Mikä on etyleenibiosynteesi?

Eteeni on hiilen ja vedyn yhdiste, jonka kemiallinen kaava on C2H4. Se on väritön kaasu, jolla on makea haju ja jota petrokemian teollisuus valmistaa suuressa mittakaavassa käytettäväksi pääasiassa muovien valmistuksessa. Etyleeniä tuottavat myös kasvit ja se toimii hormonina, joka vaikuttaa tärkeisiin kasvien prosesseihin monin tavoin. On epätavallista, että niin pieni molekyyli on aktiivinen hormonina. Etyleenin biosynteesi kasveissa tapahtuu vastauksena erilaisiin rasituksiin, mukaan lukien tuholaisten ja sairauksien hyökkäykset, kuivuus ja kudosvauriot.

Eteenin vaikutukset kasveihin ovat moninaisia. Sen tunnetuin vaikutus on nopeuttaa eräiden hedelmien, esimerkiksi omenoiden, banaanien ja tomaattien, kypsymistä, mutta ei sitrushedelmiä. Ainakin muinaisten egyptiläisten ajoista lähtien oli tiedetty, että jotkut hedelmät kypsyvät nopeammin mustelmilla; Usein on vain musteltava tai leikattava yksi hedelmä, jotta samaan astiaan varastoidun suuren määrän kypsyminen nopeutuu. Eteeni tunnistettiin tämän vasteen syyksi vasta vuonna 1901, ja vasta 20 -luvun lopulla paljastettiin yksityiskohtia eteenin biosynteesiprosessista kasvikudoksessa.

Etyleeni estää kukkien tuotantoa useimmissa kasveissa, mutta edistää siementen itämistä ja voi vaikuttaa taimien kehitykseen mielenkiintoisella tavalla, joka tunnetaan nimellä “kolminkertainen vaste”. Pimeissä olosuhteissa kasvatetuilla ja eteenille altistetuilla taimilla on ominaista varren paksuuntuminen ja lyheneminen sekä apikaalin koukun lisääntynyt kaarevuus – rakenne, joka suojaa varren kärjessä olevaa kasvukeskusta. Eteeni edistää myös klorofyllin tuhoutumista, antosyaaneiksi kutsuttujen pigmenttien tuotantoa – liittyy syksyn väreihin – sekä lehtien ikääntymistä ja irtoamista. Koska yhdiste on kaasu, ja – kuten useimmat hormonit – on tehokas hyvin pieninä pitoisuuksina, se voi diffundoitua helposti kasvien kudosten läpi, joten tämän yhdisteen tuotanto yhdellä kasvilla voi vaikuttaa muihin lähellä oleviin. Teollisuuslähteistä ja auton moottoreista peräisin oleva etyleeni voi myös vaikuttaa laitoksiin.

Etyleenin biosynteesin lähtökohtana kasveissa on metioniini, välttämätön aminohappo, jota tuotetaan kloroplasteissa. Tämä reagoi adenosiinitrifosfaatin (ATP) kanssa muodostaen S-adenosyyli-L-metioniinin (SAM), joka tunnetaan myös nimellä S-AdoMet ja jota katalysoi SAM-syntetaasiksi kutsuttu entsyymi. Toinen reaktio muuntaa SAM: n 1-aminosyklopropaani-1-karboksyylihapoksi (ACC), jota katalysoi ACC-syntaasi-entsyymi. Lopuksi ACC reagoi hapen kanssa muodostaen eteeniä, syaanivetyä ja hiilidioksidia, jota katalysoi ACC -oksidaasientsyymi. Syaanivety muuttuu vaarattomaksi yhdisteeksi toisen entsyymin avulla, joten eteenin biosynteesi ei vapauta myrkyllisiä kemikaaleja.

Kasvit tuottavat ACC -syntaasia vastauksena stressiin, mikä aiheuttaa enemmän ACC: tä ja siten enemmän eteeniä. Stressi voi ilmetä hyönteisten tuholaisten tai kasvisairauksien hyökkäyksenä tai se voi johtua ympäristötekijöistä, kuten kuivuudesta, kylmyydestä tai tulvista. Haitalliset kemikaalit voivat myös aiheuttaa stressiä ja johtaa eteenin tuotantoon.

Kasvihormoni auksiini, jos sitä on suuria määriä, stimuloi eteenin tuotantoa. Ylimääräiset rikkakasvien torjunta-aineet, kuten 2,4-dikloorifenoksietikkahappo (2,4-D), jäljittelevät tämän hormonin toimintaa aiheuttaen eteenin tuotantoa monissa kasveissa. Vaikka näiden rikkakasvien torjunta -aineiden tarkka toimintatapa ei ole selvä, näyttää siltä, ​​että liiallinen etyleenituotanto voi vaikuttaa kasvien kuolemaan herkillä lajeilla.
Eteenin biosynteesin tarkoitus kasveissa on vuodesta 2011 lähtien aktiivisen tutkimuksen ala. Kun otetaan huomioon tämän hormonin laaja vaikutus, on todennäköistä, että sillä on useita rooleja. Taimien tapauksessa näyttää siltä, ​​että se on tuotettu vastauksena maaperän vastustuskykyyn kehittyvälle taimelle ja käynnistämään kasvuvasteita, jotka auttavat suojaamaan kasvavaa keskustaa. On myös näyttöä siitä, että sillä voi olla rooli sairauksien vastustuskyvyssä; kokeelliset tutkimukset viittaavat siihen, että kasvit, joilla ei ole eteenivastetta, ovat alttiimpia joillekin sairauksille.