Protein synthesis in relation to fruit ripening

Abstract

The relationship of protein synthesis to ripening of Bartlett pears was determined by investigating several parameters of ripening under conditions of ‘steady-state’ or ‘new’ protein synthesis. The investigations were directed at the question of dependency of ripening on the activity of newly synthesized or pre-existing proteins. It was found that protein synthesis is required for normal fruit ripening and the proteins synthesized early in the ripening process include enzymes required for ripening.¹⁴C-Phenylalanine was incorporated into fruit proteins, which were subsequently separated by acrylamide gel electrophoresis, of fruits at various stages of ripening. Fruit ripening and ethylene synthesis are inhibited when protein synthesis is blocked by treatment with cycloheximide at the early-climacteric stage. However, once ripening progresses beyond a certain stage ripening, but not protein synthesis, proceeds equally well in the presence or absence of cycloheximide indicating that the enzymes involved in ripening are synthesized soon after ripening has been initiated. Ethylene does not overcome cycloheximide inhibition of ripening or protein synthesis. It is concluded that normal ripening of pear fruits requires the coordinated synthesis of enzymes whose concentrations are limiting the rate of the various ripening reactions. The synthesis of these enzymes takes place for the most part during the early stage of ripening before marked physical changes become apparent in the tissue. Ethylene is required in physiologically active concentrations in order to initiate this ripening syndrome and can act only if protein synthesis is allowed to proceed. Without ethylene, fruits which otherwise are ready to ripen continue to synthesize those proteins for which capacity already exists.

Zusammenfassung

Die Beziehungen der Proteinsynthese zur Reifung von Bartlett-Birnen wurden durch Untersuchungen verschiedener Reifeparameter unter Bedingungen einer ‘Gleichgewichts-’ oder ‘Neu’-Synthese von Proteinen bestimmt. Die Untersuchungen konzentrierten sich auf die Frage nach der Abhängigkeit der Reifung von der Aktivität neusynthetisierter oder bereits vorhandener Proteine. Man fand, dass für die normale Fruchtreife eine Proteinsynthese erforderlich ist und dass die Proteine, die im frühen Reifungsstadium synthetisiert werden, Enzyme einschliessen, die für die Reifung erforderlich sind.¹⁴C-Phenylalanin wurde in Fruchtproteine eingebaut, die dann aus Früchten in verschiedenen Reifestadien durch Acryl-Gel-Elektrophorese isoliert wurden. Fruchtreife und Äthylensynthese werden gehemmt, wenn die Proteinsynthese durch Behandlung mit Cycloheximid im früh-climacterischen Stadium blockiert wird. Überschreitet die Reifung, jedoch nicht die Proteinsynthese ein gewisses Stadium, so läuft sie gleich gut sowohl bei Anwesenheit als auch bei Abwesenheit von Cycloheximid ab, was darauf hindeutet, dass die an der Reifung beteiligten Enzyme bald nach dem Beginn der Reifungsperiode synthetisiert werden. Äthylen hebt die Cycloheximidbedingte Hemmung der Reifung oder der Proteinsynthese nicht auf. Das lässt den Schluss zu, dass die normale Reifung von Birnen die koordinierte Synthese von Enzymen erfordert, deren Konzentration den Grad der verschiedenen Reifungs-Reaktionen bestimmt. Die Synthese dieser Enzyme erfolgt hauptsächlich während der frühen Reifestadien, noch bevor stärkere physikalische Veränderungen in den Geweben auftreten. Äthylen ist in physiologisch aktiver Konzentration erforderlich, um dieses Reifungssyndrom auszulösen. Es kann jedoch nur wirksam werden, wenn eine Proteinsynthese erfolgen kann. Früchte, die ansonsten zur Reifung bereit sind, fahren bei Fehlen von Äthylen fort, solche Proteine zu synthetisieren, für die eine Kapazität bereits vorhanden ist.

Resume

La relation entre la synthèse des protéines et la maturation de poires Bartlett a été étudiée en examinant différents paramètres de la maturation dans des conditions où la synthèse protéinique est soit ‘constante’ soit ‘nouvelle’. Le but de la recherche était de savoir si la maturation dépend de l'activité de protéines néo-formées ou pré-existantes. On a trouvé que la synthèse des protéines est indispensable pour une maturation normale du fruit. Les proteines, synthétisées dans le premier stade de la maturation, incluent les enzymes nécessaires pour ce processus. De la¹⁴C-phénylalanine a été incorporée dans les protéines du fruit à différents stades de maturation; ensuite ces protéines ont été séparées par électrophorèse sur gel d'acrylamide. Lorsque, au début du stade climactérique, la synthèse des protéines est bloquée par la cycloheximide, la maturation du fruit et la synthèse de l'éthylène sont inhibées. Cependant, lorsque la maturation dépasse un certain stade, elle se poursuit, sans protéosynthèse, aussi bien en présence qu'en absence de cycloheximide. Ces résultats indiquent que les enzymes nécessaires à la maturation sont synthétisés dès le début de la maturation. L'éthylène ne lève pas l'inhibition de la maturation ou de la synthèse des protéines provoquée par la cycloheximide. L'auteur conclut que la maturation normale des poires nécessite la synthèse coördonée des enzymes, dont la concentration limite la vitesse des différentes réactions de maturation. La synthèse de ces enzymes a lieu principalement au début de la maturation, avant que des changements physiques importants ne puissent être observés au niveau des tissus. Une concentration physiologiquement active d'éthylène est nécessaire pour déclancher ce syndrome de maturation mais elle ne peut agir que si la synthèse protéinique elle même est possible. Sans éthylène, les fruits normalement prêts à mûrir, continuent à synthétiser uniquement les proteines pour lesquelles existe déjà une capacité de synthèse.