Las moléculas 10.000 veces más estrechas que el ancho de un cabello humano podrían ser la clave para hacer posibles rascacielos de madera y una producción de papel con mayor eficiencia energética, según una investigación publicada en la revista Comunicaciones de la naturaleza . El estudio, dirigido por un equipo de padre e hijo en las Universidades de Warwick y Cambridge, resuelve un misterio de larga data sobre cómo los azúcares clave en las células se unen para formar materiales fuertes e indigeribles.
Las dos moléculas grandes más comunes, o "polímeros", que se encuentran en la Tierra son la celulosa y el xilano, que se encuentran en las paredes celulares de materiales como la madera y la paja. Desempeñan un papel clave en la determinación de la resistenciade materiales y con qué facilidad se pueden digerir.
Durante algún tiempo, los científicos han sabido que estos dos polímeros deben unirse de alguna manera para permitir la formación de paredes de plantas fuertes, pero cómo esto ocurre, hasta ahora, sigue siendo un misterio: xilano es un polímero largo y sinuoso con el llamado`` decoraciones '' de otros azúcares y moléculas unidas, entonces, ¿cómo podría adherirse a las moléculas de celulosa gruesas en forma de barra?
"Sabíamos que la respuesta debía ser elegante y simple", explica el profesor Paul Dupree, del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Cambridge, que dirigió la investigación. "Y, de hecho, lo fue. Lo que descubrimos fue que la celulosa induce xilano".para desenrollarse y enderezarse, permitiendo que se adhiera a la molécula de celulosa. Luego actúa como una especie de 'pegamento' que puede proteger la celulosa o unir las moléculas, formando estructuras muy fuertes ".
El hallazgo fue posible debido a un descubrimiento inesperado hace varios años en Arabidopsis, una pequeña planta con flores relacionada con la col y la mostaza. El profesor Dupree y sus colegas demostraron que las decoraciones en xilano solo pueden ocurrir en moléculas de azúcar alternativas dentro del polímero.en efecto, lo que significa que las decoraciones solo aparecen en un lado de xylan. Esto llevó al equipo de investigadores a estudiar otras plantas en el Jardín Botánico de la Universidad de Cambridge y descubrir que el fenómeno parece ocurrir en todas las plantas, lo que significa que debe haber evolucionado en la antigüedad., y debe ser importante.
Para explorar esto con más detalle, recurrieron a una técnica de imagen conocida como resonancia magnética nuclear de estado sólido ssNMR, que se basa en la misma física que los escáneres de resonancia magnética de los hospitales, pero puede revelar la estructura a nanoescala. Sin embargo, mientras ssNMRpuede generar imágenes de carbono, requiere un isótopo pesado particular de carbono, carbono 13. Esto significa que el equipo tuvo que cultivar sus plantas en una atmósfera enriquecida con una forma especial de dióxido de carbono: dióxido de carbono 13.
El profesor Ray Dupree, el padre de Paul Dupree y coautor del artículo, supervisó el trabajo en el laboratorio ssNMR de la Universidad de Warwick. "Al estudiar estas moléculas, que son más de 10,000 veces más estrechas que el ancho de un humanocabello, pudimos ver por primera vez cómo la celulosa y el xilano se unen y por qué esto crea paredes celulares tan fuertes ".
Según Paul Dupree, comprender cómo se unen la celulosa y el xilano podría tener un efecto dramático en industrias tan diversas como los biocombustibles, la producción de papel y la agricultura.
"Una de las mayores barreras para 'digerir' las plantas, ya sea para usar como biocombustibles o como alimento para animales, ha sido derribar las duras paredes celulares", dice. "Tome la producción de papel - enormese requieren cantidades de energía para este proceso. Una mejor comprensión de la relación entre celulosa y xilano podría ayudarnos a reducir enormemente la cantidad de energía requerida para tales procesos ".
Pero así como esto podría mejorar la facilidad con que se pueden descomponer los materiales, el descubrimiento también puede ayudarlos a crear materiales más fuertes, dice. Ya hay planes para construir casas en el Reino Unido usando madera de manera más sostenible, y Paul Dupree está involucrado enEl Centro de Innovación de Materiales Naturales de la Universidad de Cambridge, que analiza si edificios tan altos como los rascacielos podrían construirse con madera modificada.
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Materiales proporcionado por Universidad de Cambridge . La historia original tiene licencia bajo a Licencia Creative Commons . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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