Nueva 'arquitectura' molecular realza el maíz como productor de etanol

Una estructura molecular diferente a lo esperado ha sido descubierta en el tallo del maíz, lo que puede ayudar a optimizar la forma en que este relevante cultivo se convierte en etanol. "Nuestra economía se basa en el etanol, por lo que es asombroso que no hayamos tenido una comprensión más completa y precisa de la estructura molecular del maíz hasta ahora", afirma el profesor Tuo Wang, asistente del Departamento de Química de la Universidad Estatal de Luisiana (LSU, por sus siglas en inglés), en Estados Unidos, quien dirigió este estudio que se publica en 'Nature Communications'.

"Actualmente, casi toda la gasolina contiene aproximadamente un 10 por ciento de etanol. Un tercio de toda la producción de maíz en Estados Unidos, que es de aproximadamente 5.000 millones de bushels al año, se utiliza para la producción de etanol. Incluso si finalmente podemos mejorar la eficiencia de producción de etanol en un 1 o 2 por ciento, podría proporcionar un beneficio significativo a la sociedad".

Nueva 'arquitectura' molecular realza el maíz como productor de etanol

Wang y sus colegas estudiaron un tallo de la planta del maíz intacto a nivel atómico usando técnicas de alta resolución. El equipo de LSU incluye al investigador postdoctoral Xue Kang y dos estudiantes graduados, Malitha Dickwella Widanage, de Colombo, Sri Lanka, y Alex Kirui, de Nakuru, Kenia.

Mayor optimización de los métodos de producción de etanol

Anteriormente, se pensaba que la celulosa, un hidrato de carbono complejo grueso y rígido que actúa como un andamio en el maíz y otras plantas, se conecta directamente a un polímero impermeable llamado lignina. Sin embargo, Wang y sus colegas descubrieron que la lignina tiene un contacto limitado con la celulosa dentro de una planta.

En cambio, el complejo de hidratos de carbono, llamado xylan, conecta la celulosa y la lignina como el pegamento. También se ha pensado previamente que las moléculas de celulosa, lignina y xilano se mezclan, pero los científicos descubrieron que cada una tiene dominios separados y que estos dominios realizan funciones separadas. "Me sorprendió.

"Actualmente, casi toda la gasolina contiene aproximadamente un 10 por ciento de etanol. Un tercio de toda la producción de maíz en Estados Unidos, que es de aproximadamente 5.000 millones de bushels al año, se utiliza para la producción de etanol.

Nuestros hallazgos en realidad van en contra del libro de texto", afirma Wang. La lignina con sus propiedades impermeables es un componente estructural clave en las plantas. La lignina también representa un desafío para la producción de etanol porque evita que el azúcar se convierta en etanol dentro de una planta. Se ha realizado una importante investigación sobre cómo descomponer la estructura de la planta o criar plantas más digeribles para producir etanol u otros biocombustibles. Sin embargo, esta investigación se ha realizado sin el cuadro completo de la estructura molecular de las plantas.

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"Es posible que una gran cantidad de trabajo en los métodos de producción de etanol necesite una mayor optimización, pero abre las puertas a nuevas oportunidades para mejorar la forma en que procesamos este valioso producto", dice Wang. Esto significa que se puede diseñar una enzima mejor o producto químico para descomponer de manera más eficiente el núcleo de la biomasa de una planta.

Estos nuevos enfoques también se pueden aplicar a las biomasas en otras plantas y organismos. Además del maíz, Wang y sus colegas analizaron otras tres especies de plantas: arroz, hierba de césped, que también se usa para la producción de biocombustibles, y la especie de planta modelo 'Arabidopsis', que es una planta floreciente relacionada con el repollo.

Los científicos descubrieron que la estructura molecular entre las cuatro plantas es similar. Descubrieron esto mediante el uso de un instrumento de espectroscopia de resonancia magnética nuclear de estado sólido en LSU y en el Laboratorio Nacional de Campos Magnéticos Superiores de la Fundación Nacional de Ciencia en Tallahassee, Florida (Estados Unidos). El equipo ahora está analizando la madera de eucalipto, álamo y abeto, lo que podría ayudar a mejorar la producción de papel y las industrias de desarrollo de materiales también.

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