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El estudio encontró lo que hace que las paredes celulares de las plantas sean fuertes y elásticas

Imagen representativa

Washington [US], 15 de mayo (ANI): La capacidad única de la pared celular de una planta para expandirse sin debilitarse o romperse, una cualidad requerida para el crecimiento de las plantas, se debe al movimiento del esqueleto de la celulosa, según una nueva investigación de investigadores en Pensilvania que modelaron la pared celular.

El nuevo modelo, iniciado por investigadores de Pensilvania, revela que las cadenas de celulosa están agrupadas dentro de la pared celular, proporcionando fuerza y ​​deslizándose unas contra otras cuando la célula se estira, proporcionando extensibilidad.

El nuevo estudio, que aparece en la revista Science, presenta un nuevo concepto de pared celular vegetal, da una idea del crecimiento de las células vegetales y puede proporcionar inspiración para diseñar materiales poliméricos con nuevas propiedades.

“Durante mucho tiempo, el concepto dominante de una pared celular vegetal fue un gel reforzado con fibras de celulosa, con varillas sólidas de celulosa que actúan como refuerzo de acero en el cemento”, dijo Daniel Cosgrove, profesor de biología en Pensilvania. Y autor principal del artículo.

“Sin embargo, determinamos que las cadenas de celulosa se adhieren entre sí para formar una red de haces de celulosa, lo que proporciona una resistencia mecánica mucho mayor que las varillas separadas que flotan en el gel. Son las cadenas de celulosa, en lugar de otros componentes, las que definen la celda cuando la pared se expande, se desliza de lado a lado como una escalera de extensión cuando la mazmorra se expande ”, dijo Daniel.

Los enfoques anteriores para modelar las paredes celulares de las plantas se centraron en una escala muy grande para no incluir el comportamiento de los componentes celulares individuales o en una escala muy pequeña, a nivel atómico, para incorporar la verdadera mecánica de la pared.

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En este estudio, los investigadores utilizaron un modelo informático de grano grueso al nivel de los polímeros que forman la pared celular: cadenas de celulosa y otras moléculas de azúcar unidas entre sí en cadenas largas.

En lugar de modelar átomos individuales, los investigadores modelaron microfibras de celulosa y otros componentes con cadenas de cuentas que se comportaban como resortes adhesivos, con el fin de replicar las propiedades físicas de estos componentes.

“A diferencia de muchos otros modelos, también tomamos en cuenta la tendencia de las partículas a pegarse modelando el enlace no covalente entre ellas”, dijo Cosgrove. “Esto nos permitió investigar las consecuencias de las interacciones entre las cadenas”.

Específicamente, el equipo modeló las capas de la pared celular de la cebolla para poder comparar sus valores típicos de propiedades mecánicas con los experimentos que realizaron utilizando cáscaras de cebolla reales. Al colocar las paredes de las células de la cebolla de varias maneras y utilizando conocimientos moleculares del modelo, exploraron las estructuras responsables de las propiedades mecánicas únicas de la pared celular.

“Las paredes de las células vegetales son únicas porque tienen que ser muy fuertes para ayudar a proteger y sostener la planta y son muy extensibles porque tienen que expandirse cuando la planta crece”, dijo Yao Zhang, investigador postdoctoral en biología en Penn State y primero autor del artículo. . “Descubrimos que las fibras de celulosa microscópicas mantienen la mayor presión y son clave para la pared celular para mantener su fuerza y ​​capacidad de expansión”.

Los investigadores determinaron que las fibras de celulosa individuales se alinean y se pegan, formando una red de haces. Las microfibras se enderezan en un haz y pueden deslizarse unas junto a otras, en una especie de movimiento telescópico, cuando la celda se estira, transmitiendo fuerzas entre ellas haciendo que la celda se expanda.

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“Durante mucho tiempo, los investigadores han medido las propiedades mecánicas, como el estrés y la deformación, de las paredes celulares de las plantas y cómo estas propiedades cambian en condiciones de sequía y otras condiciones”, dijo Cosgrove.

“Pero hasta ahora, carecíamos de una descripción molecular de lo que estaba sucediendo a nivel molecular para comprender estas mediciones. En este estudio, aclaramos las funciones de los diferentes componentes en la pared celular vegetal y proporcionamos un marco cuantitativo para interpretar los experimentos utilizados en la investigación de plantas “, dijo Cosgrove.

Los conocimientos de este estudio pueden ser particularmente útiles en trabajos futuros que analicen cómo las plantas regulan sus propiedades de pared celular, lo que afecta la velocidad y la dirección de su crecimiento. Por ejemplo, los tallos jóvenes se expanden rápidamente en primavera, mientras que muchos frutos crecen en forma esférica.

Los investigadores esperan expandir su modelo para simular las paredes celulares de otras especies de plantas y extenderlas a una célula completa.

“Nuestra tecnología actualmente no puede igualar la capacidad de la planta para crear materiales tan fuertes y expandibles”, dijo Yao. “El diseño de la pared celular vegetal puede proporcionar inspiración para el diseño ecológico con una variedad de aplicaciones”. (Y yo)