibrillas emergen, como la pasta de dientes de un tubo, como un hilo. Luego se ensamblan con muchos otros en microfibrillas para realizar sus funciones esenciales en la pared celular.

Las proto y microfibrillas de celulosa tienen un grosor de unos pocos nanómetros: un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro. Pero su fuerza está en sus números. Las plantas producen microfibrillas después de microfibrillas para sostener sus células. Cuando se ensambla, la estructura resultante es muy fuerte. Puede pensar en cómo se pueden empacar pedazos de paja seca para hacer un techo de paja duradero e impermeable.

Las fábricas de celulosa son muy, muy pequeñas para ser vistas por un microscopio óptico convencional. Para mapearlos, Zimmer y sus colegas aprovecharon el poder del microscopio electrónico Titan Krios de UVA. Esta es una máquina tan sensible que está enterrada bajo tierra, encerrada en toneladas de concreto, para evitar incluso las más mínimas vibraciones. Permite a los científicos revelar un mundo molecular fascinante previamente oculto a la vista humana.

En este caso, ha permitido al equipo de investigación proporcionar la primera visión de la producción y el ensamblaje del biopolímero más abundante del mundo.

«Ya nos enfrentamos a condiciones ambientales que cambian rápidamente y afectan la agricultura y la seguridad alimentaria en todo el mundo. En el futuro, comprender cómo operan las plantas a nivel molecular será cada vez más importante para la salud de la población», dijo Zimmer. «Ahora es más importante que nunca invertir en ciencias de las plantas».

Los investigadores han publicado sus hallazgos en la revista Science .


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