Hücre duvarını modelleyen yeni araştırmaya göre, bir bitki hücre duvarının zayıflamadan veya kırılmadan genişleyebilme yeteneği – bitki büyümesi için gerekli bir özellik – selüloz iskeletinin hareketinden kaynaklanıyor. Penn State araştırmacıları tarafından oluşturulan yeni model, selüloz zincirlerinin hücre duvarı içinde bir araya toplandığını, güç sağladığını ve hücre gerildiğinde genişleyebilirlik sağladığını ortaya koyuyor.
14 Mayıs’ta Science dergisinde yayımlanan yeni çalışma, bitki hücre duvarının yeni bir konseptini ortaya koyuyor, bitki hücresi büyümesine ilişkin bilgiler veriyor ve yeni özelliklere sahip polimerik malzemelerin tasarımı için ilham kaynağı olabilir.
Penn State biyoloji profesörü Daniel Cosgrove, “Uzun zamandır, bitki hücre duvarı kavramı, selüloz lifleri ile güçlendirilmiş ve sert selüloz çubuklar çimentodaki çelik inşaat demiri gibi davranan bir jeldir” dedi. ve makalenin kıdemli yazarı. “Bununla birlikte, selüloz zincirlerinin bir selüloz demeti ağı oluşturmak için birbirine yapıştığını belirledik, bu da jelde yüzen bağlantısız çubuklardan çok daha fazla mekanik güç sağlar. Ve hücreyi sınırlayan diğer bileşenlerden ziyade selüloz zincirleridir. hücre gerildiğinde bir uzatma merdiveni gibi yan yana kayan duvar genişlemesi. “
Bitki hücre duvarlarını modellemeye yönelik önceki yaklaşımlar, ya tek tek hücre bileşenlerinin davranışını içeremeyecek kadar büyük bir ölçekte ya da duvarın gerçek mekaniğini dahil etmek için çok küçük bir ölçekte – atom düzeyinde – odaklanmıştı. Bu çalışmada, araştırmacılar, hücre duvarını oluşturan polimerler seviyesinde, uzun zincirlerde birbirine bağlanan selüloz dizileri ve diğer şeker molekülleri düzeyinde iri taneli bir bilgisayar modeli kullandılar. Araştırmacılar, tek tek atomları modellemek yerine, bu bileşenlerin fiziksel özelliklerini kopyalamak için selüloz mikrofiberleri ve yapışkan yaylar gibi davranan boncuk zincirlerine sahip diğer bileşenleri temsil ettiler.
Cosgrove, “Diğer birçok modelin aksine, moleküllerin aralarındaki kovalent olmayan bağı modelleyerek birbirine yapışma eğilimini de hesaba kattık” dedi. “Bu, zincirler arasındaki etkileşimlerin sonuçlarını araştırmamızı sağladı.”
Ekip, bir soğan hücre duvarının katmanlarını özel olarak modelledi, böylece modellenmiş mekanik özellik değerlerini gerçek soğan kabuklarıyla yaptıkları deneylerle karşılaştırabilirler. Soğan hücresi duvarlarını çeşitli şekillerde gererek ve modeldeki moleküler içgörüleri kullanarak, hücre duvarının benzersiz mekanik özelliklerinden sorumlu yapıları araştırdılar.
Penn State’de biyoloji doktora sonrası araştırmacısı ve makalenin ilk yazarı olan Yao Zhang, “Bitki hücrelerinin duvarları benzersizdir çünkü bitkinin korunmasına ve desteklenmesine yardımcı olmak için çok güçlü ve çok genişletilebilir olmalıdır, çünkü bitki büyüdüğünde genişlemeleri gerekir,” dedi. “Selüloz mikrofiberlerin stresin çoğunu taşıdığını ve hem gücünü hem de uzayabilirliğini koruyan hücre duvarının anahtarı olduğunu bulduk.”
Araştırmacılar, tek tek selüloz liflerinin hizalandığını ve birbirine yapıştığını ve bir demet ağı oluşturduğunu belirlediler. Bir demet içindeki mikrofiberler, hücre gerildiğinde, aralarında kuvvetler ileterek ve hücrenin genişlemesiyle sonuçlanan bir tür teleskopik hareketle birbirleri boyunca düzleşir ve birbirleri boyunca kayabilirler.
Cosgrove, “Uzun bir süredir, araştırmacılar bitki hücre duvarlarının stres ve gerilme gibi mekanik özelliklerini ve bu özelliklerin kuraklık ve diğer koşullar altında nasıl değiştiğini ölçtüler” dedi. “Ancak şimdiye kadar, bu ölçümleri anlamak için moleküler düzeyde neler olup bittiğine dair moleküler bir tanımlamamız yoktu. Bu çalışmada, bitki hücre duvarındaki çeşitli bileşenlerin rollerini açıklığa kavuşturduk ve kullanılan deneyleri yorumlamak için niceliksel bir çerçeve sağladık. bitki araştırmasında. “
Bu çalışmadan elde edilen bilgiler, bitkilerin hücre duvarı özelliklerini nasıl düzenlediklerini araştıran gelecekteki çalışmalarda özellikle yararlı olabilir, bu da büyüme hızlarını ve yönünü etkiler. Örneğin, genç gövdeler ilkbaharda hızlı uzarken, birçok meyve küresel olarak büyür.
Araştırmacılar, modellerini diğer bitki türlerinin hücre duvarlarını simüle edecek şekilde genişletmeyi ve tüm hücreyi kapsayacak şekilde genişletmeyi umuyorlar.
Yao, “Teknolojimiz şu anda bir bitkinin böylesine güçlü ve genişletilebilir bir malzeme yaratma yeteneğiyle eşleşemiyor” dedi. “Bitki hücre duvarlarının tasarımı, çeşitli uygulamalarla yeşil malzemelerin tasarımı için ilham verebilir.”
İstanbul’da yaşanan son dakika gelişmeleri, en güncel haberleri okuyucusuna sunan bağımsız yerel gazete. İstanbul Haberleri