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Antioxidatives Schutzsystem

Antioxidative Schutzsysteme in Pflanzen

In Pflanzen wird oxidativer Stress vor allem durch die Kombination von ungünstigen Umweltbedingungen wie Trockenheit, Salzbelastung des Bodens, intensive Lichteinstrahlung oder Luftschadstoffe wie Ozon hervorgerufen. Aber auch in der Pflanze selbst werden Radikale gebildet. Besonders die Pflanzenpigmente (Chlorophyll, Häm und Phytochromobilin) können durch die Aufnahme von Elektronen durch Lichtsensibilisierungsreaktionen zu Radikalen werden. Und ähnlich wie beim menschlichen Immunsystem spielen Radikale und reaktive Sauerstoff-Spezies bei der Abwehr von in die Pflanze eindringenden Mikroorganismen eine wichtige Rolle.

Abb.1
Mohn
Abb.2
Getreide
Abb.3
Mais

Pflanzen besitzen ein antioxidatives Schutzsystem, das ähnlich aufgebaut ist wie beim Menschen. Dieses Schutzsystem ist besonders in den Chloroplasten sehr aktiv, in denen die Pigmente der Photosynthese lokalisiert sind. Pigmente wie Xanthophylle und andere Carotinoide können die Radikale hier abfangen. Aber auch andere niedermolekulare Antioxidanzien wie Vitamin C, Glutathion und Vitamin E sind essenzieller Bestandteil des Schutzsystems. Dazu kommen hunderte antioxidativ wirkender Substanzen des sekundären Pflanzenmetabolismus, deren genaue Wirkung und Funktion nicht immer geklärt ist.

Beispiele für antioxidative Stoffe im Pflanzenstoffwechsel

Die wichtigsten Enzyme des antioxidativen Schutzsystems in Pflanzen sind die Superoxid-Dismutase (SOD), die Katalase, die Ascorbat-Peroxidase (APx), die Monodehydroascorbat-Reduktase (MDAR), die Dehydroascorbat-Reduktase (DHAR) und die Glutathion-Reduktase (GR), die zum Teil auch im Menschen vorkommen. Diese Enzyme sind allerdings in den unterschiedlichen Kompartimenten der Pflanzenzelle ungleich veteilt: Katalasen kommen z.B. vorwiegend in den Peroxisomen vor. In den Chloroplasten sind vor allem Peroxidasen zu finden, allerdings spielt die beim Menschen vorkommende Glutathion-Peroxidase nur eine Nebenrolle. Deren Funktion übernehmen hier Enzyme wie die Ascorbat-Peroxidase und Peroxiredoxine (diese Enzyme gehören ebenfalls zu den Peroxidasen).

Wenn Zellen einer Pflanze zu stark geschädigt werden, gehen diese den programmierten Zelltod (Apoptose) ein, um den Rest der Pflanze zu schützen.

Abb.4
Enzymatische "Entsorgung" des Superoxid-Anionradikals in Pflanzen

SOD: Superoxid-Dismutase; CAT: Katalase; APx: Ascorbat-Peroxidase; MDAR: Monodehydroascorbat-Reduktase; MDA: Monodehydroascorbat; NADP: Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid-Phosphat

Abb.5
Alternativer Weg des enzymatischen Recyclings von Monohydroascorbat in Pflanzen

MDA: Monodehydroascorbat; Disp.: nicht-enzymatische Disproportionierung; DHAR: Dehydroascorbat-Reduktase; GR: Glutathion-Reduktase; GSH: Glutathion; GSSG: Glutathion-disulfid; NADP: Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid-Phosphat

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