Was ist Ethylenbiosynthese?
Ethylen ist eine Verbindung von Kohlenstoff und Wasserstoff mit der chemischen Formel C 2 H 4 . Es ist ein farbloses Gas mit süßem Geruch, das von der petrochemischen Industrie in großem Maßstab hergestellt wird und hauptsächlich zur Herstellung von Kunststoffen verwendet wird. Ethylen wird auch von Pflanzen produziert und wirkt als Hormon, das auf verschiedene Weise entscheidende pflanzliche Prozesse beeinflusst. Es ist ungewöhnlich, dass ein so kleines Molekül als Hormon wirkt. Die Ethylenbiosynthese in Pflanzen erfolgt als Reaktion auf verschiedene Belastungen, einschließlich Schädlingsbefall und Krankheit, Trockenheit und Gewebeschäden.
Die Auswirkungen von Ethylen auf Pflanzen sind vielfältig. Die bekannteste Wirkung ist die Beschleunigung der Reifung bestimmter Obstsorten, z. B. Äpfel, Bananen und Tomaten, jedoch keine Zitrusfrüchte. Zumindest seit der Zeit der alten Ägypter war bekannt, dass einige Früchte durch Blutergüsse schneller reifen konnten; Oft muss nur eine Frucht gequetscht oder geschnitten werden, um die Reifung einer großen Anzahl von Früchten zu beschleunigen, die im selben Behälter aufbewahrt werden. Ethylen wurde erst 1901 als Ursache für diese Reaktion identifiziert, und erst Ende des 20. Jahrhunderts wurden Einzelheiten zum Prozess der Ethylenbiosynthese im Pflanzengewebe bekannt.
Ethylen hemmt die Blütenproduktion in den meisten Pflanzen, fördert jedoch die Keimung der Samen und kann die Keimlingsentwicklung auf interessante Weise beeinflussen, die als „Triple Response“ bezeichnet wird. Sämlinge, die unter dunklen Bedingungen gezüchtet und Ethylen ausgesetzt werden, zeigen eine charakteristische Verdickung und Verkürzung des Stängels und Erhöhte Krümmung des apikalen Hakens - eine Struktur, die das Wachstumszentrum an der Spitze des Stiels schützt. Ethylen fördert auch die Zerstörung von Chlorophyll, die Produktion von Pigmenten, die als Anthocyane bezeichnet werden und mit Herbstfarben assoziiert sind, sowie das Altern und Abwerfen von Blättern. Da die Verbindung ein Gas ist und - wie die meisten Hormone - in sehr geringen Konzentrationen wirksam ist, kann sie leicht durch Pflanzengewebe diffundieren, so dass die Produktion dieser Verbindung durch eine Pflanze andere in der Nähe beeinträchtigen kann. Ethylen aus industriellen Quellen und Automotoren kann auch Pflanzen angreifen.
Der Ausgangspunkt für die Ethylenbiosynthese in Pflanzen ist Methionin, eine essentielle Aminosäure, die in den Chloroplasten produziert wird. Dieses reagiert mit Adenosintriphosphat (ATP) unter Bildung von S-Adenosyl-L-methionin (SAM), auch bekannt als S-AdoMet, katalysiert durch ein Enzym namens SAM-Synthetase. Eine weitere Reaktion wandelt SAM in 1-Aminocyclopropan-1-carbonsäure (ACC) um, katalysiert durch das Enzym ACC-Synthase. Schließlich reagiert ACC mit Sauerstoff unter Bildung von Ethylen, Cyanwasserstoff und Kohlendioxid, katalysiert durch das Enzym ACC-Oxidase. Der Cyanwasserstoff wird durch ein anderes Enzym in eine harmlose Verbindung umgewandelt, sodass durch die Ethylenbiosynthese keine giftigen Chemikalien freigesetzt werden.
ACC-Synthase wird von Pflanzen als Reaktion auf Stress produziert, wodurch mehr ACC und folglich mehr Ethylen produziert werden. Der Stress kann in Form eines Angriffs durch Insektenschädlinge oder Pflanzenkrankheiten auftreten oder auf Umwelteinflüsse wie Dürre, Kälte oder Überschwemmungen zurückzuführen sein. Schädliche Chemikalien können auch zu Stress führen, der zur Ethylenproduktion führt.
Das Pflanzenhormon Auxin stimuliert, wenn es in großen Mengen vorhanden ist, die Ethylenproduktion. Auxinische Herbizide wie 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure (2,4-D) ahmen die Wirkung dieses Hormons nach und verursachen in vielen Pflanzen die Ethylenproduktion. Während die genaue Wirkungsweise dieser Herbizide nicht klar ist, scheint es, dass eine übermäßige Ethylenproduktion bei anfälligen Arten eine Rolle beim Pflanzensterben spielen kann.
Der Zweck der Ethylenbiosynthese in Pflanzen ist ab 2011 ein Bereich der aktiven Forschung. Angesichts der Vielzahl der Wirkungen dieses Hormons ist es wahrscheinlich, dass es mehrere Funktionen hat. Im Fall von Setzlingen scheint es als Reaktion auf den Widerstand des Bodens gegen den sich entwickelnden Setzling und als Auslöser für Wachstumsreaktionen zu entstehen, die zum Schutz des Wachstumszentrums beitragen. Es gibt auch Hinweise darauf, dass es eine Rolle bei der Krankheitsresistenz spielt. experimentelle Studien legen nahe, dass Pflanzen ohne Ethylenantwort anfälliger für bestimmte Krankheiten sind.