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Pared celular

El revestimiento de los helechos

Detectan plantas con estructuras diferentes a las habitualmente reconocidas

Culandrillo: la planta presenta un nuevo tipo de pared celular, rica en azúcar manano

EDUARDO CESARCulandrillo: la planta presenta un nuevo tipo de pared celular, rica en azúcar mananoEDUARDO CESAR

Botánicos de São Paulo, en trabajo conjunto con colegas de Estados Unidos, verificaron que la pared celular de varias especies de helechos presenta una composición diferente de otras estructuras de revestimiento de plantas ya caracterizadas. Creen haber identificado un tercer tipo de pared celular, rica en manosa, un tipo de azúcar que forma polímeros denominados mananos y aparece en bajas proporciones en otros tipos de pared. Más allá de brindar más información acerca de la estructura y la evolución del mundo vegetal, este estudio puede impulsar el uso de otras plantas – con paredes externas menos resistentes – para la producción de biocombustibles y papeles con características especiales.

Este trabajo es producto de una cooperación entre Giovanna Silva, Marcos Buckeridge y otros investigadores del Instituto de Biociencias de la Universidad de São Paulo (USP), Jefferson Prado, del Instituto de Botánica, y Nicholas Carpita, de la Universidad Purdue, en Estados Unidos. Carpita fue unos de los botánicos que identificaron los dos primeros tipos de pared celular, dejando implícita la suposición – ahora descartada – de que cualquier planta debería presentar un tipo u otro.

A la manera de un esqueleto externo, esa estructura de revestimiento de las células vegetales les confiere resistencia mecánica, protección contra predadores y permeabilidad al agua, a los nutrientes y a la luz solar, indispensable para la fotosíntesis. La forma, la composición y las propiedades de la pared externa de las células de la raíz, del tallo o de las hojas de una misma planta pueden ser distintas, pero esencialmente esa estructura consiste en una tela de microfibras de variados azúcares. Las microfibras más resistentes son de celulosa, una larga molécula formada únicamente por glucosa. Las hemicelulosas – unas estructuras más complejas, con varios tipos de azúcares – envuelven a las microfibrilas de celulosa o se entrelazan con ellas. Las moléculas de lignina atraviesan las fibras, funcionando como cemento, ampliando la resistencia de la pared celular. Según Buckeridge, ésta constituye una de las principales razones por las cuales los troncos de los árboles, ricos en lignina, normalmente tardan en descomponerse.

Carpita y David Gibeaut, quien en 1993 cursaba un posdoctorado con Carpita en Purdue y actualmente trabaja en la Universidad del Estado de Oregon, en Estados Unidos, habían clasificado las paredes celulares en dos tipos en 1993, luego de observar que la proporción de azúcares entre las mismas variaba bastante, determinando una mayor o menor resistencia y permeabilidad. El tipo 1 es el de las eudicotiledóneas, un grupo que abarca a la mayoría de las plantas actuales. En la pared celular de las plantas de ese grupo, un azúcar conocido como xiloglucano es el principal componente de la hemicelulosa, y responde por un 20% del total de los azúcares en peso. Existe un equilibrio entre las proporciones de celulosa, hemicelulosa y otra combinación de azúcares conocida con el nombre de pectina. En la pared tipo 2, típica de las gramíneas, tales como el arroz, el trigo y la caña de azúcar, otro azúcar, el arabinoxilano, predomina en la hemicelulosa (un 20% del total) y existe menos pectina que celulosa y hemicelulosa.

Esta clasificación fue cuestionada en 2004, cuando Giovanna Silva, por entonces en el Instituto de Botánica, comenzó a observar que el azúcar manosa era el principal componente de la hemicelulosa del culantrillo (Adiantum raddianum), una planta común muy cultivada en todo el mundo, y de otras especies de helechos, un grupo de plantas con origen bastante antiguo en la escala evolutiva de la flora terrestre. Giovanna, Buckeridge, Prado y Carpita, inicialmente observaron con desconfianza los resultados obtenidos en primera instancia mediante una muestra de 11 especies de helechos, pero un análisis más extenso, con 61 especies, confirmó las conclusiones. Según el estudio, publicado en la revista Phytochemistry, la manosa conformaba un 20% de la pared total o un 35% del total de azúcares de la pared de una de cada tres especies examinadas.

046_Parede celular_189Al resultar tan abundante en los helechos, la manosa podría utilizarse para la producción de biocombustibles. “Hay dos enzimas que pueden romper el manano y producir manosa libre, que puede fermentarse por acción de levaduras”, dice Buckeridge, coordinador del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología (INCT) del Bioetanol, con sede en la USP, y director científico del Laboratorio Nacional de Ciencia y Tecnología del Bioetanol (CTBE) de Campinas. Las investigaciones en curso que apuntan a producir alcohol celulósico aún se topan con la dificultad para procesar pentosas tales como la xilosa, uno de los azúcares más abundantes en la pared celular de la caña de azúcar, la gramínea más utilizada en Brasil para la producción de etanol. La rotura de las moléculas de lignina es un problema incluso más difícil de resolver.

Papeles más resistentes
La información inherente a la variación de la composición de la pared celular puede no sólo exhibir los intrincados caminos de la evolución, sino también ayudar en la producción de papeles de mejor calidad. En el marco de un estudio piloto realizado en el Instituto de Botánica, Denis Lima, Rubens Oliveira y Buckeridge comprobaron que las propiedades del papel varían con la adición de diferentes tipos de hemicelulosa. Las muestras que recibieron dosis extra de manano, el polímero formado por la manosa, exhibieron mayor resistencia, rompiéndose con mayor dificultad que otros formados por diferentes azúcares.

“Las propiedades físicas de la pared celular cambian drásticamente de acuerdo con su composición”, expresa Jefferson Prado, investigador del Instituto de Botánica que participó del trabajo. Prado considera que una pared celular más rica en manosa puede tener mayor permeabilidad y porosidad y, además, puede permitir el rápido crecimiento de los helechos. “Tome un helecho como el Adiantum y córtele todas sus hojas”, sugiere Prado. “¡En un mes se habrá regenerado por completo!”

Lo más intrigante, y aún sin explicación, es que muchas especies de helechos presentan pared celular tipo 1, mientras que otras presentan la del recientemente descubierto tipo 3. Los botánicos observaron que –a diferencia de lo que imaginaban– el tipo de pared no guarda ninguna relación con el ambiente o el porte de la planta: helechos rastreros y arborescentes, los más simples y los más complejos, pueden presentar el mismo tipo de revestimiento.

Lo que más entusiasma a Prado y Buckeridge son las preguntas aún sin respuestas. Si existen dos tipos de pared en los helechos, otros grupos de plantas también pueden tenerlos. O a lo mejor existen muchos otros tipos de paredes todavía no identificados. Los investigadores de São Paulo y de Estados Unidos se encuentran ahora abocados a la búsqueda de nuevas variedades de paredes celulares en las plantas.

Artigo científico
SILVA, G.B. et al. Cell wall polysaccharides from fern leaves: evidence for a mannan – rich Type III cell wall in Adiantum raddianum. Phytochemistry (on-line)

 

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