Co to jest biosynteza etylenu?
Etylen jest związkiem węgla i wodoru o wzorze chemicznym C2H4. Jest to bezbarwny gaz o słodkim zapachu, wytwarzany na dużą skalę przez przemysł petrochemiczny, do stosowania głównie w produkcji tworzyw sztucznych. Etylen jest również wytwarzany przez rośliny i działa jako hormon, który wpływa na kluczowe procesy roślinne na wiele sposobów. To niezwykłe, że tak mała cząsteczka jest aktywna jak hormon. Biosynteza etylenu u roślin odbywa się w odpowiedzi na różne stresy, w tym atak szkodników i chorób, suszę i uszkodzenie tkanek.
Wpływ etylenu na rośliny jest wiele i różnorodny. Najbardziej znanym efektem jest przyspieszenie dojrzewania niektórych rodzajów owoców, na przykład jabłek, bananów i pomidorów, ale nie owoców cytrusowych. Już od czasów starożytnych Egipcjan wiadomo było, że niektóre owoce można szybciej dojrzeć przez siniaki; często wystarczy tylko siniak lub pokrój jeden owoc, aby przyspieszyć dojrzewanie dużej liczby przechowywanych w tym samym pojemniku. Przyczyną tej reakcji był etylen dopiero w 1901 r. I dopiero pod koniec XX wieku ujawniono szczegóły procesu biosyntezy etylenu w tkance roślinnej.
Etylen hamuje wytwarzanie kwiatów w większości roślin, ale sprzyja kiełkowaniu nasion i może w ciekawy sposób wpływać na rozwój sadzonek, znany jako „potrójna reakcja”. Sadzonki rosnące w ciemności i narażone na działanie etylenu wykazują charakterystyczne pogrubienie i skrócenie łodygi oraz zwiększona krzywizna wierzchołkowego haka - struktura, która chroni centrum wzrostu na końcu łodygi. Etylen sprzyja także niszczeniu chlorofilu, produkcji pigmentów zwanych antocyjanami - związanych z jesiennymi kolorami - oraz starzeniu się i zrzucaniu liści. Ponieważ związek jest gazem i - jak większość hormonów - jest skuteczny w bardzo niskich stężeniach, może łatwo dyfundować przez tkankę roślinną, a zatem wytwarzanie tego związku przez jedną roślinę może wpływać na inne w pobliżu. Etylen ze źródeł przemysłowych i silniki samochodowe mogą również wpływać na rośliny.
Punktem wyjścia do biosyntezy etylenu w roślinach jest metionina, niezbędny aminokwas wytwarzany w chloroplastach. Reaguje to z trifosforanem adenozyny (ATP) z wytworzeniem S-adenozylo-L-metioniny (SAM), znanej również jako S-AdoMet, katalizowanej przez enzym zwany syntetazą SAM. Dalsza reakcja przekształca SAM w kwas 1-amino-cyklopropano-1-karboksylowy (ACC), katalizowany przez enzym syntazę ACC. Wreszcie ACC reaguje z tlenem, wytwarzając etylen, cyjanowodór i dwutlenek węgla, katalizowane przez enzym oksydazę ACC. Cyjanowodór jest przekształcany w nieszkodliwy związek przez inny enzym, więc biosynteza etylenu nie uwalnia żadnych toksycznych substancji chemicznych.
Syntaza ACC jest wytwarzana przez rośliny w odpowiedzi na stres, powodując wytwarzanie większej ilości ACC, aw konsekwencji większej ilości etylenu. Stres może przybrać formę ataku szkodników lub chorób roślin lub może być spowodowany czynnikami środowiskowymi, takimi jak susza, zimno lub powódź. Szkodliwe chemikalia mogą również powodować stres, prowadząc do produkcji etylenu.
Auksyna hormonu roślinnego, jeśli występuje w dużych ilościach, stymuluje produkcję etylenu. Auksynowe herbicydy, takie jak kwas 2,4-dichlorofenoksyoctowy (2,4-D), naśladują działanie tego hormonu, powodując produkcję etylenu w wielu roślinach. Chociaż dokładny sposób działania tych herbicydów nie jest jasny, wydaje się, że nadmierna produkcja etylenu może odgrywać rolę w śmierci roślin u gatunków wrażliwych.
Celem biosyntezy etylenu w roślinach jest, od 2011 roku, obszar aktywnych badań. Biorąc pod uwagę szeroki zakres działania tego hormonu, prawdopodobne jest, że ma on wiele ról. W przypadku sadzonek wydaje się, że jest on wytwarzany w odpowiedzi na odporność gleby na rozwijającą się sadzonkę i wyzwala reakcje wzrostu, które pomagają chronić ośrodek wzrostu. Istnieją również dowody na to, że może odgrywać rolę w odporności na choroby; badania eksperymentalne sugerują, że rośliny pozbawione reakcji etylenu są bardziej podatne na niektóre choroby.