Bagaimana auksin menyebabkan lima sampai sepuluh kali lipat peningkatan dalam tingkat pertumbuhan hanya dalam 10 menit? Untuk memahami mekanisme, pertama kita harus meninjau proses pembesaran sel pada tumbuhan (lihat Bab 15). Sel tumbuhan berkembang dalam tiga langkah:
1. Serapan osmotik air melintasi membran plasma didorong oleh gradien potensial air (AYw).
2. Tekanan turgor menumpuk karena kekakuan dinding sel.
3. Biokimia melonggarkan dinding terjadi, memungkinkan sel untuk memperluas dalam menanggapi tekanan turgor.
Efek dari parameter ini pada tingkat pertumbuhan yang dirumuskan dalam persamaan laju pertumbuhan:
GR = m (YP - Y) mana GR adalah laju pertumbuhan, Yp adalah tekanan turgor, Y adalah ambang hasil, dan m adalah koefisien (diperpanjang dinding) yang berhubungan dengan tingkat pertumbuhan dengan perbedaan antara Yp dan Y.
Pada prinsipnya, auksin dapat meningkatkan laju pertumbuhan dengan meningkatkan m, peningkatan Yp, atau menurun Y. Meskipun percobaan yang luas telah menunjukkan bahwa auksin tidak meningkatkan tekanan turgor ketika merangsang pertumbuhan, hasil yang bertentangan telah diperoleh mengenai penurunan auxininduced di Y. Namun, ada kesepakatan umum bahwa auksin menyebabkan peningkatan parameter diperpanjang dinding, m.
Auksin-Induced Proton Ekstrusi acidifies Wall Cell dan Meningkatkan Perpanjangan your
Menurut diterima secara luas hipotesis pertumbuhan asam, ion hidrogen bertindak sebagai penengah antara auksin dan melonggarkan dinding sel. Sumber ion hidrogen membran plasma H +-ATPase, yang aktivitasnya dianggap meningkatkan dalam menanggapi auksin. Hipotesis Pertumbuhan Asam memungkinkan lima prediksi utama:
1. Buffer asam saja harus mempromosikan pertumbuhan jangka pendek, asalkan kutikula telah terkelupas untuk memungkinkan proton akses ke dinding sel.
2. Auksin harus meningkatkan laju proton ekstrusi (pengasaman dinding), dan kinetika ekstrusi proton erat harus sesuai dengan pertumbuhan auksin-induced.
Kelima prediksi ini telah dikonfirmasi. Buffer asam menyebabkan peningkatan yang cepat dan segera dalam tingkat pertumbuhan, asalkan kutikula telah terkelupas. Auksin merangsang ekstrusi proton ke dalam dinding sel setelah 10 sampai 15 menit waktu lag, konsisten dengan kinetika pertumbuhan (Gambar 19.23).
Pertumbuhan auksin diinduksi juga telah terbukti dihambat oleh buffer netral, asalkan kutikula telah abraided. Fusicoccin, sebuah phytotoxin jamur, menstimulasi kedua ekstrusi proton dan pertumbuhan sementara dalam batang dan koleoptil bagian (lihat Web Topik 19,6). Dan akhirnya, protein wallloosening disebut expansins telah diidentifikasi dalam dinding sel berbagai jenis tanaman (lihat Bab 15). Pada pH asam, expansins melonggarkan dinding sel dengan memperlemah ikatan hidrogen antara komponen polisakarida dinding.
GAMBAR 19,23 Kinetika auksin-induced perpanjangan dan pengasaman dinding sel dalam coleoptiles jagung. PH dari dinding sel diukur dengan microelectrode pH. Perhatikan waktu lag sama (10 sampai 15 menit) untuk kedua pengasaman dinding sel dan peningkatan tingkat elongasi. (Dari Jacobs dan Ray 1976.)
Auksin-Induced Proton Ekstrusi Mei Libatkan Kedua Aktivasi dan Sintesis
Secara teori, auksin dapat meningkatkan laju ekstrusi proton oleh dua mekanisme yang mungkin:
1. Aktivasi yang sudah ada sebelumnya membran plasma H + ATPase
2. Sintesis baru H +-ATPase pada membran plasma
H +-ATPase aktivasi. Ketika auksin ditambahkan langsung ke terisolasi vesikel membran plasma dari sel tembakau, stimulasi kecil (sekitar 20%) dari ATP-driven aktivitas proton- memompa diamati, menunjukkan bahwa auksin langsung mengaktifkan H +-ATPase. Suatu stimulasi yang lebih besar (sekitar 40%) diamati jika sel-sel hidup diobati dengan IAA sebelum membran diisolasi, menunjukkan bahwa faktor seluler juga diperlukan (Peltier dan Rossignol 1996).
Meskipun reseptor auksin belum tegas diidentifikasi (seperti yang dibahas kemudian dalam bab ini), berbagai protein auksin-binding (ABPS) memiliki
telah diisolasi dan muncul untuk dapat mengaktifkan membran plasma H +-ATPase dengan adanya auksin (Steffens et al. 2001).
Baru-baru ini ABP dari beras, ABP57, ditunjukkan untuk mengikat langsung ke membran plasma H +-ATPase dan merangsang proton ekstrusi-tetapi hanya di hadapan IAA (Kim et al. 2001). Ketika IAA tidak ada, aktivitas H + ATPase direpresi oleh domain C-terminal enzim, yang dapat memblokir situs katalitik. ABP57 (dengan terikat IAA) berinteraksi dengan H +- ATPase, mengaktifkan enzim. Sebuah situs auksin-mengikat kedua mengganggu dengan tindakan yang pertama, mungkin menjelaskan kurva berbentuk lonceng tindakan auksin. Model hipotetis untuk tindakan ABP57 ditunjukkan pada Gambar 19.24.
GAMBAR 19,24 Model untuk aktivasi membran plasma (PM) H +-ATPase oleh ABP57 dan auksin.
H +-ATPase sintesis. Kemampuan inhibitor sintesis protein, seperti cycloheximide, dengan cepat menghambat auxininduced ekstrusi proton dan pertumbuhan menunjukkan auksin yang mungkin juga merangsang proton memompa dengan meningkatkan sintesis H +-ATPase. Peningkatan jumlah membran plasma ATPase dalam coleoptiles jagung terdeteksi imunologis setelah hanya 5 menit pengobatan auksin, dan dua kali lipat dari H +-ATPase diamati setelah 40 menit perawatan. A tiga kali lipat stimulasi oleh auksin dari mRNA untuk H +-ATPase ditunjukkan secara khusus dalam jaringan nonvascular dari coleoptiles.
Singkatnya, pertanyaan aktivasi terhadap sintesis masih belum terselesaikan, dan adalah mungkin bahwa auksin merangsang ekstrusi proton oleh aktivasi dan stimulasi sintesis dari H +-ATPase. Gambar 19.25 meringkas mekanisme yang diusulkan auksin-induced melonggarkan dinding sel melalui ekstrusi proton.
Hipotesis Aktivasi: Auxin mengikat protein auxinbinding (ABP1) terletak baik pada permukaan sel atau sitosol. ABP1-IAA kemudian berinteraksi langsung dengan membran plasma H +-ATPase untuk merangsang proton memompa (langkah 1). Second messenger, seperti kalsium atau pH intraseluler, juga bisa dilibatkan.
Sintesis hipotesis: IAA-induced second messenger mengaktifkan ekspresi gen (langkah 2) yang menyandikan membran plasma H +-ATPase (langkah 3). Protein disintesis pada retikulum endoplasma kasar (langkah 4) dan ditargetkan melalui jalur sekresi ke membran plasma (langkah 5 dan 6). Peningkatan hasil ekstrusi proton dari peningkatan jumlah pompa proton pada membran.
GAMBAR 19,25 Model-model terbaru untuk IAA-induced H + ekstrusi. Dalam banyak tanaman, baik dari mekanisme ini dapat beroperasi. Terlepas dari bagaimana memompa H + meningkat, asam- diinduksi melonggarkan dinding dianggap dimediasi oleh expansins.
P. EFEK FISIOLOGIS AUKSIN: PHOTOTROPISM DAN GRAVITROPISM