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Lexikon der Biologie: Photooxidation

Photooxidation w [von *photo- , Oxidation], destruktiver Oxidationsprozeß durch toxische und hochreaktive Photooxidantien, im wesentlichen ρeaktive Sauerstoffspezies, vor allem bei hohen Lichtflüssen (Lichtfaktor) im Sättigungsbereich der Photosynthese. Unter solchen Bedingungen wird den beiden Reaktionszentren der Photosysteme II und I (Photosysteme) durch die Antennenpigmente mehr Licht-Energie zugeführt als durch die biochemischen Dunkelreaktionen (ATP- und NADPH-verbrauchende Synthesen) nutzbar gemacht werden kann. Dadurch kommt es einerseits zur vermehrten Bildung von langlebigem angeregtem Triplett-Chlorophyll, welches seine Anregungsenergie (Anregung) an Sauerstoffmoleküle abgeben kann. Hierdurch entsteht angeregter Singulett-Sauerstoff. Andererseits können von reduzierten Elektronenüberträgern des Photosystems I Einzelelektronen (Elektron) auf Sauerstoff übertragen werden. Dadurch entsteht das Superoxidanion-Radikal (.O2; Hyperoxid), aus dem durch weitere, nichtenzymatische Schritte Wasserstoffperoxid (H2O2) und das Hydroxylradikal (.OH) gebildet werden können. Diese angeregten und reaktiven Sauerstoffspezies können mit organischen Molekülen reagieren und durch radikalische Kettenreaktionen zur oxidativen Zerstörung von Chloroplastenbestandteilen (Chloroplasten) führen. Besonders betroffen sind ungesättigte Membranlipide sowie das D1-Protein des Photosystems II (Photoinhibition). Aber auch andere Proteine, Chlorophyll und Nucleinsäuren werden oxidativ angegriffen. Photooxidation resultiert in einer Reduktion der Photosynthese-Leistung und einer Bleichung der betroffenen Blätter. Im Extremfall kann dies zum Absterben der ganzen Pflanze führen (Lichttod). Normalerweise sorgen jedoch Lichtschutzmechanismen dafür, daß keine toxischen Sauerstoffmoleküle entstehen können (Umwandlung von Anregungs- in Wärmeenergie durch Carotinoide), bzw. daß diese unschädlich gemacht werden (Superoxiddismutase, Ascorbat-Glutathion-Redoxkette). Zu schweren photooxidativen Schädigungen kommt es unter Bedingungen, unter denen diese Schutzmechanismen nicht ausreichend sind. Dies ist z.B. der Fall bei Carotinoidmangel aufgrund ungenügender Adaptation (Auspflanzschock bei Keimlingen oder Freiluftschock bei Zimmerpflanzen), durch Mutationen (Carotinoid-defekte Albino-Mutanten, die nur im Schwachlicht ergrünen und überleben können) oder durch Einwirkung von Bleichherbiziden, welche die Carotinoidsynthese hemmen oder zu einer stark erhöhten Produktion von Sauerstoffradikalen führen.

M.H.

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