Hvad er etylenbiosyntesen?
Ethylen er en forbindelse af kulstof og brint med den kemiske formel C 2 H4. Det er en farveløs gas med en sød lugt, der fremstilles i enorm skala af den petrokemiske industri til hovedsageligt anvendelse i produktion af plast. Ethylen produceres også af planter og fungerer som et hormon, der påvirker vigtige planteprocesser på flere måder. Det er usædvanligt, at et sådant lille molekyle er aktivt som et hormon. Ethylenbiosyntese i planter finder sted som reaktion på forskellige belastninger, herunder angreb fra skadedyr og sygdomme, tørke og vævsbeskadigelse.
Effekten af ethylen på planter er mange og varierede. Dets mest kendte virkning er at fremskynde modningen af nogle slags frugter, f.eks. Æbler, bananer og tomater, men ikke citrusfrugter. Det havde været kendt siden mindst de gamle egypteres tid, at nogle frugter kunne modnes hurtigere ved blå mærker; Det er ofte kun nødvendigt at mærke eller skære en frugt for at fremskynde modningen af et stort antal lagret i den samme beholder. Ethylen blev ikke identificeret som årsagen til denne reaktion indtil 1901, og det var først i slutningen af det 20. århundrede, at detaljer om processen med ethylenbiosyntese i plantevæv blev afsløret.
Ethylen hæmmer blomsterproduktion i de fleste planter, men fremmer spiring af frø og kan påvirke frøplantningsudviklingen på en interessant måde, kendt som ”tredobbelt respons.” Frøplanter, der er dyrket under mørke forhold og udsat for ethylen, viser en karakteristisk fortykning og forkortelse af stammen, og øget krumning af den apikale krog - en struktur, der beskytter det voksende centrum ved spidsen af stammen. Ethylen fremmer også ødelæggelse af klorofyl, produktion af pigmenter kaldet anthocyaniner - forbundet med efterårsfarver - og aldring og udgydelse af blade. Da forbindelsen er en gas og - ligesom de fleste hormoner - er effektiv i meget lave koncentrationer, kan den let diffundere gennem plantevæv, og således kan produktion af denne forbindelse af en plante påvirke andre i nærheden. Ethylen fra industrielle kilder og bilmotorer kan også påvirke planter.
Udgangspunktet for ethylenbiosyntesen i planter er methionin, en essentiel aminosyre, der produceres i chloroplasterne. Dette reagerer med adenosintrifosfat (ATP) for at producere S-adenosyl-L-methionin (SAM), også kendt som S-AdoMet, katalyseret af et enzym kaldet SAM-syntetase. En yderligere reaktion omdanner SAM til 1-amino-cyclopropan-1-carboxylsyre (ACC), katalyseret af enzymet ACC-syntase. Endelig reagerer ACC med ilt for at producere ethylen, hydrogencyanid og carbondioxid, katalyseret af enzymet ACC oxidase. Hydrogencyanid omdannes til en ufarlig forbindelse af et andet enzym, så ethylenbiosyntesen frigiver ikke giftige kemikalier.
ACC-syntase produceres af planter som respons på stress, hvilket medfører, at der produceres mere ACC og følgelig mere ethylen. Stresset kan have form af angreb fra insektskadedyr eller plantesygdomme, eller det kan skyldes miljøfaktorer som tørke, kulde eller oversvømmelse. Skadelige kemikalier kan også resultere i stress, hvilket fører til ethylenproduktion.
Plantehormonet auxin, hvis det findes i store mængder, stimulerer ethylenproduktionen. Auxiniske herbicider, såsom 2,4-dichlorphenoxyeddikesyre (2,4-D), efterligner virkningen af dette hormon og forårsager ethylenproduktion i mange planter. Selvom den nøjagtige virkemåde for disse herbicider ikke er klar, ser det ud til, at overdreven ethylenproduktion kan spille en rolle i plantedød hos modtagelige arter.
Formålet med ethylenbiosyntese i planter er fra 2011 et område med aktiv forskning. I betragtning af den store række effekter af dette hormon er det sandsynligt, at det har flere roller. Når det gælder frøplanter, ser det ud til at være produceret som reaktion på modstand fra jorden mod den voksende frøplantning og for at udløse vækstresponser, der hjælper med at beskytte det voksende centrum. Der er også bevis for, at det kan spille en rolle i sygdomsresistens; eksperimentelle undersøgelser antyder, at planter, der mangler et ethylenrespons, er mere modtagelige for nogle sygdomme.