Secretory pathway in plant cell wall polysaccharide biosynthesis and FT-IR spectroscopy methods in plant cell wall composition analysis

Abstract

Všechny rostlinné buňky jsou obklopeny buněčnou stěnou, která ustavuje jejich velikost a tvar a je nezbytná pro mnoho zásadních buněčných procesů. Buněčná stěna streptofytních rostlin je tvořena převážně vysokomolekulárními polysacharidy. Celulóza, hlavní složka buněčné stěny rostlin, je syntetizována transmembránovými proteinovými komplexy přímo na povrchu buňky, zatímco hemicelulózy a pektiny jsou tvořeny v Golgiho aparátu. Bylo popsáno několik proteinů účastnících se syntézy těchto polysacharidů, nicméně stovky dalších teprve čekají na objevení. Proteiny nutné pro syntézu celulózy a molekuly hemicelulóz a pektinů syntetizované v Golgiho aparátu jsou transportovány na povrch buňky sekreční drahou, tato dráha tedy hraje důležitou roli v biogenezi buněčné stěny. Hypotézy o regulaci sekrece komponent buněčné stěny počítají s působením aktinového a mikrotubulárního cytoskeletu, vápníkového gradientu nebo PIP kináz; komplexní regulace tohoto procesu však zdaleka není popsána. FT-IR spektroskopie je metoda schopná detekce molekulárních vibrací, s jejíž pomocí je možné získat informace o chemickém složení prakticky všech látek. Tato metoda je úspěšně používána v identifikaci mutantů s abnormální buněčnou stěnou, ve studiu interakcí mezi jednotlivými složkami buněčné stěny a v dalších experimentech...

All plant cells are encapsulated in a cell wall that determines the cells' shape and size and is essential to many of their vital processes. The cell wall of streptophyte plants is composed mainly of polysaccharides of high molecular weight. Cellulose, the main constituent of the plant cell wall, is synthesized by protein complexes bound to the PM, while hemicelluloses and pectins are synthesized in the Golgi apparatus. Several proteins that participate in the synthesis of cell wall polysaccharides have been identified, but hundreds of them remain to be discovered. Secretory pathway plays an important role in plant cell wall biogenesis as it transports cellulose synthase complexes and noncellulosic polysaccharide molecules to the cell surface. Some regulatory mechanisms that might be involved in cell wall material secretion, such as actin cytoskeleton, Ca2+ gradient or PIP kinases have been proposed; however, the regulation of this process is very complex and far from being understood. FT-IR spectroscopy is a method that can detect molecular vibrations and provide information about chemical composition of virtually all substances. It has been used successfully in screens for cell wall mutants, the study of interactions between cell wall polymers, as well as other areas of cell wall biology. FT-IR...