Álamos transgénicos I

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La lignina es el derivado de la madera más común ya que forma parte de la pared secundaria de las plantas y algunas algas. Es uno de los más abundantes polímeros orgánicos de la Tierra, solo superada por la celulosa. Constituye el 30% del carbono orgánico no fósil y 1/4 – 1/3 de la masa seca de la madera.

Es un biopolímero formado por unos alcoholes aromáticos conocidos como monolignoles y cuya estructura primaria no se ha podido definir ya que esta macromolécula racémica, con una masa molecular por encima de 10000 U, se fragmenta durante la extracción. Se ha descrito diferentes ligninas en función del modo de aislamiento.

Una de las posibles estructuras de la lignina

Una de las posibles estructuras de la lignina

 

Un pequeño fragmento de polímero lignina

Un pequeño fragmento de polímero lignina

Existe tres monómeros monolignoles que presentan diferentes grados de metoxilación (–O–CH3 ó OMe): el alcohol p-cumarílico, coniferílico y sinapílico. MonolignolesEstos se sintetizan, en el citosol de la célula, a partir del aminoácido fenilalanina. Este se convierte en ácido cinámico por la acción del enzima liasa fenilalanina-amoníaco (PAL) y una serie de hidroxilaciones y metilaciones enzimáticas conducen a los ácidos cumárico, ferúlico y sinápico. La reducción del grupo carboxílico da los alcoholes correspondientes. Posteriormente son glicosilados, es decir, se les añade una glucosa que los hace más soluble en agua, menos tóxicos y son transportados a través de la membrana celular hacia el apoplasto, espacio extracelular periférico a la membrana celular. Allí la glucosa es eliminada y la polimeración se inicia. En la figura de abajo podéis ver la polimerización del alcohol coniferílico a la lignina. La reacción tiene dos rutas alternativas catalizadas por dos enzimas oxidativas diferentes: peroxidasas o oxidasas.

La lignina es una importante materia prima para las industrias de la celulosa, del papel y del biocomsutible pero su uso requiere grandes candidades de energía ya que se tiene degradar. Tanto en la fabricación de biocombustibles como la de papel, la lignina se disuelve con productos químicos concentrados a altas temperaturas. Una vez liberada la celulosa rica en azúcar, por ejemplo, se puede proceder a la fermentación del azúcar para obtener etanol (biocombustible). Desde hace dos décadas, Estas industrias han invertido grandes cantidades de dinero y de esfuerzo para encontrar maneras de reducir el gasto energético.

Los científicos han enfocado este problema des de diferentes puntos. Uno de los que más ha permitido avanzar es el de la ingeniería genética. Esta nos ha facilitado:

  • Rediseñar la lignina para que sea más susceptible a la polimerización química y reducir así el gasto energético en su procesamiento industrial.

Recientemente John Ralph y su equipo han diseñado un álamo con una lignina que se puede disolver con algunos productos químicos a temperaturas suaves. Lo que con lleva un gran ahorro energético y económico. Introducieron un gen que proviene de la Angelica sinensis, una hierba medicinal china que contiene monómeros de ligninas más digeribles.

Este gen codífica para coniferyl ferulate feruloyl-CoA monolignol transferasa (FMT) (patente) que es capaz de formar conjugados ferulato-monolignol que son incorporados a la lignina introduciendo, así, enlaces éster (que es el enlace de unión entre el grupo ferulato y el monolignol) que hacen que la lignina sea fácilmente escindible.

En el dibujo podéis ver la biosíntesi del conjugado, la lignificación y la degradación de la lignina: a) Biosintesi del conjugado Ferulato-Monolignol (2) a partir de Monolignol (1) y Feruloil-CoA y catalizada por el enzima coniferyl ferulate feruloyl-CoA monolignol transferasa (FMT) b-c) Lignificación de los conjugados (2) junto los monolignoles (1) produce ligninas que contienen enlaces éster en s esqueleto d) Despolimerización de la lignina: mediante un pretratamiento alcalino suave se puede escindir fácilmente los enlaces éster.

Los álamos resultantes no mostraron diferencias en el hábito de crecimiento bajo condiciones de invernadero, pero su lignina mostró una mejor digestibilidad.

Fuentes:

 

 

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