Anmerkungen zur Photobiologie in Pflanzen und ihrem Mechanismus

Anmerkungen zur Photobiologie in Pflanzen und ihrem Mechanismus!

Chromoprotein (lichtempfindlicher Photorezeptor, blauer Pigmentproteinkomplex, der in fast allen blühenden Pflanzen (Angiospermen) gefunden wird) wurde von Borthwick et al. (1952) entdeckt und von Butler et al. (1959) aus etiolierten Sämlingen von Maize isoliert.

Es existiert in zwei interkonvertierbaren Zuständen, blau und gelbgrün, P _r und P _fr . _Pfr ist mit der Zellmembran assoziiert, während Pr im Cytosol in diffundiertem Zustand vorkommt. Es bewirkt das Keimen von Samen, hemmt das Blühen in SDPs und das Blühen in langen Tagespflanzen. P _r oder P ₆₀₀ absorbiert Licht bei 660 nm und wird in P _fr oder P ₇₃₀ geändert.

Letzterer absorbiert Licht von 730 nm und wird schnell wieder auf P _r geändert. Dunkelheit verursacht auch diese Umwandlung, ist aber sehr langsam. Phytochrom ist an photomorphogenetischen Reaktionen oberhalb von 550 nm beteiligt (mit Ausnahme phototropischer photonastischer Bewegungen). Es ist für die Samenkeimung einiger Pflanzen, Knospenruhe, Blattabschneidung, Synthese von Gibberellinen und Ethylen, Verhinderung von Photooxidation, Photoperiodismus und Morphogenese erforderlich.

P _r- Form ist dunkel stabil, absorbiert rotes Licht von 660 nm und ändert sich schnell in P _fr . _Pfr wandelte sich bei der Absorption von weitem roten Licht von 730 nm oder bei Dunkelheit in P _{r um} . Dieses photoreversible Verhalten ist temperaturunabhängig. Pr stimuliert die Blüte in kurzen Tagespflanzen. P _fr ist für die Keimung des Samens unerlässlich.

Mechanismus:

Zu einer Zeit sollte Phytochrom photomorphogene Reaktionen durch seine Kontrolle des Metabolismus von 2C- und 3C-Verbindungen steuern (Hendricks, 1964). Später ging man davon aus, dass er durch Gene (Mohar, 1966) oder eine Änderung der Membranpermeabilität (Hendricks und Borthwick, 1967) operiert, indem er als Proteinenzym für die Membranstruktur fungiert.

Fondeville et al. (1966) beobachteten, dass das Phytochrom die Bewegung der Mimosa-Blättchen (lichtabhängiges Öffnen und Schließen) steuert. Ähnliche phytochromgesteuerte Bewegungen wurden später bei Albizzia julibrissin und Stomata beobachtet. Es wurde auch gefunden, dass solche Bewegungen mit dem Einstrom und Ausfluss von K ⁺ -Ionen zusammenhängen. Daher verursacht Phytochrom Turgoränderungen in den Zellen durch Änderung des aktiven Ionentransports oder der Membraneigenschaften.

Phytochrom kann innerhalb weniger Sekunden (Newman und Briggs, 1972) oder nach mehreren Stunden eine photomorphogenetische Reaktion hervorrufen. Ersteres wird als schnelle Phytochromreaktion bezeichnet. Es scheint, dass die schnelle Phytochromreaktion durch Änderungen der Membraneigenschaften verursacht wird.

Zum Beispiel haften die herausgeschnittenen Wurzeln von Barley, die in einem Becherglas mit einer Lösung aus ATP, Mg ²⁺ und Ascorbinsäure vorhanden sind, sofort an der Glasoberfläche, wenn sie rotem Licht ausgesetzt werden. Sie werden bei Einwirkung von rotem Licht freigesetzt. Es zeigt deutlich, dass sich Phytochrom in der Zellmembran befindet (Haupt, 1972). Es wirkt durch seine Wirkung auf membrangebundene Enzyme.

Eine Phytochromoperation kann auch durch Acetylcholin oder verwandte Verbindungen stattfinden (Jaffe, 1970). Yamamoto und Tezuka (1972) schlugen vor, dass Phytochrom durch die Regulierung von NADP ⁺ in den Zellen wirken könnte. Es ist nur möglich, dass sowohl NADP ⁺ als auch Acetycholin-ähnliche Verbindungen mit einigen Reaktionen oder Intermediaten der Phytochromwirkung zusammenhängen.