Ablogios

Celulosa:

La celulosa es la base de la pared celular, sirviendo de armazón para la unión de otros componentes. Los complejos enzimáticos de celulosa sintasa están unidos a la membrana y tienen una estructura en rosetas hexaméricas de 25-30 nm de diámetro, que se puede observar mediante criofractura (Brown et al., 1996). Cada subunidad de la roseta emplea UDP-glucosa como sustrato para generar cadenas de β(1-4)-glucano.

Las proteínas de las subunidades catalíticas de la celulosa sintasa (CesA) están codificadas por genes de la familia CesA. Por ejemplo, en Arabidopsis hay al menos 10 genes de esta familia (Doblin et al., 2002). Cada unidad hexamérica de la roseta contiene seis subunidades, y cada subunidad contiene seis proteínas CesA, de forma que cada roseta contiene un total de 36 proteínas CesA. Estudios genéticos indican que en cada roseta debe haber como mínimo tres proteínas diferentes, y además serán diferentes según se forme una pared primaria (CesA1, CesA3 y CesA6) o secundaria (CesA4, CesA7 y CesA8) (Somerville, 2006).

Las proteínas CesA tienen un gran tamaño (sobre 1000 aminoácidos) y son proteínas de membrana: tienen ocho dominios transmembrana y un dominio hidrofílico hacia el citosol.

Además de las proteínas CesA, la síntesis de celulosa requiere otras proteínas, entre las que se pueden destacar las codificadas por los siguientes genes:

• KORRIGAN: codifica una β(1,4)-glucanasa (Lane et al., 2001)

• CYT1: su producto está relacionado con la biosíntesis de GDP-manosa (Lukowitz et al., 2001)

• PEANUT: codifican enzimas relacionados con la biosíntesis de glucosilfosfatidilinositol anclado a membrana

• COBRA: codifica una proteína esencial para la organización de las microfibrillas (Roudier et al., 2005)

Hemicelulosas:

Los genes de la familia CSL (Cellulose Synthase Like) codifican las glicano sintasas que participan en la síntesis de los polisacáridos que conforman los esqueletos de las hemicelulosas. Los genes CSL pertenecen a la misma superfamilia que los genes CesA y aparentemente están en el genoma de todas las plantas (Keegstra y Walton, 2006). Los CSLA codifican manano sintasas (Dhugga et al., 2004) y los CSLC glucano sintasas (Cocuron et al., 2007).

Además de estos esqueletos, las hemicelulosas contienen cadenas laterales que son añadidas mediante glicosiltransferasas que son proteínas integrales de membrana con un dominio catalítico hacia el lumen del Golgi (Keegstra y Raikhel, 2001).

• Fucosiltransferasa: identificada en Arabidopsis y en guisante. En Arabidopsis el gen responsable es el AtFT1. Un mutante deficiente en fucosa de Arabidopsis (mur2) mostró una mutación en este gen (Vanzin et al., 2002; Perrin et al., 2001)

• Galactosiltransferasa: añade galactosa en el tercer residuo de xilosa de la estructura XXXG. En A. thaliana está codificada por MUR3. El mutante mur3 carece de fucosa debido a la falta de galactosa en el lugar en el que la fucosa debería ser añadida (Madson et al., 2003).

• Xilosiltransferasa: una de las xilosiltransferasas (XT1) fue identificada por su similaridad con una galactosiltransferasa del fenogreco. Su función fue determinada por la expresión de genes candidatos en Pichia pastoris, demostrando que XT1 cataliza la transferencia de UDP-xilosa al β(1,4)-glucano. Posteriormente se identificó GT34, una xilosiltransferasa que presenta propiedades similares.

Pectinas:

Mediante aproximaciones genéticas se han identificado algunos genes relacionados con la biosíntesis de pectinas, entre los que se pueden destacar QUA1, NpGUT1 o PARVUS/GLZ1.

Se identificaron dos mutantes de Arabidopsis (qua1-1, qua1-2) que se caracterizaban por una reducción en el contenido de ácido galacturónico en su pared celular (Bouton et al., 2002). Posteriormente, se demostró que los mutantes qua1 presentaban una reducción en la actividad galacturonosiltransferasa y una reducción de la actividad xilano sintasa indirecta (Orfila et al., 2005).

En Arabidopsis se conocen la GAUT1 (Sterling et al., 2006), que es una galacturonosil transferasa; RGXT2 (Egelund et al., 2006) que es una xilosil transferasa de ramnogalacturonano II y XGD1 (Jensen et al., 2008) que es una xilosil transferasa de xilogalacturonano.

Bibliografía:

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Brown RMJ, Saxena IM, Kudlicka K (1996) Cellulose biosynthesis in higher plants. Trends Plant Sci 1: 149–155.

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Jensen JK, Sørensen SO, Harholt J, Geshi N, Sakuragi Y, et al. (2008) Identification of a xylogalacturonan xylosyltransferase involved in pectin biosynthesis in Arabidopsis. Plant Cell 20: 1289–302.

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Lane DR, Wiedemeier A, Peng L, Hofte H, Vernhettes S, et al. (2001) Temperature-sensitive alleles of RSW2 link the KORRIGAN endo-1,4-beta- glucanase to cellulose synthesis and cytokinesis in Arabidopsis. Plant Physiol 126: 278–288.

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Madson M, Dunand C, Li X, Verma R, Vanzin GF, et al. (2003) The MUR3 gene of Arabidopsis encodes a xyloglucan galactosyltransferase that is evolutionarily related to animal exostosins. Plant Cell 15: 1662–70.

Orfila C, Sørensen SO, Harholt J, Geshi N, Crombie H, et al. (2005) QUASIMODO1 is expressed in vascular tissue of Arabidopsis thaliana inflorescence stems, and affects homogalacturonan and xylan biosynthesis. Planta 222: 613–22.

Perrin RM, DeRocher AE, Bar-Peled M, Zeng WQ, Norambuena L, et al. (1999) Xyloglucan fucosyltransferase, an enzyme involved in plant cell wall biosynthesis. Science 284: 1976–1979.

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Sterling JD, Atmodjo MA, Inwood SE, Kolli VSK, Quigley HF, et al. (2006) Functional identification of an Arabidopsis pectin biosynthetic homogalacturonan galacturonosyltransferase. Proc Natl Acad Sci U S A 103: 5236–41.

Somerville C (2006) Cellulose synthesis in higher plants. Annu Rev Cell Dev Biol 22: 53–78.

Vanzin GF, Madson M, Carpita NC, Raikhel NV, Keegstra K, et al. (2002) The mur2 mutant of Arabidopsis thaliana lacks fucosylated xyloglucan because of a lesion in fucosyltransferase AtFUT1. Proc Natl Acad Sci U S A 99: 3340–3345.

Pectinas:

Son polímeros que en contacto con agua forman geles. Representan el 30% del peso seco de la pared y son una mezcla de polímeros ácidos y neutros, creando superficies cargadas que regulan el pH y el balance iónico. Además, proporcionan el entorno adecuado para la formación de la red de celulosa y xiloglucano determinando el grado de porosidad de la pared y por lo tanto la disponibilidad de sustratos para enzimas determinados (Willats et al., 2001).
Se pueden diferenciar:

• Homogalacturonano (HGA): es un homopolímero lineal formado por ácido galacturónico unido por enlaces α(1-4), que contiene aproximadamente 100-200 residuos. El homogalacturonano es abundante, y parece ser sintetizado en el aparato de Golgi y depositado con el 70-80% de los residuos de ácido galacturónico metil-esterificados en el carboxilo de C6. Al eliminar los metil-ésteres el homogalacturonano forma puentes de calcio que dotan a la estructura de mayor rigidez. Existen otras modificaciones biosintéticas posibles, pero no están tan generalizadas como la metil-esterificación.

• Ramnogalacturonano II: es un polímero muy conservado que tiene una estructura básica de al menos 8 residuos de galactosa unidos mediante enlaces α(1-4) y que contiene cuatro cadenas laterales poliméricas que además de los azúcares frecuentes también presentan otros menos abundantes como apiosa o ácido acérico (Vidal et al., 2000). Una de las características principales del ramnogalacturonano II es que se puede dimerizar formando puentes borato con dos enlaces ester a través de los residuos de apiosa(Ishii et al., 1999; Kobayashi et al., 1996).

• Ramnogalacturonano I: es un polímero formado por al menos 100 repeticiones del disacárido (1-2)-α-L-ramnosa-(1-4)-α-D-galacturónico. Es abundante, su distribución es heterogénea y generalmente aparece unido al homogalacturonano mediante enlaces glicosídicos. Entre el 20 y el 80% de las ramnosas llevan unidas cadenas laterales. Estas cadenas pueden tener entre 1 y 50 residuos, que son oligosacáridos mayoritariamente neutros.

Proteínas estructurales:
Glicoproteínas: se diferencian dos grandes grupos: las unidas a arabinogalactano y las relacionadas con la detención del crecimiento de la pared.

• Proteínas unidas a arabinogalactano (AGPs): son proteínas muy solubles y altamente glicosiladas. Sólo el 2-10% de su peso es proteína, y su peso varía mucho según el grado de glicosilación. La mayoría son ricas en hidroxiprolina, serina, alanina, treonina y glicina y son muy resistentes a la proteolisis debido a su alto grado de glicosilación. Los carbohidratos constituyen la mayor parte del peso de las AGPs, siendo los más frecuentes la D-galactosa y L-arabinosa. Están unidas a la membrana mediante un enlace glicofosfatidilinositol (GPI) y se han propuesto muchas funciones posibles: lubricante, humectante, reconocimiento célula-célula o formación de la raíz (Showalter, 2001).

• Proteínas relacionadas con la detención del crecimiento de la pared:

1. Proteínas ricas en hidroxiprolina: las más conocidas son las extensinas, muy abundantes en dicotiledóneas. Son muy ricas en hidroxiprolina y en serina, pero también contienen otros aminoácidos como valina, tirosina, lisina e histidina. La mayor parte de los residuos de hidroxiprolina están glicosilados con entre uno y cuatro residuos de arabinosa, y los de serina suelen estar glicosilados con una galactosa (Showalter, 1993). Para que se produzca la detención del crecimiento, se forman enlaces covalentes entre residuos de tirosina, que conlleva su insolubilización y frena el crecimiento debido al aumento de la rigidez.
2. Proteínas ricas en glicina: se caracterizan por su estructura primaria repetitiva, que está compuesta en más de un 70% de glicina y no parecen estar glicosiladas (Showalter, 1993). Aparentemente surgen como respuesta a condiciones de estrés y también durante el desarrollo.
3. Proteínas ricas en prolina: son proteínas con alto contenido en prolina e hidroxiprolina (normalmente en similar proporción) que no se encuentran glicosiladas o levemente glicosiladas con arabinosa. Se acumulan en la pared durante el crecimiento y en respuesta a ciertos estímulos (están relacionadas con la formación de nódulos) (Showalter, 1993). Al igual que las proteínas ricas en hidroxiprolina, se insolubilizan al formar enlaces covalentes que aumentan su rigidez.

Bibliografía:

Ishii T, Matsunaga T, Pellerin P, O’Neill MA, Darvill A, et al. (1999) The plant cell wall polysaccharide rhamnogalacturonan II self-assembles into a covalently cross-linked dimer. J Biol Chem 274: 13098–13104.

Kobayashi M, Matoh T, Azuma J (1996) Two chains of rhamnogalacturonan II are cross-linked by borate-diol ester bonds in higher plant cell walls. Plant Physiol 110: 1017–1020.

Showalter AM (1993) Structure and function of plant cell wall proteins. The Plant Cell 5: 9–23.

Showalter AM (2001) Arabinogalactan-proteins: structure, expression and function. Cell Mol Life Sci 58: 1399–1417.

Vidal S, Doco T, Williams P, Pellerin P, York WS, et al. (2000) Structural characterization of the pectic polysaccharide rhamnogalacturonan II: evidence for the backbone location of the aceric acid-containing oligoglycosyl side chain. Carbohydr Res 326: 277–294.

Willats WG, McCartney L, Mackie W, Knox JP (2001) Pectin: cell biology and prospects for functional analysis. Plant Mol Biol 47: 9–27.

Una de las características definitorias de las células vegetales es la presencia de la pared celular, que cumple funciones como mantener la forma, actuar como reserva de carbono y proteger de las agresiones externas actuando como filtro.

La pared celular se extiende permitiendo el crecimiento celular en respuesta a un programa genético, lo que va a determinar la velocidad y dirección de este crecimiento.

Se distinguen dos tipos de pared celular (Carpita y Gibeaut, 1993):

• Pared celular primaria: es la que se va depositando durante el crecimiento de la célula y debe proporcionarle estabilidad, aunque también debe ser extensible como para permitir la expansión de las células sin que se rompan por la turgencia. Está constituida por polisacáridos (celulosa, hemicelulosas y pectinas) y por glicoproteínas estructurales.

• Pared celular secundaria: se deposita una vez que finaliza el crecimiento y confiere mayor estabilidad. Está presente sólo en algunos tipos celulares y se caracteriza por la presencia de lignina.

PARED CELULAR PRIMARIA:

La pared celular primaria está formada por celulosa, hemicelulosas, pectinas y proteínas.

Celulosa:

La celulosa es el polisacárido más sencillo en la pared celular. Son microfibrillas con una estructura cristalina de entre 5 y 15 nm de grosor formadas por cadenas de β-1,4-glucosa. Cada microfibrilla contiene 36 cadenas situadas en paralelo y unidas por puentes de hidrógeno. Cada residuo de glucosa está rotado respecto a los contiguos, lo que permite que se mantenga una estructura plana y rígida, y a su vez permite que se establezcan los puentes de hidrógeno con las cadenas adyacentes.
La celulosa representa aproximadamente el 70% del peso seco de la pared.

Hemicelulosas:

Son polisacáridos relativamente lineales y neutros, que se unen entre sí o a las microfibrillas de celulosa por puentes de hidrógeno. El más abundante en dicotiledóneas es el xiloglucano.

Xiloglucano: son cadenas de β(1-4)-glucano que tienen entre 300 y 3000 residuos de glucosa. Casi el 75% de los residuos tienen unida xilosa (β-D-xilopiranosa) en el C6 mediante un enlace α(1-6). La unidad estructural básica es XXXG según la nomenclatura propuesta por  Fry et al. (1993).
Los restos de xilosa a su vez unen otros residuos en el C2 que pueden ser galactosa (β-D-galactopiranosa) o galactosa unida a su vez a fucosa (L-fucopiranosa-α(1-2)-D-galactopiranosa). Dependiendo de la especie que se trate, la proporción de estos residuos será diferente (Hoffman el al., 2005).
Para conocer la estructura del xiloglucano se puede realizar una digestión con endo-β(1-4)-glucanasas de hongos (Fry et al., 1993) que actúan en los enlaces C1 de las glucosas que no están sustituidas, por lo que generalmente se obtienen oligosacáridos con cuatro residuos de glucosa.

El xiloglucano se une a la celulosa por puentes de hidrógeno, formando una red xiloglucano-celulosa.

El xiloglucano mantiene las microfibrillas separadas, lo que provoca que aumente la elasticidad de la pared. Las cadenas laterales dotan al xiloglucano de sus principales características: la xilosa impide la formación de haces, la galactosa evita la agregación que podría provocar su precipitación y la fucosa facilita la adopción de una conformación plana.
El xiloglucano se puede dividir en tres dominios según su accesibilidad, y tienen diferencias en el contenido de subunidades (Pauly et al., 1999):

• El primer dominio es accesible al tratar la pared con endoglucanasas. Representa la fracción no unida a celulosa.

• El segundo dominio es el que está unido a la superficie de las microfibrillas y se extrae con tratamiento alcalino mediante KOH.

• El tercer dominio es accesible únicamente al tratar las paredes con celulasas, ya que se trata del xiloglucano que se encuentra atrapado en el interior de las microfibrillas de celulosa.

Nomenclatura de los oligosacáridos:

Los oligosacáridos del xiloglucano se nombran según la nomenclatura propuesta por (Fry et al., 1993): cada glucosa se representa por una letra que indica el tipo de cadena lateral que lleva unida, y se empieza siempre por el extremo no reductor.

Glucano mixto: está formado únicamente por residuos de glucosa unidos por enlaces β(1-4) y β(1-3) intercalados. No puede formar microfibrillas ya que adopta estructura globular, y sólo está presente en gramíneas.

Xilanos: están formados por β(1-4) xilosa, y tiene cadenas laterales de arabinosa y de ácido glucurónico.  Los arabinoxilanos y en menor grado los glucuronoarabinoxilanos están presentes en la pared celular primaria de gramíneas.
Mananos: están formados por manosa unida mediante enlaces β(1-4) que unen residuos de galactosa, y en algunos casos la manosa se intercala con glucosa. Son componentes minoritarios, pero importantes en las semillas ya que actúan como protección frente a la desecación.

Bibliografía:

Carpita NC, Gibeaut DM (1993) Structural models of primary cell walls in flowering plants: consistency of molecular structure with the physical properties of  the walls during growth. Plant J 3: 1–30.

Fry S, York W, Albersheim P (1993) An unambiguous nomenclature for xyloglucan-derived oligosaccharides. Physiol Plant 89: 1–3.

Hoffman M, Jia Z, Peña MJ, Cash M, Harper A, et al. (2005) Structural analysis of xyloglucans in the primary cell walls of plants in the subclass Asteridae. Carbohydr Res 340: 1826–40.

Pauly M, Albersheim P, Darvill A, York WS (1999) Molecular domains of the cellulose/xyloglucan network in the cell walls of higher plants. Plant J 20: 629–639.

… un murciélago chiquitito.

He vuelto he vuelto!!! Y han pasado muchas cosas.

Para empezar, no me había ido a ningún sitio, sólo estaba disfrutando de unas pseudo-vacaciones de retiro… y decidí no postear durante ese tiempo. Ha sido toda una sorpresa porque las visitas se mantienen… no me lo creo ni yo.

He solucionado mis grandes dolores de cabeza. Y no, no me he comprado un gotero portátil para llevar chutado el Algidol en vena… me ha salido más caro todavía: tengo gafas nuevas. Para los que me conocéis desde hace poco os resumo la historia… Yo había usado gafas durante años, pero debido a que descansaba más la vista y tal y cual, mi hipermetropía había disminuido y ya no tenía que usarlas. Sólo tenía que descansar y no forzar la vista. Ahora dicen “nosequé” de que paso mucho tiempo delante del ordenador o de los libros (que estupidez no? nunca es demasiado) y tengo que volver a usar gafas… que me han costado un ojo de la cara. Pero si los dolores de cabeza me pasan (parece que si, aunque aún tengo que acostumbrarme a ellas) pues todo sea por poder aprovechar más tiempo (es decir, dejar de perder horas esperando a que el algidol haga efecto…).

Justo al empezar las pseudo-vacaciones, una puta piedra chocó contra mi parabrisas. Fue culpa de mi madre, si no hubiese ido a visitarla… no habría chocado con la piedra. Estuve una semanita casi con el agujero en el parabrisas pero ya me lo han cambiado y ha pagado el seguro. Por fin sirven para algo!!! Yo empezaba a pensar que les pagaba sólo para que me dieran un papelito y tráfico no me multase (en sus controles fantasmas, claro).

Además de esto, he confirmado que tengo tad. Mi tad (trabajo académicamente dirigido) tiene un título la mar de bonito: “Glicanasas que modifican la pared celular de Arabidopsis thaliana”. ¿A que mola? ¿Suena bien eh? Cuando sepa de que va la historia ya os contaré. Además, me estoy pegando (literalmente) por conseguir una beca de colaboración en el departamento (por si alguien no se enteró este departamento es fisiología celular). La beca son cuatro duros. Pero aunque fuese uno, siempre viene bien.

Casi tengo confirmadas las asignaturas que voy a hacer de Primaria (recordad que tengo una simultaneidad con educación primaria…). Si todo me sale como está previsto, este año acabaré con la licenciatura en biología terminada (rezando por conseguir un hueco por ahí con un doctorado/colaboración/explotación con alguna clase de remuneración) y tendré ya 60 créditos de primaria listos. No corresponden a 1º, pero son 60 créditos… en dos años más la tendría lista, aunque no pienso dedicar dos años a eso en exclusiva… (me sentiría en el cole).

No voy a contar nada más por ahora… que tengo que ir recuperando el ritmo poco a poco. Y os preguntareis… ¿y el murciélago? Porque os sorprendería saber la cantidad de gente que sigue llegando al blog buscando el modo de acoger a un murciélago como mascota. Aquí el enlace que me hizo hablar de murciélagos