Hva er etylenbiosyntese?

Etylen er en forbindelse av karbon og hydrogen med den kjemiske formelen C ₂ H4. Det er en fargeløs gass med en søt lukt som er produsert i stor skala av den petrokjemiske industrien for hovedsakelig å brukes til produksjon av plast. Etylen produseres også av planter og fungerer som et hormon som påvirker viktige planteprosesser på flere måter. Det er uvanlig at et så lite molekyl er aktivt som hormon. Etylenbiosyntese i planter finner sted som respons på forskjellige belastninger, inkludert angrep fra skadedyr og sykdommer, tørke og vevskader.

Effektene av etylen på planter er mange og varierte. Den mest kjente effekten er å fremskynde modningen av noen slags frukt, for eksempel epler, bananer og tomater, men ikke sitrusfrukter. Det hadde vært kjent siden i det minste av de gamle egypterne, at noen frukter kunne modnes raskere ved blåmerker; Det er ofte bare nødvendig å blåmerke eller kutte en frukt for å fremskynde modningen av et stort antall som er lagret i samme beholder. Etylen ble ikke identifisert som årsaken til denne responsen før i 1901, og det var først på slutten av 1900-tallet at detaljer om prosessen med etylenbiosyntese i plantevev ble avslørt.

Etylen hemmer blomsterproduksjon i de fleste planter, men fremmer spiring av frø og kan påvirke frøplanteutviklingen på en interessant måte, kjent som "trippel respons." Frøplanter som er dyrket under mørke forhold og utsatt for etylen, viser en karakteristisk fortykning og forkorting av stammen, og økt krumning av den apikale kroken - en struktur som beskytter det voksende sentrum på spissen av stammen. Etylen fremmer også ødeleggelse av klorofyll, produksjon av pigmenter som kalles antocyaniner - assosiert med høstfarger - og aldring og kasting av blader. Siden forbindelsen er en gass, og - som de fleste hormoner - er effektiv i svært lave konsentrasjoner, kan den lett diffundere gjennom plantevev, og produksjon av denne forbindelsen av en plante kan påvirke andre i nærheten. Etylen fra industrielle kilder og bilmotorer kan også påvirke anlegg.

Utgangspunktet for etylenbiosyntese i planter er metionin, en essensiell aminosyre produsert i kloroplastene. Dette reagerer med adenosintrifosfat (ATP) for å produsere S-adenosyl-L-metionin (SAM), også kjent som S-AdoMet, katalysert av et enzym kalt SAM-syntetase. En ytterligere reaksjon omdanner SAM til 1-aminosyklopropan-1-karboksylsyre (ACC), katalysert av enzymet ACC-syntase. Til slutt reagerer ACC med oksygen for å produsere etylen, hydrogensyanid og karbondioksyd, katalysert av enzymet ACC oksidase. Hydrogencyanidet omdannes til en ufarlig forbindelse av et annet enzym, så etylenbiosyntese frigjør ikke giftige kjemikalier.

ACC-syntase produseres av planter som respons på stress, noe som fører til at mer ACC, og følgelig mer etylen, blir produsert. Stresset kan ha form av angrep fra skadedyr eller plantesykdommer, eller det kan skyldes miljøfaktorer som tørke, kulde eller flom. Skadelige kjemikalier kan også føre til stress, noe som fører til etylenproduksjon.

Plantehormonet auxin, hvis det er til stede i store mengder, stimulerer etylenproduksjonen. Hjelpeherbicider, slik som 2,4-diklorofenoksyeddiksyre (2,4-D), etterligner virkningen av dette hormonet og forårsaker etylenproduksjon i mange planter. Selv om den eksakte virkemåten for disse ugressmidlene ikke er klar, ser det ut til at overdreven etylenproduksjon kan spille en rolle i plantedød hos mottakelige arter.

Hensikten med etylenbiosyntese i planter er fra 2011 et område med aktiv forskning. Gitt det store spekteret av effekter av dette hormonet, er det sannsynlig at det har flere roller. Når det gjelder frøplanter ser det ut til å være produsert som respons på motstand fra jorden mot den utviklende frøplanten og for å utløse vekstresponser som hjelper til med å beskytte det voksende sentrum. Det er også bevis på at det kan spille en rolle i sykdomsresistens; eksperimentelle studier antyder at planter som mangler etylenrespons, er mer utsatt for noen sykdommer.