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科學家揭露更多有關植物細胞壁結構的詳情

轉載自PEREGRINE科學點滴

三磷酸腺苷的作用

瞭解木質素(lignin)構材如何被輸送,可能破解產生生物燃料的障礙。

在將植物轉變成生物燃料的一大挑戰,是令植物保持直立之頗為相同的分子很難被分解。目前,美國能源部所屬布魯克海文國家實驗室(the U.S. Department of Energy`s Brookhaven National Laboratory)的科學家們正在揭露,有關植物細胞結構支撐物(也就是細胞壁)如何被組成的詳情。這具有找到改變其組成之方法,來更有效產生生物燃料的指望。

在一篇發表於2010年12月13日版《美國國家科學院院刊》(the Proceedings of the National Academy of Sciences)的論文中,此些研究人員記述了有關木質素(一種重要的細胞壁成分)的前身物,於結合在一起之前,如何被輸送越過細胞膜的詳情。該關鍵性的發現(也就是上述過程需要一種仰賴能量的輸送分子)可能為如何改變植物木質素內含物的方法,開啟一道曙光。

首要撰文人,布魯克海文國家實驗室的生物學家Chang-Jun Lin宣稱;「能操縱木質素的生物合成,對於咱們從植物纖維素之原料生產可再生生物燃料的能力,會有重大影響,且對於諸如紙張及更適合草食動物消化之食物的製造等,諸多其他農業及工業製程也可能具有廣泛的影響。」

在細胞壁構築前,被通稱為單木纖維素(monolignols)的木質素前身物,於細胞的細胞質內被產生。一些前身物會被隔絕於內部的液泡中供作儲存,有些會移動到細胞外,結合形成細胞壁(圍繞細胞的保護及支撐屏障)的木質素成分。不過。於上述兩種情況中,其過程無人確知是如何發生的。是透過單純的擴散或經由某種活躍的輸送機制?

研究者Chang-Jun Liu

藉由分離擬南芥(Arabidopsis)及白楊樹之植物細胞膜及液泡(vacuolar)膜的部分,之後使這些膜的部分形成類似氣泡的封閉囊泡,並攙入純的單木纖維素及經化學改造所形成的單木纖維素葡萄苷(monolignol glucosides:於某些植物中,這是普遍被發現的物質),而後在包括面臨各類輸送分子之抑制物的一系列條件下,監測哪一種前身物及有多少移動越過這兩種膜進入上述囊泡中,該布魯克海文國家實驗室的團隊揭露了上述謎團。

分析的結果揭露,純的單木纖維素移動越過細胞膜,而單木纖維素葡萄苷優先移動進入液泡中。不過最重要的是,沒有添加三磷酸腺苷(Adenosine Triphosphate:ATP),任何一種前身物鮮少能移動越過任何一種膜。而三磷酸腺苷是細胞中能量的分子交換媒介物(molecular currency)。

Liu宣稱:「三磷酸腺苷是眾所周知,為細胞膜上一群被稱為三磷酸腺苷結合盒(ATP-binding cassette)之輸送物提供驅動力的能量分子。」

為了證明上述論據,他們添加了一種特別抑制三磷酸腺苷結合盒輸送物的作用物,而該作用物徹底阻礙了這兩種膜泡攝取木質素的前身物。

藉由此些實驗及額外的證據,Lin及其同僚們證實,於細胞膜上,類似三磷酸腺苷結合盒的輸送物負有輸送木質素前身物的責任。

由於此些科學家已確認一類可能涉及隔離及輸送木質素構材的輸送物,他們將進行細緻的研究,以精確確認這類成員中哪些被涉及。

Lin宣稱:「倘若能確認出那些特定的輸送物,則他們或許能控制它們的表現來減少被存積於細胞壁中的前身物,從而降低細胞壁的木質素內含物。或選擇性地控制被存積的特定型前身物來改變木質素的成分,而產生更可輕易分裂的生物聚合物。」

該項研究是由美國能源部科學局(the DOE Office of Science)所資助。

原文網址:http://www.bnl.gov/bnlweb/pubaf/pr/PR_display.asp?prID=1209

翻譯:peregrine

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