Screening von sichtbarer und UV-Strahlung als photoprotektiver Mechanismus in Pflanzen

Die längere Exposition von Pflanzen gegenüber hohen Strahlungsflüssen der Sonne sowie anderen Umweltstressoren stört das Gleichgewicht zwischen absorbierter Lichtenergie und der Fähigkeit ihrer photochemischen Nutzung, was zu Photoinhibition und schließlich zu Schäden an Pflanzen führt. Unter solchen Umständen steigert die Begrenzung der Lichtabsorption durch das fotosynthetische Apparate effizient die allgemeinen photoprotektiven Mechanismen der Pflanzenzelle, wie die Reparatur von Makromolekülen, die Eliminierung reaktiver Sauerstoffspezies und die thermische Dissipation der überschüssigen Lichtenergie, die absorbiert wird. Unter stressigen Bedingungen akkumulieren Pflanzen in verschiedenen Zellkompartimenten und Gewebestrukturen Pigmente, die in der Lage sind, die Strahlung in den UV- und sichtbaren Teilen des Spektrums abzuschwächen. Bis heute sind vier Hauptgruppen von photoprotektiven Pigmenten bekannt: mycosporinähnliche Aminosäuren, phenolische Verbindungen (einschließlich phenolischer Säuren, Flavonole und Anthocyane), Alkaloide (Betalaine) und Carotinoide. Die Ansammlung von UV-absorbierenden Verbindungen (mycosporinähnliche Aminosäuren und Phenole in niedrigeren und höheren Pflanzen, respectively) ist ein verbreiteter Anpassungsmechanismus zum Schutz vor Schäden durch hohe Strahlungsflüsse, die von fotoautotrophen Organismen in den frühen Phasen ihrer Evolution entwickelt wurden. Extrathylakoid Carotinoide, Betalaine und Anthocyane spielen eine wichtige Rolle bei der langfristigen Anpassung an die Beleuchtungsbedingungen und dem Schutz von Pflanzen gegen Photodamage. Ein markantes Merkmal bestimmter Pflanzentaxa, die einige Klassen von photoprotektiven Pigmenten (wie Anthocyane) nicht besitzen, ist deren Substitution durch andere Verbindungen (z. B. Keto-Carotinoide oder Betalaine), die bezüglich der chemischen Struktur und subzellulären Lokalisation unterschiedlich sind, jedoch nahe spektrale Eigenschaften aufweisen.