Che cos'è la biosintesi dell'etilene?
L'etilene è un composto di carbonio e idrogeno con la formula chimica C 2 H 4 . È un gas incolore con un odore dolce che viene prodotto su larga scala dall'industria petrolchimica per essere utilizzato principalmente nella produzione di materie plastiche. L'etilene è anche prodotto dalle piante e funge da ormone che influenza i processi vegetali cruciali in diversi modi. È insolito che una molecola così piccola sia attiva come ormone. La biosintesi dell'etilene nelle piante avviene in risposta a vari stress, tra cui attacchi di parassiti e malattie, siccità e danni ai tessuti.
Gli effetti dell'etilene sulle piante sono molti e vari. Il suo effetto più noto è accelerare la maturazione di alcuni tipi di frutta, ad esempio mele, banane e pomodori, ma non agrumi. Era noto fin dai tempi degli antichi egizi che alcuni frutti potevano essere maturati più rapidamente con lividi; spesso è necessario solo ammaccare o tagliare un frutto per accelerare la maturazione di un gran numero immagazzinato nello stesso contenitore. L'etilene non è stato identificato come la causa di questa risposta fino al 1901 ed è stato solo alla fine del 20 ° secolo che sono stati rivelati i dettagli del processo di biosintesi dell'etilene nel tessuto vegetale.
L'etilene inibisce la produzione di fiori nella maggior parte delle piante, ma favorisce la germinazione dei semi e può influenzare lo sviluppo delle piantine in un modo interessante, noto come "tripla risposta". Le piantine coltivate in condizioni di oscurità ed esposte all'etilene mostrano un caratteristico ispessimento e accorciamento del gambo, e maggiore curvatura del gancio apicale - una struttura che protegge il centro di crescita sulla punta dello stelo. L'etilene promuove anche la distruzione della clorofilla, la produzione di pigmenti chiamati antociani - associati ai colori autunnali - e l'invecchiamento e lo spargimento delle foglie. Poiché il composto è un gas e - come la maggior parte degli ormoni - è efficace a concentrazioni molto basse, può diffondersi facilmente attraverso il tessuto vegetale, quindi la produzione di questo composto da una pianta può influire sugli altri nelle vicinanze. Anche l'etilene proveniente da fonti industriali e i motori delle auto possono influire sulle piante.
Il punto di partenza per la biosintesi dell'etilene nelle piante è la metionina, un amminoacido essenziale prodotto nei cloroplasti. Questo reagisce con l'adenosina trifosfato (ATP) per produrre S-adenosil-L-metionina (SAM), noto anche come S-AdoMet, catalizzato da un enzima chiamato SAM synthetase. Un'ulteriore reazione converte SAM in acido 1-ammino-ciclopropano-1-carbossilico (ACC), catalizzato dall'enzima ACC sintasi. Infine, l'ACC reagisce con l'ossigeno per produrre etilene, acido cianidrico e anidride carbonica, catalizzati dall'enzima ACC ossidasi. L'acido cianidrico viene convertito in un composto innocuo da un altro enzima, quindi la biosintesi dell'etilene non rilascia sostanze chimiche tossiche.
L'ACC sintasi è prodotta dalle piante in risposta allo stress, causando la produzione di più ACC, e di conseguenza più etilene. Lo stress può assumere la forma di un attacco di parassiti o malattie delle piante o può essere dovuto a fattori ambientali come siccità, freddo o inondazioni. Anche sostanze chimiche dannose possono causare stress, portando alla produzione di etilene.
L'ormone vegetale auxina, se presente in grandi quantità, stimola la produzione di etilene. Erbicidi auxinici, come l'acido 2,4-diclorofenossiacetico (2,4-D), imitano l'azione di questo ormone, causando la produzione di etilene in molte piante. Sebbene l'esatto meccanismo d'azione di questi erbicidi non sia chiaro, sembra che un'eccessiva produzione di etilene possa avere un ruolo nella morte delle piante in specie sensibili.
Lo scopo della biosintesi dell'etilene nelle piante è, dal 2011, un'area di ricerca attiva. Data la vasta gamma di effetti di questo ormone, è probabile che abbia più ruoli. Nel caso delle piantine, sembra che sia prodotto in risposta alla resistenza del suolo alle piantine in via di sviluppo e per innescare risposte di crescita che aiutano a proteggere il centro di crescita. Vi sono anche prove del fatto che potrebbe avere un ruolo nella resistenza alle malattie; studi sperimentali suggeriscono che le piante prive di risposta all'etilene sono più suscettibili ad alcune malattie.