الغراء الطبيعي الذي يجعل الخلايا النباتية صلبة

يحل بحث جديد لغزًا قديمًا حول كيفية اتحاد جزيئات السكر في الخلايا معًا لتكوين مواد قوية لا يمكن تفكيكها بسهولة.

[ترجمة د.نحماني موشيه]

يمكن للجزيئات التي يقل سمكها عن سمك شعرة الإنسان بعشرة آلاف مرة أن تكون مهمة في مجال بناء ناطحات السحاب الخشبية وتوفير الطاقة في عمليات إنتاج الورق. يحل بحث جديد لغزًا قديمًا حول كيفية اتحاد جزيئات السكر في الخلايا معًا لتكوين مواد قوية لا يمكن تفكيكها بسهولة.

ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية طبيعة الاتصالات.

أكبر جزيئين، أو بوليمرات، الأكثر شيوعًا في عالمنا هما السليلوز والزيلان، وكلاهما موجود في جدران خلايا مواد مثل الأشجار والعشب. وتحدد هذه المركبات قوة المواد وقدرتها على التحلل. لفترة طويلة، عرف الباحثون أن هذين البوليمرين يجب أن ينضما إلى بعضهما البعض من أجل إنشاء جدران خلوية قوية، ولكن الطريقة التي يحدث بها ذلك ظلت مجهولة حتى الآن: الزيلان هو بوليمر طويل ترتبط به عدة جزيئات سكر وتتشكل. السليلوز هو جزيء عريض على شكل عصا، فكيف يرتبط هذين الهيكلين معًا؟

يوضح البروفيسور بول دوبري من قسم الكيمياء الحيوية بجامعة كامبريدج، الذي قاد البحث: "كنا نعلم أن الإجابة يجب أن تكون أنيقة وبسيطة". "وفي الواقع، هذا بالضبط ما وجدناه. لقد اكتشفنا أن جزيء السليلوز يتسبب في محاذاة جزيء الزيلان وبالتالي يسمح له بالاتصال بجزيء السليلوز. تعمل هذه الآلية كنوع من الغراء القادر على حماية الجزيئات الخلوية أو ربطها معًا، مما يؤدي إلى إنشاء هياكل قوية ومستقرة للغاية. تم الكشف عن هذه النتائج بعد اكتشاف غير متوقع تمت ملاحظته منذ عدة سنوات في الأرابيدوبسيس، وهو نبات مزهر صغير ينتمي إلى عائلتي الكرنب والخردل. اكتشف الباحثون أن المعدلات الموجودة أعلى جزيء الزيلان لا يمكن العثور عليها إلا على جانب واحد منه. هذه النتيجة قادت الباحثين إلى مسح نباتات أخرى موجودة في الحديقة النباتية لجامعة كامبريدج، واكتشاف أن الظاهرة تحدث في جميع النباتات التي تم اختبارها، أي أن الآلية تطورت في عصر قديم ويجب أن تكون مهمة.

ولإجراء دراسة أكثر شمولاً، استخدم الباحثون طريقة الرنين المغناطيسي النووي للحالة الصلبة القادرة على الكشف عن تفاصيل بنية المادة على مستوى النانومتر. وبهذه الطريقة، تمكن الباحثون من الكشف لأول مرة على الإطلاق عن بنية النانومتر التي يتصل فيها جزيء السليلوز بجزيء الزيلان، مما يجعل جدران الخلايا ورنيشًا قويًا. يمكن أن يكون فهم البنية المشتركة للجزيئين ذا أهمية كبيرة في المجالات الصناعية المتنوعة مثل إنتاج وتطوير الوقود الحيوي والورق والزراعة، وفقًا للباحث الرئيسي. يوضح الباحث: "أحد أكبر العوائق التي تحول دون تحطيم النباتات - سواء كانت مخصصة للاستخدام كوقود حيوي أو كغذاء للماشية - كان حتى الآن تحطيم جدران الخلايا". "على سبيل المثال، في مجال إنتاج الورق، هناك حاجة إلى كميات هائلة من الطاقة لعملية التحلل هذه. إن الفهم الأفضل للعلاقات المتبادلة بين السليلوز والزيلان يمكن أن يساعد في تقليل هذه الكميات من الطاقة بشكل كبير ويؤدي إلى وفورات كبيرة في التكاليف. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام النتائج الجديدة في تطوير مواد أقوى، حيث توجد بالفعل خطط لبناء منازل خشبية في المملكة المتحدة من مواد مستدامة ومستقرة بشكل خاص، ويمكن أن تساعد هذه النتائج في تطوير هذا المجال.

المقال الذي يصف الدراسة

أخبار الدراسة