الخلايا النباتية تأكل ... أغشية وقطرات الزيت


اكتشف علماء الكيمياء الحيوية في مختبر بروكهافن الوطني بوزارة الطاقة الأمريكية طريقتين للسيطرة على البلعمة الذاتية أو الأكل الذاتي لمستويات الزيوت في الخلايا النباتية. تصف الدراسة ، التي نُشرت في The Plant Cell في 29 أبريل 2019 ، كيف تساعد عملية سبر لحوم البشر هذه النباتات على البقاء على قيد الحياة. كما يوفر تفاصيل ميكانيكية يمكن للعلماء الاستفادة منها لتجعل النباتات تتراكم المزيد من النفط.

عادة ما تخزن النباتات الزيت في بذورها ، وبالتالي بكميات محدودة. وأوضح تشانغشنغ شو ، الكيميائي الحيوي في بروكهافن الذي قاد الدراسة ، أن وجود المزيد من الزيت المخزّن في الأنسجة النباتية - الأوراق والسيقان والجذور - سيجعل النباتات أكثر فائدة كمحاصيل الطاقة. يمكن استخراج زيت النبات الوفير واستخدامه كوقود الديزل الحيوي لتشغيل السيارات ، على سبيل المثال. أو يمكن حرق الكتلة الحيوية الغنية بالنفط - التي تعبئ طاقة أكثر من المواد النباتية التقليدية المصنوعة من الكربوهيدرات - لتوليد الكهرباء ومباني التدفئة وتطبيقات الطاقة الأخرى.

وقال شو "إذا كنت ترغب في زيادة تراكم الزيت ، فأنت بحاجة إلى معرفة كيفية تصنيع الزيت وفهم استقرار الزيت في الأنسجة النباتية". "تظهر دراستنا أن الالتهام الذاتي يلعب دورين رئيسيين في توازن الزيت: أولاً ، من المهم بالنسبة للتركيب الحيوي للقطرات الشحمية ، وهو الشكل الذي يتم به تخزين الزيت في الأنسجة النباتية والأنسجة الأخرى. كما أنه يلعب دورًا في تحطيم تلك القطرات عند النباتات بحاجة إلى استخدام النفط لإنتاج الطاقة. "

إعادة التدوير على نطاق الخلية

قد يبدو تناول جزء من نفسه بمثابة إستراتيجية غريبة للبقاء على قيد الحياة. لكن اعتبر أن هذه العملية عالمية. يحدث خلال النمو الطبيعي في خلايا الثدييات والخميرة والنباتات ، وقد ثبت أنه يحفز على نطاق واسع من خلال الأحداث المجهدة مثل الجوع.

وقال شو "ولكن بدلا من الاستهلاك الكلي للذراع أو الساق أو الغصن أو الجذع ، فإن الالتهام الذاتي هو شكل من أشكال إعادة التدوير الخلوية".

"جميع الخلايا تحتاج إلى وسيلة للتخلص من المواد غير المرغوب فيها" ، أوضح. ويمكن أن تشمل هذه العوامل المسببة للأمراض الغازية ، أو منتجات النفايات السامة ، أو حتى "العضيات القديمة" والتالفة ، تلك الأعضاء المصغرة مثل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء التي تؤدي الوظائف الأساسية للخلايا الحية. تقوم الخلايا عادةً بتسليم نفاياتها إلى مقصورات إعادة التدوير القائمة بذاتها: "فجوات" في خلايا الخميرة والنباتية ، أو "الليزوزومات" في الثدييات. في الداخل ، تقوم الإنزيمات القوية التي تكون ضارة جدًا بحيث لا تتدفق بحرية داخل الخلية بتكسير النفايات لإطلاق كتل بناء كيميائية حيوية يمكن إعادة استخدامها لصنع هياكل خلوية جديدة أو لتوفير الطاقة للخلية.

كشفت دراسة شو أن بعض لبنات البناء البيوكيميائية التي تحررها عملية إعادة التدوير التلقائي الذاتي الطبيعية هي الأحماض الدهنية التي تشكل قطرات الزيت.

استخدم فريق بروكهافن النباتات التي قاموا بتعديلها بالفعل لتخزين الزيت في قطرات الدهون في أوراقهم. لتتبع من أين جاء الزيت ، قاموا بتغذية خلايا من هذه النباتات سلائف الأحماض الدهنية التي تمت الإشارة إليها بشكل مشع من الكربون. سمحت لهم هذه "العلامة" المشعة بتتبع مكان انتقال الجزيئات التي تحمل علامات التسمية مع مرور الوقت.

وجدوا أن الأحماض الدهنية المسمى لم يتم دمجها مباشرة في قطرات الدهون. وبدلاً من ذلك أصبحوا أولاً جزءًا من أغشية الخلايا المختلفة.

وقال شو "الدهون هي مكون رئيسي في الأغشية الخلوية ، بما في ذلك الأغشية التي تحيط بكل عضوي". "تشير دراستنا إلى أن البلعمة الذاتية تسلم العضيات القديمة بأغشيةها الغنية بالدهون إلى الفتحة المراد تحللها ، ومن ثم ينتهي الأمر بالأحماض الدهنية المسمى الصادرة من الأغشية في الزيت المخزن في قطرات الدهون."

أكدت خطوة أخرى في هذه الدراسات الوراثية الكيميائية الحيوية أن تناول الأغشية القديمة كان مهمًا لبناء الزيت المخزن: إن إيقاف الجينات المطلوبة للالتهام الذاتي قلل من تراكم قطرات الدهون بنسبة 70 بالمائة.

حل للنباتات وربما احتياجاتنا من الطاقة

بمجرد أن يعرفوا أن البلعمة الذاتية تلعب دورًا مهمًا في التخليق الحيوي للزيوت ، أراد العلماء أيضًا أن يستكشفوا ما إذا كان بإمكانهم حث نوع الالتهام الذاتي الذي تستخدمه خلايا الخميرة والثدييات لأكل قطرات الدهون عندما تتضور جوعًا. لتجويع نباتاتهم ، وضعهم العلماء في الظلام. بدون ضوء الشمس ، لا يوجد التمثيل الضوئي لتوفير الطاقة.

في هذا الجزء من الدراسة ، استخدم العلماء علامتين فلوريتين لتسمية قطرات الدهون (الأخضر) والغشاء المحيط بالفراغ (أحمر). لقد قاموا بتتبع ما حدث باستخدام مجهر متحد البؤر في مركز بروكهافن لاب للمواد النانوية الوظيفية ، وهو مرفق مستخدم تابع لوزارة العلوم.

وقال شو "هذه الصور تظهر بوضوح الفجوات التي تغمر قطرات الدهون بأكملها." داخل الفجوة ، تقوم الإنزيمات عادةً بتفكيك قطرات الدهون لإطلاق الأحماض الدهنية للطاقة ، لكن العلماء قاموا بحظر هذا التدهور حتى يتمكنوا من التقاط الصور قبل اختفائها.

وقال شو "أردنا القبض على البلع ، ولكن ليس الهضم".

مرة أخرى ، اختبروا ما حدث عندما قاموا بحظر الجينات من الالتهام الذاتي.

وقال شو "لا يمكن للفراغات أن تأكل القطيرات ، وبالتالي تتراكم في السيتوبلازم".

قد يكون ترك قطرات الزيت غير المهضومة في السيتوبلاز أمرًا سيئًا للنباتات التي تتضور جوعًا في الظلام ، لكنه قد يشير إلى طريقة للحصول على محاصيل الطاقة الحيوية لتجميع المزيد من النفط.

وقال شو "هناك الكثير من التفاصيل لاكتشاف كيفية حدوث هذه العملية." "ولكن إذا استطعنا اكتشاف الإشارات التي ينطوي عليها الأمر ، فقد نكون قادرين على معالجة العملية للحصول على مصانع لصنع وتخزين المزيد من الأحماض الدهنية ، وهي المكونات الرئيسية للديزل الحيوي. ويمكن استخدام هذه المعرفة أيضًا لجعل قطرات الزيت أكثر استقرارًا ، أو النباتات الأكثر مقاومة للإجهاد ، إنه مجال بحث جديد مثير بالكامل! "

شارك المقالة عبر:

اترك تعليقا:

اعلانك هنا

الاكتر شيوعا

Wikipedia

نتائج البحث

نموذج الاتصال

الاسم

بريد إلكتروني *

رسالة *

إجمالي مرات مشاهدة الصفحة