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Organisation des biopolymères chez la plante

Vers de nouveaux biomatériaux modulables.

Assemblage de cellulose et xyloglucane. © Inra, BIA
Mis à jour le 09/12/2016
Publié le 05/12/2016

Les paramètres structuraux du xyloglucane déterminent son arrangement en surface de la cellulose. Des modèles in vitro nous permettent de mimer l’organisation des biopolymères chez la plante.

Dans les végétaux, la cellulose forme des fibres interconnectées par des hémicelluloses. Le xyloglucane, qui est l’hémicellulose la plus abondante, est un polymère composé d’une chaîne de glucose décorée par d'unités de xylose, galactose, fucose ou arabinose. L’interaction entre la cellulose et le xyloglucane a suscité un grand nombre d’études, à la fois pour comprendre l’organisation dans la plante et aussi pour concevoir de nouveaux matériaux biosourcés.

Certains paramètres structuraux du xyloglucane tels que sa taille ont révélé un fort impact sur l’arrangement de ce polymère en surface de la cellulose et sur les propriétés de l’assemblage. Ainsi, pour de fortes masses molaires (>10×105 g mol-1), les chaînes de xyloglucane forment des boucles et des queues, ce qui permet l’interconnexion des fibres de cellulose. En revanche, quand le xyloglucane a une plus faible masse molaire (<105 g mol-1), il s’adsorbe sous forme de "trains" près de la surface, ce qui a été démontré par des études d’adsorption, d’accessibilité des enzymes et par des modèles cinétiques d’adsorption. Ces deux arrangements xyloglucane/cellulose miment deux situations différentes de l’organisation des polymères chez la plante. D’un côté, l’organisation des chaînes du xyloglucane en forme de boucles permet d’écarter les fibres de cellulose (de 20 à 30 nm) en milieu aqueux. Cette distance correspond à la séparation observée in vivo (20-40 nm) des fibres de cellulose adjacentes enrobées par le xyloglucane. De l’autre côté, les assemblages en forme de "trains" miment l’association intime du xyloglucane et de la cellulose qui ne permet pas la séparation des fibres. Ce travail de l'unité BIA conforte les dernières théories sur l’organisation de la plante et sur le rôle structurel du xyloglucane par la préparation in vitro des 2 arrangements du xyloglucane sur la cellulose. Le contrôle de l’arrangement du xyloglucane sur la cellulose permet de concevoir de nouveaux biomatériaux modulables.

Grâce à ces études, et en utilisant des modèles cinétiques d’adsorption développés à l’unité BIA du centre Inra Angers-Nantes, il est possible de décrire les interactions entre ces biopolymères et de prédire les propriétés finales d’assemblages pour la fabrication de matériaux biosourcés.

Représentation de l’assemblage de cellulose et xyloglucane de faible masse molaire (violet) et de forte masse molaire (orange) dans un milieu sec et humide.. © Inra, A. Villares
Représentation de l’assemblage de cellulose et xyloglucane de faible masse molaire (violet) et de forte masse molaire (orange) dans un milieu sec et humide. © Inra, A. Villares

Publication associée : Villares, A.; Bizot, H.; Moreau, C.; Rolland-Sabaté, A.; Cathala, B. “Effect of xyloglucan molar mass on its assembly onto the cellulose surface and its enzymatic susceptibility”, Carbohydrate Polymers, 2016; http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.10.072.

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Caractérisation et élaboration des produits issus de l’agriculture
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Pays de la Loire