Всесторонний взгляд на то, как растения строят целлюлозу, основной строительный блок стенок большинства растительных клеток, который используется в самых разных антропогенных материалах, может иметь важные последствия для его использования в биотопливе. Исследователи из штата Пенсильвания определили основные этапы процесса, а также инструменты, используемые растительными клетками для создания целлюлозы, включая белки, которые транспортируют важные компоненты к месту, где производится целлюлоза. Статья с описанием исследования появилась в Интернете 26 марта 2018 года в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Целлюлоза является самым распространенным биополимером на Земле», - сказал Ин Гу, доцент кафедры биохимии и молекулярной биологии Пенсильванского университета и старший автор статьи. «Она составляет около 95 процентов бумаги и 90 процентов хлопка, а ее производные даже входят в состав эмульгаторов в мороженом. В последние десять лет или около того целлюлоза также считается основным компонентом биотоплива. Понимание того, как целлюлоза может позволить нам оптимизировать его использование в качестве возобновляемого источника энергии».
Клетчатка, содержащаяся во многих продуктах, используемых в повседневной жизни, в основном производится растениями. Несмотря на экономическое значение целлюлозы, до этого исследования исследователи имели лишь базовое представление о том, как растения создают этот обильный ресурс.
Мы знали, что целлюлоза синтезируется в плазматической мембране, окружающей растительные клетки, в гетеромерном белковом комплексе - группе различных видов белков - называемом комплексом целлюлозосинтазы, и что основным компонентом этого комплекса является уникальный грузовой белок, называемый синтазой целлюлозы», - сказал Гу.«Но мы не знали, участвуют ли другие белки в комплексе или как белки попадают на плазматическую мембрану. Чтобы начать отвечать на эти вопросы, мы использовали комбинацию подходов, включая визуализацию клеток, функциональную генетику и протеомику, чтобы создать временную шкалу событий и определить основные белки, участвующие в подготовке клетки к синтезу».
Исследователи показали, что белок, называемый интерактивным 1 синтазой целлюлозы (CSI1), взаимодействует с комплексом синтазы целлюлозы до синтеза и может помочь пометить участок на плазматической мембране, где происходит синтез. Они также продемонстрировали, что CSI1 взаимодействует с отдельным комплексом, называемым экзоцистным комплексом, который участвует в транспортировке материалов к плазматической мембране у различных видов, и белком, называемым PATROL1. Эти компоненты могут влиять на то, как быстро комплекс целлюлозосинтазы перемещается к внешней мембране клетки перед синтезом..
Мы знали, что экзоцистный комплекс эволюционно консервативен, с практически неизменной структурой у дрожжей и млекопитающих, и здесь мы подтвердили его роль у растений. Но PATROL1 - это специфичный для растений белок, который не похож ни на что, что мы наблюдаем у млекопитающих или дрожжей. Мы озадачены тем, что на самом деле делает PATROL1, и рады продолжить исследование его функций».
Поскольку CSI1 взаимодействует со многими компонентами, которые являются неотъемлемой частью синтеза целлюлозы, исследовательская группа планирует использовать его в качестве инструмента для дальнейшего изучения этого важного процесса и его эволюции.
«В конце концов мы надеемся перевести то, что мы знаем о том, как растительные клетки создают целлюлозу, чтобы более эффективно расщеплять ее снова для использования в биотопливе, - сказал Гу, - что в конечном итоге повысит эффективность производства энергии на основе биомассы».