• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Zrozumieć rolę natury w przyszłości biopaliw

    17.06.2009. 15:11
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    Amerykańsko-holenderska współpraca pozwoliła posunąć naprzód prace nad przetwarzaniem upraw na energię. W ramach projektu badawczego, który opisano w czasopiśmie Nature Cell Biology, pogłębiono wiedzę o celulozie - molekule, z której zbudowana jest ściana komórkowa i która jest kluczem do produkcji wysokoenergetycznych upraw przyszłości.

    Prace prowadzone przez naukowców z Uniwersytetu w Wageningen, Holandia, oraz z Carnegie Institution for Science w USA finansowane były częściowo w ramach działania "Nowe i pojawiające się nauki i technologie" (NEST) Szóstego Programu Ramowego (6PR) Unii Europejskiej.

    Wiedza naukowców na temat celulozy, sposobu w jaki powstaje i procesów za tym stojących, jest raczej skąpa. Jednak potencjalna rola tej włóknistej molekuły w opracowaniu odnawialnych biopaliw roślinnych wydaje się znacząca. Z tego też względu amerykańsko-holenderski zespół zajął się nią w swoich badaniach, aby zbliżyć się choćby o krok do nowych źródeł energii.

    "Celuloza jest najbogatszym źródłem odnawialnych węglowodorów na świecie" - wyjaśnia David Ehrhardt z Wydziału Biologii Roślin Carnegie Institution, współautor artykułu.

    "Aby zrozumieć, w jaki sposób można zmodyfikować celulozę i jak manipulować rozwojem rośliny w celu poprawy upraw pod względem ich przydatności jako źródło energii, najpierw musimy zrozumieć procesy komórkowe, w których celuloza powstaje i tworzy ścianę komórkową" - dodaje.

    Jako punkt wyjścia naukowcy wykorzystali wyniki poprzednich badań (również prowadzonych przez zespół profesora Ehrhardta), w których użyto zaawansowanych technik obrazowania w celu zbadania molekuł celulozy u rzodkiewnika. W trakcie tamtych badań grupa opracowała fluorescencyjną wersję enzymu, z którego składają się włókna celulozy (syntaza celulozy) oraz białek mikrotubuli (kanalików). Wyniki pokazały, że istnieje powiązanie pomiędzy syntezą ściany komórkowej a mikrotubulami (włóknami białkowymi) i że powiązanie to decyduje o kształcie komórki.

    W swoich najnowszych badaniach zespół skoncentrował się na pytaniu, jak pobudzana jest zależność pomiędzy kompleksami syntazy celulozy a mikrotubulami. Naukowcy doszli do wniosku, że sieć białek kryjąca się za celulozą pełni podwójną funkcję: oprócz zapewnienia konstrukcji dla struktury ściany komórkowej, działa także niczym służba ruchu drogowego, kierując odpowiednie molekuły sprzyjające wzrostowi do miejsc, w których są potrzebne. Oznacza to więc, że teraz wiemy już, w jaki sposób enzymy pojawiają się w odpowiednim miejscu w komórce, aby budować celulozę i zapewnić komórkom rośliny prawidłowy kształt.

    Uzyskane wyniki pomogły naukowcom uzupełnić informacje na temat procesów zachodzących podczas ruchu mikrotubuli, który nazwali "ruchomą bieżnią". Są przekonani, że struktury w komórkach zawierające syntazę celulozy i pozostające w mikrotubulach przez dłuższe okresy stresu, są powiązane z tym procesem i że dopiero po tym, kiedy stres mija, syntaza celulozy podawana jest przez organelle do błony komórkowej.

    Źródło: CORDIS

    Więcej informacji:

    Carnegie Institution for Science:
    http://www.ciw.edu/

    Uniwersytet w Wageningen:
    http://www.wageningenuniversiteit.nl/UK/

    Nature Cell Biology:
    http://www.nature.com/ncb

    Nowe i pojawiające się nauki i technologie (NEST) w 6PR:
    http://cordis.europa.eu/nest/

    Źródło danych: Carnegie Institution for Science; Nature Cell Biology
    Referencje dokumentu: Gutierrez, R, et al. (2009) Arabidopsis cortical microtubules position cellulose synthase delivery to the plasma membrane and interact with cellulose synthase trafficking compartments, Nature Cell Biology. DOI: 10.1038/ncb1886.

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Kutynizacja – proces polegający na odkładaniu kutyny wewnątrz ściany komórkowej, między warstewkami celulozy. W jego wyniku powstaje warstwa kutykularna (skutykularyzowana) ściany komórkowej. Proces ma charakter pośredni między adkrustacją i inkrustacją. Podobny proces kutykularyzacji polega na wydzielaniu kutyny poza ścianę komórkową komórek zewnętrznych rośliny – prowadzi do wytworzenia warstwy ograniczającej parowanie rośliny – kutykuli. Włókna wiskozowe – rodzaj włókna powstającego w wyniku chemicznej obróbki celulozy. Celulozę do produkcji włókien wiskozowych otrzymuje się z oczyszczonej masy drzewnej, typowo z drzew iglastych, niekiedy liściastych (najczęściej stosowanym drewnem jest sosna, świerk lub buk). Masę poddaje się działaniu ługu sodowego, a następnie dwusiarczku węgla (CS2). W efekcie otrzymuje się produkt przejściowy, sól sodową ksantogenianu celulozy: Apozycja, wzrost przez odkładanie - typ wzrostu ściany komórkowej polegający na nakładaniu się warstw zawierających celulozę na ścianę pierwotną.

    Intyna (endosporium) – wewnętrzna warstwa ściany komórkowej otaczającej zarodniki mszaków i paprotników oraz ziarno pyłku u roślin okrytozalążkowych i nagozalążkowych. W przeciwieństwie do zewnętrznej, pokrytej kutikulą warstwy egzyny, intyna jest cienka i zbudowana z celulozy i pektyny. Pojawiająca się podczas kiełkowania ziarna pyłku łagiewka pyłkowa jest komórką wegetatywną otoczoną intyną, wysuwająca się przez otworek (porus) w egzynie. Pory mogą być zamknięte skutynizowanymi wieczkami. Alkaliceluloza – sól celulozy i litowców, zwłaszcza sodu. Związek celulozy z wodorotlenkiem sodu jest bardzo reaktywnym produktem o wzorze chemicznym: [C6H7O2(OH)ONa]n.

    Rośliny zielone (Chloroplastida Adl i in. 2005, Viridiplantae Cavalier-Smith 1981, Chlorobionta Jeffrey 1982, Chlorobiota Kendrick i Crane 1997) – klad roślin obejmujący zielenice i rośliny telomowe. Wyróżniany jako takson o różnej randze w zależności od ujęcia systematycznego. Wspólnie z krasnorostami i glaukofitami tworzy klad roślin (Archaeplastida, Primoplantae). Wspólną cechą tej grupy roślin jest obecność zielonego barwnikachlorofilu i podobna budowa komórki (złożonej ze ściany komórkowej zbudowanej z celulozy, błony komórkowej, jądra, cytoplazmy i chloroplastów). Octan celulozy – organiczny związek chemiczny, ester kwasu octowego i celulozy, otrzymywany przez działanie kwasem octowym lub jego bezwodnikiem na celulozę w obecności kwasu siarkowego lub chlorku cynku (jako katalizatora).

    Metyloceluloza (eter metylowy celulozy, MC z ang. methylcellulose) – hydrofilowy, rozpuszczalny szczególnie dobrze w zimnej wodzie polimer o średniej masie cząsteczkowej między 20 000 a 40 0000 Da, pochodna celulozy. Ma postać stałą, włóknistą w kolorze szarobiałym. Oliver Perry Hay (ur. 22 maja 1846, zm. 2 listopada 1930) – amerykański profesor i paleontolog. W 1912 roku rozpoczął pracę w Carnegie Mellon University oraz Smithsonian Institution. Uczestniczył także w pracach nad skamieniałościami znajdującymi się w Smithsonian Institution oraz ich opisywaniu. W swoich badaniach zajmował się w szczególności plejstoceńskimi kręgowca z terenów Ameryki Północnej, publikował także prace na temat żółwi. Jego prace wydane w latach 1911–1930 znajdują się obecnie w Smithsonian Institution.

    Papier bezdrzewny to rodzaj papieru określanym pod względem zawartości ligniny. Papier bezdrzewny jest pozbawiany ligniny występującej we włóknach drzewnych, a do produkcji tego papieru używa się celulozy. Usuwanie ligniny odbywa się metodami: siarczynową i siarczanową. Papier bezdrzewny w porównaniu do drzewnego jest odporniejszy na procesy starzenia się, ale jest bardziej przezroczysty.

    Nitroceluloza – mieszanina estrów celulozy i kwasu azotowego(V)azotanów(V) celulozy, jej ogólny wzór sumaryczny to: [C6H7O2(ONO2)3]n. Do każdej reszty glukozowej dołączone są grupy –NO2 (od jednej do trzech, w zależności od stopnia znitrowania), pochodzące od kwasu azotowego. Maksymalna zawartość azotu w nitrocelulozie wynosi teoretycznie 14,14% (w praktyce zwykle mniej).

    Mikrofibryle – strukturalne jednostki roślinnej ściany komórkowej mające postać regularnych zespołów łańcuchów celulozowych. Wiązki mikrofibryli nadają ścianom komórkowym określone, uporządkowane struktury. W ścianie pierwotnej są cienkie, układają się równolegle do powierzchni ściany, splatają się też w płaszczyźnie w różnych kierunkach tworząc sieć. Układ mikrofibryli celulozowych jest zależny od układu mikrotubul kortykalnych. Są syntetyzowane przez sześciopromienne rozety syntazy celulozowej pod warunkiem, że stężenie glukozy osiągnie odpowiednią wartość. Ściana komórkowa - martwy składnik komórki, otoczka komórki o funkcji ochronnej i szkieletowej. Ściana komórkowa występuje u roślin, grzybów, bakterii i niektórych protistów. U każdej z tych grup jest zbudowana z innych substancji, np. u grzybów jest to chityna, a u roślin celuloza i jej pochodne (hemiceluloza i pektyna) oraz lignina, natomiast u bakterii podstawowym składnikiem jest mureina. Ściana komórkowa leży na zewnątrz błony komórkowej. W tkankach ściany komórkowe sąsiadujących ze sobą komórek są zlepione pektynową substancją tworzącą blaszkę środkową. Między komórkami istnieją wąskie połączenia w postaci plasmodesm - wąskich pasm cytoplazmy przenikających ściany i zawierających fragmenty retikulum endoplazmatycznego. Młode komórki roślin otoczone są ścianą pierwotną, której strukturę wewnętrzną stanowią ułożone w sposób nieuporządkowany łańcuchy celulozowe wypełnione hemicelulozą i pektyną. W starszych komórkach obserwuje się również ścianę wtórną - powstającą po wewnętrznej stronie ściany pierwotnej, zwykle grubszą i bardziej wytrzymałą niż pierwotna, o uporządkowanej budowie szkieletu celulozowego, również wypełnionego hemicelulozą i pektyną. Ulega ona inkrustacji (węglan wapnia, krzemionka lub lignina) i adkrustacji (kutyna, suberyna, woski).

    Dodano: 17.06.2009. 15:11  


    Najnowsze