Что такое биосинтез этилена?

Этилен представляет собой соединение углерода и водорода с химической формулой C ₂ H ₄ . Это бесцветный газ со сладким запахом, который в огромных масштабах производится нефтехимической промышленностью для использования в основном в производстве пластмасс. Этилен также вырабатывается растениями и действует как гормон, который влияет на важнейшие процессы в растениях различными способами. Это необычно для такой маленькой молекулы, чтобы быть активным как гормон. Биосинтез этилена в растениях происходит в ответ на различные стрессы, включая воздействие вредителей и болезней, засуху и повреждение тканей.

Воздействие этилена на растения много и разнообразно. Его самый известный эффект заключается в ускорении созревания некоторых видов фруктов, например яблок, бананов и помидоров, но не цитрусовых. Еще со времен древних египтян было известно, что некоторые плоды могут быстрее созревать при появлении синяков; часто необходимо только ушибить или порезать один фрукт, чтобы ускорить созревание большого количества, хранящегося в одной и той же емкости. Этилен не был идентифицирован как причина этой реакции до 1901 года, и только в конце 20-го века были раскрыты подробности процесса биосинтеза этилена в растительной ткани.

Этилен подавляет производство цветов на большинстве растений, но способствует прорастанию семян и может оказывать интересное влияние на развитие рассады, известное как «тройной ответ». Рассада, выращенная в темных условиях и подвергнутая воздействию этилена, демонстрирует характерное утолщение и укорочение стебля, и увеличенная кривизна апикального крючка - структура, защищающая растущий центр на кончике стебля. Этилен также способствует разрушению хлорофилла, производству пигментов, называемых антоцианинами, - связанных с осенними красками, а также старению и выпадению листьев. Поскольку соединение является газом и, как и большинство гормонов, эффективно при очень низких концентрациях, оно может легко диффундировать через растительную ткань, и, таким образом, производство этого соединения одним растением может повлиять на другие поблизости. Этилен из промышленных источников и автомобильных двигателей также может повлиять на растения.

Отправной точкой для биосинтеза этилена в растениях является метионин, незаменимая аминокислота, вырабатываемая в хлоропластах. Это реагирует с аденозинтрифосфатом (АТФ) с образованием S-аденозил-L-метионина (SAM), также известного как S-AdoMet, катализируемого ферментом, называемым синтетазой SAM. Следующая реакция превращает SAM в 1-аминоциклопропан-1-карбоновую кислоту (ACC), катализируемую ферментом ACC-синтазой. Наконец, АСС реагирует с кислородом с образованием этилена, цианистого водорода и диоксида углерода, катализируемого ферментом АКС-оксидаза. Цианистый водород превращается в безвредное соединение другим ферментом, поэтому биосинтез этилена не выделяет токсичных химических веществ.

ACC-синтаза вырабатывается растениями в ответ на стресс, в результате чего вырабатывается больше ACC и, следовательно, больше этилена. Стресс может принимать форму атаки насекомых-вредителей или болезней растений, а также может быть вызван такими факторами окружающей среды, как засуха, холод или наводнение. Вредные химические вещества также могут вызвать стресс, что приведет к производству этилена.

Ауксин растительного гормона, если он присутствует в больших количествах, стимулирует выработку этилена. Ауксиновые гербициды, такие как 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-D), имитируют действие этого гормона, вызывая выработку этилена на многих растениях. Хотя точный механизм действия этих гербицидов неясен, представляется, что чрезмерное производство этилена может играть роль в гибели растений у восприимчивых видов.

Цель биосинтеза этилена в растениях с 2011 года является областью активных исследований. Учитывая широкий спектр эффектов этого гормона, вполне вероятно, что он имеет несколько ролей. В случае сеянцев, это, кажется, произведено в ответ на сопротивление от почвы до развивающегося сеянца и вызывает реакции роста, которые помогают защитить центр роста. Существуют также доказательства того, что он может играть роль в сопротивлении болезни экспериментальные исследования показывают, что растения, не имеющие этиленового ответа, более восприимчивы к некоторым заболеваниям.