GIBBERELLINSÄURE: EIGENSCHAFTEN, SYNTHESE, FUNKTIONEN - CHEMIE - 2025

Die Gibberellinsäure ist ein endogenes Pflanzenhormon aller Gefäßpflanzen (oben). Es ist verantwortlich für die Regulierung des Wachstums und der Entwicklung aller Organe von Gemüse.

Gibberellinsäure, die zur Gruppe der als "Gibberelline" bekannten Pflanzenhormone gehört. Es war die zweite chemische Verbindung, die als Pflanzenhormon (wachstumsfördernde Substanz) eingestuft wurde, und Gibberelline sind zusammen eines der am besten untersuchten Phytohormone auf dem Gebiet der Pflanzenphysiologie.

Chemische Struktur der Gibberellinsäure (Quelle: Erstellt von Minutemen mit BKchem 0.12 über Wikimedia Commons)

Gibberelline (oder Gibberellinsäuren) wurden erstmals 1926 vom japanischen Wissenschaftler Eiichi Kurosawa aus dem Gibberella fujikuroi-Pilz isoliert. G. fujikuroi ist der Erreger der "dummen Pflanze", die bei Reispflanzen eine übermäßige Stammverlängerung verursacht.

Erst in den frühen 1950er Jahren wurde die chemische Struktur von Gibberellinsäure aufgeklärt. Kurz darauf wurden viele Verbindungen mit ähnlicher Struktur identifiziert, die besagten, dass es sich um endogene Produkte pflanzlicher Organismen handelte.

Gibberellinsäure hat mehrere Auswirkungen auf den Stoffwechsel von Pflanzen. Ein Beispiel hierfür ist die Verlängerung der Stängel, die Entwicklung der Blüte und die Aktivierung der Nährstoffassimilationsreaktionen in den Samen.

Gegenwärtig wurden mehr als 136 "Gibberellin-ähnliche" Verbindungen klassifiziert, entweder endogen in Pflanzen, von exogenen Mikroorganismen abgeleitet oder synthetisch in einem Labor hergestellt.

Eigenschaften

In fast allen Lehrbüchern wird Gibberellinsäure oder Gibberellin mit den Buchstaben GA, A3 oder Gas abgekürzt, und die Begriffe "Gibberellinsäure" und "Gibberellin" werden häufig ohne Unterschied verwendet.

Gibberellinsäure hat in ihrer GA1-Form die Summenformel C19H22O6 und ist in allen Organismen des Pflanzenreichs universell verteilt. Diese Form des Hormons ist in allen Pflanzen aktiv und an der Regulierung des Wachstums beteiligt.

Gibberellinsäuren haben chemisch ein Grundgerüst aus 19 bis 20 Kohlenstoffatomen. Es handelt sich um Verbindungen aus einer Familie tetracyclischer Diterpensäuren, und der Ring, aus dem die zentrale Struktur dieser Verbindung besteht, ist ent-Giberelan.

Gibberellinsäure wird in vielen verschiedenen Teilen der Pflanze synthetisiert. Es wurde jedoch festgestellt, dass sie im Embryo der Samen und im meristematischen Gewebe in viel größerer Menge als in anderen Organen produziert werden.

Mehr als 100 der als Gibberelline klassifizierten Verbindungen haben an sich keine Wirkung als Phytohormone, sondern sind biosynthetische Vorläufer der Wirkstoffe. Andere hingegen sind Sekundärmetaboliten, die durch einen zellulären Stoffwechselweg inaktiviert werden.

Ein gemeinsames Merkmal hormonell aktiver Gibberellinsäuren ist das Vorhandensein einer Hydroxylgruppe an ihrem Kohlenstoffatom in Position 3β, zusätzlich zu einer Carboxylgruppe an Kohlenstoff 6 und einem γ-Lacton zwischen den Kohlenstoffatomen 4 und 10.

Synthese

Der Gibberellinsäure-Syntheseweg teilt viele Schritte mit der Synthese der anderen Terpenoidverbindungen in Pflanzen, und es wurde sogar festgestellt, dass Schritte mit dem Terpenoid-Produktionsweg bei Tieren geteilt sind.

Pflanzenzellen haben zwei verschiedene Stoffwechselwege, um die Gibberellin-Biosynthese zu initiieren: den Mevalonat-Weg (im Cytosol) und den Methylerythritphosphat-Weg (in den Plastiden).

In den ersten Schritten beider Wege wird Geranylgeranylpyrophosphat synthetisiert, das als Vorläuferskelett für die Herstellung von Gibberellin-Diterpenen fungiert.

Der Weg, der am meisten zur Bildung von Gibberellinen beiträgt, findet in Plastiden über den Methylerythritphosphatweg statt. Der Beitrag des cytosolischen Weges von Mevalonat ist nicht so signifikant wie der der Plastiden.

Was ist mit Geranylgeranylpyrophosphat?

An der Synthese von Gibberellinsäure aus Geranylgeranylpyrophosphat sind drei verschiedene Arten von Enzymen beteiligt: ​​Terpensynthasen (Cyclasen), Cytochrom P450-Monooxygenasen und 2-Oxoglutarat-abhängige Dioxygenasen.

Cytochrom P450-Monooxygenasen gehören zu den wichtigsten während des Synthesevorgangs.

Die Enzyme ent-Copalyldiphosphatsynthase und ent-Kaurensynthase katalysieren die Umwandlung von Methylerythritphosphat zu ent-Kauren. Schließlich oxidiert die Cytochrom P450-Monooxygenase in Plastiden ent-Kauren und wandelt es in Gibberellin um.

Der Stoffwechselweg der Gibberellinsynthese in höheren Pflanzen ist hoch konserviert, der nachfolgende Metabolismus dieser Verbindungen variiert jedoch stark zwischen verschiedenen Arten und sogar zwischen den Geweben derselben Pflanze.

Eigenschaften

Gibberellinsäure ist an mehreren physiologischen Prozessen in Pflanzen beteiligt, insbesondere an wachstumsbezogenen Aspekten.

Einige gentechnische Experimente, die auf dem Design genetischer Mutanten basieren, bei denen die für Gibberellinsäure kodierenden Gene "deletiert" werden, haben es ermöglicht, festzustellen, dass das Fehlen dieses Phytohormons zu Zwergpflanzen führt, die halb so groß sind wie normale Pflanzen.

Auswirkung der Abwesenheit von Gibberellinsäure in Gerstenpflanzen (Quelle: CSIRO über Wikimedia Commons)

Ebenso zeigen Experimente gleicher Art, dass Mutanten für Gibberellinsäure Verzögerungen in der vegetativen und reproduktiven Entwicklung (Blütenentwicklung) zeigen. Obwohl der Grund nicht mit Sicherheit bestimmt wurde, wurde außerdem eine geringere Menge an Gesamt-Messenger-RNAs in den Geweben mutierter Pflanzen beobachtet.

Die Gibberelline sind auch an der photoperiodischen Kontrolle der Dehnung der Stängel beteiligt, was durch die exogene Anwendung von Gibberellinen und die Induktion von Photoperioden gezeigt wurde.

Da Gibberellin mit der Aktivierung der Mobilisierung und des Abbaus der in den Samen enthaltenen Reservesubstanzen zusammenhängt, ist eine der am häufigsten genannten Funktionen in der Bibliographie seine Beteiligung an der Förderung der Keimung der Samen vieler Pflanzenarten .

Gibberellinsäure ist auch an anderen Funktionen beteiligt, wie z. B. Verkürzung des Zellzyklus, Dehnbarkeit, Flexibilität und Insertion von Mikrotubuli in die Zellwand von Pflanzenzellen.

Anwendungen in der Industrie

Gibberelline sind in der Industrie weit verbreitet, insbesondere im Hinblick auf die Agronomie.

Seine exogene Anwendung ist eine gängige Praxis, um bessere Erträge für verschiedene Kulturen von kommerziellem Interesse zu erzielen. Es ist besonders nützlich für Pflanzen mit großen Laubmengen und trägt bekanntermaßen zur Verbesserung der Nährstoffaufnahme und -assimilation bei.

Verweise

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