Informations moléculaires sur la mécanique complexe des parois cellulaires épidermiques des plantes

Analyse informatique des parois cellulaires

Des couches de fibres entrelacées constituent les parois des cellules végétales. Les différents types de fibres réagissent différemment à la déformation. Les microfibrilles de cellulose, par exemple, peuvent s’étirer ou se courber, en changeant leur longueur de bout en bout, et peuvent également glisser les unes sur les autres, réorienter les directions relatives et se regrouper avec les microfibrilles voisines. Zhang et coll. a développé un modèle de calcul basé sur des observations d’épiderme de peau d’oignon qui décrit comment ces changements complexes dans l’espace régissent la mécanique de la paroi cellulaire. Les résultats informent sur les moyens de concevoir des matériaux fibreux multifonctionnels.

La science, ce numéro p. 706

Abstrait

Les plantes ont développé des parois cellulaires complexes à base de nanofibrilles pour répondre à diverses contraintes biologiques et physiques. La façon dont la force et l’extensibilité émergent de l’organisation nanométrique à méso échelle des parois cellulaires en croissance n’a pas été résolue depuis longtemps. Nous avons cherché à clarifier les rôles mécaniques de la cellulose et des polysaccharides matriciels en développant un modèle à gros grains basé sur la physique des polymères qui récapitule les aspects de l’assemblage et de la mécanique de traction des parois cellulaires épidermiques. Des interactions de liaison non covalentes simples dans le modèle génèrent des réseaux de cellulose groupés ressemblant à ceux des parois cellulaires primaires et possédant une élasticité, un raidissement et une plasticité dépendant de la contrainte au-delà d’un seuil de rendement. La plasticité provient du glissement fibrilles-fibrilles dans des réseaux cellulosiques alignés. Ce modèle physique fournit un aperçu quantitatif des questions fondamentales de la mécanobiologie végétale et révèle les principes de conception des biomatériaux qui combinent rigidité, élasticité et extensibilité.

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