กรดแอบซิสิค (Abscisic Acid) หรือ ABA

[อ.บอล]

กรดแอบซิสิค (Abscisic Acid) หรือ ABA
ในการศึกษาถึงการร่วงของใบ การพักตัวของตาและเมล็ดในช่วงปี ค.ศ. 1950-1960 นั้น ชี้ให้เห็นว่าเป็นไปได้ว่ามีสารระงับการเจริญปรากฏอยู่ในต้นพืช โครงสร้างของสารเคมี ดังกล่าวถูกค้นพบในปี 1965 ในผล และใบของฝ้าย สารเคมีดังกล่าวได้รับการตั้งชื่อว่า กรดแอบซิสิค หรือ ABA และพบว่าเป็นสารจำพวกเซสควิเทอร์พีนอยด์
โมเลกุลของ ABA ประกอบด้วย asymmetric carbon atom จึงสามารถแสดงลักษณะของ optical isomerism ได้ อย่างไรก็ตามในสภาพธรรมชาติ ABA จะเกิดเพียงชนิด (+) enantiomorph เท่านั้น ABA ยังแสดงลักษณะ geometric isomerism ได้ด้วย side chain จะเป็น trans รอบๆ คาร์บอนตำแหน่งที่ 5 เสมอ แต่โมเลกุลสามารถเป็นได้ทั้ง cis- หรือ trans รอบๆ คาร์บอนตำแหน่งที่ 2 ABA ส่วนใหญ่ที่พบในพืชจะเป็น (+)-2-cis ABA แม้ว่าจะพบ (+)-2-trans ABA บ้างแต่น้อยมาก ดังนั้นรูป (+)-2-cis ของ ABA จึงมักหมายถึง ABA ทั่ว ๆ ไป
ABA ถูกแยกออกจากพืชหลายชนิดทั้งแองจิโอสเปิร์มส์ จิมโนสเปิร์มส์ เฟินและมอส (Angiosperms, Gymnosperms, Ferns และ Mosses)

การสังเคราะห์ ABA
ABA เป็นสารประกอบที่มีคาร์บอน 15 อะตอมและเป็นเซสควิเทอร์พีนอยด์ ดังนั้นวิถีการสังเคราะห์จึงใช้วิถีของการสังเคราะห์สารเทอร์พีนอยด์ โดยสังเคราะห์จากกรดเมวาโลนิคเปลี่ยนไปจนเป็นฟาร์นีซีล ไพโรฟอสเฟต (Farnesyl Pyrophosphate) อย่างไรก็ตามคาร์โรทีนอยส์ที่มีคาร์บอน 40 อะตอม เช่น ไวโอลาแซนธิน (Violaxanthin) สามารถถูกออกซิไดซ์ โดยใช้แสงเกิดเป็นสารที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกับ ABA และกลายเป็น ABA ในที่สุด แต่ในกระบวนการดังกล่าวต้องการแสงมาก แต่การเพิ่ม ABA บางกรณี เช่น ABA ซึ่งเกิดขึ้นในพืชที่ไม่ได้รับแสง (etiolated plant) เมื่อพืชเหล่านี้ขาดน้ำแม้ในสภาพความมืด ABA จะเพิ่มปริมาณมากขึ้น ดังนั้นจึงไม่น่าเป็นไปได้ว่า ABA เกิดจากคาร์โรทีนอยส์ ดังนั้นการเกิด ABA จึงเกิดจากวิถีที่สังเคราะห์สารเทอร์พีนอยด์ จากกรดเมวาโลนิค ผ่านฟาร์นีซีล ไพโรฟอสเฟตโดยอาจจะมี ABA เกิดจากคาร์โรทีนอยด์ได้บ้าง เล็กน้อยในเนื้อเยื่อบางชนิด
ABA สังเคราะห์ในใบแก่และผลแก่ และจะถูกกระตุ้นให้สังเคราะห์เมื่อขาดน้ำ โดยการสังเคราะห์เกิดในคลอโรพลาสต์ ดังนั้น ใบ ลำต้น และผลไม้สีเขียวจึงสังเคราะห์ ABA ได้ นอกจากนั้นแหล่งอาหารสำรองและรากของข้าวสาลีก็สามารถสังเคราะห์ ABA ได้ เมื่อเกิดการสังเคราะห์ ABA แล้ว ABA จะเคลื่อนย้ายจากใบไปสู่ส่วนอื่นๆ เช่น ยอดและไประงับการเจริญที่บริเวณนั้น อาจจะกระตุ้นให้เกิดการพักตัวของตาในเมล็ดอาจจะมีการสังเคราะห์ ABA ได้บ้าง หรืออาจจะเป็น ABA ซึ่งส่งจากใบ แต่ในเมล็ดมักจะมีปริมาณของ ABA อยู่มาก
เพราะว่าระดับ ABA ภายในต้นพืชมีปริมาณขึ้น ๆ ลง ๆ ตามอัตราการเจริญ พลังงานที่ทำงานได้ของน้ำในต้นพืช และฤดูกาล ดังนั้นแสดงว่าในต้นพืชต้องมีการทำลาย ABA ด้วย แต่กลไกการทำลายยังไม่ทราบแน่ชัดนัก แต่พบว่าถ้าหากให้ 14C-ABA แก่พืช ABA ดังกล่าวจะเปลี่ยนไปเป็นกลูโคสเอสเตอร์ของ ABA อย่างรวดเร็ว (Glucose Ester) ซึ่งค่อนข้างจะเสถียรในต้นพืชและยังมีกิจกรรมคล้ายคลึงกับ ABA ส่วนการสลายตัวของ ABA นั้น เกิดขึ้นโดยเกิดไฮดรอกซีเลชั่นและออกซิเดชั่นของกลุ่มเมทธิลที่เกาะอยู่กับวงแหวน
ลักษณะภายใต้ความเครียดของพืช เช่น ขาดน้ำ ขาดอาหาร น้ำท่วม จะกระตุ้นให้เกิดการสังเคราะห์ ABA เพิ่มขึ้น ดังนั้น ABA อาจจะเพิ่มความต้านทานต่อความเครียดให้พืชได้

การหาปริมาณ ABA
1. Bioassay โดยทดสอบการยับยั้งการยืดตัวของโคลีออพไทล์ของพืชใบเลี้ยงเดี่ยว หรือใช้ใบของ Commelina ลอยใน ABA ในบรรยากาศที่ไม่มี CO2 จะทำให้ปากใบปิด
2. ใช้ Gas chromatograph นับว่าใช้ได้ผลดีกว่าฮอร์โมนชนิดอื่นเพราะมีคุณสมบัติ ในการจับอีเลคตรอนได้ดีและดูดกลืนแสงอุลตราไวโอเล็ตได้

ความสัมพันธ์ของโครงสร้างและกิจกรรมของ ABA
ทั้ง ABA ที่เกิดตามธรรมชาติ (+) type dextrorotary และสังเคราะห์ (-) เป็น optical enantiomers กัน มีประสิทธิภาพต่อพืชเท่ากันแต่ 2-cis geometric isomer เท่านั้นที่มีคุณสมบัติของฮอร์โมน จากการสกัด ABA ในพืชนั้น พบว่ามี 2-trans isomer อยู่เพียงเล็กน้อยเท่านั้น และอาจจะเป็นไปได้ว่าเปลี่ยนแปลงมาจาก 2-cis ในระหว่างกระบวนการสกัด ส่วนลักษณะของโครงสร้างอื่น ๆ ที่จำเป็นต่อคุณสมบัติของ ABA นั้น ยังไม่ทราบแน่ชัดนัก นอกจากว่าวงแหวนต้องมี double bond

การสลายตัวของ ABA
1. เมื่อ ABA เปลี่ยนจากรูปของ cis ไปเป็น trans isomer ก็จะหมดคุณสมบัติในการทำให้พืชตอบสนองทางสรีรวิทยา
2. ถูกออกซิไดซ์กลายเป็น Phaseic acid
3. เกิดเป็นรูปที่รวมกับสารอื่น เช่น เกิด Glucose ester
4. เกิดเป็นสารประกอบกลุ่ม Methyl ester ซึ่งอาจจะยังมีผลต่อการตอบสนองของพืชบ้าง แต่น้อยลง และไม่กระตุ้นให้เกิดการปิดของปากใบ

การเคลื่อนที่ของ ABA
การให้ ABA แก่ใบแก่หรือรากจะก่อให้เกิดการหยุดการเจริญเติบโตกับส่วนอื่น ๆ ของพืชได้ จึงแสดงให้เห็นว่า ABA เคลื่อนที่ได้ และจากการศึกษาพบว่าเคลื่อนที่ได้ในทุกทิศทางโดยไม่มีโพลารีตี้ แต่ในราก ABA อาจจะเคลื่อนที่ในลักษณะเบสิพีตัล และโดยทั่ว ๆ ไป ABA อาจจะเคลื่อนที่ไปในท่อน้ำและท่ออาหาร พบ ABA มากที่ใบแก่ ผลแก่ และพืชที่ขาดน้ำ

กลไกในการทำงานของ ABA
ABA มีกลไกการทำงานคล้ายคลึงกับฮอร์โมนพืชชนิดอื่นๆ คือจะเปลี่ยนระดับและกิจกรรมของเอนไซม์ในรูปเมตาบอลิสม์ของกรดนิวคลีอิค ABA สามารถชะงักการปรากฏของแอลฟาอะมัยเลสในเซลล์อะลีโรนของข้าวบาร์เลย์ได้
ในทำนองเดียวกันกลไกของการทำงานของ ABA คล้ายคลึงกับฮอร์โมนชนิดอื่นๆ คือ เกี่ยวข้องกับการควบคุมเมตาบอลิสม์ของกรดนิวคลีอิค และการสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งการควบคุมอาจจะเกิดได้หลายวิธี เช่น ABA กระตุ้นกิจกรรมของเอนไซม์ไรโบนิวคลีเอส (Ribonuclease) หรือ RNase ซึ่งจะทำลาย RNA ทำให้อัตราการสังเคราะห์โปรตีนลดลง แต่อย่างไรก็ตามมีข้อขัดแย้งว่า ABA สามารถลดการสังเคราะห์ RNA ลงได้ภายใน 3 ชั่วโมง หลังจากที่พืชได้รับ ABA แต่จริงๆ แล้วกิจกรรมของ RNase จะเพิ่มขึ้น หลังจากนั้น 8 ชั่วโมง ซึ่งชี้ให้เห็นว่าผลของ ABA ในชั้นต้นไม่ใช่การสังเคราะห์ RNase แต่ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าคืออะไร
ในทางตรงกันข้ามกับสภาวะที่ ABA ก่อให้เกิดการลดปริมาณ RNA รวมของเซลล์ มีการพบว่าในเนื้อเยื่ออะลีโรนของข้าวบาร์เลย์นั้นพบว่า การสังเคราะห์แอลฟาอะมัยเลสถูกหยุดชะงัก โดย ABA ไม่มีผลต่อ RNA รวม หรือการสังเคราะห์โปรตีนรวมเลย ผลของ ABA ที่มีต่อแอลฟา อะมัยเลส อาจจะไม่ผ่านมาทางการสังเคราะห์ m-RNA ซึ่งแปลรหัสเพื่อสร้างแอลฟาอะมัยเลสด้วย คาดว่า ABA จะมีผลต่อ regulator RNA ที่ใช้ในกระบวนการ Translation ของแอลฟา อะมัยเลส
ถึงแม้ว่าจะทราบกันดีว่า ABA มีผลต่อการสังเคราะห์โปรตีน อย่างไรก็ตามมีผลของ ABA หลายกรณีที่เกิดขึ้นเร็วเกินกว่าที่จะอธิบายโดยกระบวนการนี้ เช่น การปิดของปากใบ ซึ่งเกิดภายในไม่กี่นาทีที่ได้รับ ABA นอกจากนั้นการยืดตัวของโคลีออพไทล์ที่ได้รับออกซิน จะหยุดชะงักภายใน 2-3 นาที เมื่อได้รับ ABA จึงสรุปได้ว่า ABA มีผลต่อพืชโดยไม่ผ่านเมตาบอลิสม์ของ RNA ได้

ความสัมพันธ์ของ ABA กับการขาดน้ำ
ปริมาณของ ABA ในต้นพืชจะมีความสัมพันธ์โดยตรงกับค่า Water potential ของพืช ปริมาณ ABA ในต้น Ambrosia artemisifolia จะเพิ่มขึ้นทันทีเมื่อใบพืชชนิดนี้มี Water potential เป็น -10 บาร์ ส่วนในข้าวโพดจะอยู่ที่ -12 บาร์ ส่วนในถั่วปริมาณ ABA จะสูงขึ้นเมื่อ Water potential เท่ากับ -7 บาร์
การขาดน้ำทำให้เยื่อหุ้มคลอโรพลาสต์มี Permeability เพิ่มขึ้น ส่งผลให้เกิดการ รั่วไหลของ ABA จากคลอโรพลาสต์ซึ่งเป็นบริเวณที่สะสม ABA ของใบปกติ การลดปริมาณของ ABA ในคลอโรพลาสต์จะกระตุ้นให้มีการสังเคราะห์ ABA เพิ่มขึ้น เมื่อพืชได้รับน้ำเยื่อหุ้มคลอโรพลาสต์จะไม่ยอมให้ ABA รั่วไหลออกมา ทำให้เกิดการหยุดสังเคราะห์ ABA ในคลอโรพลาสต์ ซึ่งเป็น Feedback mechanism
ABA กระตุ้นให้เกิดการปิดของปากใบได้เพราะ ABA จะระงับการผ่านของ K+ เข้าสู่ Guard cell และกระตุ้นให้ Matate รั่วไหลออกจาก Guard cell และนอกจากนั้น ABA ยังระงับการแลกเปลี่ยนประจุ H+ และ K+ ของ Guard cell ทำให้ปริมาณของ K+ และ Malate ใน Guard cell มีน้อย ทำให้ค่า Water potential สูงขึ้น น้ำจึงไหลออกจาก Guard cell ทำให้ปากใบปิดได้

ผลของ ABA ต่อพืช
1. ลดการคายน้ำโดยกระตุ้นให้ปากใบปิด ซึ่งพืชตอบสนองได้ภายใน 1-15 นาที หลังจากได้รับ ABA ในพืชที่ขาดน้ำจะมีปริมาณ ABA เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นการลดการคายน้ำของพืช
2. กระตุ้นให้เกิดการพักตัวของตา ซึ่งจะเกิดกับพืชเขตอบอุ่น พบว่าเมื่อให้ ABA กับตาที่กำลังเจริญเติบโต จะทำให้ตาชะงักการเจริญเติบโตและเข้าสู่การพักตัวตามปกติ การให้ GA จะลดผลของ ABA ที่ทำให้ตาพักตัวได้
3. การร่วงของใบและดอก เช่น ในฝ้าย ผลแก่ที่ร่วงเองจะมี ABA สูงมาก
4. เร่งกระบวนการเสื่อมสภาพของใบ