הדבק הטבעי שגורם לתאים צמחיים להיות קשיחים

מחקר חדש פותר תעלומה עתיקת יומין בשאלה כיצד מולקולות סוכר בתאים מתחברות יחדיו ליצירת חומרים חזקים שלא ניתנים לפירוק בקלות.

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]

מולקולות שעוביין קטן פי עשרת אלפים מעובייה של שיערת אדם יכולות להיות חשובות בתחום של בנית גורדי שחקים מעץ ובחסכון אנרגטי בתהליכי ייצור נייר. מחקר חדש פותר תעלומה עתיקת יומין בשאלה כיצד מולקולות סוכר בתאים מתחברות יחדיו ליצירת חומרים חזקים שלא ניתנים לפירוק בקלות.

ממצאי המחקר פורסמו בכתב העת המדעי Nature Communications.

שתי המולקולות הגדולות, או פולימרים, הנפוצות ביותר בעולמנו הן תאית (צלולוזה) וכן קסילאן (xylan), ושתיהן נמצאות בדופנות התאים של חומרים כגון עצים ודשא. תרכובות אלו קובעות את החוזק של החומרים ואת יכולת הפירוק שלהם. מזה זמן רב שחוקרים יודעים כי שני פולימרים אלו חייבים לחבור זה לזה במטרה ליצור דופנות תאים חזקות, אולם הדרך שבה זה קורה נותרה עלומה עד עתה: קסילאן הוא פולימר ארוך שאליו מחוברות מספר מולקולות סוכר והתאית היא מולקולה רחבה בצורת מקל – אז כיצד שני מבנים אלו מתחברים יחדיו?

“ידענו כי התשובה חייבת להיות אלגנטית ופשוטה”, מסביר פרופסור Paul Dupree מהמחלקה לביוכימיה באוניברסיטת קיימברידג’, אשר הוביל את המחקר. “ולמעשה, זה בדיוק מה שמצאנו. גילינו כי מולקולת התאית גורמת למולקולת הקסילאן להתיישר ובכך מאפשרת לה להתחבר למולקולת התאית. מנגנון זה מתפקד כעין דבק המסוגל להגן על מולקולות התאית או לחבר אותן יחדיו, וכתוצאה מכך ליצור מבנים חזקים ויציבים במיוחד”. הממצאים נחשפו בעקבות תגלית בלתי צפויה שנצפתה לפני מספר שנים בצמח תודרנית (Arabidopsis), צמח פרחוני קטן השייך למשפחות הכרוב והחרדל. החוקרים גילו כי המתמירים הנמצאים על גבי מולקולת הקסילאן יכולים להימצא רק בצד אחד שלה. ממצא זה הוביל את החוקרים לסרוק צמחים אחרים הנמצאים בגן הבוטני של אוניברסיטת קיימברידג’ ולגלות כי התופעה מתרחשת בכל הצמחים שנבדקו, כלומר – המנגנון התפתח בעידן קדום והוא חייב להיות חשוב.

לשם חקר מדוקדק יותר, החוקרים השתמשו בשיטה של תמ”ג במצב מוצק המסוגלת לחשוף את פרטי הפרטים של מבנה החומר ברמה הננומטרית. בשיטה זו החוקרים הצליחו לחשוף לראשונה אי-פעם את המבנה הננומטרי במסגרתו מולקולת התאית מתחברת למולקולת הקסילאן ובכך הופכות את דופנות התא לכה חזקות”. הבנת המבנה המשולב של שתי המולקולות יכולה להיות בעלת חשיבות מרובה בתחומי תעשייה מגוונים כגון ייצור ופיתוח ביו-דלקים, נייר וחקלאות, זאת לדבריו של החוקר הראשי. “אחד מהחסמים הגדולים ביותר לפירוק צמחים – בין אם הם נועדו לשמש בתור ביו-דלקים או בתור מזון לבע”ח – היה עד כה פירוק דופנות התאים”, מסביר החוקר. “למשל, בתחום של ייצור נייר – כמויות אדירות של אנרגיה נדרשות לתהליך פירוק זה. הבנה טובה יותר של יחסי הגומלין שבין התאית לקסילאן תוכל לסייע להפחית משמעותית את כמויות האנרגיה הללו ולהביא לחיסכון ניכר בעלויות”. בנוסף, הממצאים החדשים יוכלו לשמש בפיתוח של חומרים חזקים יותר – כבר כעת יש תוכניות לבנות בתי עץ בבריטניה מחומרים ברי קיימא ויציבים במיוחד, וממצאים אלו יוכלו לסייע בקידום תחום זה.

המאמר המתאר את המחקר

הידיעה על המחקר