ABSCISINSÄURE (ABA): FUNKTIONEN UND WIRKUNGEN - BIOLOGIE - 2025

Die Abscisinsäure (ABA) ist eines der Haupthormone in Pflanzen. Dieses Molekül ist an einer Reihe wesentlicher physiologischer Prozesse beteiligt, wie der Keimung der Samen und der Toleranz gegenüber Umweltstress.

In der Vergangenheit war Abscisinsäure mit dem Abszisionsprozess von Blättern und Früchten verbunden (daher der Name). Heute wird jedoch akzeptiert, dass die ABA nicht direkt an diesem Prozess teilnimmt. Tatsächlich wurden viele der traditionellen Funktionen, die Hormonen zugeschrieben werden, durch aktuelle Technologien in Frage gestellt.

Quelle: Von Charlesy (talkcontribs) aus Wikimedia Commons

In Pflanzengeweben führt der Wassermangel zum Verlust des Turgors der Pflanzenstrukturen. Dieses Phänomen stimuliert die Synthese von ABA und löst Reaktionen des adaptiven Typs aus, wie z. B. den stomatalen Verschluss und die Modifikation des Expressionsmusters von Genen.

ABA wurde auch aus Pilzen, Bakterien und einigen Metazoen - einschließlich Menschen - isoliert, obwohl eine spezifische Funktion des Moleküls in diesen Linien nicht bestimmt wurde.

Historische Perspektive

Von den ersten Entdeckungen von Substanzen, die als "Pflanzenhormone" wirken konnten, wurde vermutet, dass es ein wachstumshemmendes Molekül geben muss.

1949 wurde dieses Molekül isoliert. Dank der Untersuchung ruhender Knospen konnte festgestellt werden, dass sie signifikante Mengen einer potenziell hemmenden Substanz enthielten.

Dies war dafür verantwortlich, die Wirkung von Auxin (einem Pflanzenhormon, das hauptsächlich für seine Beteiligung am Wachstum bekannt ist) in Haferkoleoptilien zu blockieren.

Aufgrund seiner hemmenden Eigenschaften wurde diese Substanz ursprünglich als Dorminen bezeichnet. Anschließend identifizierten einige Forscher Substanzen, die den Abszisionsprozess in Blättern und auch in Früchten erhöhen können. Eine dieser Dorminen wurde chemisch identifiziert und als "Abscisin" bezeichnet - durch ihre Wirkung während der Abszision.

Die folgenden Untersuchungen konnten bestätigen, dass die sogenannten Dormine und Abscisine chemisch dieselbe Substanz waren und in "Abscisinsäure" umbenannt wurden.

Eigenschaften

Abscisinsäure, abgekürzt als ABA, ist ein Pflanzenhormon, das an einer Reihe physiologischer Reaktionen beteiligt ist, wie z. B. Reaktionen auf Perioden von Umweltstress, Embryonenreifung, Zellteilung und -verlängerung, unter anderem bei der Samenkeimung.

Dieses Hormon kommt in allen Pflanzen vor. Es kann auch in einigen sehr spezifischen Pilzarten, in Bakterien und in einigen Metazoen gefunden werden - vom Nesseltier bis zum Menschen.

Es wird in pflanzlichen Plastiden synthetisiert. Dieser anabole Weg hat als Vorläufer das Molekül Isopentenylpyrophosphat.

Es wird im Allgemeinen aus den unteren Teilen der Früchte gewonnen, insbesondere im unteren Bereich des Eierstocks. Die Abscisinsäure nimmt an Konzentration zu, wenn sich der Fall der Früchte nähert.

Wenn Abscisinsäure experimentell auf einen Teil der vegetativen Knospen aufgetragen wird, werden die Blattprimordien zu Kataphilen und die Knospe zu einer Überwinterungsstruktur.

Die physiologischen Reaktionen von Pflanzen sind komplex und verschiedene Hormone sind beteiligt. Beispielsweise scheinen Giberilline und Cytokinine kontrastierende Wirkungen zu Abscisinsäure zu haben.

Struktur

Strukturell hat das Abscisinsäuremolekül 15 Kohlenstoffe und seine Formel lautet C ₁₅ H ₂₀ O ₄ , wobei Kohlenstoff 1 'optische Aktivität aufweist.

Es ist eine schwache Säure mit einem pKa nahe 4,8. Obwohl es mehrere chemische Isomere dieses Moleküls gibt, ist die aktive Form S - (+) - ABA mit der 2-cis-4-trans-Seitenkette. Die R-Form hat nur in einigen Tests Aktivität gezeigt.

Wirkmechanismus

ABA zeichnet sich durch einen sehr komplexen Wirkmechanismus aus, der nicht vollständig offenbart wurde.

Es war noch nicht möglich, einen ABA-Rezeptor zu identifizieren - wie bei anderen Hormonen wie Auxinen oder Gibberellinen. Einige Membranproteine ​​scheinen jedoch an der Hormonsignalisierung beteiligt zu sein, wie z. B. GCR1, RPK1.

Darüber hinaus ist eine signifikante Anzahl von Second Messenger bekannt, die an der Übertragung des Hormonsignals beteiligt sind.

Schließlich wurden mehrere Signalwege identifiziert, wie die PYR / PYL / RCAR-Rezeptoren, 2C-Phosphatasen und SnRK2-Kinasen.

Funktionen und Auswirkungen auf Pflanzen

Abscisinsäure wurde mit einer Vielzahl essentieller pflanzlicher Prozesse in Verbindung gebracht. Unter seinen Hauptfunktionen können wir die Entwicklung und Keimung des Samens erwähnen.

Es ist auch an Reaktionen auf extreme Umweltbedingungen wie Kälte, Dürre und Regionen mit hohen Salzkonzentrationen beteiligt. Wir werden die relevantesten unten beschreiben:

Wasserstress

Der Schwerpunkt wurde auf die Beteiligung dieses Hormons in Gegenwart von Wasserstress gelegt, wobei der Anstieg des Hormons und die Änderung des Musters der Genexpression für die Reaktion der Pflanze wesentlich sind.

Wenn die Dürre die Pflanze betrifft, kann dies nachgewiesen werden, da die Blätter zu verdorren beginnen. Zu diesem Zeitpunkt wandert die Abscisinsäure zu den Blättern und sammelt sich in ihnen an, wodurch sich die Stomata schließen. Dies sind ventilartige Strukturen, die den Gasaustausch in Pflanzen vermitteln.

Abscisinsäure wirkt auf Kalzium: ein Molekül, das als zweiter Botenstoff fungieren kann. Dies führt zu einer Zunahme der Öffnung der Kaliumionenkanäle außerhalb der Plasmamembran der Zellen, aus denen die Stomata bestehen, die als Schutzzellen bezeichnet werden.

Somit tritt ein signifikanter Wasserverlust auf. Dieses osmotische Phänomen führt zu einem Verlust des Turgors der Pflanze, wodurch sie schwach und schlaff aussieht. Es wird empfohlen, dass dieses System als Warnalarm für den Dürreprozess fungiert.

Zusätzlich zum stomatalen Verschluss beinhaltet dieser Prozess auch eine Reihe von Reaktionen, die die Genexpression umgestalten und mehr als 100 Gene betreffen.

Samenruhe

Die Samenruhe ist ein adaptives Phänomen, das es Pflanzen ermöglicht, ungünstigen Umweltbedingungen zu widerstehen, sei es Licht, Wasser oder Temperatur. Wenn in diesen Stadien nicht gekeimt wird, wird das Wachstum der Pflanze in Zeiten sichergestellt, in denen die Umwelt wohlwollender ist.

Um zu verhindern, dass ein Samen mitten im Herbst oder mitten im Sommer keimt (wenn dies zu diesem Zeitpunkt der Fall ist, sind die Überlebenschancen sehr gering), ist ein komplexer physiologischer Mechanismus erforderlich.

In der Vergangenheit wurde angenommen, dass dieses Hormon eine entscheidende Rolle bei der Beendigung der Keimung in Perioden spielt, die das Wachstum und die Entwicklung beeinträchtigen. Es wurde festgestellt, dass der Abscisinsäuregehalt während des Samenreifungsprozesses bis zu 100-mal ansteigen kann.

Diese hohen Spiegel des Pflanzenhormons hemmen den Keimungsprozess und induzieren wiederum die Bildung einer Gruppe von Proteinen, die zur Resistenz gegen extremen Wassermangel beitragen.

Samenkeimung: Entfernung von Abscisinsäure

Damit der Samen keimen und seinen Lebenszyklus abschließen kann, muss die Abscisinsäure entfernt oder inaktiviert werden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um diesen Zweck zu erreichen.

In Wüsten beispielsweise wird Abscisinsäure durch Regenperioden entfernt. Andere Samen benötigen Licht- oder Temperaturreize, um das Hormon zu inaktivieren.

Das Keimungsereignis wird durch das hormonelle Gleichgewicht zwischen Abscisinsäure und Giberillinen (einem weiteren weithin bekannten Pflanzenhormon) bestimmt. Je nachdem, welche Substanz im Gemüse vorherrscht, erfolgt die Keimung oder nicht.

Abszisionsereignisse

Heute gibt es Beweise, die die Idee stützen, dass Abscisinsäure nicht an der Ruhe der Knospe beteiligt ist, und ironisch, wie es scheinen mag, auch nicht an der Absition der Blätter - ein Prozess, von dem sie ihren Namen ableitet.

Es ist derzeit bekannt, dass dieses Hormon das Abszisionsphänomen nicht direkt kontrolliert. Das hohe Vorhandensein von Säure spiegelt seine Rolle bei der Förderung der Seneszenz und der Reaktion auf Stress wider, Ereignisse, die der Abszision vorausgehen.

Verkümmertes Wachstum

Abscisinsäure wirkt als Antagonist (dh sie erfüllt die entgegengesetzten Funktionen) der Wachstumshormone: Auxine, Citicinine, Giberilline und Brassinosteroide.

Oft beinhaltet diese antagonistische Beziehung eine multiple Beziehung zwischen Abscisinsäure und verschiedenen Hormonen. Auf diese Weise wird ein physiologisches Ergebnis in der Pflanze orchestriert.

Obwohl dieses Hormon als Wachstumshemmer angesehen wurde, gibt es noch keine konkreten Beweise, die diese Hypothese vollständig stützen könnten.

Es ist bekannt, dass junge Gewebe signifikante Mengen an Abscisinsäuren enthalten, und Mutanten, denen dieses Hormon fehlt, sind Zwerge: hauptsächlich aufgrund ihrer Fähigkeit, den Schweiß zu reduzieren, und aufgrund der übertriebenen Produktion von Ethylen.

Herzrhythmen

Es wurde festgestellt, dass die Menge an Abscisinsäure in Pflanzen täglich schwankt. Aus diesem Grund wird angenommen, dass das Hormon als Signalmolekül fungieren kann, wodurch die Pflanze Schwankungen in Licht, Temperatur und Wassermenge antizipieren kann.

Mögliche Verwendungen

Wie bereits erwähnt, hängt der Syntheseweg von Abscisinsäure stark mit dem Wasserstress zusammen.

Aus diesem Grund stellen dieser Weg und der gesamte Kreislauf, der an der Regulation der Genexpression beteiligt ist, und die Enzyme, die an diesen Reaktionen beteiligt sind, ein potenzielles Ziel dar, durch Gentechnik Varianten zu erzeugen, die hohe Salzkonzentrationen und Perioden von erfolgreich tolerieren Wasserknappheit.

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