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BOTÁNICA

La receta de la celulosa

Científicos brasileños postulan la existencia de un código que regula la formación de la pared celular de las plantas

Imagen de microscopía por fluorescencia de la pared celular de la caña de azúcar: el código glucómico determinaría su arquitectura

Debora Leite, Utku Avici, Michael Hahn y Marcos BuckeridgeImagen de microscopía por fluorescencia de la pared celular de la caña de azúcar: el código glucómico determinaría su arquitecturaDebora Leite, Utku Avici, Michael Hahn y Marcos Buckeridge

“¿La pared celular de las plantas tiene un código?” Esta pregunta, con un tinte retórico, es el título de un artículo que publicaron el 1º de noviembre en la revista científica Plant Science un dúo de botánicos del Instituto de Biociencias de la Universidad de São Paulo (IB-USP), el profesor Marcos Buckeridge, experto en fisiología vegetal, y Eveline Tavares, quien realiza una pasantía de posdoctorado en dicha institución. Según los especialistas, la respuesta es afirmativa: un código, al que ellos denominaron glucómico, provee las instrucciones para que la pared ‒una capa flexible, generalmente rígida que les sirve de apoyo estructural y como protección a ciertos tipos de células‒ presente una arquitectura singular, más o menos rígida, o resistente, por ejemplo.

Así como la genómica estudia los genes y la proteómica se ocupa de las proteínas, la glucómica analiza el rol de los carbohidratos, que son moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno. Este grupo, al que también se lo denomina sacáridos, incluye a los azúcares, el almidón y la celulosa. La pared celular representa entre el 50% y el 60% de la biomasa vegetal y es rica en carbohidratos complejos (los polisacáridos celulosa, hemicelulosa y pectinas), además de proteínas estructurales y lignina, un polímero que le confiere rigidez. “El modo en que los monosacáridos, los carbohidratos más sencilos, se unen y forman los polisacáridos ‒moléculas mayores‒ presentes en la pared celular de las plantas no es aleatorio”, sostiene Buckeridge. “Ella contiene información importante acerca de cómo se estructura la pared celular y cómo puede descomponerse”.

Un código es un conjunto de reglas que establece una correspondencia entre dos mundos independientes y formados por elementos distintos: el de los signos, es decir, la información básica; y el del significado, o sea, la información codificada. Un tercer elemento, los adaptadores, ofician como puente entre ambos mundos y le confieren sentido al código. “El significado de un signo puede ser un proceso, una actividad o incluso una estructura que cumpla una función biológica”, afirma Tavares. Un paralelo entre el código glucómico y el código más conocido de la biología, el genético, puede resultar útil para comprender la propuesta de los investigadores de la USP.

El ADN está compuesto por una secuencia de nucleótidos, que pueden ser de cuatro tipos: las bases nitrogenadas adenina (A), citosina (C), guanina (G) o timina (T); además del monosacárido desoxirribosa y un fosfato. Los nucleótidos son los signos del código. Merced a la actividad de las enzimas, éstos se fusionan y se produce la síntesis (adaptador) de una molécula mayor, el propio ADN. Los genes, que están formados por los nucleótidos y se encuentran agrupados en largas secuencias de ADN (cromosomas), representan el significado del código. Cada gen posee una función biológica diferente y es responsable de la producción de una cierta proteína. “Los nucleótidos aislados tienen propiedades completamente diferentes a las exhibidas por la molécula de ADN, aunque ésta esté compuesta por aquéllos”, dice Buckeridge.

Botanica_238Una lógica similar, gobernaría el funcionamiento del código glucómico. En este caso, los signos serían los monosacáridos, las formas más simples de los carbohidratos, tales como la glucosa, la fructosa y la galactosa. Un grupo de enzimas promueve la unión de esas pequeñas moléculas de azúcares y provoca la síntesis (adaptador) de moléculas mayores ‒los polisacáridos‒, que funcionan ‒y allí se evidencia su significado‒ como reserva energética (almidón) o como componente estructural de la pared celular de los vegetales.

Existen tres tipos conocidos de pared celular en los vegetales. Cada variante se caracteriza por una combinación distinta de tres clases de polisacáridos principales: celulosa, pectinas y hemicelulosas. Las diferentes combinaciones y cantidades de esas grandes moléculas de carbohidratos generan estructuras con arquitecturas singulares y, por ende, disímiles propiedades químicas y mecánicas. “A semejanza de la relación entre los nucleótidos y el ADN, los monosacáridos son moléculas con propiedades totalmente distintas a las de los polisacáridos presentes en la pared celular”, dice el botánico. Hasta ahora, se han aislado 14 tipos de monosacáridos como bloques constituyentes de los polisacáridos que conforman la pared celular de los vegetales.

Etanol de segunda generación
La propuesta de un código glucómico capaz de regular las características de la pared celular de las plantas deriva de los trabajos en bioenergía que efectuó el investigador durante los últimos 20 años. El botánico de la USP, que publicó un primer esbozo sobre el tema en un artículo impreso en 2014 en el periódico BioEnergy Research, es un estudioso eminente de las posibilidades de obtención del denominado etanol de segunda generación, un biocombustible que se extraería al romper la pared celular de las plantas, o sea, del bagazo de la caña de azúcar, del olote del maíz o hasta de la madera.

A diferencia de los azúcares simples ‒los monosacáridos‒ presentes en el jugo de la cañamiel, que están listos para su fermentación y posterior transformación en etanol, los polisacáridos del bagazo de la caña de azúcar se encuentran alojados en una estructura prácticamente inaccesible. Las enzimas que se ocupan de realizar la hidrólisis, la ruptura de los polisacáridos no fermentables en monosacáridos fermentables mediante el agregado de agua, no logran atravesar la pared celular y efectuar su labor de desintegración. “La teoría sobre el código glucómico es una propuesta sumamente interesante”, dice el bioquímico Edivaldo Ximenes Ferreira Filho, del laboratorio de enzimología de la Universidad de Brasilia (UnB). “En el caso de la bioenergía, una mayor comprensión acerca de cómo se forma la pared celular de las plantas podría resultar útil para aprender a desintegrar esa estructura y producir etanol de segunda generación”.

Proyecto
Utilización del abordaje de la biología de sistemas en el desarrollo de un modelo de funcionamiento de vegetales (nº 2011/52065-3); Modalidad Programa de Investigación en Asociación para la Innovación Tecnológica (Pite) y Convenio FAPESP-Microsoft Research; Investigador responsable Marcos Buckeridge (IB-USP); Inversión R$ 547.964,97

Artículo científico
TAVARES, E. Q. P. y BUCKERIDGE, M. S. Do plant cell walls have a code? Plant Science. 1º nov. 2015.

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