Co je to biosyntéza ethylenu?
Ethylen je sloučenina uhlíku a vodíku s chemickým vzorcem C2H4. Jedná se o bezbarvý plyn se sladkým zápachem, který je petrochemickým průmyslem vyráběn ve velkém měřítku pro použití zejména při výrobě plastů. Ethylen je také produkován rostlinami a působí jako hormon, který ovlivňuje klíčové rostlinné procesy mnoha způsoby. Je neobvyklé, že taková malá molekula je aktivní jako hormon. K biosyntéze ethylenu v rostlinách dochází v reakci na různé stresy, včetně napadení škůdci a chorobami, sucha a poškození tkáně.
Účinky ethylenu na rostliny jsou četné a různorodé. Jeho nejznámějším účinkem je urychlení zrání některých druhů ovoce, například jablek, banánů a rajčat, ale nikoli citrusových plodů. Od doby starověkých Egypťanů bylo známo, že některé plody mohou být dozrávány rychleji modřinami; často je nutné pouze otlačit nebo nakrájet jedno ovoce, aby se urychlilo zrání velkého počtu uložených ve stejné nádobě. Ethylen nebyl identifikován jako příčina této reakce až do roku 1901 a teprve na konci 20. století byly odhaleny podrobnosti o procesu biosyntézy ethylenu v rostlinné tkáni.
Ethylen inhibuje produkci květin ve většině rostlin, ale podporuje klíčení semen a může zajímavým způsobem ovlivnit vývoj sazenic, známý jako „trojitá reakce“. zvýšené zakřivení apikálního háčku - struktura, která chrání pěstební centrum na špičce stonku. Ethylen také podporuje ničení chlorofylu, produkci pigmentů zvaných antokyanů - spojených s podzimními barvami - a stárnutí a vylučování listů. Protože sloučenina je plyn a - stejně jako většina hormonů - je účinná při velmi nízkých koncentracích, může se snadno rozptýlit přes rostlinnou tkáň, takže produkce této sloučeniny jednou rostlinou může ovlivnit ostatní v okolí. Rostliny mohou ovlivnit také ethylen z průmyslových zdrojů a motorů automobilů.
Výchozím bodem biosyntézy ethylenu v rostlinách je methionin, esenciální aminokyselina produkovaná v chloroplastech. To reaguje s adenosintrifosfátem (ATP) za vzniku S-adenosyl-L-methioninu (SAM), také známého jako S-AdoMet, katalyzovaného enzymem zvaným SAM-syntetáza. Další reakce převádí SAM na kyselinu 1-aminocyklopropan-1-karboxylovou (ACC), katalyzovanou enzymem ACC syntázy. Nakonec ACC reaguje s kyslíkem za vzniku ethylenu, kyanovodíku a oxidu uhličitého, katalyzovaného enzymem ACC oxidáza. Kyanovodík je přeměněn na neškodnou sloučeninu jiným enzymem, takže biosyntéza ethylenu neuvolňuje toxické chemikálie.
ACC syntáza je produkována rostlinami v reakci na stres, což způsobuje, že se produkuje více ACC a následně více ethylenu. Stres může mít podobu útoku hmyzích škůdců nebo chorob rostlin, nebo může být způsoben faktory prostředí, jako je sucho, chlad nebo záplavy. Škodlivé chemikálie mohou také vést ke stresu, což vede k produkci ethylenu.
Rostlinný hormon auxin, pokud je přítomen ve velkém množství, stimuluje produkci ethylenu. Auxinové herbicidy, jako je kyselina 2,4-dichlorfenoxyoctová (2,4-D), napodobují působení tohoto hormonu a způsobují produkci ethylenu v mnoha rostlinách. I když přesný způsob působení těchto herbicidů není jasný, zdá se, že nadměrná produkce ethylenu může hrát roli při usmrcení rostlin u vnímavých druhů.
Účel biosyntézy ethylenu v rostlinách je od roku 2011 oblastí aktivního výzkumu. Vzhledem k široké škále účinků tohoto hormonu je pravděpodobné, že má více rolí. V případě sazenic se zdá, že je produkován jako reakce na odpor půdy vůči vyvíjejícím sazenicím a vyvolává růstové reakce, které pomáhají chránit pěstební centrum. Existují také důkazy, že může hrát roli v rezistenci na choroby; Experimentální studie naznačují, že rostliny postrádající reakci ethylenu jsou náchylnější k některým chorobám.