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Lexikon der Biologie: Photoinhibition

Photoinhibition w [von *photo- , Inhibition], durch Belichtung mit hohen Lichtintensitäten (Lichtstreß) verursachte Effizienzminderung der Photosynthese, bei der nicht alle Licht-Energie genutzt werden kann, so daß die sog. Quantenausbeute abnimmt. Dadurch können Chloroplasten vor Schäden durch übermäßige Bestrahlung geschützt werden. Bei dynamischer Photoinhibition, wie sie vorübergehend zur Mittagszeit auftreten kann, wenn Pflanzen der Sonne voll ausgesetzt sind, wird die Photosyntheserate aufrechterhalten und lediglich die Quantenausbeute gesenkt. Bei dauerhafter Bestrahlung mit hoher Lichtintensität kommt es zur chronischen Photoinhibition, die sich in einer verminderten Photosyntheserate bemerkbar macht. – Molekulare Ursache der Photoinhibition ist eine irreversible Konformationsänderung des D1-Proteins des Photosystems II (Photosysteme), gekoppelt mit einem Funktionsverlust dieses Proteins. Das D1-Protein nimmt zusammen mit dem D2-Protein sowohl topologisch als auch funktionell eine Zentralstellung im Reaktionszentrum des wasserspaltenden Photosystems II ein. Ein Ausfall des D1-Proteins führt zum Ausfall des entsprechenden Reaktionszentrums und zur Verminderung der photosynthetischen Leistungsfähigkeit der Chloroplasten und der Blätter. Zur Inaktivierung des D1-Proteins kommt es durch ein relatives Überangebot an Lichtenergie im Reaktionszentrum des Photosystems II. Dies tritt ein, wenn die Lichtschutzmechanismen keine genügende Ableitung der von den Lichtsammelkomplexen zum Reaktionszentrum geleiteten, überschüssigen Lichtenergie gewährleisten können. Unter diesen Bedingungen kommt es zur Bildung reaktiver Sauerstoffspezies, die, falls sie nicht durch spezielle enzymatische Reaktionen abgebaut werden, Proteine und andere Chloroplasten-Komponenten oxidativ zerstören können (Photooxidation). Durch Reparaturmechanismen, z.B. durch spezifischen Abbau und Ersatz der photooxidierten Moleküle, können unter den meisten natürlichen Bedingungen die Schäden behoben und die Photosynthesekapazität erhalten werden. Umwelteinflüsse, besonders Wasser- und Kältestreß (Pflanzenstreß), können jedoch das Ausmaß der Photoinhibition steigern. Langsame Adaptation an hohe Lichtflüsse bewirkt einen Schutz gegenüber ansonsten photoinhibitorisch wirksamem Licht. Durch Adaptation werden die Lichtschutzmechanismen verstärkt und die Fähigkeit zur Reparatur erhöht ( vgl. Infobox ).

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