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Lexikon der Biologie: Lichtschutzmechanismen

Lichtschutzmechanismen, physikalische und chemische Mechanismen, die Pflanzen vor Schädigungen durch hohe Lichtintensitäten schützen. Neben morphologischen (z.B. Haare), anatomischen (z.B. Epidermis und Cuticula) und zellulären (z.B. Anthocyane) Einrichtungen spielen Lichtschutzmechanismen im Chloroplasten eine herausragende Rolle. Sie schützen dieses Organell bei hohen, vom Photosyntheseapparat (Photosynthese) absorbierten Lichtintensitäten vor oxidativer Photodestruktion (Photooxidation, Photoinhibition). Neben einer Dissipation der überschüssigen Lichtenergie in Wärme durch Carotinoide sind enzymatische Reaktionen entscheidend, die entstandene reaktive Sauerstoffspezies (freie Radikale, Wasserstoffperoxid) unschädlich machen. Carotinoide fungieren als Wandler von Anregungsenergie in Wärmeenergie bei der Inaktivierung von angeregtem Triplettchlorophyll und von angeregtem Singulettsauerstoff ( vgl. Abb. 1 ). Diese Carotinoid-vermittelte Energiedissipation ist um den Faktor 5 effektiver als die dem gleichen Zweck dienende Chlorophyll-Fluoreszenz. Eine besondere Rolle spielt dabei das Zeaxanthin, das unter Lichteinwirkung durch Deepoxidation aus Violaxanthin entstehen kann, während im Dunkeln die Umkehrreaktion erfolgt (Xanthophyllzyklus; vgl. Abb. 2 ). Die bei Lichtstreß durch eine Elektronenübertragung von reduzierten Komponenten des Photosystems I auf Sauerstoff entstehenden Superoxidanion-Radikale (O2•–) werden durch Superoxid-Dismutase zu Wasserstoffperoxid (H2O2) umgesetzt. Dieses enzymatisch gebildete und das nichtenzymatisch aus O2•– entstehende H2O2 kann durch die Ascorbat-Glutathion-Redoxkette zu Wasser reduziert und unschädlich gemacht werden. Für das Hydroxylradikal OH, das aus H2O2 + O2•– entstehen kann, existieren im Chloroplasten unspezifisch wirkende Radikalfänger (Ascorbinsäure, α-Tocopherol, Glutathion).



Lichtschutzmechanismen

Abb. 1:
Funktion der Carotinoide: Das angeregte Singulett-Chlorophyll (1Chl*) geht bei Starklicht vermehrt in den langlebigen angeregten Triplett-Zustand (3Chl*) über. Die Anregungsenergie kann von dort auf Sauerstoff (3O2) übertragen werden (1O*2). Carotinoide fungieren in zweifacher Weise als Wandler von Anregungs- in Wärmeenergie.



Lichtschutzmechanismen

Abb. 2:
Xanthophyllyklus

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